RU2288264C2 - Bacterium belonging to escherichia genus as producer of l-threonine and method for preparing l-threonine - Google Patents

Bacterium belonging to escherichia genus as producer of l-threonine and method for preparing l-threonine Download PDF

Info

Publication number
RU2288264C2
RU2288264C2 RU2004103986/13A RU2004103986A RU2288264C2 RU 2288264 C2 RU2288264 C2 RU 2288264C2 RU 2004103986/13 A RU2004103986/13 A RU 2004103986/13A RU 2004103986 A RU2004103986 A RU 2004103986A RU 2288264 C2 RU2288264 C2 RU 2288264C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gene
threonine
bacterium
expression
encoding
Prior art date
Application number
RU2004103986/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004103986A (en
Inventor
н Валерий Завенович Ахверд (RU)
Валерий Завенович Ахвердян
Екатерина Алексеевна Саврасова (RU)
Екатерина Алексеевна Саврасова
Натали Николаевна Самсонова (RU)
Наталия Николаевна Самсонова
Владимир Юрьевич Ермишев (RU)
Владимир Юрьевич Ермишев
Ирина Борисовна Альтман (RU)
Ирина Борисовна Альтман
Леонид Романович Птицын (RU)
Леонид Романович Птицын
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ)
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 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ) filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ)
Priority to RU2004103986/13A priority Critical patent/RU2288264C2/en
Priority to US11/052,140 priority patent/US20050181488A1/en
Priority to CN2005800048616A priority patent/CN1997747B/en
Priority to PCT/JP2005/002372 priority patent/WO2005078113A1/en
Priority to BRPI0507647-1A priority patent/BRPI0507647B1/en
Priority to EP05710272.5A priority patent/EP1720993B8/en
Publication of RU2004103986A publication Critical patent/RU2004103986A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2288264C2 publication Critical patent/RU2288264C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnology, amino acids, microbiology.
SUBSTANCE: invention represents a method for preparing amino acid L-threonine by using bacterium belonging to Escherichia genus. This bacterium shows ability for production of L-threonine and modified by so manner that expression of gene chosen from the group glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk, eno and pykA encoding glycogenolysis enzyme is enhanced. The claimed invention provides preparing L-threonine with the high degree of effectiveness.
EFFECT: improved preparing method.
7 cl, 1 dwg, 12 tbl, 9 ex

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к биотехнологии, конкретно к способу получения L-аминокислот методом ферментации, и более конкретно, к генам, полученным из бактерии Escherichia coli. Использование указанных генов способствует увеличению продукции L-аминокислот, например, продукции L-треонина.The present invention relates to biotechnology, specifically to a method for producing L-amino acids by fermentation, and more specifically to genes derived from Escherichia coli bacteria. The use of these genes increases the production of L-amino acids, for example, the production of L-threonine.

Краткое описание предшествующего уровня техникиBrief Description of the Related Art

Традиционно L-аминокислоты в промышленном масштабе могут быть получены методом ферментации с использованием штаммов микроорганизмов, полученных из природных источников, или их мутантов, специально модифицированных для того, чтобы увеличить продукцию L-аминокислот.Traditionally, L-amino acids on an industrial scale can be obtained by fermentation using strains of microorganisms obtained from natural sources, or their mutants, specially modified in order to increase the production of L-amino acids.

Описано множество методов увеличения продукции L-аминокислот, например, путем трансформации микроорганизма рекомбинантной ДНК (см., например, патент США 4,278,765). Указанные методы основаны на повышении активности ферментов, вовлеченных в биосинтез аминокислот и/или уменьшении чувствительности целевого фермента к обратному ингибированию продуцируемой L-аминокислотой или побочными продуктами реакции (смотри, например, патенты США 4,346,170, 5,661,012 и 6,040,160).Many methods have been described to increase the production of L-amino acids, for example, by transforming a microorganism of recombinant DNA (see, for example, US patent 4,278,765). These methods are based on increasing the activity of enzymes involved in the biosynthesis of amino acids and / or reducing the sensitivity of the target enzyme to reverse inhibition produced by the L-amino acid or by-products of the reaction (see, for example, US patents 4,346,170, 5,661,012 and 6,040,160).

Известны различные штаммы, использующиеся для производства L-треонина методом ферментации. Эти штаммы с увеличенными активностями ферментов, вовлеченных в биосинтез L-треонина (патенты США 5,175,107; 5,661,012; 5,705,371; 5,939,307; европейский патент 219027), штаммы, устойчивые к некоторым химических реагентам, таким как L-треонин и его аналоги (заявка РСТ WO 0114525 А1, европейская патентная заявка 301572 А2, патент США 5,376,538), штаммы, в которых устранена чувствительность целевого фермента к ингибированию продуцируемой аминокислотой или ее побочными продуктами по типу обратной связи (патенты США 5,175,107 и 5,661,012), штаммы с инактивированными ферментами системы деградации треонина (патенты США 5,939,307 и 6,297,031).Various strains are known to be used for the production of L-threonine by fermentation. These strains with increased activity of enzymes involved in the biosynthesis of L-threonine (US patents 5,175,107; 5,661,012; 5,705,371; 5,939,307; European patent 219027), strains resistant to certain chemicals, such as L-threonine and its analogues (PCT application WO 0114525 A1, European patent application 301572 A2, US patent 5,376,538), strains in which the sensitivity of the target enzyme to inhibition by the produced amino acid or its by-products is eliminated by feedback type (US patents 5,175,107 and 5,661,012), strains with inactivated enzymes of the degeneration system radiations of threonine (US patents 5,939,307 and 6,297,031).

Штамм ВКПМ В-3996 (патенты США 5,175,107 и 5,705,371) на сегодняшний день является лучшим из известных штаммов-продуцентов треонина. Для создания штамма ВКПМ В-3996, несколько мутаций и плазмида, описанная ниже, были введены в родительский штамм Е. coli К-12 (ВКПМ В-7). Мутантный ген thrA (мутация thrA442) кодирует белок аспартокиназагомосериндегидрогеназу I, который устойчив к ингибированию треонином по типу обратной связи. Мутантный ген UvA (мутация ilvA442) кодирует белок треониндеаминазу, обладающую пониженной активностью, которая выражается в пониженном уровне биосинтеза изолейцина и в фенотипе с недостатком по изолейцину типа "leaky". В бактерии с мутацией ilvA442 транскрипция оперона thrABC не репрессируется изолейцином, что является очень эффективньм при продукции треонина. Инактивация гена tdh приводит предотвращению деградации треонина. В указанный штамм была введена генетическая детерминанта ассимиляции сахарозы (гены scrKYABR). Для увеличения экспрессии генов, контролирующих биосинтез треонина, в промежуточный штамм TDH6 была введена плазмида pVIC40, содержащая мутантный треониновый оперон thrA442BC. Количество треонина, накопленного в ходе ферментации этого штамма, достигало 85 г/л.The strain VKPM B-3996 (US patents 5,175,107 and 5,705,371) is by far the best known producer strain of threonine. To create a strain VKPM B-3996, several mutations and the plasmid described below were introduced into the parent strain E. coli K-12 (VKPM B-7). The mutant thrA gene (thrA442 mutation) encodes an aspartokinase homoserine dehydrogenase I protein, which is resistant to feedback threonine inhibition. The mutant UvA gene (ilvA442 mutation) encodes a threonine deaminase protein that has a reduced activity, which is expressed in a reduced level of isoleucine biosynthesis and in the leaky-type isoleucine deficient phenotype. In bacteria with the ilvA442 mutation, transcription of the thrABC operon is not repressed by isoleucine, which is very effective in the production of threonine. Inactivation of the tdh gene prevents the degradation of threonine. The genetic determinant of sucrose assimilation (scrKYABR genes) was introduced into this strain. To increase the expression of genes that control threonine biosynthesis, plasmid pVIC40 containing the thrA442BC mutant threonine operon was introduced into the intermediate strain TDH6. The amount of threonine accumulated during the fermentation of this strain reached 85 g / l.

Ранее авторы настоящего изобретения получили, исходя из Е. coli К 12, мутант, содержащий мутацию thrR (упоминаемый здесь и далее как rhtA23), придающую устойчивость к высокой концентрации треонина и гомосерина на минимальной питательной среде (Astaurova, O.B. et al., Appl. Bioch. and Microbiol., 21, 611-616 (1985)). Фенотипически мутация выражается в повышении продукции L-треонина (патент СССР № 974817), гомосерина, и глутамата (Astaurova, O.B. et al., Appl. Bioch. And Microbiol., 27, 556-561, 1991, Европейская патентная заявка 1013765А) соответствующим штаммом-продуцентом Е. coli, таким как штамм ВКПМ-3996. Более того, авторы настоящего изобретения показали, что ген rhtA расположен на 18 минуте хромосомы Е. coli, рядом с опероном glnHPQ, кодирующим компоненты транспортной системы глутамина, и что ген rhtA идентичен открытой рамке считывания ORF1 (ген ybiF, номера нуклеотидов с 764 по 1651 в последовательности с инвентарным номером ААА2218541 в GenBank, gi:440181), расположенной между генами рехВ и отрХ. Участок, экспрессирующий белок, кодируемый ORF1, был назван геном rhtA (rht: resistance to homoserine and threonine - устойчивость к гомосерину и треонину).Previously, the authors of the present invention obtained, starting from E. coli K 12, a mutant containing a thrR mutation (referred to hereinafter as rhtA23), which confers resistance to high concentrations of threonine and homoserine in a minimal nutrient medium (Astaurova, OB et al., Appl. Bioch. And Microbiol., 21, 611-616 (1985)). Phenotypically, a mutation is expressed in an increase in the production of L-threonine (USSR patent No. 974817), homoserine, and glutamate (Astaurova, OB et al., Appl. Bioch. And Microbiol., 27, 556-561, 1991, European patent application 1013765A) corresponding E. coli producer strain, such as VKPM-3996 strain. Moreover, the authors of the present invention showed that the rhtA gene is located at the 18th minute of the E. coli chromosome, next to the glnHPQ operon encoding the components of the glutamine transport system, and that the rhtA gene is identical to the open reading frame of ORF1 (ybiF gene, nucleotide numbers 764 to 1651 in sequence with accession number AAA2218541 in GenBank, gi: 440181), located between the genes pXB and oprX. The region expressing the protein encoded by ORF1 was called the rhtA gene (rht: resistance to homoserine and threonine - resistance to homoserin and threonine).

Кроме того, авторами настоящего изобретения было установлено, что мутация rhtA23 является заменой А на G положении-1 относительно старт кодона ATG (ABSTRACTS of 17th International Congress of Biochemistry and Molecular Biology in conjugation with 1997 Annual Meeting of the American Society for Biochemistry and Molecular Biology, San Francisco, California August 24-29, 1997, abstract № 457; европейская патентная заявка 1013765).In addition, the authors of the present invention found that the rhtA23 mutation is a substitution of A for G position-1 relative to the start of the ATG codon (ABSTRACTS of 17 th International Congress of Biochemistry and Molecular Biology in conjugation with 1997 Annual Meeting of the American Society for Biochemistry and Molecular Biology, San Francisco, California August 24-29, 1997, abstract No. 457; European Patent Application 1013765).

В условиях, когда главный путь биосинтеза треонина изучен и в значительной степени оптимизирован, дальнейшее улучшение штамма-продуцента треонина может быть постигнуто путем повышения эффективности путей центрального метаболизма, таких как гликолиз (путь Эмбдена-Мейергофа), обеспечивающего клетку энергией и различными предшественниками метаболитов.Under conditions when the main pathway for threonine biosynthesis has been studied and largely optimized, further improvement of the producer strain of threonine can be comprehended by increasing the efficiency of central metabolic pathways, such as glycolysis (Embden-Meyerhof pathway), which provides the cell with energy and various metabolic precursors.

В работе гликолизного пути участвуют следующие ферменты: глюкокиназа (ЕС 2.7.1.2), кодируемая геном glk, фосфоглюкозоизомераза (ЕС 5.3.1.9), кодируемая геном pgi, фосфофруктокиназа-1 (фруктозо-6-Р-1-киназа) (ЕС 2.7.1.11), кодируемая геном pfkA, фруктозо-1,6-бифосфатальдолаза (ЕС 4.1.2.13), кодируемая геном fbaA, триозофосфатизомераза (ЕС 5.3.1.1), кодируемая геном tpiA, глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназа (ЕС 1.2.1.12), кодируемая геном gapA, фосфоглицераткиназа (ЕС 2.7.2.3), кодируемая геном pgk, фосфоглицеромутаза (ЕС 2.7.5.3), кодируемая геном gpmA, енолаза (ЕС 4.2.1.11), кодируемая геном eno и изоэнзимы пируваткиназы (ЕС 2.7.1.40), кодируемые генами pykA и pykF (Escherichia coli and Salmonella, Second Edition, Editor in Chief: F.C.Neidhardt, ASM Press, Washington D.C., 1996).The following enzymes participate in the glycolysis pathway: glucokinase (EC 2.7.1.2), encoded by the glk gene, phosphoglucose isomerase (EC 5.3.1.9), encoded by the pgi gene, phosphofructokinase-1 (fructose-6-P-1-kinase) (EC 2.7. 1.11), encoded by the pfkA gene, fructose-1,6-bisphosphataldolase (EC 4.1.2.13), encoded by the fbaA gene, triose phosphate isomerase (EC 5.3.1.1), encoded by the tpiA gene, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (EC 1.2.1.12), encoded by the gapA gene, phosphoglycerate kinase (EC 2.7.2.3) encoded by the pgk gene, phosphoglycerometase (EC 2.7.5.3) encoded by the gpmA gene, enolase (EC 4.2.1.11) encoded by the eno gene and and oenzimy pyruvate kinase (EC 2.7.1.40), encoded by the genes pykA and pykF (Escherichia coli and Salmonella, Second Edition, Editor in Chief: F.C.Neidhardt, ASM Press, Washington D.C., 1996).

Опубликован процесс производства L-лизина или других пищевых добавок, содержащих L-лизин, с помощью ферментации коринеформных бактерий, с повышенной экспрессией аллели хромосомного гена glk в условиях, способствующих формированию продукта указанного гена glk-глюкокиназы (заявка РСТ WO 03054198 A1). Также был опубликован способ получения шикимовой кислоты и ее производных с помощью ферментации бактерий Е. coli, трансформированных рекомбинантной ДНК, содержащей гены, кодирующие белок, способствующий усвоению глюкозы (glucose facilitator protein) и глюкокиназу из Zymononas mobilis, и благодаря этому обладающих способностью синтезировать шикимовую кислоту из источника углерода питательной среды (заявка РСТ WO 0229078 A2). Кроме того, описаны процессы получения внутриклеточных промежуточных метаболитов с помощью микроорганизмов - таких как эритрозо-4-фосфат, и альтернативные процессы получения соединений, например, ароматических аминокислот, таких как L-фенилаланин с помощью микроорганизмов. При этом активность трансальдолазы у указанных микроорганизмов-продуцентов была повышена (патент США 6,316,232). Этот патент '232 в качестве наилучшего способа осуществления изобретения описывает дополнительное увеличение активностей транскетолазы или транспортного белка, осуществляющего РЕР-независимый импорт сахара в клетку и/или глюкокиназы. Заявленные в патенте микроорганизмы принадлежат к родам Escherichia, Seurratia, Bacillus, Corynebacterium или Breibacterium.A process has been published for the production of L-lysine or other food additives containing L-lysine by fermentation of coryneform bacteria with increased expression of the allele of the chromosome glk gene under conditions conducive to the formation of a product of the indicated glk-glucokinase gene (PCT application WO 03054198 A1). A method has also been published for the preparation of shikimic acid and its derivatives by fermentation of E. coli bacteria transformed with recombinant DNA containing genes encoding a glucose facilitator protein and glucokinase from Zymononas mobilis, and thereby possessing the ability to synthesize shikimic acid from a carbon source of the growth medium (PCT application WO 0229078 A2). In addition, processes for producing intracellular intermediate metabolites using microorganisms, such as erythrose-4-phosphate, and alternative processes for producing compounds, for example, aromatic amino acids, such as L-phenylalanine using microorganisms, are described. Moreover, the activity of transaldolase in these producer microorganisms was increased (US patent 6,316,232). This' 232 patent, as the best mode for carrying out the invention, describes an additional increase in the activities of a transketolase or a transport protein carrying out PEP-independent import of sugar into the cell and / or glucokinase. The microorganisms claimed in the patent belong to the genera Escherichia, Seurratia, Bacillus, Corynebacterium or Breibacterium.

Опубликован способ получения L-аминокислот, в частности L-лизина, включающий в себя культивирование модифицированных бактериальных клеток, в частности Corynebacterium glutamicum, содержащих повышенный пул НАДФН по сравнению с неизмененными бактериальными клетками, в котором указанная модифицированная бактериальная клетка отличается усиленным потоком углерода через окислительную ветвь пентозофосфатного цикла (заявка РСТ WO 0107626 A2). Эта патентная заявка в качестве наилучшего способа осуществления изобретения описывает модифицированную бактериальную клетку с ослабленным потоком углерода через гликолитический путь из-за сниженной каталитической активности 6-фосфоглюкозоизомеразы, возникшей в результате мутации в resepgi. Также опубликован сходный способ получения L-лизина с использованием коринеформных бактерий, с нулевой внутриклеточной активностью фосфоглюкозоизомеразы (pgi) (патент США 6,586,214).A method has been published for producing L-amino acids, in particular L-lysine, which includes culturing modified bacterial cells, in particular Corynebacterium glutamicum, containing an increased pool of NADPH as compared to unchanged bacterial cells, wherein said modified bacterial cell has an enhanced carbon flow through the oxidizing branch pentose phosphate cycle (PCT application WO 0107626 A2). This patent application, as the best mode for carrying out the invention, describes a modified bacterial cell with a weakened carbon flow through the glycolytic pathway due to the reduced catalytic activity of 6-phosphoglucose isomerase resulting from a mutation in resepgi. A similar method for producing L-lysine using coryneform bacteria with zero intracellular phosphoglucose isomerase (pgi) activity (US Pat. No. 6,586,214) is also published.

