RU2444568C2 - Bacterium producer of product of reaction catalised by protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, and method for producing such product - Google Patents

Bacterium producer of product of reaction catalised by protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, and method for producing such product Download PDF

Info

Publication number
RU2444568C2
RU2444568C2 RU2008150638/10A RU2008150638A RU2444568C2 RU 2444568 C2 RU2444568 C2 RU 2444568C2 RU 2008150638/10 A RU2008150638/10 A RU 2008150638/10A RU 2008150638 A RU2008150638 A RU 2008150638A RU 2444568 C2 RU2444568 C2 RU 2444568C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
isoleucine
protein
gene
bacterium
seq
Prior art date
Application number
RU2008150638/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008150638A (en
Inventor
Сергей Васильевич Смирнов (RU)
Сергей Васильевич Смирнов
Наталья Николаевна САМСОНОВА (RU)
Наталья Николаевна Самсонова
Вероника Александровна КОТЛЯРОВА (RU)
Вероника Александровна КОТЛЯРОВА
Наталия Юрьевна РУШКЕВИЧ (RU)
Наталия Юрьевна РУШКЕВИЧ
Ольга Сергеевна Безнощенко (RU)
Ольга Сергеевна Безнощенко
Татьяна Александровна Бачина (RU)
Татьяна Александровна БАЧИНА
Юки ИМАБАЯСИ (JP)
Юки ИМАБАЯСИ
Масаказу СУГИЯМА (JP)
Масаказу СУГИЯМА
Сунъичи СУЗУКИ (JP)
Сунъичи СУЗУКИ
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ)
Аджиномото Ко., Инк.
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), Аджиномото Ко., Инк. filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ)
Priority to RU2008150638/10A priority Critical patent/RU2444568C2/en
Publication of RU2008150638A publication Critical patent/RU2008150638A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2444568C2 publication Critical patent/RU2444568C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention refers to a method for producing a product of reaction catalysed by a protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity such as (2S,3R,4S)-4-hydroxy-b-isoleucine or its salt and 4-hydroxy-b-proline or its salt with using a bacterium of a genus selected from a group consisting of Escherichia, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus and Bacillus, transformed by a DNA fragment containing a gene coding the protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity with said bacterium modified so that: the gene coding 2-oxoglutarate dehydrogenase is inactivated, or the gene coding 2-oxoglutarate dehydrogenase, and the gene coding aminotransferase with branched-chain amino acid are inactivated.
EFFECT: invention enables high-effective production of said compounds and their salts.
14 cl, 6 dwg, 9 tbl, 9 ex

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к микробиологической промышленности, и в частности к способу получения продукта реакции, катализируемой белком, обладающим активностью 2-оксоглутарат-зависимого фермента, такого как 4-гидрокси-L-изолейцин или его соль, с использованием бактерии, трансформированной фрагментом ДНК, содержащим ген, кодирующий белок, обладающий активностью 2-оксоглутарат-зависимого фермента, так же как и L-изолейциндиоксигеназной активностью. Данная бактерия также модифицирована для усиления экспрессии гена, кодирующего транспортер L-изолейцина, и обладает способностью к продукции (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина.The present invention relates to the microbiological industry, and in particular to a method for producing a reaction product catalyzed by a protein having the activity of a 2-oxoglutarate-dependent enzyme, such as 4-hydroxy-L-isoleucine or its salt, using a bacterium transformed with a DNA fragment containing a gene encoding a protein having activity of a 2-oxoglutarate-dependent enzyme, as well as L-isoleucine dioxygenase activity. This bacterium is also modified to enhance the expression of the gene encoding the L-isoleucine transporter and is capable of producing (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine.

Описание предшествующего уровня техникиDescription of the Related Art

4-Гидрокси-L-изолейцин является аминокислотой, которая может быть экстрагирована и очищена из семян пажитника греческого (Trigonella foenum-graecum L.leguminosae). Препарат 4-гидроксиизолейцина проявляет инсулинотропную активность, что вызывает большой интерес, поскольку этот стимулирующий эффект явно зависит от концентрации глюкозы в плазме. Этот эффект показан как на модели изолированных перфузионных поджелудочных желез крыс, так и в кусочках ткани поджелудочных желез человека (Sauvaire, Y. et al, Diabetes, 47: 206-210 (1998)). Такая зависимость инсулинотропного эффекта от концентрации глюкозы не подтверждается в случае с сульфонилмочевиной (Drucker, D.J., Diabetes 47: 159-169 (1998)), единственным инсулинотропным препаратом, используемым в настоящее время для лечения диабета типа II [не инсулинзависимого диабета (NIDD) или (NIDDM)], и, как следствие, гипогликемия остается основным нежелательным побочным эффектом лечения сульфонилмочевиной (Jackson, J., and Bessler, R. Drugs, 22: 211-245; 295-320 (1981); Jennings, A. et al. Diabetes Care, 12: 203-208 (1989)). Известно также свойство 4-гидроксиизолейцина повышать толерантность организма к глюкозе (Am. J. Physiol. Endocrinol., Vol.287, E463-E471, 2004). Способность 4-гидроксиизолейцина ускорять метаболизм глюкозы и потенциальная возможность его применения в качестве лекарственного средства и компонента функционального питания были раскрыты в выложенной патентной заявке Японии No. Hei 6-157302 и в патентной заявке США US 2007-000463 A1.4-Hydroxy-L-isoleucine is an amino acid that can be extracted and purified from the seeds of Greek fenugreek (Trigonella foenum-graecum L.leguminosae). The drug 4-hydroxyisoleucine exhibits insulinotropic activity, which is of great interest, since this stimulating effect clearly depends on the concentration of glucose in the plasma. This effect is shown both in a model of isolated perfusion pancreatic glands of rats and in pieces of tissue of human pancreas (Sauvaire, Y. et al, Diabetes, 47: 206-210 (1998)). This dependence of the insulinotropic effect on glucose concentration is not confirmed in the case of sulfonylurea (Drucker, DJ, Diabetes 47: 159-169 (1998)), the only insulinotropic drug currently used to treat type II diabetes [non-insulin-dependent diabetes (NIDD) or (NIDDM)], and as a result, hypoglycemia remains the main undesirable side effect of sulfonylurea treatment (Jackson, J., and Bessler, R. Drugs, 22: 211-245; 295-320 (1981); Jennings, A. et al Diabetes Care, 12: 203-208 (1989)). The property of 4-hydroxyisoleucine to increase glucose tolerance is also known (Am. J. Physiol. Endocrinol., Vol.287, E463-E471, 2004). The ability of