Опубликован способ получения L-лизина, включающий в себя культивирование коринеформной бактерии - продуцентов L-лизина, в которой повышена внутриклеточная активность 6-фосфофруктокиназы, кодируемой геном pfkA (Европейская патентная заявка ЕР 1195431 А1). Но в то же время был опубликован процесс получения L-аминокислот, в частности L-лизина, путем ферментации, включающий в себя культивирование коринеформных бактерий для получения целевой L-аминокислоты, у которой как минимум один ген, кодирующий 6-фосфофруктокиназу (pfkA ген) и/или ген, кодирующий 1-фосфофруктокиназу (fruK ген), ослаблен(ы) (заявка РСТ WO 02074944 A1). В этой публикации в качестве наилучшего практического осуществления процесса получения L-лизина с использованием коринеформной бактерии, помимо ослабления гена/ов pfK- и/или fruK, также одновременно усилены, в частности, усилена экспрессия одного или более генов из группы, включающей в себя ген lysC, кодирующий аспартаткиназу, устойчивую к ингибированию по типу обратной связи, ген dapA, кодирующий дигидродипиколинатсинтазу, ген gap, кодирующий глицеральдегидфосфатдегидрогеназу, ген рус, кодирующий пируваткарбоксилазу, ген mqo, кодирующий малат-хинон-оксидоредуктазу, ген zwal, кодирующий глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназу, ген lysE, кодирующий экспортер лизина, ген zwal, кодирующий белок zwal, ген tpi, кодирующий триозофосфатизомеразу, и ген pgk, кодирующий 3-фосфоглицераткиназу.A method for producing L-lysine has been published, which includes culturing a coryneform bacterium producing L-lysine, in which the intracellular activity of 6-phosphofructokinase encoded by the pfkA gene is increased (European patent application EP 1195431 A1). But at the same time, the process of producing L-amino acids, in particular L-lysine, by fermentation was published, including the cultivation of coryneform bacteria to obtain the target L-amino acid, which has at least one gene encoding 6-phosphofructokinase (pfkA gene) and / or the gene encoding 1-phosphofructokinase (fruK gene) is attenuated (s) (PCT application WO 02074944 A1). In this publication, as the best practical implementation of the process of producing L-lysine using a coryneform bacterium, in addition to attenuating the pfK- and / or fruK gene / s, the expression of one or more genes from the group including the gene is also enhanced lysC encoding feedback inhibition resistant aspartate kinase, dapA gene encoding dihydrodipicolinate synthase, gap gene encoding glyceraldehyde phosphate dehydrogenase, rus encoding pyruvate carboxylase, mqo gene encoding malate chi it oxidoreductase gene zwal, coding for glucose 6-phosphate dehydrogenase, the gene lysE, encoding a lysine exporter, gene zwal, encoding a protein zwal, gene tpi, coding for triose phosphate isomerase and the gene pgk, encoding a 3-phosphoglycerate kinase.

Описан процесс получения L-аминокислот, таких как L-лизин и L-треонин, методом ферментации коринеформных бактерий, в которых амплифицирован, как минимум, ген zwf (заявка РСТ WO 0170995 A1). В этой публикации в качестве наилучшего способа осуществления изобретения описывается процесс получения L-аминокислот с использованием коринеформных бактерий, в которых, помимо амплификации гена zwf, дополнительно амплифицированы или обладают повышенной экспрессией один или несколько генов одновременно из группы, состоящей из: ген dapA, кодирующий дигидропиколинатсинтазу, ген lysC, кодирующий аспартаткиназу, устойчивую к ингибированию по типу обратной связи, ген gap, кодирующий глицеролальдегид-3-фосфатдегидрогеназу, ген pyc, кодирующий пируваткарбоксилазу, ген tkt, кодирующий транскетолазу, ген gnd, кодирующий глюконат-6-фосфатдегидрогеназу, ген lysE, кодирующий экспортер лизина, ген zwal, ген eno, кодирующий енолазу.A process is described for producing L-amino acids, such as L-lysine and L-threonine, by fermentation of coryneform bacteria in which at least the zwf gene is amplified (PCT application WO 0170995 A1). This publication describes, as the best method of carrying out the invention, a process for producing L-amino acids using coryneform bacteria, in which, in addition to amplification of the zwf gene, one or more genes additionally amplified or have increased expression simultaneously from the group consisting of: the dapA gene encoding dihydropicolinate synthase , lysC gene encoding feedback inhibition resistant aspartate kinase, gap gene encoding glycerolaldehyde-3-phosphate dehydrogenase, pyc gene encoding pyru atkarboksilazu gene tkt, coding for transketolase, a gene gnd, encoding the gluconate-6-phosphate, the gene lysE, encoding a lysine exporter, gene zwal, gene eno, encoding an enolase.

Описаны коринеформные бактерии-продуценты L-аминокислот, включая L-треонин, содержащих от одной копии на хромосоме в природном локусе и до трех дополнительных копий генов или открытых рамок считывания (ORF), выбранных из группы, которая помимо других генов, включает в себя гены eno, gap, pgk и tpi (заявки РСТ WO 03014330 A2, WO 03040373 A2).Describes coryneform bacteria producing L-amino acids, including L-threonine, containing from one copy on the chromosome at the natural locus and up to three additional copies of genes or open reading frames (ORF) selected from the group which, in addition to other genes, includes genes eno, gap, pgk and tpi (PCT applications WO 03014330 A2, WO 03040373 A2).

Описан процесс получения L-глутаминовой кислоты методом ферментации коринеформных бактерий, в которой экспрессия нуклеотидной последовательности, кодирующей D-аланинрацемазу (alr), ослаблена, в частности, отсутствует (заявка РСТ WO 0208437 A2). В этой публикации в качестве наилучшего воплощения описывается процесс получения L-глутаминовой кислоты с использованием коринеформной бактерии, в которой, помимо ослабленной экспрессии нуклеотидой последовательности, кодирующей D-аланинрацемазу (alr), дополнительно усилены или обладают повышенной экспрессией один или несколько генов из группы, которая помимо других генов, включает в себя гены gap и eno.A process is described for producing L-glutamic acid by the fermentation of coryneform bacteria, in which the expression of the nucleotide sequence encoding D-alanine racemase (alr) is weakened, in particular, is absent (PCT application WO 0208437 A2). This publication describes, as the best embodiment, the process for producing L-glutamic acid using a coryneform bacterium, in which, in addition to the weakened expression of the nucleotide sequence encoding D-alanine racemase (alr), one or more genes from the group that are further enhanced or have increased expression among other genes, includes the gap and eno genes.

Описан способ получения химически чистых соединений или метаболитов, таких как L-треонин, с использованием микроорганизмов, в частности, коринеформных бактерий или Escherichia coli, в которых способность к фосфорилированию как минимум одного белка была перманентно повышена, благодаря мутации как минимум в одной аминокислоте указанного белка, в результате чего был увеличен выход как минимум одного чистого соединения, синтезируемого микроорганизмом, в сравнении с природным (заявка РСТ WO 03023016 A2). Одним из примеров подобных мутантных белков является енолаза (enoS330E).A method is described for the preparation of chemically pure compounds or metabolites, such as L-threonine, using microorganisms, in particular, coryneform bacteria or Escherichia coli, in which the ability to phosphorylate at least one protein was permanently increased due to mutation in at least one amino acid of the specified protein as a result, the yield of at least one pure compound synthesized by the microorganism was increased in comparison with the natural one (PCT application WO 03023016 A2). One example of such mutant proteins is enolase (enoS330E).

Среди генов, кодирующих ферменты гликолиза, для повышения продукции L-треонина бактериями семейства Enterobacteriaceae, в частности Escherichia coli, были модифицированы четыре гена. Это гены fbaA, gpmA (pgm),pykF и pfkB.Among the genes encoding glycolysis enzymes, four genes were modified to increase the production of L-threonine by bacteria of the Enterobacteriaceae family, in particular Escherichia coli. These are the genes fbaA, gpmA (pgm), pykF and pfkB.

Так был описан процесс получения L-аминокислот, в частности L-треонина, путем ферментации микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae, продуцирующих целевую L-аминокислоту, и в которых повышена экспрессия гена fba или нуклеотидной последовательности, которая кодирует белок Fba (PCT application WO 03004664 A2). В то же время, тем же самым заявителем была подана патентная заявка РСТ WO 03004662 A2 на процесс ферментативного производства L-аминокислот, в частности L-треонина, путем ферментации микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae - продуцентов целевой L-аминокислоты, в которых экспрессия одного или более генов из группы, включающей в себя среди прочих ген fba, или нуклеотидную последовательность, кодирующую белок Fba, ослаблена, в частности, отсутствует. Данная заявка не содержит практических примеров.Thus, the process of producing L-amino acids, in particular L-threonine, was described by fermenting microorganisms of the Enterobacteriaceae family that produce the target L-amino acid, and in which the expression of the fba gene or nucleotide sequence that encodes the Fba protein is increased (PCT application WO 03004664 A2). At the same time, the same applicant filed PCT patent application WO 03004662 A2 for the enzymatic production of L-amino acids, in particular L-threonine, by fermentation of microorganisms of the Enterobacteriaceae family, producers of the target L-amino acid, in which the expression of one or more genes from the group including, among others, the fba gene, or the nucleotide sequence encoding the Fba protein, is weakened, in particular, is absent. This application does not contain practical examples.

Также был заявлен процесс производства L-аминокислот, в частности L-треонина, путем ферментации микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae - продуцентов целевой аминокислоты, в которых повышена экспрессия renapgm или нуклеотидной последовательности, кодирующей белок Pgm (заявка РСТ WO 03004598 A2). В то же время, тем же самым заявителем была подана патентная заявка РСТ WO 03004662 A2 на процесс ферментативного производства L-аминокислот, в частности L-треонина, путем ферментации микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae - продуцентов целевой L-аминокислоты, в которых экспрессия одного или более генов из группы, включающей в себя среди прочих ген pgm, или нуклеотидную последовательность, кодирующую белок Pgm, ослаблена, в частности, отсутствует. Данная заявка не содержит практических примеров.A process was also announced for the production of L-amino acids, in particular L-threonine, by fermentation of microorganisms of the Enterobacteriaceae family, producers of the target amino acid, in which the expression of renapgm or the nucleotide sequence encoding the Pgm protein is increased (PCT application WO 03004598 A2). At the same time, the same applicant filed PCT patent application WO 03004662 A2 for the enzymatic production of L-amino acids, in particular L-threonine, by fermentation of microorganisms of the Enterobacteriaceae family, producers of the target L-amino acid, in which the expression of one or more genes from the group including, among others, the pgm gene, or the nucleotide sequence encoding the Pgm protein, is weakened, in particular, missing. This application does not contain practical examples.

Также был заявлен процесс производства L-аминокислот, в частности L-треонина, путем ферментации микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae - продуцентов целевой аминокислоты, в которых повышена экспрессия гена pykF или нуклеотидной последовательности, кодирующей белок PykF (заявка РСТ WO 03008609 A2). В то же время, тем же самым заявителем была подана патентная заявка РСТ WO 03008600 A2 на процесс ферментативного производства L-аминокислот, в частности L-треонина, путем ферментации микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae - продуцентов целевой L-аминокислоты, в которых экспрессия одного или более генов из группы, включающей в себя среди прочих ген pykF, или нуклеотидную последовательность, кодирующую белок PykF, ослаблена, в частности, отсутствует. Данная заявка не содержит практических примеров.A process has also been announced for the production of L-amino acids, in particular L-threonine, by fermentation of microorganisms of the Enterobacteriaceae family, producers of the target amino acid, in which expression of the pykF gene or the nucleotide sequence encoding the PykF protein is increased (PCT application WO 03008609 A2). At the same time, the same applicant filed PCT patent application WO 03008600 A2 for the enzymatic production of L-amino acids, in particular L-threonine, by fermentation of Enterobacteriaceae microorganisms, producers of the target L-amino acid, in which the expression of one or more genes from the group including, among others, the pykF gene, or the nucleotide sequence encoding the PykF protein, is weakened, in particular, missing. This application does not contain practical examples.

И, наконец, процесс производства L-аминокислот, в частности L-треонина, путем ферментации микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae - продуцентов целевой аминокислоты, в которых повышена экспрессия гена pfkB или нуклеотидной последовательности, кодирующей белок PfkB (заявка РСТ WO 03008610 A2). В то же время, тем же самым заявителем была подана патентная заявка РСТ WO 03008600 A2 на процесс ферментативного производства L-аминокислот, в частности L-треонина, путем ферментации микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae - продуцентов целевой L-аминокислоты, в которых экспрессия одного или более генов из группы, включающей в себя среди прочих ген pfkB, или нуклеотидную последовательность, кодирующую белок PfkB, ослаблена, в частности, отсутствует. Данная заявка не содержит практических примеров.And finally, the production process of L-amino acids, in particular L-threonine, by fermentation of microorganisms of the Enterobacteriaceae family - producers of the target amino acid, in which the expression of the pfkB gene or the nucleotide sequence encoding the PfkB protein is increased (PCT application WO 03008610 A2). At the same time, the same applicant filed PCT patent application WO 03008600 A2 for the enzymatic production of L-amino acids, in particular L-threonine, by fermentation of Enterobacteriaceae microorganisms, producers of the target L-amino acid, in which the expression of one or more genes from the group including, among others, the pfkB gene, or the nucleotide sequence encoding the PfkB protein, is weakened, in particular, missing. This application does not contain practical examples.

На сегодняшний день нет сведений об использовании бактерий, принадлежащих к роду Escherichia, с повышенной экспрессией генов, кодирующих ферменты гликолиза, таких как glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk, eno и pykA, для продукции L-треонина.To date, there is no evidence of the use of bacteria belonging to the genus Escherichia with increased expression of genes encoding glycolysis enzymes, such as glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk, eno and pykA, for the production of L-threonine.

Описание изобретенияDescription of the invention

Целью настоящего изобретения является увеличение продуктивности штаммов продуцентов L-треонина и предоставление способа получения L-треонина с использованием указанных штаммов.The aim of the present invention is to increase the productivity of strains of producers of L-threonine and the provision of a method for producing L-threonine using these strains.

Данная цель была достигнута путем установления того факта, что гены, такие как glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk, eno и pykA, кодирующие ферменты гликолиза, клонированные в низкокопийный вектор, могут увеличивать продукцию треонина. Таким образом было совершено настоящее изобретение.This goal was achieved by establishing the fact that genes such as glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk, eno and pykA, encoding glycolysis enzymes cloned into a low copy vector, can increase the production of threonine. Thus, the present invention has been completed.

Целью настоящего изобретения является предоставление бактерии, принадлежащей к роду Escherichia, продуцента L-треонина, при этом указанная бактерия модифицирована таким образом, что активность одного или более ферментов гликолиза увеличена.An object of the present invention is to provide a bacterium belonging to the genus Escherichia, a producer of L-threonine, wherein said bacterium is modified so that the activity of one or more glycolysis enzymes is increased.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, принадлежащей к роду Escherichia, продуцента L-треонина, при этом указанная бактерия модифицирована таким образом, что экспрессия одного или более генов, выбранных из группы генов glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk, eno и pykA, кодирующих ферменты гликолиза, или нуклеотидные последовательности, кодирующие такие же ферменты, усилена.It is also an object of the present invention to provide the above-described bacterium belonging to the genus Escherichia, a producer of L-threonine, wherein said bacterium is modified so that the expression of one or more genes selected from the group of genes glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk , eno and pykA encoding glycolysis enzymes, or nucleotide sequences encoding the same enzymes, is amplified.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, в которой экспрессия одного или нескольких указанных генов усилена за счет увеличения числа копий этого гена/этих генов или модификации последовательности, осуществляющей контроль экспрессии гена/ов таким образом, что экспрессия указанного/ых гена/ов усиливается.It is also an object of the present invention to provide a bacterium as described above, in which the expression of one or more of the indicated genes is enhanced by increasing the number of copies of this gene (s) or by modifying the sequence that controls the expression of the gene (s) such that the expression of the specified gene (s) amplified.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, в которой число копий гена увеличено за счет трансформации бактерии с помощью низкокопийного вектора, содержащего указанный/ые ген/ы.It is also an object of the present invention to provide a bacterium as described above in which the number of copies of a gene is increased by transforming the bacterium using a low copy vector containing the indicated gene (s).

Также целью настоящего изобретения является создание описанной выше бактерии, в которой указанные гены получены из бактерии, принадлежащей к роду Escherichia.It is also an object of the present invention to provide a bacterium as described above in which said genes are derived from a bacterium belonging to the genus Escherichia.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, где указанная бактерия модифицирована таким образом, что у указанной бактерии усилена экспрессия одного или нескольких генов, выбранных из группы, состоящей из;It is also an object of the present invention to provide a bacterium as described above, wherein said bacterium is modified so that said bacterium has enhanced expression of one or more genes selected from the group consisting of;

- мутантного гена thrA, кодирующего аспартокиназа-гомосериндегидрогеназу I, устойчивую к ингибированию треонином по типу обратной связи;- mutant thrA gene encoding aspartokinase-homoserine dehydrogenase I, resistant to threonine inhibition by feedback type;

- гена thrB, кодирующего гомосеринкиназу;- thrB gene encoding homoserine kinase;

- гена thrC, кодирующего треонинсинтазу; и- thrC gene encoding threonine synthase; and

- гена rhtA, кодирующего предполагаемый трансмембранный белок.- rhtA gene encoding the putative transmembrane protein.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, где указанная бактерия модифицирована таким образом, что экспрессия указанного мутантного гена thrA, указанного гена thrB, указанного гена thrC и указанного гена rhtA усилена.It is also an object of the present invention to provide a bacterium as described above, wherein said bacterium is modified so that the expression of said mutant thrA gene, said thrB gene, said thrC gene, and said rhtA gene is enhanced.

А также целью настоящего изобретения является предоставление способа получения L-треонина, включающего выращивание описанной выше бактерии в питательной и выделения L-треонина из культуральной жидкости.It is also an object of the present invention to provide a method for producing L-threonine, comprising growing the above-described bacteria in a nutrient and isolating L-threonine from the culture fluid.

Наилучший способ осуществления изобретения.The best way of carrying out the invention.

Бактерия, согласно настоящему изобретению - это бактерия, принадлежащая к роду Escherichia, продуцент L-треонина, модифицированная с целью повышения активности одного или более ферментов гликолиза. Более конкретно, бактерией, согласно настоящему изобретению является бактерия, принадлежащая к роду Escherichia, - продуцент L-треонина, модифицированная с целью усиления экспрессии одного или более генов, выбранных из группы glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk, eno и pykA, кодирующих ферменты гликолиза, или нуклеотидных последовательностей, которые кодируют указанные ферменты.A bacterium according to the present invention is a bacterium belonging to the genus Escherichia, a producer of L-threonine, modified to increase the activity of one or more glycolysis enzymes. More specifically, the bacterium of the present invention is a bacterium belonging to the genus Escherichia, an L-threonine producer modified to enhance expression of one or more genes selected from the group of glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk, eno and pykA encoding glycolysis enzymes, or nucleotide sequences that encode these enzymes.

Согласно настоящему изобретению «бактерия - продуцент треонина» означает бактерию, обладающую способностью к накоплению L-треонина в питательной среде, в условиях, когда бактерия согласно настоящему изобретению выращивается в указанной питательной среде. Способность к продукции L-треонина может быть придана или улучшена путем селекции. Используемый здесь термин «бактерия-продуцент L-треонина» также означает бактерию, которая способна к продукции L-треонина и вызывает накопление L-треонина в ферментационной среде в количествах больших, чем природный или родительский штамм Е. coli, такой, как штамм Е. coli К-12.According to the present invention, “a bacterium producing threonine” means a bacterium having the ability to accumulate L-threonine in a culture medium under conditions when the bacterium of the present invention is grown in said culture medium. The ability to produce L-threonine can be imparted or improved by selection. As used herein, the term “L-threonine-producing bacterium” also means a bacterium that is capable of producing L-threonine and causes the accumulation of L-threonine in a fermentation medium in quantities greater than the natural or parent E. coli strain, such as E. coli K-12.

Термин «бактерия, принадлежащая к роду Escherichia» означает, что бактерия относится к роду Escherichia в соответствии с классификацией, известной специалисту в области микробиологии. В качестве примера микроорганизма, принадлежащего к роду Escherichia, использованного в настоящем изобретении, но не единственного в указанном роду, может быть упомянута бактерия Escherichia coli (Е. coli).The term "bacterium belonging to the genus Escherichia" means that the bacterium belongs to the genus Escherichia in accordance with the classification known to the person skilled in the field of microbiology. As an example of a microorganism belonging to the genus Escherichia used in the present invention, but not the only one in the specified genus, the bacterium Escherichia coli (E. coli) can be mentioned.

Круг бактерий, принадлежащих к роду Escherichia, которые могут быть использованы в настоящем изобретении, не ограничен каким-либо образом, однако, например, бактерии, описанные в Neidhardt, F.C. et al. (Escherichia coli and Salmonella typhimurium, American Society for Microbiology, Washington D.C., 1208, Таблица 1) могут быть включены в их число согласно настоящему изобретению.The range of bacteria belonging to the genus Escherichia that can be used in the present invention is not limited in any way, however, for example, the bacteria described in Neidhardt, F.C. et al. (Escherichia coli and Salmonella typhimurium, American Society for Microbiology, Washington D.C., 1208, Table 1) may be included in their number according to the present invention.

Термин «модифицирована таким образом, что экспрессия гена/ов усилена» означает то, что количество экспрессируемых копий гена/ов выше, чем у не модифицированного штамма, например, природного штамма. Примерами такой модификации могут являться увеличение количества экспрессируемого/ых гена/ов в пересчете на одну клетку, повышение уровня экспрессии гена и так далее. Количество копий экспрессирующегося гена может быть измерено, например, с помощью рестрикции хромосомной ДНК, с последующей гибридизацией по Саузерну, при этом в качестве зонда используется зонд, синтезированный на основе нуклеотидной последовательности исследуемого гена, флуоресцентной гибридизации in situ (FISH), и подобные им. Уровень экспрессии генов определяется с помощью различных методов, включая гибридизацию по Нозерну, количественный RT-PCR и подобным им. Кроме того, в качестве природного штамма, который может служить объектом для сравнения, может быть упомянут штамм Escherichia coli К-12. В результате повышения уровня экспрессии указанного/ых гена/ов наблюдается эффект увеличения количества накопленного L-треонина.The term “modified in such a way that the expression of the gene / s is enhanced” means that the number of expressed copies of the gene / s is higher than that of an unmodified strain, for example, a natural strain. Examples of such modifications can be an increase in the number of expressed gene (s) per cell, an increase in the level of gene expression, and so on. The number of copies of an expressed gene can be measured, for example, by restriction of chromosomal DNA, followed by Southern hybridization, using a probe synthesized based on the nucleotide sequence of the gene under investigation, fluorescence in situ hybridization (FISH), and the like. The level of gene expression is determined using various methods, including Northern hybridization, quantitative RT-PCR, and the like. In addition, a strain of Escherichia coli K-12 may be mentioned as a natural strain that can serve as an object for comparison. As a result of increasing the expression level of the indicated gene (s), the effect of increasing the amount of accumulated L-threonine is observed.

Ферменты гликолиза, согласно настоящему изобретению, представлены глюкокиназой (ЕС 2.7.1.2), кодируемой геном glk, фосфоглюкозоизомеразой (ЕС 5.3.1.9), кодируемой геном pgi, фосфофруктокиназой-1 (фруктозо-6-Р 1-киназой) (ЕС 2.7.1.11), кодируемой геном pfkA, триозофосфатизомеразой (ЕС 5.3.1.1), кодируемой геном tpiA, глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназой (GAPDH) (ЕС 1.2.1.12), кодируемой геном gapA, фосфоглицераткиназой (ЕС 2.7.2.3), кодируемой геном pgk, енолазой (ЕС 4.2.1.11), кодируемой геном eno и изоферментами пируваткиназы (ЕС 2.7.1.40), кодируемых геном pykA.The glycolysis enzymes according to the present invention are represented by glucokinase (EC 2.7.1.2) encoded by the glk gene, phosphoglucose isomerase (EC 5.3.1.9) encoded by the pgi gene, phosphofructokinase-1 (fructose-6-P 1 kinase) (EC 2.7.1.11 ), encoded by the pfkA gene, triose phosphate isomerase (EC 5.3.1.1), encoded by the tpiA gene, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) (EC 1.2.1.12), encoded by the gapA gene, phosphoglycerate kinase (EC 2.7.2.3) p encoded enolase (EC 4.2.1.11) encoded by the eno gene and pyruvate kinase isoenzymes (EC 2.7.1.40) encoded by the pykA gene.

Согласно настоящему изобретению, термин "глюкокиназа" означает фермент, способный к катализу реакции АТФ-зависимого фосфорилирования глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфата. Термин "фосфоглюкозоизомераза" означает фермент, способный к катализу реакции превращения глюкозо-6-фосфата в фруктозо-6-фосфат. Термин "фосфофруктокиназа-1 (фруктозо-6-Р 1-киназа)" означает фермент, способный к катализу реакции АТР-зависимого фосфорилирования глюкозо-6-фосфата с образованием глюкозо-1,6-дифосфата. Термин "триозофосфатизомераза " означает фермент, способный к катализу реакции взаимопревращения диоксиацетонфосфата в глицеральдегид-3-фосфата и наоборот. Термин "глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа" означает фермент, способный к катализу реакции НАД+-зависимого превращения глицеральдегид-3-фосфата в 1,3-дифосфоглицерат. Термин "фосфоглицераткиназа" означает фермент, способный к катализу реакции дефосфорилирования 1,3-дифосфоглицерата с образованием 3-фосфоглицерата и АТФ. Термин "енолаза" означает фермент, способный к катализу реакции дегидратации 2-фосфоглицерата с образованием фосфоенолпирувата. Термин "пируваткиназа" означает фермент, способный к катализу реакции образования пирувата из фосфоенолпирувата с высвобождением АТФ.According to the present invention, the term "glucokinase" means an enzyme capable of catalyzing the reaction of ATP-dependent phosphorylation of glucose to form glucose-6-phosphate. The term "phosphoglucose isomerase" means an enzyme capable of catalyzing the conversion of glucose-6-phosphate to fructose-6-phosphate. The term "phosphofructokinase-1 (fructose-6-P 1-kinase)" means an enzyme capable of catalyzing the reaction of ATP-dependent phosphorylation of glucose-6-phosphate to form glucose-1,6-diphosphate. The term “triose phosphate isomerase” means an enzyme capable of catalysing the reaction of the interconversion of dioxaacetone phosphate to glyceraldehyde-3-phosphate and vice versa. The term "glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase" means an enzyme capable of catalyzing the reaction of NAD + -dependent conversion of glyceraldehyde-3-phosphate to 1,3-diphosphoglycerate. The term "phosphoglycerate kinase" means an enzyme capable of catalyzing the dephosphorylation reaction of 1,3-diphosphoglycerate to form 3-phosphoglycerate and ATP. The term "enolase" means an enzyme capable of catalyzing the dehydration reaction of 2-phosphoglycerate to form phosphoenolpyruvate. The term "pyruvate kinase" means an enzyme capable of catalyzing the reaction of the formation of pyruvate from phosphoenolpyruvate with the release of ATP.

Любой из упомянутых генов, полученных из бактерий, принадлежащих к роду Escherichia и генов, полученных из других бактерий, таких как коринеформные бактерии, бактерии, принадлежащие к роду Bacillus или подобные им, могут быть использованы в качестве генов, кодирующих указанные ферменты гликолиза. Среди этих генов, гены, полученные из бактерий, принадлежащих к роду Escherichia, предпочтительны.Any of these genes derived from bacteria belonging to the genus Escherichia and genes derived from other bacteria, such as coryneform bacteria, bacteria belonging to the genus Bacillus or the like, can be used as genes encoding these glycolysis enzymes. Among these genes, genes derived from bacteria belonging to the genus Escherichia are preferred.

В качестве гена, кодирующего глюкокиназу из Escherichia coli, известен ген glk (номера нуклеотидов с 2506481 по 2507446 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.1 в GenBank; gi:16130320; SEQ ID NO:1). Ген glk расположен в хромосоме штамма Е. coli K12 между открытыми рамками считывания (ORF) b2387 и b2389. В качестве гена, кодирующего фосфоглюкозоизомеразу Escherichia coli, известен ген pgi (номера нуклеотидов с 4231337 по 4232986 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.1 в GenBank, gi: 16131851; SEQ ID NO: 3). Ген pgi расположен в хромосоме штамма Е. coli K12 между генами lysC-ayjbE. В качестве гена, кодирующего фосфофруктокиназу-1 из Escherichia coli, известен ген pfkA (номера нуклеотидов с 4105132 по 4106094 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.1 в GenBank, gi:16131754; SEQ ID NO: 5). FespfkA расположен в хромосоме штамма Е. coli K12 между рамкой считывания yiiP ORF и геном sbp. В качестве гена, кодирующего триозофосфатизомеразу из Escherichia coli, известен ген tpiA (номера нуклеотидов с 4108320 по 4109087 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.1 в GenBank, gi:16131757; SEQ ID NO: 7). Ген tpiA расположен в хромосоме штамма Е. coli K12 между геном cdh и рамкой считывания ORF. В качестве гена, кодирующего глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу из Escherichia coli, известен ген gapA (номера нуклеотидов с 1860795 по 1861790 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.1 в GenBank, gi: 16129733;As the gene encoding glucokinase from Escherichia coli, the glk gene is known (nucleotide numbers 2506481 to 2507446 in sequence with accession number NC_000913.1 in GenBank; gi: 16130320; SEQ ID NO: 1). The glk gene is located on the chromosome of E. coli K12 strain between open reading frames (ORFs) b2387 and b2389. As the gene encoding Escherichia coli phosphoglucose isomerase, the pgi gene is known (nucleotide numbers 4231337 to 4232986 in sequence with accession number NC_000913.1 in GenBank, gi: 16131851; SEQ ID NO: 3). The pgi gene is located on the chromosome of E. coli K12 strain between the lysC-ayjbE genes. As a gene encoding phosphofructokinase-1 from Escherichia coli, the pfkA gene is known (nucleotide numbers 4105132 to 4106094 in sequence with accession number NC_000913.1 in GenBank, gi: 16131754; SEQ ID NO: 5). FespfkA is located on the chromosome of E. coli K12 strain between the yiiP ORF reading frame and the sbp gene. As the gene encoding triosophosphatisomerase from Escherichia coli, the tpiA gene is known (nucleotide numbers 4108320 to 4109087 in sequence with accession number NC_000913.1 in GenBank, gi: 16131757; SEQ ID NO: 7). The tpiA gene is located on the chromosome of E. coli K12 strain between the cdh gene and the ORF reading frame. As the gene encoding glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase from Escherichia coli, the gapA gene is known (nucleotide numbers from 1860795 to 1861790 in the sequence with accession number NC_000913.1 in GenBank, gi: 16129733;

SEQ ID NO: 9). Ген gapA расположен в хромосоме штамма Е. coli K12 между рамками считывания уеаА ORF и уеаО ORF. В качестве гена, кодирующего фосфоглицераткиназу из Escherichia coli, известен ген pgk (номера нуклеотидов с 3069479 по 3070642 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.1 в GenBank, gi: 16130827; SEQ ID NO: 11). Ympgk расположен в хромосоме штамма Е. coli K12 между генами fbaA и epd. В качестве гена, кодирующего енолазу из Escherichia coli, известен ген eno (номера нуклеотидов с 2904665 по 2905963 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.1 в GenBank, gi: 1613 0686;SEQ ID NO: 9). The gapA gene is located on the chromosome of strain E. coli K12 between the reading frames of the уеАА ORF and уеАО ORF. As the gene encoding phosphoglycerate kinase from Escherichia coli, the pgk gene is known (nucleotide numbers 3069479 to 3070642 in sequence with accession number NC_000913.1 in GenBank, gi: 16130827; SEQ ID NO: 11). Ympgk is located on the chromosome of E. coli K12 strain between the fbaA and epd genes. As the gene encoding the enolase from Escherichia coli, the eno gene is known (nucleotide numbers 2904665 to 2905963 in sequence with accession number NC_000913.1 in GenBank, gi: 1613 0686;

SEQ ID NO: 13). Ген eno расположен в хромосоме штамма Е. coli K12 между рамкой считывания b2778 ORF и геном pyrG. В качестве гена, кодирующего пируваткиназу II из Escherichia coli, известен ген pykA (номера нуклеотидов с 1935673 по 1937115 в последовательности с инвентарным номером NC_000913.1 в GenBank, gi: 16129807; SEQ ID NO: 15). Ген pykA расположен в хромосоме штамма Е. coli K12 между рамкой считывания yebK ORF и геном msbB. Следовательно, ген asd может быть получен методом ПЦР (полимеразная цепная реакция; White, T.J. et al.. Trends Genet, 5,185 (1989)) с использованием праймеров, синтезированных на основании последовательности нуклеотидов указанного гена.SEQ ID NO: 13). The eno gene is located on the chromosome of E. coli K12 strain between the reading frame of b2778 ORF and the pyrG gene. The pykA gene is known as the gene encoding pyruvate kinase II from Escherichia coli (nucleotide numbers from 1935673 to 1937115 in sequence with accession number NC_000913.1 in GenBank, gi: 16129807; SEQ ID NO: 15). The pykA gene is located on the chromosome of E. coli K12 strain between the yebK ORF reading frame and the msbB gene. Therefore, the asd gene can be obtained by PCR (polymerase chain reaction; White, T.J. et al .. Trends Genet, 5.185 (1989)) using primers synthesized based on the nucleotide sequence of the gene.

Примером гена glk из Escherichia coli является ДНК, кодирующая следующие белки (А) или (В):An example of a glk gene from Escherichia coli is DNA encoding the following proteins (A) or (B):

(A) белок, который представлен последовательностью аминокислот, приведенной в списке последовательностей под номером 2 (SEQ ID NO:2); или(A) a protein that is represented by the amino acid sequence shown in the sequence listing under number 2 (SEQ ID NO: 2); or

(B) белок, который представлен последовательностью аминокислот, включающей делеции, замены, вставки или добавление одной или нескольких аминокислот в последовательность аминокислот, приведенную в списке последовательностей под номером 2 (SEQ ID NO:2), и который обладает активностью глюкокиназы.(B) a protein that is represented by an amino acid sequence including deletions, substitutions, insertions, or the addition of one or more amino acids to the amino acid sequence listed in the sequence number 2 (SEQ ID NO: 2), and which has glucokinase activity.

Примером гена pgi из Escherichia coli является ДНК, кодирующая следующие белки (С) или (D):An example of a pgi gene from Escherichia coli is DNA encoding the following proteins (C) or (D):

(C) белок, который представлен последовательностью аминокислот, приведенной в списке последовательностей под номером 4 (SEQ ID NO:4); или(C) a protein that is represented by the amino acid sequence shown in the sequence list under number 4 (SEQ ID NO: 4); or

(D) белок, который представлен последовательностью аминокислот, включающей делеции, замены, вставки или добавление одной или нескольких аминокислот в последовательность аминокислот, приведенную в списке последовательностей под номером 4 (SEQ ID NO:4), и который обладает активностью фосфоглюкозоизомеразы.(D) a protein that is represented by an amino acid sequence including deletions, substitutions, insertions, or the addition of one or more amino acids to the amino acid sequence listed in sequence number 4 (SEQ ID NO: 4), and which has phosphoglucose isomerase activity.

Примером гена pfkA из Escherichia coli является ДНК, кодирующая следующие белки (Е) или (F):An example of a pfkA gene from Escherichia coli is DNA encoding the following proteins (E) or (F):

(Е) белок, который представлен последовательностью аминокислот, приведенной в списке последовательностей под номером 6 (SEQ ID NO:6); или(E) a protein that is represented by the amino acid sequence shown in the sequence list under number 6 (SEQ ID NO: 6); or

(F) белок, который представлен последовательностью аминокислот, включающей делеции, замены, вставки или добавление одной или нескольких аминокислот в последовательность аминокислот, приведенную в списке последовательностей под номером 6 (SEQ ID NO:6), и который обладает активностью фосфофруктокиназы-1 (фруктозо-6-Р 1-киназы).(F) a protein that is represented by an amino acid sequence including deletions, substitutions, insertions, or the addition of one or more amino acids to the amino acid sequence listed in sequence number 6 (SEQ ID NO: 6), and which has phosphofructokinase-1 activity (fructose -6-P 1-kinase).

Примером гена tpiA из Escherichia coli является ДНК, кодирующая следующие белки (G) или (Н):An example of a tpiA gene from Escherichia coli is DNA encoding the following proteins (G) or (H):

(G) белок, который представлен последовательностью аминокислот, приведенной в списке последовательностей под номером 8 (SEQ ID NO:8); или(G) a protein that is represented by the amino acid sequence shown in the sequence list under number 8 (SEQ ID NO: 8); or

(Н) белок, который представлен последовательностью аминокислот, включающей делеции, замены, вставки или добавление одной или нескольких аминокислот в последовательность аминокислот, приведенную в списке последовательностей под номером 8 (SEQ ID NO:8), и который обладает активностью триозофосфатизомеразы.(H) a protein that is represented by an amino acid sequence including deletions, substitutions, insertions, or the addition of one or more amino acids to the amino acid sequence listed in the sequence number 8 (SEQ ID NO: 8), and which has triosophosphatisomerase activity.

Примером гена gapA из Escherichia coli является ДНК, кодирующая следующие белки (I) или (J):An example of a gapA gene from Escherichia coli is DNA encoding the following proteins (I) or (J):

(I) белок, который представлен последовательностью аминокислот, приведенной в списке последовательностей под номером 10 (SEQ ID NO:10); или(I) a protein that is represented by the amino acid sequence shown in the list of sequences at number 10 (SEQ ID NO: 10); or

(J) белок, который представлен последовательностью аминокислот, включающей делеции, замены, вставки или добавление одной или нескольких аминокислот в последовательность аминокислот, приведенную в списке последовательностей под номером 10 (SEQ ID NO:10), и который обладает активностью глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы.(J) a protein that is represented by an amino acid sequence including deletions, substitutions, insertions, or addition of one or more amino acids to the amino acid sequence listed in sequence number 10 (SEQ ID NO: 10), and which has glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase activity .

Примером гена pgk из Escherichia coli является ДНК, кодирующая следующие белки (К) или (L):An example of a pgk gene from Escherichia coli is DNA encoding the following proteins (K) or (L):

(К) белок, который представлен последовательностью аминокислот, приведенной в списке последовательностей под номером 12 (SEQ ID NO:12); или(K) a protein that is represented by the amino acid sequence shown in the list of sequences at number 12 (SEQ ID NO: 12); or

(L) белок, который представлен последовательностью аминокислот, включающей делеции, замены, вставки или добавление одной или нескольких аминокислот в последовательность аминокислот, приведенную в списке последовательностей под номером 12 (SEQ ID NO:12), и который обладает активностью фосфоглицераткиназы.(L) a protein that is represented by an amino acid sequence including deletions, substitutions, insertions, or the addition of one or more amino acids to the amino acid sequence listed in sequence number 12 (SEQ ID NO: 12), and which has phosphoglycerate kinase activity.

Примером гена eno из Escherichia coli является ДНК, кодирующая следующие белки (М) или (N):An example of an eno gene from Escherichia coli is DNA encoding the following proteins (M) or (N):

(М) белок, который представлен последовательностью аминокислот, приведенной в списке последовательностей под номером 14 (SEQ ID NO:14); или(M) a protein that is represented by the amino acid sequence shown in the sequence list under number 14 (SEQ ID NO: 14); or

(N) белок, который представлен последовательностью аминокислот, включающей делеции, замены, вставки или добавление одной или нескольких аминокислот в последовательность аминокислот, приведенную в списке последовательностей под номером 14 (SEQ ID NO:14), и который обладает активностью енолазы.(N) a protein that is represented by an amino acid sequence including deletions, substitutions, insertions, or the addition of one or more amino acids to the amino acid sequence listed in sequence number 14 (SEQ ID NO: 14), and which has enolase activity.

Примером гена pykA из Escherichia coli является ДНК, кодирующая следующие белки (О) или (Р):An example of a pykA gene from Escherichia coli is DNA encoding the following (O) or (P) proteins:

(О) белок, который представлен последовательностью аминокислот, приведенной в списке последовательностей под номером 16 (SEQ ID NO:16); или(O) a protein that is represented by the amino acid sequence shown in the list of sequences at number 16 (SEQ ID NO: 16); or

(Р) белок, который представлен последовательностью аминокислот, включающей делеции, замены, вставки или добавление одной или нескольких аминокислот в последовательность аминокислот, приведенную в списке последовательностей под номером 16 (SEQ ID NO:16), и который обладает активностью пируваткиназы.(P) a protein that is represented by an amino acid sequence including deletions, substitutions, insertions, or addition of one or more amino acids to the amino acid sequence listed in the sequence number 16 (SEQ ID NO: 16), and which has pyruvate kinase activity.

Количество «нескольких» аминокислот различается в зависимости от положения и типа аминокислотного остатка в трехмерной структуре белка. Оно может быть от 2 до 30, предпочтительно от 2 до 15, и, более предпочтительно, от 2 до 5 для белка (А). Это происходит из-за того, что некоторые аминокислоты обладают высокой гомологией друг к другу и различия в таких аминокислотах не вызывают значительных изменений в трехмерной структуре белка и его активности. Поэтому, белком (В) может быть белок, имеющий гомологию не меньше, чем 30-50%, предпочтительно 50-70%, более предпочтительно 70-90% и наиболее предпочтительно - более 90% по отношению ко всем аминокислотным остаткам, составляющим глюкокиназу и обладающий активностью глюкокиназы. Тот же подход применим и для белков (С), (Е), (G), (I), (К), (М) и (О).The number of “several” amino acids varies depending on the position and type of amino acid residue in the three-dimensional structure of the protein. It can be from 2 to 30, preferably from 2 to 15, and more preferably from 2 to 5 for protein (A). This is due to the fact that some amino acids have high homology to each other and differences in such amino acids do not cause significant changes in the three-dimensional structure of the protein and its activity. Therefore, protein (B) may be a protein having a homology of not less than 30-50%, preferably 50-70%, more preferably 70-90% and most preferably more than 90% with respect to all amino acid residues constituting glucokinase and possessing glucokinase activity. The same approach applies to proteins (C), (E), (G), (I), (K), (M) and (O).

ДНК, кодирующая практически такие же белки, как описанные выше ферменты гликолиза, может быть получена, например, путем модификации нуклеотидной последовательности ДНК, кодирующей указанный фермент, например, с помощью метода сайт-направленного мутагенеза, таким образом, что один или несколько аминокислотных остатков в определенных местах содержат делеции, замены, вставки или добавки. ДНК, модифицированная как описано выше, может быть получена традиционными известными методами обработками с целью получения мутаций. Такие методы включают обработку ДНК, кодирующей белок согласно настоящему изобретению, гидроксиламином или обработку бактерии, содержащей указанную ДНК, с помощью УФ-излучения или реагентом, таким как Н-метил-Н'-нитро-N-нитрозогуанидин или азотистая кислота.DNA encoding almost the same proteins as the glycolysis enzymes described above can be obtained, for example, by modifying the nucleotide sequence of the DNA encoding the enzyme, for example, using the site-directed mutagenesis method, so that one or more amino acid residues in certain locations contain deletions, substitutions, insertions or additives. DNA modified as described above can be obtained by conventional methods known in the art for the preparation of mutations. Such methods include treating the DNA encoding the protein of the present invention with hydroxylamine, or treating the bacterium containing said DNA with UV light or with a reagent such as N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine or nitrous acid.

ДНК, кодирующая практически такой же белок, как глюкокиназа, может быть получена путем экспрессии ДНК, содержащей описанные выше мутации, в подходящей клетке, и изучения активности любого экспрессируемого продукта. ДНК, кодирующая практически такой же белок, как глюкокиназа, также может быть получена путем выделения ДНК из геномной ДНК, кодирующей глюкокиназу, содержащую мутации, или из клетки, содержащей ее, и которая гибридизуется с зондом с нуклеотидной последовательностью, включающей, например, нуклеотидную последовательность, приведенную в Списке последовательностей как последовательность 1 (SEQ ID NO: 1), в жестких условиях, и которая кодирует белок, обладающий активностью глюкокиназы. Термин «жесткие условия», упомянутый здесь, означает условия, при которых образуются так называемые специфические гибриды, а неспецифические - не образуются. Трудно четко описать такие условия в каких-либо численных выражениях. Однако, например, к жестким условиям относятся условия, при которых гибридизуются ДНК, обладающие высокой степенью гомологии, к примеру, ДНК, обладающие гомологией не менее 50% друг относительно друга, а ДНК, обладающие меньшей гомологией, не гибридизуются друг с другом.DNA encoding almost the same protein as glucokinase can be obtained by expressing DNA containing the above mutations in a suitable cell and studying the activity of any expressed product. DNA encoding practically the same protein as glucokinase can also be obtained by isolating DNA from genomic DNA encoding a glucokinase containing mutations, or from a cell containing it, and which hybridizes with a probe with a nucleotide sequence including, for example, a nucleotide sequence shown in Sequence Listing as sequence 1 (SEQ ID NO: 1), under stringent conditions, and which encodes a protein having glucokinase activity. The term "stringent conditions", mentioned here, means the conditions under which the so-called specific hybrids are formed, and non-specific ones are not formed. It is difficult to clearly describe such conditions in any numerical terms. However, for example, stringent conditions include conditions under which DNAs with a high degree of homology hybridize, for example, DNAs that have a homology of at least 50% relative to each other, and DNAs that have less homology do not hybridize with each other.

Для оценки степени гомологии между ДНК возможно использование нескольких способов расчета, таких как BLAST search, FASTA search и CrustalW. BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) это самообучающийся алгоритм поиска, используемый программами BLASTP, BLASTN, BLASTX, MEGABLAST, TBLASTN, и TBLASTX; эти программы оценивают значимость найденных результатов с использованием статистических методов Karlin, Samuel и Stephen F. Altschul ("Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoring schemes". Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87:2264-68; "Applications and statistics for multiple high-scoring segments in molecular sequences". Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1993, 90:5873-7). Способ поиска FASTA описан W. R. Pearson ("Rapid and Sensitive Sequence Comparison with FASTP and FASTA", Methods in Enzymology, 1990 183:63- 98). Способ ClustalW описан Thompson J.D., Higgins D.G. и Gibson T.J. ("CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice", Nucleic Acids Res. 1994, 22:4673-4680).Several methods of calculation, such as BLAST search, FASTA search, and CrustalW, can be used to assess the degree of homology between DNA. BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) is a self-learning search algorithm used by BLASTP, BLASTN, BLASTX, MEGABLAST, TBLASTN, and TBLASTX; these programs evaluate the significance of the results using statistical methods Karlin, Samuel and Stephen F. Altschul ("Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoring schemes". Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87 : 2264-68; "Applications and statistics for multiple high-scoring segments in molecular sequences". Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1993, 90: 5873-7). The FASTA search method is described by W. R. Pearson ("Rapid and Sensitive Sequence Comparison with FASTP and FASTA", Methods in Enzymology, 1990 183: 63-98). The ClustalW method is described by Thompson J.D., Higgins D.G. and Gibson T.J. ("CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice", Nucleic Acids Res. 1994, 22: 4673-4680).

С другой стороны, примером жестких условий являются условия, при которых ДНК гибридизуются друг с другом, при концентрации солей, соответствующей стандартным условиям отмывки при гибридизации по Саузерну, например, IxSSC, 0.1% SDS, предпочтительно 0.1xSSC, 0.1% SDS при 60°С. Продолжительность отмывки зависит от вида фильтра, используемого для блоттинга и, как правило, от рекомендаций изготовителя. Например, рекомендованная продолжительность отмывки нейлонового фильтра Hybond™ N+(Amersham) в жестких условиях составляет 15 минут.On the other hand, an example of stringent conditions is the conditions under which DNA hybridizes with each other, at a salt concentration corresponding to standard washing conditions for Southern hybridization, for example, IxSSC, 0.1% SDS, preferably 0.1xSSC, 0.1% SDS at 60 ° C . The duration of washing depends on the type of filter used for blotting and, as a rule, on the recommendations of the manufacturer. For example, the recommended washing time for a Hybond ™ N + nylon filter (Amersham) under harsh conditions is 15 minutes.

В качестве зонда может быть использована часть нуклеотидной последовательности под номером 1 (SEQ ID NO:1). Зонд подобного рода может быть получен в результате ПЦР с использованием в качестве затравок олигонуклеотидов, полученных на основе нуклеотидной последовательности под номером 1, и фрагмента ДНК, содержащего нуклеотидную последовательность под номером 1, в качестве матрицы. В случае, когда в качестве зонда используется фрагмент ДНК длиной около 300 пар оснований, условия отмывки при гибридизации соответствуют, например, 50°С, 2 х SSC и 0.1% SDS.As a probe, a portion of the nucleotide sequence numbered 1 (SEQ ID NO: 1) can be used. A probe of this kind can be obtained by PCR using as seeds the oligonucleotides obtained on the basis of the nucleotide sequence at number 1 and a DNA fragment containing the nucleotide sequence at number 1 as a matrix. When a DNA fragment with a length of about 300 base pairs is used as a probe, the washing conditions during hybridization correspond, for example, to 50 ° С, 2 × SSC, and 0.1% SDS.

Делеции, замены, вставки или добавки нуклеотидов, описанные выше, также включают мутации, которые существуют в природе (мутанты или варианты), например, в виду индивидуальной разницы или видовых и родовых различий в бактериях, содержащих глюкокиназу.Nucleotide deletions, substitutions, insertions or additions described above also include mutations that exist in nature (mutants or variants), for example, due to individual differences or species and genus differences in bacteria containing glucokinase.

ДНК, кодирующая практически такие же белки, как другие ферменты гликолиза, могут быть получены способом, описанным выше для глюкокиназы.DNA encoding substantially the same proteins as other glycolysis enzymes can be obtained by the method described above for glucokinase.

«Трансформация бактерии с помощью ДНК, кодирующей белок», означает введение указанной ДНК в клетку бактерии, например, традиционными методами.“Transformation of a bacterium using DNA encoding a protein” means the introduction of said DNA into a bacterial cell, for example, by conventional methods.

Трансформация указанной ДНК приводит к увеличению экспрессии указанного гена, кодирующего белок согласно настоящему изобретению, и увеличения активности указанного белка в клетке бактерии. В качестве метода трансформации может быть использован любой описанный к настоящему времени метод. Например, может быть использован метод обработки клеток - реципиентов с помощью хлорида кальция для увеличения проницаемости ДНК через клеточную мембрану, описанный для Escherichia coli K-12 (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53, 159 (1970)).Transformation of the indicated DNA leads to an increase in the expression of the indicated gene encoding the protein of the present invention and an increase in the activity of the indicated protein in the bacterial cell. As a transformation method, any method described so far can be used. For example, a method of treating recipient cells with calcium chloride can be used to increase the permeability of DNA across the cell membrane described for Escherichia coli K-12 (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53, 159 (1970)).

К методам увеличения экспрессии гена относятся методы увеличения числа копий гена. Введение гена в вектор, способный к функционированию в бактерии, принадлежащей к роду Escherichia, увеличивает число копий этого гена. Для этой цели предпочтительно использовать низкокопийные векторы. Примерами низкокопийных векторов являются векторы pSC101, pMW118, pMW119 и подобные им. Используемый здесь термин «низкокопийный вектор» используется для векторов, количество которых не превышает 5 копий на клетку. В качестве метода трансформации может быть использован любой описанный к настоящему времени метод. Например, может быть использован метод обработки клеток - реципиентов с помощью хлорида кальция для увеличения проницаемости ДНК через клеточную мембрану, описанный для Escherichia coli K-12 (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53,159 (1970)).Methods for increasing gene expression include methods for increasing the number of copies of a gene. The introduction of a gene into a vector capable of functioning in bacteria belonging to the genus Escherichia increases the number of copies of this gene. For this purpose, it is preferable to use low-copy vectors. Examples of low copy vectors are vectors pSC101, pMW118, pMW119 and the like. As used herein, the term “low copy vector” is used for vectors up to 5 copies per cell. As a transformation method, any method described so far can be used. For example, a method for treating recipient cells with calcium chloride can be used to increase DNA permeability across the cell membrane described for Escherichia coli K-12 (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53,159 (1970 )).

Кроме того, увеличение экспрессии гена может быть достигнуто путем введения множественного числа копий указанного гена в хромосомы бактерии, например, методом гомологичной рекомбинации, Ми интеграции и подобными им методами. Например, один раунд Ми интеграции позволяет встроить в бактериальную хромосому до трех копий интегрируемого гена.In addition, an increase in gene expression can be achieved by introducing plural copies of the specified gene into the bacterial chromosomes, for example, by homologous recombination, Mi integration, and the like. For example, one round of Mi integration allows you to embed up to three copies of an integrable gene in a bacterial chromosome.

Также увеличение экспрессии гена может быть достигнуто путем помещения ДНК согласно настоящему изобретению под контроль сильного промотора. В качестве сильных промоторов известны, например, lac промотор, trp промотор, trc промотор, pr или pl промоторы фага лямбда. Сила промотора определяется частотой акта начала синтеза РНК. Методы оценки силы промотора и примеры сильных промоторов описаны у Deuschle, U., Kammerer, W., Gentz, R., Bujard, H. (Promoters in Escherichia coli: a hierarchy of in vivo strength indicates alternate structures. EMBO J., 5, 2987-2994 (1986)).Also, increased gene expression can be achieved by placing the DNA of the present invention under the control of a strong promoter. As strong promoters, for example, the lac promoter, trp promoter, trc promoter, pr or pl lambda phage promoters are known. The strength of the promoter is determined by the frequency of the act of starting RNA synthesis. Methods for evaluating promoter strength and examples of strong promoters are described by Deuschle, U., Kammerer, W., Gentz, R., Bujard, H. (Promoters in Escherichia coli: a hierarchy of in vivo strength indicates alternate structures. EMBO J., 5 , 2987-2994 (1986)).

Использование сильного промотора может комбинироваться с увеличением числа копий гена.Using a strong promoter can be combined with an increase in the number of copies of the gene.

Кроме того, промотор может быть усилен, например, путем введения мутации в указанный промотор с целью повышения уровня транскрипции гена, расположенного после промотора. Далее, известно, что замена нескольких нуклеотидов в участке между местом связывания рибосомы (RBS) и старт-кодоном, а в особенности, в последовательности непосредственно перед старт-кодоном, в значительной степени влияет на транслируемость мРНК. Например, было обнаружено 20-кратное изменение уровня экспрессии в зависимости от природы трех нуклеотидов, предшествующих старт-кодону (Gold et al., Annu. Rev. Microbiol., 35, 365-403, 1981; Hui et al., EMBO J., 3, 623-629, 1984). Ранее авторы настоящего изобретения установили, что мутация rhtA23 является заменой А на G положении-1 относительно старт-кодона ATG (ABSTRACTS of 17th International Congress of Biochemistry and Molecular Biology in conjugation with 1997 Annual Meeting of the American Society for Biochemistry and Molecular Biology, San Francisco, California August 24-29, 1997, abstract № 457). Поэтому было высказано предположение, что мутация rhtA23 усиливает экспрессию гена rhtA и, как следствие, увеличивает уровень устойчивости к треонину, гомосерину и некоторым другим веществам, транспортируемым из клетки.In addition, the promoter can be enhanced, for example, by introducing a mutation in the specified promoter in order to increase the level of transcription of the gene located after the promoter. Further, it is known that the substitution of several nucleotides in the region between the ribosome binding site (RBS) and the start codon, and especially in the sequence immediately before the start codon, significantly affects the mRNA translatability. For example, a 20-fold change in expression level was found depending on the nature of the three nucleotides prior to the start codon (Gold et al., Annu. Rev. Microbiol., 35, 365-403, 1981; Hui et al., EMBO J. 3, 623-629, 1984). Previously, the present inventors have found that the rhtA23 mutation is a substitution of A for G position-1 relative to the ATG start codon (ABSTRACTS of 17 th International Congress of Biochemistry and Molecular Biology in conjugation with 1997 Annual Meeting of the American Society for Biochemistry and Molecular Biology, San Francisco, California August 24-29, 1997, abstract No. 457). Therefore, it was suggested that the rhtA23 mutation enhances the expression of the rhtA gene and, as a result, increases the level of resistance to threonine, homoserine, and some other substances transported from the cell.

Более того, возможно ввести нуклеотидные замены в промоторный участок одного или более генов, кодирующих ферменты гликолиза, в хромосоме бактерии таким образом, что указанный промотор станет более сильным. Изменение последовательности, контролирующей экспрессию, может быт осуществлено, например, таким же методом, как замена гена с использованием плазмиды, чувствительной к температуре, как это описано в международной патентной заявке WO/18935 или патентной заявке Японии № 1-215280.Moreover, it is possible to introduce nucleotide substitutions into the promoter region of one or more genes encoding glycolysis enzymes in the bacterial chromosome in such a way that said promoter becomes stronger. Changing the expression control sequence can be accomplished, for example, by the same method as replacing a gene using a temperature-sensitive plasmid, as described in international patent application WO / 18935 or Japanese patent application No. 1-215280.

Увеличение числа копий одного или более генов, кодирующих ферменты гликолиза, может быть достигнуто путем введения множественного числа копий гена в хромосомную ДНК бактерии. Для введения множественного числа копий гена в хромосомную ДНК бактерии применяется гомологичная рекомбинация с использованием последовательностей, присутствующих в хромосомной ДНК, в качестве мишеней. В качестве последовательностей, присутствующих в хромосомной ДНК в нескольких копиях, могут использоваться повторяющиеся фрагменты ДНК, а также инвертированные повторы, присутствующие на концах мобильных элементов. Также, как это описано в патентной заявке Японии № 1-109985, возможно ввести целевой ген в транспозон, для последующей трансформации с введением множества копий указанного гена в хромосомную ДНК.An increase in the number of copies of one or more genes encoding glycolysis enzymes can be achieved by introducing plural copies of the gene into the chromosomal DNA of the bacterium. To introduce multiple copies of a gene into a bacterial chromosomal DNA, homologous recombination is used using the sequences present in the chromosomal DNA as targets. Repeating DNA fragments as well as inverted repeats present at the ends of mobile elements can be used as sequences present in several copies of chromosomal DNA. Also, as described in Japanese Patent Application No. 1-109985, it is possible to introduce the target gene into a transposon, for subsequent transformation with the introduction of multiple copies of the specified gene into the chromosomal DNA.

Методами получения плазмидной ДНК, разрезания и дотирования ДНК, трансформации, выбора олигонуклеотидов в качестве затравок и подобные им могут быть обычные методы, хорошо известные специалисту в данной области. Эти методы описаны, например, в книге Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, Т., "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989).Methods for obtaining plasmid DNA, cutting and donating DNA, transformation, selection of oligonucleotides as seeds, and the like, can be conventional methods well known to those skilled in the art. These methods are described, for example, in Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, T., "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989).

Бактерия согласно настоящему изобретению может быть получена путем введения вышеуказанных ДНК в бактерию, уже обладающую способностью к продукции L-треонина. С другой стороны, бактерия согласно настоящему изобретению может быть получена путем придания бактерии, уже содержащей указанные ДНК, способности к продукции L-треонина.The bacterium according to the present invention can be obtained by introducing the above DNA into a bacterium already possessing the ability to produce L-threonine. On the other hand, a bacterium according to the present invention can be obtained by giving a bacterium already containing said DNA the ability to produce L-threonine.

Примерами родительских штаммов, имеющих отношение к настоящему изобретению, при этом не ограничивающих весь возможный список родительских штаммов, могут являться штаммы - продуценты треонина, принадлежащие к роду Escherichia, такие как штамм Е. coli TDH-6/pVIC40 (ВКПМ В-3996) (патенты США 5,175,107 и 5,705,371), штамм Е. coli NRRL-21593 (патент США 5,939,307), штамм Е. coli FERM ВР-3756 (патент США 5,474,918), штаммы Е. coli FERM ВР-3519 и FERM ВР-3520 (патент США 5,376,538), штамм Е, coli MG442 (Гусятинер и др., Генетика, 14, 947-956 (1978)), штаммы Е. coli VL643 и VL2055 (Европейская патентная заявка ЕР 1149911 А) и подобные им.Examples of parent strains related to the present invention, while not limiting the entire possible list of parent strains, are threonine producing strains belonging to the genus Escherichia, such as E. coli strain TDH-6 / pVIC40 (VKPM B-3996) ( US patents 5,175,107 and 5,705,371), E. coli strain NRRL-21593 (US patent 5,939,307), E. coli strain FERM BP-3756 (US patent 5,474,918), E. coli strains FERM BP-3519 and FERM BP-3520 (US patent 5,376,538), strain E, coli MG442 (Gusyatiner et al., Genetics, 14, 947-956 (1978)), E. coli strains VL643 and VL2055 (European patent application EP 1149911 A) and the like.

Штамм TDH-6 является дефицитным по гену thrC, способен ассимилировать глюкозу и содержит ген UvA с мутацией типа "leaky". Указанный штамм содержит мутацию в гене rhtA, которая обуславливает устойчивость к высоким концентрациям треонина и гомосерина. Штамм В-3996 содержит плазмиду pVIC40, которая была получена путем введения в вектор, производный от вектора RSF1010, оперона thrA *ВС, включающего мутантный ген thrA, кодирующий аспартокиназа-гомосериндегидрогеназу I, у которой существенно снижена чувствительность к ингибированию треонином по типу обратной связи. Штамм В-3996 был депонирован 19 ноября 1987 года во Всесоюзном научном центре антибиотиков (РФ, 113105, Москва, Нагатинская ул., 3-А) с инвентарным номером РИА 1867. Указанный штамм также был депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ) (РФ, 113545, Москва, 1-й Дорожный проезд, 1) с инвентарным номером В-3996.Strain TDH-6 is deficient in the thrC gene, is capable of assimilating glucose, and contains the leaky UvA gene. The specified strain contains a mutation in the rhtA gene, which causes resistance to high concentrations of threonine and homoserine. Strain B-3996 contains the plasmid pVIC40, which was obtained by introducing into the vector derived from the RSF1010 vector the thrA * BC operon including the thrA mutant gene encoding aspartokinase-homoserine dehydrogenase I, which has a significantly reduced feedback sensitivity to threonine inhibition. Strain B-3996 was deposited on November 19, 1987 at the All-Union Scientific Center for Antibiotics (RF, 113105, Moscow, Nagatinskaya St., 3-A) with inventory number RIA 1867. The strain was also deposited in the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) ( RF, 113545, Moscow, 1st Road passage, 1) with inventory number B-3996.

Предпочтительно, чтобы бактерия согласно настоящему изобретению была далее модифицирована таким образом, что у указанной бактерии усилена экспрессия одного или нескольких следующих генов в дополнение к одному или более генов, кодирующих ферменты гликолиза:Preferably, the bacterium according to the present invention is further modified so that the specified bacterium is enhanced expression of one or more of the following genes in addition to one or more genes encoding glycolysis enzymes:

- мутантного гена thrA, кодирующего аспартокиназа-гомосериндегидрогеназу I, устойчивую к ингибированию треонином по типу обратной связи;- mutant thrA gene encoding aspartokinase-homoserine dehydrogenase I, resistant to threonine inhibition by feedback type;

- гена thrB, кодирующего гомосеринкиназу;- thrB gene encoding homoserine kinase;

- гена thrC, кодирующего треонинсинтазу.- thrC gene encoding threonine synthase.

Другое предпочтительное практическое воплощение настоящего изобретения заключается в том, чтобы указанная бактерия была модифицирована путем усиления экспрессии гена rhtA, кодирующего, как предполагается, трансмембранный белок. Наиболее предпочтительным воплощением настоящего изобретения является бактерия с усиленной экспрессией гена/ов, кодирующего/их ферменты гликолиза, мутантного гена thrA, генов thrB, thrC и rhtA.Another preferred practical embodiment of the present invention is that said bacterium is modified by enhancing the expression of the rhtA gene encoding, as expected, a transmembrane protein. The most preferred embodiment of the present invention is a bacterium with enhanced expression of the gene (s) encoding / their glycolysis enzymes, mutant thrA gene, thrB, thrC and rhtA genes.

Способ получения L-треонина согласно настоящему изобретению включает стадии выращивания бактерии согласно настоящему изобретению в питательной среде с целью продукции и накопления L-треонина в питательной среде, и выделения L-треонина из культуральной жидкости. Согласно настоящему изобретению выращивание, выделение и очистка L-треонина из культуральной или подобной ей жидкости может быть осуществлена способом, подобным традиционным способам ферментации, в которых аминокислота продуцируется с использованием микроорганизма.A method for producing L-threonine according to the present invention includes the steps of growing a bacterium according to the present invention in a culture medium in order to produce and accumulate L-threonine in a culture medium and isolate L-threonine from the culture fluid. According to the present invention, the cultivation, isolation and purification of L-threonine from a culture or similar liquid can be carried out in a manner similar to traditional fermentation methods in which the amino acid is produced using a microorganism.

Питательная среда, используемая для выращивания, может быть как синтетической, так и натуральной, при условии, что указанная среда содержит источники углерода, азота, минеральные добавки и, если необходимо, соответствующее количество питательных добавок, необходимых для роста микроорганизмов. К источникам углерода относятся различные углеводы, такие как глюкоза и сахароза, а также различные органические кислоты. В зависимости от характера ассимиляции используемого микроорганизма, могут использоваться спирты, такие как этанол и глицерин. В качестве источника азота могут использоваться различные неорганические соли аммония, такие как аммиак и сульфат аммония, другие соединения азота, такие как амины, природные источники азота, такие как пептон, гидролизат соевых бобов, ферментолизат микроорганизмов. В качестве минеральных добавок могут использоваться фосфат калия, сульфат магния, хлорид натрия, сульфат железа, сульфат марганца, хлорид кальция и подобные им соединения. В качестве витаминов могут использоваться тиамин и дрожжевой экстракт.The nutrient medium used for growing can be either synthetic or natural, provided that the medium contains sources of carbon, nitrogen, mineral additives and, if necessary, the appropriate amount of nutrient additives necessary for the growth of microorganisms. Carbon sources include various carbohydrates such as glucose and sucrose, as well as various organic acids. Depending on the nature of the assimilation of the microorganism used, alcohols such as ethanol and glycerin may be used. Various inorganic ammonium salts, such as ammonia and ammonium sulfate, other nitrogen compounds, such as amines, natural nitrogen sources, such as peptone, soybean hydrolyzate, microorganism fermentolizate, can be used as a nitrogen source. As mineral additives, potassium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, iron sulfate, manganese sulfate, calcium chloride and the like can be used. Thiamine and yeast extract can be used as vitamins.

Некоторые питательные добавки могут быть, при необходимости, добавлены в питательную среду. Например, если микроорганизму для роста необходим изолейцин (ауксотрофия по изолейцину), соответствующее количество изолейцина может быть добавлено в питательную среду для выращивания.Some nutritional supplements may, if necessary, be added to the culture medium. For example, if the microorganism needs isoleucine for growth (isoleucine auxotrophy), an appropriate amount of isoleucine can be added to the growth medium.

Выращивание осуществляется предпочтительно в аэробных условиях, таких как перемешивание культуральной жидкости на качалке, взбалтывание с аэрацией, при температуре в пределах от 20 до 40°С, предпочтительно в пределах от 30 до 38°С. рН среды поддерживают в пределах от 5 до 9, предпочтительно от 6.5 до 7.2. рН среды может регулироваться аммиаком, карбонатом кальция, различными кислотами, основаниями и буферными растворами. Обычно, выращивание в течение от 1 до 5 дней приводит к накоплению целевой L-аминокислоты в культуральной жидкости.The cultivation is preferably carried out under aerobic conditions, such as mixing the culture fluid on a rocking chair, shaking with aeration, at a temperature in the range from 20 to 40 ° C, preferably in the range from 30 to 38 ° C. The pH of the medium is maintained in the range from 5 to 9, preferably from 6.5 to 7.2. The pH of the medium can be adjusted by ammonia, calcium carbonate, various acids, bases and buffer solutions. Typically, growing for 1 to 5 days leads to the accumulation of the target L-amino acid in the culture fluid.

После выращивания твердые остатки, такие как клетки, могут быть удалены из культуральной жидкости методом центрифугирования или фильтрацией через мембрану, а затем L-треонин может быть выделен и очищен методами ионообменной хроматографии, концентрирования и кристаллизации.After growth, solid residues, such as cells, can be removed from the culture fluid by centrifugation or filtration through a membrane, and then L-threonine can be isolated and purified by ion exchange chromatography, concentration and crystallization.

На чертеже изображена структура синтетического мутантного промотора РA3m.The drawing shows the structure of the synthetic mutant promoter P A3m .

Примеры.Examples.

Более детально настоящее изобретение будет разъяснено ниже со ссылкой на следующие Примеры, не ограничивающие область применения настоящего изобретения. Для оценки эффекта амплификации генов, кодирующих ферменты гликолиза, на продукцию L-треонина, в качестве родительского штамма был использован штамм Е. coli ВКПМ В-3996 (патент США 5,175,107). Плазмида pMW119 и ее производные совместимы с плазмидой pVIC40 (репликон pRSF1010), следовательно обе плазмиды - pVIC40 и плазмида, производная от pMW119, содержащая ген, кодирующий фермент гликолиза могут одновременно экспрессироваться в одной бактериальной клетке. В приведенных таблицах представлены результаты ферментации как среднее из минимум трех независимых экспериментов.In more detail, the present invention will be explained below with reference to the following Examples, not limiting the scope of the present invention. To assess the effect of amplification of genes encoding glycolysis enzymes on the production of L-threonine, E. coli strain VKPM B-3996 (US patent 5,175,107) was used as the parent strain. Plasmid pMW119 and its derivatives are compatible with plasmid pVIC40 (replicon pRSF1010), therefore both plasmids pVIC40 and plasmid derived from pMW119 containing the gene encoding the glycolysis enzyme can be simultaneously expressed in one bacterial cell. The tables below show the results of fermentation as the average of at least three independent experiments.

Пример 1: Клонирование гена glk из Е. coli и эффект влияния повышения экспрессии гена glk на продукцию L-треонина.Example 1: Cloning of the glk gene from E. coli and the effect of increasing expression of the glk gene on L-threonine production.

Ген glk был получен с помощью ПЦР, в качестве матрицы использовали хромосомную ДНК из штамма MG 1655 (ВКПМ В-6195) Е. coli, а в качестве праймеров - праймеры PI (SEQ ID NO: 17) и Р2 (SEQ ID NO: 18). Праймер PI содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы BamHI. Праймер Р2 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы Sad. Полученный фрагмент ДНК (968 п.н.), включающий в себя ген glk, обработали рестриктазами BamHI и Sad, после чего клонировали в плазмидный вектор pMWl 19, предварительно модифицированный путем замены промотора Рlac на промотор pr фага лямбды, также обработанный указанными рестриктазами. Таким образом была получена плазмида pMW-PR-glk, содержащая ген glk под контролем промотора pr. Благодаря использованию этой плазмиды можно достичь высокого уровня экспрессии гена glk за счет отсутствия ее регуляции.The glk gene was obtained by PCR, chromosomal DNA from strain MG 1655 (VKPM B-6195) E. coli was used as a template, and primers PI (SEQ ID NO: 17) and P2 (SEQ ID NO: 18) were used as primers ) Primer PI contains a BamHI restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. Primer P2 contains a Sad restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. The obtained DNA fragment (968 bp), including the glk gene, was treated with restriction enzymes BamHI and Sad, and then cloned into the plasmid vector pMWl 19, previously modified by replacing the P lac promoter with the pr promoter of the lambda phage, also treated with these restriction enzymes. Thus, the plasmid pMW-PR-glk containing the glk gene under the control of the pr promoter was obtained. Thanks to the use of this plasmid, a high level of glk gene expression can be achieved due to the lack of its regulation.

Плазмиду pMW-Pp-glk ввели в устойчивый к стрептомицину штамм-продуцент треонина Е. coli B-3996 (патент США 5,175,107). Таким образом был получен штамм B-3996(pMW-PR-glk).Plasmid pMW-Pp-glk was introduced into a streptomycin-resistant threonine-producing strain of E. coli B-3996 (US patent 5,175,107). Thus, strain B-3996 (pMW-PR-glk) was obtained.

Оба штамма Е. coli B-3996 и B-3996 (pMW-PR-glk) выращивались в течение 18-24 часов при температуре 37°С на чашках с L-агаром, содержащих стрептомицин (100 мкг/мл) и ампициллин (100 мкг/мл). Для получения посевной культуры, каждый из штаммов выращивался в ферментационных пробирках 20х200 мм, содержащих 2 мл L-бульона с 4% сахарозой на роторной качалке (250 об/мин) при температуре 32°С в течение 18 часов. Затем в ферментационную среду внесли 0.1 мл (5%) посевной культуры. Ферментацию проводили в пробирках 20х200 мм с 2 мл минимальной ферментационной среды. Клетки выращивались в течение 24 часов при температуре 32°С на роторной качалке при 250 об/мин.Both strains of E. coli B-3996 and B-3996 (pMW-PR-glk) were grown for 18-24 hours at 37 ° C on L-agar plates containing streptomycin (100 μg / ml) and ampicillin (100 μg / ml). To obtain a seed culture, each of the strains was grown in 20x200 mm fermentation tubes containing 2 ml of L-broth with 4% sucrose on a rotary shaker (250 rpm) at a temperature of 32 ° C for 18 hours. Then 0.1 ml (5%) of the seed culture was introduced into the fermentation medium. Fermentation was carried out in 20x200 mm test tubes with 2 ml of minimal fermentation medium. Cells were grown for 24 hours at a temperature of 32 ° C on a rotary shaker at 250 rpm.

После окончания ферментации количество накопленного в среде L-треонина определяли с помощью тонкослойной хроматографии (TLC). Пластинки Sorbfil (Акционерное Общество Сорбополимер, Краснодар, Россия) экспонировались в жидкой фазе следующего состава: изопропанол: ацетон: вода: 25% аммиак = 25:25: 7: 6 (соотношения объема). В качестве визуализирующего реагента использовался раствор (2%) нингидрина в ацетоне. Результаты представлены в Таблице 1.After fermentation was completed, the amount of L-threonine accumulated in the medium was determined by thin layer chromatography (TLC). Sorbfil plates (Sorbopolimer Joint-Stock Company, Krasnodar, Russia) were exhibited in the liquid phase of the following composition: isopropanol: acetone: water: 25% ammonia = 25:25: 7: 6 (volume ratio). A solution of (2%) ninhydrin in acetone was used as a visualizing reagent. The results are presented in Table 1.

Использовали следующий состав среды для ферментации (г/л):Used the following composition of the medium for fermentation (g / l):

ГлюкозаGlucose 40.040.0 (NH4)2SO4 (NH 4 ) 2 SO 4 10.010.0 КН2PO4 KN 2 PO 4 1.01.0 MgSO4×7H2OMgSO 4 × 7H 2 O 0.40.4 FeSO4×7H2OFeSO 4 × 7H 2 O 0.020.02 MnSO4×5Н2ОMnSO 4 × 5H 2 O 0.020.02 Тиамин HClThiamine HCl 0.00020.0002 Дрожжевой экстрактYeast extract 1.01.0 СаСО3 CaCO 3 20.020.0 L-изолейцинL-isoleucine 0.050.05

Сахарозу и сульфат магния стерилизовали отдельно. СаСО3 стерилизовали сухим жаром при 180°С в течение 2 часов. Значение рН соответствовало 7.0. Антибиотик добавляли в среду после стерилизации.Sucrose and magnesium sulfate were sterilized separately. CaCO 3 was dry heat sterilized at 180 ° C for 2 hours. The pH value corresponded to 7.0. The antibiotic was added to the medium after sterilization.

Таблица 1.Table 1.

ШтаммStrain OD560 OD 560 Треонин, г/лThreonine, g / l В-3996B-3996 9.7±0.19.7 ± 0.1 14.3±0.114.3 ± 0.1 B-3996(pMW-PR-glk)B-3996 (pMW-PR-glk) 9.6±0.19.6 ± 0.1 14.8±0.114.8 ± 0.1

Как видно из Таблицы 1, усиление экспрессии гена glk повышает продукцию L-25 треонина штаммом В-3996.As can be seen from Table 1, increased expression of the glk gene increases the production of L-25 threonine by strain B-3996.

Пример 2: Клонирование гена pfkA из Е. coli и эффект влияния повышения экспрессии гена pjkA на продукцию L-треонина.Example 2: Cloning of the pfkA gene from E. coli and the effect of increasing pjkA gene expression on L-threonine production.

Ген pfkA был получен с помощью ПЦР, в качестве матрицы использовали 30 хромосомную ДНК из штамма MG 1655 (ВКПМ В-6195) Е. coli, а в качестве праймеров - праймеры Р3 (SEQ ID NO: 19) и Р4 (SEQ ID NO: 20). Праймер Р3 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы BamHI. Праймер Р4 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы Sad. Полученный фрагмент ДНК (987 п.н.), содержащий ген pfkA напрямую клонировали в вектор pCR 2.1 (Invitrogen) путем лигирования смеси вектора и фрагмента в течение ночи при + 4°С. Затем фрагмент ДНК BamHI - Sad, содержащий ген pfkA, переклонировали в плазмидный вектор pMWl 19, предварительно модифицированный путем замены промотора Рlac на промотор pr фага лямбды, также обработанный указанными рестриктазами. Таким образом была получена плазмида pMW-PR- pfkA, содержащая ген pfkA под контролем промотора pr. Благодаря использованию этой плазмиды можно достичь высокого уровня экспрессии гена pfkA за счет отсутствия ее регуляции.The pfkA gene was obtained by PCR, 30 chromosomal DNA from E. coli strain MG 1655 (VKPM B-6195) was used as a template, and primers P3 (SEQ ID NO: 19) and P4 (SEQ ID NO: twenty). Primer P3 contains a BamHI restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. Primer P4 contains a Sad restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. The resulting DNA fragment (987 bp) containing the pfkA gene was directly cloned into the pCR 2.1 vector (Invitrogen) by ligation of the mixture of the vector and the fragment overnight at + 4 ° C. Then, the BamHI-Sad DNA fragment containing the pfkA gene was cloned into the plasmid vector pMWl 19, previously modified by replacing the P lac promoter with the pr promoter of the phage lambda, also treated with the indicated restriction enzymes. Thus, the plasmid pMW-PR-pfkA containing the pfkA gene under the control of the pr promoter was obtained. Thanks to the use of this plasmid, a high level of pfkA gene expression can be achieved due to the lack of its regulation.

Плазмиду pMW-PR-pfkA ввели в стрептомицин - устойчивый штамм-продуцент треонина Е. coli B-3996 (патент США 5,175,107). Таким образом был получен штамм B-3996 (pMW-PR- pfkA).Plasmid pMW-PR-pfkA was introduced into streptomycin, a resistant producer strain of threonine E. coli B-3996 (US patent 5,175,107). Thus, strain B-3996 (pMW-PR-pfkA) was obtained.

Методика определения количества накопленного в питательной среде L-треонина штаммами Е. coli B-3996 и B-3996 (pMW-PR-pfkA) описана выше (смотри Пример 1). Результаты представлены в Таблице 2.The procedure for determining the amount of L-threonine accumulated in the nutrient medium by E. coli B-3996 and B-3996 strains (pMW-PR-pfkA) is described above (see Example 1). The results are presented in Table 2.

Таблица 2.Table 2.

ШтаммStrain OD560 OD 560 Треонин, г/лThreonine, g / l B-3996B-3996 9.7±0.19.7 ± 0.1 14.3±0.114.3 ± 0.1 B-3996(pMW-PR-pfkAB-3996 (pMW-PR-pfkA 9.3±0.19.3 ± 0.1 14.4±0.114.4 ± 0.1

Поскольку эффект влияния усиления экспрессии гена pfkA на увеличение продукции L-треонина оказался в пробирочной ферментации несущественен, была проведена ферментация по исчерпанию глюкозы (batch fermentation) в лабораторных ферментерах емкостью 1.0 литр.Since the effect of enhancing pfkA gene expression on the increase in L-threonine production turned out to be insignificant in vitro fermentation, fermentation was carried out using glucose depletion (batch fermentation) in laboratory fermenters with a capacity of 1.0 liter.

Для этой цели штаммы Е. coli ВКПМ-3996 и ВКПМ-3996(рМ-PR-pfkA) выращивали в течение 18-24 часов 37°С при температуре 37°С на чашках с L-агаром, содержащих стрептомицин (100 мкг/мл). Затем одну микробиологическую петлю с культурой клеток внесли в 50 мл L-бульона следующего состава: триптон - 10 г/л, дрожжевой экстракт - 5 г/л, NaCl - 5 г/л. Клетки (50 мл, OD540 - 2 о.е.), выращенные при 37°С в течение 5 часов на щейкере (240 об/мин), использовали в качестве посевного материала - для засева 450 мл ферментационной среды. Ферментация (batch fermentation) проводилась в лабораторных ферментерах емкостью в 1.0 литр с аэрированием (1/1 wm) и скоростью мешалки 1200 об/мин при 37°С. рН статирование производилось автоматически - поддерживалось значение рН 6.6 с использованим 8% водного раствора аммиака. Результаты представлены в Таблице 3.For this purpose, E. coli strains VKPM-3996 and VKPM-3996 (pM-PR-pfkA) were grown for 18-24 hours at 37 ° C at 37 ° C on L-agar plates containing streptomycin (100 μg / ml ) Then one microbiological loop with the cell culture was introduced into 50 ml of L-broth of the following composition: tryptone - 10 g / l, yeast extract - 5 g / l, NaCl - 5 g / l. Cells (50 ml, OD540 - 2 pu), grown at 37 ° C for 5 hours on a shaker (240 rpm), were used as seed for inoculation of 450 ml of fermentation medium. Fermentation (batch fermentation) was carried out in laboratory fermenters with a capacity of 1.0 liter with aeration (1/1 wm) and a stirrer speed of 1200 rpm at 37 ° C. pH stating was carried out automatically - a pH of 6.6 was maintained using an 8% aqueous ammonia solution. The results are presented in Table 3.

Использовали следующий состав среды для ферментации (г/л):Used the following composition of the medium for fermentation (g / l):

ГлюкозаGlucose 100.0100.0 NH4ClNH 4 Cl 1.751.75 KH2РО4 KH 2 RO 4 1.01.0 MgSO4×7H2OMgSO 4 × 7H 2 O 0.80.8 FeSO4×7H2OFeSO 4 × 7H 2 O 0.010.01 MnSO4×5H2OMnSO 4 × 5H 2 O 0.010.01 Mameno (TN)Mameno (TN) 0.150.15 БетаинBetaine 1.01.0 L-изолейцинL-isoleucine 0.20.2

Глюкозу и сульфат магния стерилизовали отдельно. Значение рН соответствовало 6.6.Glucose and magnesium sulfate were sterilized separately. The pH value was 6.6.

Таблица 3Table 3

ШтаммStrain OD560 (конечная)OD 560 (final) Треонин, г/лThreonine, g / l В-3996 B-3996(pMW-PR-pfkA)B-3996 B-3996 (pMW-PR-pfkA) 39.9±2.1 34.4±1.539.9 ± 2.1 34.4 ± 1.5 33.80±3.1 39.57±1.033.80 ± 3.1 39.57 ± 1.0

Как видно из Таблицы 3, усиление экспрессии гена pfkA повышает продукцию L-треонина штаммом В-3996.As can be seen from Table 3, increased expression of the pfkA gene increases the production of L-threonine by strain B-3996.

Пример 3: Клонирование гена fbaA из Е. coli и эффект влияния повышения экспрессии TQH.Q.fbaA на продукцию L-треонина.Example 3: Cloning of the fbaA gene from E. coli and the effect of increasing expression of TQH.Q.fbaA on L-threonine production.

TesfbaA был получен с помощью ПЦР, в качестве матрицы использовали хромосомную ДНК из штамма MG 1655 (ВКПМ В-6195) Е. coli, а в качестве праймеров - праймеры Р5 (SEQ ID NO: 21) и Р6 (SEQ ID NO: 22). Праймер Р5 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы BamHI. Праймер Р6 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы Sad. Полученный фрагмент ДНК (1155 п.н.), включающий в себя ген fbaA, обработали рестриктазами BamHI и Sad, после чего клонировали в плазмидный вектор pMWl 19, предварительно модифицированный путем замены промотора Рlac на промотор pr фага лямбды, также обработанный указанными рестриктазами. Таким образом была получена плазмида pMW-PR-fbaA, содержащая ген fbaA под контролем промотора pr. Благодаря использованию этой плазмиды можно достичь высокого уровня экспрессии гена fbaA за счет отсутствия ее регуляции.TesfbaA was obtained by PCR, chromosomal DNA from strain MG 1655 (VKPM B-6195) E. coli was used as a template, and primers P5 (SEQ ID NO: 21) and P6 (SEQ ID NO: 22) were used as primers . Primer P5 contains a BamHI restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. Primer P6 contains a Sad restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. The obtained DNA fragment (1155 bp), including the fbaA gene, was treated with restriction enzymes BamHI and Sad, after which it was cloned into the plasmid vector pMWl 19, previously modified by replacing the P lac promoter with the pr promoter of the lambda phage, also treated with said restriction enzymes. Thus, the plasmid pMW-PR-fbaA containing the fbaA gene under the control of the pr promoter was obtained. By using this plasmid, a high level of fbaA gene expression can be achieved due to the lack of its regulation.

Плазмиду pMW-PR-fbaA ввели в стрептомицин - устойчивый штамм-продуцент треонина Е. coli B-3996 (патент США 5,175,107). Таким образом был получен штамм B-3996 (pMW-PR- fbaA).Plasmid pMW-PR-fbaA was introduced into streptomycin, a resistant producer strain of threonine E. coli B-3996 (US patent 5,175,107). Thus, strain B-3996 (pMW-PR-fbaA) was obtained.

Методика определения количества накопленного в питательной среде L-треонина штаммами Е. coli B-3996 и B-3996 (pMW-PR- fbaA) описана выше (смотри Пример 1). Результаты представлены в Таблице 4.The procedure for determining the amount of L-threonine accumulated in the culture medium by E. coli B-3996 and B-3996 strains (pMW-PR-fbaA) is described above (see Example 1). The results are presented in Table 4.

Таблица 4.Table 4.

ШтаммStrain OD560 OD 560 Треонин, г/лThreonine, g / l B-3996B-3996 9.7±0.19.7 ± 0.1 14.3±0.114.3 ± 0.1 B-3996(pMW-PR-fbaA)B-3996 (pMW-PR-fbaA) 9.3±0.29.3 ± 0.2 15.1±0.515.1 ± 0.5

Как видно из Таблицы 4, усиление экспрессии гена fbaA повышает продукцию L-треонина штаммом B-3996.As can be seen from Table 4, increased expression of the fbaA gene increases the production of L-threonine by strain B-3996.

Пример 4: Клонирование гена tpiA из Е. coli и эффект влияния повышения экспрессии гена tpiA на продукцию L-треонина.Example 4: Cloning of the tpiA gene from E. coli and the effect of increasing the expression of the tpiA gene on the production of L-threonine.

Ген tpiA был получен с помощью ПЦР, в качестве матрицы использовали хромосомную ДНК из штамма MG 1655 (ВКПМ В-6195) Е. coli, а в качестве праймеров - праймеры Р7 (SEQ ID NO: 23) и Р8 (SEQ ID NO: 24). Праймер Р7 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы BamHI. Праймер Р8 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы Sad. Полученный фрагмент ДНК (774 п.н.), включающий в себя ген tpiA, обработали рестриктазами BamHI и Sad, после чего клонировали в плазмидный вектор pMWl 19, предварительно модифицированный путем замены промотора fda на промотор pr фага лямбды, также обработанный указанными рестриктазами. Таким образом была получена плазмида rmw-pr- tpiA, содержащая ген tpiA под контролем промотора pr. Благодаря использованию этой плазмиды можно достичь высокого уровня экспрессии гена tpiA за счет отсутствия ее регуляции.The tpiA gene was obtained by PCR, chromosomal DNA from strain MG 1655 (VKPM B-6195) E. coli was used as a template, and primers P7 (SEQ ID NO: 23) and P8 (SEQ ID NO: 24) were used as primers ) Primer P7 contains a BamHI restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. Primer P8 contains a Sad restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. The obtained DNA fragment (774 bp), including the tpiA gene, was digested with restriction enzymes BamHI and Sad, and then cloned into the plasmid vector pMWl 19, which was previously modified by replacing the fda promoter with the pr promoter of the lambda phage, also treated with the indicated restriction enzymes. Thus, the rmw-pr-tpiA plasmid was obtained containing the tpiA gene under the control of the pr promoter. Using this plasmid, a high level of tpiA gene expression can be achieved due to the lack of its regulation.

Плазмиду pMW-PR-tpiA ввели в стрептомицин - устойчивый штамм-продуцент треонина E. coli B-3996 (патент США 5,175,107). Таким образом был получен штамм B-3996 (pMW-PR-tpiA).Plasmid pMW-PR-tpiA was introduced into streptomycin, a resistant producer strain of threonine E. coli B-3996 (US patent 5,175,107). Thus, strain B-3996 (pMW-PR-tpiA) was obtained.

Методика определения количества накопленного в питательной среде L-треонина штаммами Е. coli B-3996 и B-3996 (pMW-PR-tpiA) описана выше (смотри Пример 1). Результаты представлены в Таблице 5.The procedure for determining the amount of L-threonine accumulated in the nutrient medium by strains of E. coli B-3996 and B-3996 (pMW-PR-tpiA) is described above (see Example 1). The results are presented in Table 5.

Таблица 5.Table 5.

ШтаммStrain OD560 OD 560 Треонин, г/лThreonine, g / l B-3996B-3996 9.7±0.19.7 ± 0.1 14.3±0.114.3 ± 0.1 B-3996(pMW-PR-tpiA)B-3996 (pMW-PR-tpiA) 9.6±0.59.6 ± 0.5 14.6±0.114.6 ± 0.1

Поскольку эффект влияния усиления экспрессии гена tpiA на увеличение продукции L-треонина в пробирочной ферментации оказался несущественным, была проведена ферментация по исчерпанию глюкозы (batch fermentation) в лабораторных ферментерах емкостью 1.0 литр, как описано выше (смотри Пример 2).Since the effect of enhancing the expression of the tpiA gene on the increase in L-threonine production in vitro fermentation was not significant, fermentation was carried out using glucose depletion (batch fermentation) in laboratory fermenters with a capacity of 1.0 liter, as described above (see Example 2).

Результаты представлены в Таблице 6.The results are presented in Table 6.

Таблица 6.Table 6.

ШтаммStrain OD560 (конечная)OD 560 (final) Треонин, г/лThreonine, g / l B-3996 B-3996(pMW-PR-tpiA)B-3996 B-3996 (pMW-PR-tpiA) 39.9±2.1 34.9±2.639.9 ± 2.1 34.9 ± 2.6 33.80±3.1 37.16±1.433.80 ± 3.1 37.16 ± 1.4

Как видно из Таблицы 6, усиление экспрессии гена tpiA повышает продукцию L-треонина штаммом B-3996.As can be seen from Table 6, increased expression of the tpiA gene increases the production of L-threonine by strain B-3996.

Пример 5: Клонирование гена gapA из Е. coli и эффект влияния повышения экспрессии гена gapA на продукцию L-треонина.Example 5: Cloning of the gapA gene from E. coli and the effect of increasing gapA gene expression on L-threonine production.

Для изучения влияния эффекта усиления экспрессии гена gapA на продукцию L-треонина, ген gapA был клонирован в плазмиду pMWl 19 под контроль мутантного синтетического промотора (А3m), полученного из промотора A3 фага Е. coli Т3 (Yamada, M. et al. Promoter sequence analysis in Bacillus and Escherichia coli: construction of strong promoter in Е. coli. Gene, 99(1), 109-114 (1991)). Мутации, введенные в нуклеотидную последовательность промотора A3 - конститутивного полимераза-холофермент Ест70- зависимого промотора, привели к снижению его промоторной силы. Нуклеотидная последовательность олигонуклеотидов, составляющих мутантный синтетический промотор А3m, приведены под номерами SEQ ID NO: 25 и 26. Структура промотора А3m изображена на чертеже.To study the effect of the amplification effect of gapA gene expression on L-threonine production, gapA gene was cloned into pMWl 19 plasmid under the control of a mutant synthetic promoter (A3m) obtained from the A3 promoter of E. coli T3 phage (Yamada, M. et al. Promoter sequence analysis in Bacillus and Escherichia coli: construction of strong promoter in E. coli. Gene, 99 (1), 109-114 (1991)). Mutations introduced into the nucleotide sequence of the A3 promoter - constitutive polymerase-holoenzyme of the Est 70 - dependent promoter, led to a decrease in its promoter strength. The nucleotide sequence of the oligonucleotides constituting the mutant synthetic promoter A3m are shown under the numbers SEQ ID NOs: 25 and 26. The structure of the A3m promoter is shown in the drawing.

Ген gapA был получен с помощью ПЦР, в качестве матрицы использовали хромосомную ДНК из штамма MG 1655 (ВКПМ В-6195) Е. coli, а в качестве праймеров - праймеры gapA-5' (SEQ ID NO: 27) и gapA-ter (SEQ ID NO: 28). Праймер gapA-5' содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы BamHI. Праймер gapA-ter содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы Xbal. Полученный фрагмент ДНК (1200 п.н.), включающий в себя ген gapA с 5' нетранслируемой областью до сайта начала транскрипции Р1 и без собственной промоторной последовательности, обработали рестриктазами BamHI и Xbal, лигировали с синтетическим промотором А3m, чей фрагмент ДНК имел липкие концы EcoRI и BamHI, после чего клонировали в плазмидный вектор pMWl 19, обработанный рестриктазами EcoRI и Xbal. Таким образом была получена плазмида pMWl 19-PA3m-gapA. Структура полученного гена gapA была подтверждена секвенированием.The gapA gene was obtained by PCR, chromosomal DNA from E. coli strain MG 1655 (VKPM B-6195) was used as a template, and gapA-5 'primers (SEQ ID NO: 27) and gapA-ter ( SEQ ID NO: 28). The gapA-5 ′ primer contains a BamHI restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. The gapA-ter primer contains an Xbal restriction enzyme recognition site at the 5'-end. The obtained DNA fragment (1200 bp), including the gapA gene with a 5 'untranslated region to the P1 transcription start site and without its own promoter sequence, was treated with BamHI and Xbal restriction enzymes, ligated with a synthetic A3m promoter, whose DNA fragment had sticky ends EcoRI and BamHI, after which they were cloned into the plasmid vector pMWl 19 treated with restriction enzymes EcoRI and Xbal. Thus, the plasmid pMWl 19-PA3m-gapA was obtained. The structure of the obtained gapA gene was confirmed by sequencing.

Клетки штамма Е. coli HB101 трансформировали плазмидой pMWl 19 - PA3m-gapA (Sambrook J. and Russell D.W. 2001. Molecular cloning: a laboratory manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.). Активности GAPDH в середине логарифмической кривой роста штаммов HB101 и HB101 (pMW-РА3m-gapA) определялись согласно методике, описанной у Peng. L., и Shimizu. К. (Appl. Microbiol. Biotechnol. 61,163-178 (2003)). Результаты представлены в Таблице 7.Cells of E. coli strain HB101 were transformed with plasmid pMWl 19 - PA3m-gapA (Sambrook J. and Russell D.W. 2001. Molecular cloning: a laboratory manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.). GAPDH activities in the middle of the logarithmic growth curve of strains HB101 and HB101 (pMW-PA3m-gapA) were determined according to the procedure described in Peng. L., and Shimizu. K. (Appl. Microbiol. Biotechnol. 61,163-178 (2003)). The results are presented in Table 7.

Таблица 7.Table 7.

ШтаммStrain Активность (нмоль/мг · мин)Activity (nmol / mg · min) HB101 НВ 101 (pMW-PA3m-gapA)HB101 HB 101 (pMW-PA3m-gapA) 39 8639 86

Как видно из Таблицы 7, уровень активности GAPDH в клетках HB101, содержащих плазмиду, в 2 раза выше.As can be seen from Table 7, the level of GAPDH activity in HB101 cells containing the plasmid is 2 times higher.

Затем плазмиду pMW-PA3m-gapA ввели в стрептомицин - устойчивый штамм-продуцент треонина Е. coli B-3996 (патент США 5,175,107). Таким образом был получен штамм B-3996 (pMW-PA3m-gapA).Then the plasmid pMW-PA3m-gapA was introduced into streptomycin, a resistant producer strain of threonine E. coli B-3996 (US patent 5,175,107). Thus, strain B-3996 (pMW-PA3m-gapA) was obtained.

Оба штамма Е. coli B-3996 и B-3996 (pMWl 19 - pA3-gapA) выращивались в течение ночи при температуре 37°С на чашках с L-агаром, или, в случае штамма В-3996 (pMWl 19 - pA3-gapA), на чашках с L-агаром, содержащих ампициллин (100 мкг/мл). По одной микробиологической петле (OD595 ~ 2 - 3 о.е.) ночной культуры каждого из штаммов внесли в ферментационные пробирки с 2 мл минимальной ферментационной среды следующего состава: дрожжевой экстракт - 2,0 г/л, (NH4)2SO4 - 16.0 г/л, К2HPO4 - 0.7 г/л, MgSO4 x 7H2O - 1.0 г/л, MnSO4 x 5H2O - 0.01 г/л, FeSO4 x 7H2O - 0.01 г/л, тиамин HCl (Bi) - 0.2 мг/л, глюкоза - 4 %, СаСО3 (мел) -30.0 г/л, L-изолейцин - 50 мг/л, ампициллин - 100 мкг/мл (только для штамма 3996 (pMWl 19 - pA3-gapA)). Клетки выращивались в течение 48 часов при температуре 32°С на роторной качалке при 250 об/мин.Both strains of E. coli B-3996 and B-3996 (pMWl 19 - pA3-gapA) were grown overnight at 37 ° C on plates with L-agar, or, in the case of strain B-3996 (pMWl 19 - pA3- gapA), on L-agar plates containing ampicillin (100 μg / ml). One microbiological loop (OD595 ~ 2 - 3 p.u.) of the night culture of each strain was introduced into fermentation tubes with 2 ml of the minimum fermentation medium of the following composition: yeast extract - 2.0 g / l, (NH 4 ) 2 SO 4 - 16.0 g / l, K 2 HPO 4 - 0.7 g / l, MgSO 4 x 7H 2 O - 1.0 g / l, MnSO 4 x 5H 2 O - 0.01 g / l, FeSO 4 x 7H 2 O - 0.01 g / l, thiamine HCl (Bi) - 0.2 mg / l, glucose - 4%, CaCO 3 (chalk) -30.0 g / l, L-isoleucine - 50 mg / l, ampicillin - 100 μg / ml (only for strain 3996 ( pMWl 19 - pA3-gapA)). Cells were grown for 48 hours at a temperature of 32 ° C on a rotary shaker at 250 rpm.

После окончания ферментации, количество накопленного в среде L-треонина определяли с помощью бумажной хроматографии. Использовалась жидкая фаза следующего состава: н-бутанол: уксусная кислота: вода =4:1:1 (соотношения объема). Аминокислоты окрашивались спиртовым раствором нингидрина (1%), содержащего CdCl2 (0,5%). После 1 часа инкубации при 37°С, образцы измерялись при ODsog. Результаты представлены в Таблице 8.After fermentation, the amount of L-threonine accumulated in the medium was determined by paper chromatography. The liquid phase of the following composition was used: n-butanol: acetic acid: water = 4: 1: 1 (volume ratio). Amino acids were stained with an alcoholic solution of ninhydrin (1%) containing CdCl 2 (0.5%). After 1 hour incubation at 37 ° C, samples were measured with ODsog. The results are presented in Table 8.

Таблица 8.Table 8.

ШтаммStrain OD555 OD 555 Треонин, г/лThreonine, g / l В-3996B-3996 13.2±0.113.2 ± 0.1 13.6±0.213.6 ± 0.2 B-3996(pMW-PA3m-gapA)B-3996 (pMW-PA3m-gapA) 13.3±0.113.3 ± 0.1 15.6±0.315.6 ± 0.3

Как видно из Таблицы 8, усиление экспрессии гена gapA повышает продукцию L-треонина штаммом В-3996.As can be seen from Table 8, increased expression of the gapA gene increases the production of L-threonine by strain B-3996.

Пример 6: Клонирование гена eno из Е. coli и эффект влияния повышения экспрессии гена eno на продукцию L-треонина.Example 6: Cloning of the eno gene from E. coli and the effect of increasing the expression of the eno gene on L-threonine production.

Ген eno был получен с помощью ПЦР, в качестве матрицы использовали хромосомную ДНК из штамма MG 1655 (ВКПМ В-6195) Е. coli, а в качестве праймеров - праймеры Р9 (SEQ ID NO: 29) и Р10 (SEQ ID NO: 30). Праймер Р9 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы BamHI., Праймер Р10 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы Sad. Полученный фрагмент ДНК (1298 п.н.), включающий в себя ген eno, обработали рестриктазами BamYQ и Sad, после чего клонировали в плазмидный вектор pMWl 19, предварительно модифицированный путем замены промотора Pfd на промотор pr фага лямбды, также обработанный указанными рестриктазами. Таким образом была получена плазмида pMW-PR-eno, содержащая ген eno под контролем промотора pr. Благодаря использованию этой плазмиды можно достичь высокого уровня экспрессии гена eno за счет отсутствия ее регуляции.The eno gene was obtained by PCR, chromosomal DNA from strain MG 1655 (VKPM B-6195) E. coli was used as a template, and primers P9 (SEQ ID NO: 29) and P10 (SEQ ID NO: 30) were used as primers ) Primer P9 contains a BamHI restriction enzyme recognition site at the 5'-end. Primer P10 contains a Sad restriction enzyme recognition site at the 5'-end. The obtained DNA fragment (1298 bp), including the eno gene, was treated with BamYQ and Sad restriction enzymes, and then cloned into the plasmid vector pMWl 19, previously modified by replacing the Pfd promoter with the pr promoter of the lambda phage, also treated with the indicated restriction enzymes. Thus, the plasmid pMW-PR-eno containing the eno gene under the control of the pr promoter was obtained. By using this plasmid, a high level of expression of the eno gene can be achieved due to the lack of its regulation.

Плазмиду pMW-Pp-eno ввели в стрептомицин - устойчивый штамм-продуцент треонина Е. coli B-3996 (патент США 5,175,107). Таким образом был получен штамм B-3996 (pMW-PR-eno).Plasmid pMW-Pp-eno was introduced into streptomycin, a resistant producer strain of threonine E. coli B-3996 (US patent 5,175,107). Thus, strain B-3996 (pMW-PR-eno) was obtained.

Методика определения количества накопленного в питательной среде L-треонина штаммами Е. coli B-3996 и B-3996 (pMW-PR-eno) описана выше (смотри Пример 1). Результаты представлены в Таблице 9.The procedure for determining the amount of L-threonine accumulated in the nutrient medium by E. coli B-3996 and B-3996 strains (pMW-PR-eno) is described above (see Example 1). The results are presented in Table 9.

Таблица 9.Table 9.

ШтаммStrain OD560 OD 560 Треонин, г/лThreonine, g / l B-3996B-3996 9.7±0.19.7 ± 0.1 14.3±0.114.3 ± 0.1 B-3996(pMW-PR-eno)B-3996 (pMW-PR-eno) 9.3±0.29.3 ± 0.2 14.9±0.414.9 ± 0.4

Как видно из Таблицы 9, усиление экспрессии гена fbaA повышает продукцию L-треонина штаммом B-3996.As can be seen from Table 9, increased expression of the fbaA gene increases the production of L-threonine by strain B-3996.

Пример 7: Клонирование гена pgi из Е. coli и эффект влияния повышения экспрессии гена pgi на продукцию L-треонина.Example 7: Cloning of the pgi gene from E. coli and the effect of increasing the expression of the pgi gene on the production of L-threonine.

Ген pgi был получен с помощью ПЦР, в качестве матрицы использовали хромосомную ДНК из штамма МО 1655 (ВКПМ В-6195) Е. coli, а в качестве праймеров - праймеры P11 (SEQ ID NO: 31) и Р12 (SEQ ID NO: 32). Праймер P11 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы BamHI. Праймер Р12 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы Sad. Полученный фрагмент ДНК (1657 п.н.), включающий в себя ген pgi, обработали рестриктазами BamHI и Sad, после чего клонировали в плазмидный вектор pMWI 19, предварительно модифицированный путем замены промотора Рlac на промотор pr фага лямбды, также обработанный указанными рестриктазами. Таким образом была получена плазмида pMW-Pp-pgi, содержащая ген pgi под контролем промотора pr. Благодаря использованию этой плазмиды можно достичь высокого уровня экспрессии гена pgi за счет отсутствия ее регуляции.The pgi gene was obtained by PCR, chromosomal DNA from strain MO 1655 (VKPM B-6195) E. coli was used as a template, and primers P11 (SEQ ID NO: 31) and P12 (SEQ ID NO: 32) were used as primers ) Primer P11 contains a BamHI restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. Primer P12 contains a Sad restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. The obtained DNA fragment (1657 bp), including the pgi gene, was treated with restriction enzymes BamHI and Sad, and then cloned into the plasmid vector pMWI 19, previously modified by replacing the P lac promoter with the pr promoter of the lambda phage, also treated with these restriction enzymes. Thus, the plasmid pMW-Pp-pgi containing the pgi gene under the control of the pr promoter was obtained. By using this plasmid, a high level of pgi gene expression can be achieved due to the lack of its regulation.

Плазмиду pMW-PR-pgi ввели в стрептомицин - устойчивый штамм-продуцент треонина Е. coli B-3996 (патент США 5,175,107). Таким образом был получен штамм B-3996 (pMW-PR-pgi).Plasmid pMW-PR-pgi was introduced into streptomycin, a resistant producer strain of threonine E. coli B-3996 (US patent 5,175,107). Thus, strain B-3996 (pMW-PR-pgi) was obtained.

Методика определения количества накопленного в питательной среде L-треонина штаммами Е. coli B-3996 и B-3996 (pMW-PR-pgi) описана выше (смотри Пример 1). Результаты представлены в Таблице 10.The procedure for determining the amount of L-threonine accumulated in the culture medium by E. coli B-3996 and B-3996 strains (pMW-PR-pgi) is described above (see Example 1). The results are presented in Table 10.

ШтаммStrain OD560 OD 560 Треонин, г/лThreonine, g / l B-3996 B-3996(pMW-PR-pgi)B-3996 B-3996 (pMW-PR-pgi) 8.7±0.4 8.4±0.28.7 ± 0.4 8.4 ± 0.2 18.4±0.7 19.7±0.418.4 ± 0.7 19.7 ± 0.4

Как видно из Таблицы 10, усиление экспрессии гена pgi повышает продукцию L-треонина штаммом B-3996.As can be seen from Table 10, increased expression of the pgi gene increases the production of L-threonine by strain B-3996.

Пример 8: Клонирование гена pgk из Е. coli и эффект влияния повышения экспрессии гена pgk на продукцию L-треонина.Example 8: Cloning of the pgk gene from E. coli and the effect of increasing pgk gene expression on L-threonine production.

Ген pgk был получен с помощью ПЦР, в качестве матрицы использовали хромосомную ДНК из штамма MG 1655 (ВКПМ В-6195) Е. coli, а в качестве праймеров - праймеры Р13 (SEQ ID NO: 33) и Р14 (SEQ ID NO: 34). Праймер Р13 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы BamHI. Праймер Р14 содержит на 5'-конце сайт узнавания рестриктазы Sad. Полученный фрагмент ДНК (1163 п.н.), включающий в себя ген pgk, обработали рестриктазами BamHI и Sad, после чего клонировали в плазмидный вектор pMWl 19, предварительно модифицированный путем замены промотора Рlac на промотор pr фага лямбды, также обработанный указанными рестриктазами. Таким образом была получена плазмида rmw-pr-pgk, содержащая ген pgk под контролем промотора pr. Благодаря использованию этой плазмиды можно достичь высокого уровня экспрессии гена pgk за счет отсутствия ее регуляции.The pgk gene was obtained by PCR, chromosomal DNA from strain MG 1655 (VKPM B-6195) E. coli was used as a template, and primers P13 (SEQ ID NO: 33) and P14 (SEQ ID NO: 34) were used as primers ) Primer P13 contains a BamHI restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. Primer P14 contains a Sad restriction enzyme recognition site at the 5 ′ end. The obtained DNA fragment (1163 bp), including the pgk gene, was treated with restriction enzymes BamHI and Sad, after which it was cloned into the plasmid vector pMWl 19, previously modified by replacing the P lac promoter with the pr promoter of the lambda phage, also treated with these restriction enzymes. Thus, the rmw-pr-pgk plasmid containing the pgk gene under the control of the pr promoter was obtained. Thanks to the use of this plasmid, a high level of pgk gene expression can be achieved due to the lack of its regulation.

Плазмиду pMW-Pp-pgk ввели в стрептомицин - устойчивый штамм-продуцент треонина Е. coli B-3996 (патент США 5,175,107). Таким образом был получен штамм B-3996 (pMW-PR-pgk).Plasmid pMW-Pp-pgk was introduced into streptomycin, a resistant producer strain of threonine E. coli B-3996 (US patent 5,175,107). Thus, strain B-3996 (pMW-PR-pgk) was obtained.

Методика определения количества накопленного в питательной среде L-треонина штаммами Е. coli B-3996 и B-3996 (pMW-PR-pgk) описана выше (смотри Пример 1). Результаты представлены в Таблице 11.The procedure for determining the amount of L-threonine accumulated in the culture medium by E. coli B-3996 and B-3996 strains (pMW-PR-pgk) is described above (see Example 1). The results are presented in Table 11.

Таблица 11.Table 11.

ШтаммStrain OD560 OD 560 Треонин, г/лThreonine, g / l B-3996 B-3996(pMW-PR-pgk)B-3996 B-3996 (pMW-PR-pgk) 10.3±0.5 10.2±0.510.3 ± 0.5 10.2 ± 0.5 19.2±0.2 20.3±0.419.2 ± 0.2 20.3 ± 0.4

Как видно из Таблицы 11, усиление экспрессии гена pgk повышает продукцию L-треонина штаммом B-3996.As can be seen from Table 11, increased expression of the pgk gene increases the production of L-threonine by strain B-3996.

Хотя указанное изобретение описано в деталях со ссылкой на конкретные Примеры, для специалиста в указанной области техники очевидно, что могут быть совершены различные изменения и произведены эквивалентные замены, и такие изменения и замены не выходят за рамки настоящего изобретения.Although the invention has been described in detail with reference to specific Examples, it will be apparent to those skilled in the art that various changes may be made and equivalent replacements may be made, and such changes and replacements are not outside the scope of the present invention.

Claims (7)

1. Бактерия, принадлежащая к роду Escherichia - продуцент L-треонина, отличающаяся тем, что указанная бактерия модифицирована таким образом, что в ней усилена экспрессия гена, выбранного из группы, состоящей из генов glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk, eno и pykA, кодирующих ферменты гликолиза.1. A bacterium belonging to the genus Escherichia is a producer of L-threonine, characterized in that said bacterium is modified so that expression of a gene selected from the group consisting of glk, pgi, pfkA, tpiA, gapA, pgk genes is enhanced eno and pykA encoding glycolysis enzymes. 2. Бактерия по п.1, отличающаяся тем, что экспрессия гена усилена за счет увеличения числа копий гена, или модификации последовательности, осуществляющей контроль экспрессии указанного гена таким образом, что экспрессия этого гена усиливается.2. The bacterium according to claim 1, characterized in that the expression of the gene is enhanced by increasing the number of copies of the gene, or by modifying the sequence that controls the expression of the specified gene in such a way that the expression of this gene is enhanced. 3. Бактерия по п.2, отличающаяся тем, что число копий гена увеличено за счет трансформации бактерии с помощью низкокопийного вектора, содержащего указанный ген.3. The bacterium according to claim 2, characterized in that the number of copies of the gene is increased due to the transformation of the bacterium using a low copy vector containing the specified gene. 4. Бактерия по п.1, отличающаяся тем, что указанные гены получены из бактерии, принадлежащей к роду Escherichia.4. The bacterium according to claim 1, characterized in that said genes are derived from a bacterium belonging to the genus Escherichia. 5. Бактерия по п.4, отличающаяся тем, что указанная бактерия дополнительно модифицирована таким образом, что у указанной бактерии усилена экспрессия одного или нескольких генов, выбранных из группы, состоящей из:5. The bacterium according to claim 4, characterized in that said bacterium is additionally modified so that the specified bacterium has enhanced expression of one or more genes selected from the group consisting of: мутантного гена thrA, кодирующего аспартокиназа-гомосериндегидрогеназу I, устойчивую к ингибированию треонином по типу обратной связи;a mutant thrA gene encoding aspartokinase-homoserine dehydrogenase I resistant to threonine inhibition by feedback; гена thrB, кодирующего гомосеринкиназу;thrB gene encoding homoserine kinase; гена thrC, кодирующего треонинсинтазу;thrC gene encoding threonine synthase; гена rhtA, кодирующего предполагаемый трансмембранный белок.rhtA gene encoding a putative transmembrane protein. 6. Бактерия по п.5, отличающаяся тем, что указанная бактерия модифицирована таким образом, что экспрессия мутантного гена thrA, гена thrB, гена thrC и гена rhtA усилена.6. The bacterium according to claim 5, characterized in that said bacterium is modified in such a way that the expression of the mutant thrA gene, thrB gene, thrC gene and rhtA gene is enhanced. 7. Способ получения L-треонина, включающий стадии выращивания бактерии - продуцента L-треонина в питательной среде и выделения L-треонина из культуральной жидкости, отличающийся тем, что в качестве продуцента используют бактерию по п.1.7. A method for producing L-threonine, comprising the steps of growing a bacterium producing L-threonine in a culture medium and isolating L-threonine from the culture fluid, characterized in that the bacterium according to claim 1 is used as the producer.
RU2004103986/13A 2004-02-12 2004-02-12 Bacterium belonging to escherichia genus as producer of l-threonine and method for preparing l-threonine RU2288264C2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004103986/13A RU2288264C2 (en) 2004-02-12 2004-02-12 Bacterium belonging to escherichia genus as producer of l-threonine and method for preparing l-threonine
US11/052,140 US20050181488A1 (en) 2004-02-12 2005-02-08 Method for producing L-threonine using bacteria belonging to the genus Escherichia
CN2005800048616A CN1997747B (en) 2004-02-12 2005-02-09 Method for producing L-threonine using bacteria belonging to the genus escherichia
PCT/JP2005/002372 WO2005078113A1 (en) 2004-02-12 2005-02-09 Method for producing l-threonine using bacteria belonging to the genus escherichia
BRPI0507647-1A BRPI0507647B1 (en) 2004-02-12 2005-02-09 method to produce l-threonine
EP05710272.5A EP1720993B8 (en) 2004-02-12 2005-02-09 Method for producing l-threonine using bacteria belonging to the genus escherichia

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004103986/13A RU2288264C2 (en) 2004-02-12 2004-02-12 Bacterium belonging to escherichia genus as producer of l-threonine and method for preparing l-threonine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004103986A RU2004103986A (en) 2005-07-27
RU2288264C2 true RU2288264C2 (en) 2006-11-27

Family

ID=35843145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004103986/13A RU2288264C2 (en) 2004-02-12 2004-02-12 Bacterium belonging to escherichia genus as producer of l-threonine and method for preparing l-threonine

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN1997747B (en)
RU (1) RU2288264C2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112941090A (en) * 2021-03-15 2021-06-11 辽宁大学 Pseudomonas putida enolase gene cloning method and application
CN116555137A (en) * 2022-01-30 2023-08-08 廊坊梅花生物技术开发有限公司 Threonine producing strain and application thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4032441B2 (en) * 1995-08-30 2008-01-16 味の素株式会社 Method for producing L-amino acid
US5939307A (en) * 1996-07-30 1999-08-17 The Archer-Daniels-Midland Company Strains of Escherichia coli, methods of preparing the same and use thereof in fermentation processes for l-threonine production
KR100575403B1 (en) * 1999-07-23 2006-05-03 아처 다니엘 미드랜드 캄파니 Methods for producing l-amino acids by increasing cellular nadph
AU2002345081A1 (en) * 2001-07-18 2003-03-03 Degussa Ag Process for the preparation of l-amino acids using strains of the enterobacteriaceae family
EP1483394B1 (en) * 2002-03-13 2009-04-15 Evonik Degussa GmbH Process for the preparation of l-amino acids using strains of the enterobacteriaceae family

Also Published As

Publication number Publication date
CN1997747B (en) 2010-12-08
CN1997747A (en) 2007-07-11
RU2004103986A (en) 2005-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2275424C2 (en) Method for preparing l-threonine by using bacterium belonging to genus escherichia
EP1720993B1 (en) Method for producing l-threonine using bacteria belonging to the genus escherichia
RU2244007C2 (en) Method for preparing l-threonine, strain escherichia coli as producer of threonine (variants)
RU2276687C2 (en) Bacterium belonging to genus escherichia as producer of l-histidine and method for preparing l-histidine
RU2245919C2 (en) Method for producing l-amino acid, strain escherichia coli tdh7δmlc::cat/pprt614 as producer of l-threonine
RU2276688C2 (en) BACTERIUM BELONGING TO GENUS Escherichia AS PRODUCER OF L-HISTIDINE AND METHOD FOR PREPARING L-HISTIDINE
KR20000048465A (en) Method for producing L-amino acid
EP2089528B1 (en) A method for producing an l-amino acid using a bacterium of the genus escherichia with attenuated expression of any of the cynt, cyns, cynx or cynr genes or a combination thereof
RU2392322C2 (en) METHOD OF L-THREONINE MANUFACTURE USING BACTERIA OF Escherichia GENUS WITH INACTIVATED GENE yahN
US20100323409A1 (en) Process for producing (2s,3r,4s)-4-hydroxy-l-isoleucine
CA2549298C (en) L-threonine producing bacterium belonging to the genus escherichia and method for producing l-threonine
RU2288264C2 (en) Bacterium belonging to escherichia genus as producer of l-threonine and method for preparing l-threonine
RU2333950C2 (en) METHOD OF PRODUCTION OF AROMATIC L-AMINO ACIDS USING BACTERIUM BELONGING TO GENUS Methylophilus
RU2304166C2 (en) METHOD FOR PRODUCTION OF L-THREONINE USING BACTERIUM BELONGING TO GENUS Escherichia WITH INACTIVATED itaE GENE
RU2515095C1 (en) Bacteria of escherichia kind - producer of l-threonine and method of microbiological synthesis of l-threonine with its usage
MXPA06006334A (en) L-threonine producing bacterium belonging to the genus escherichia and method for producing l-threonine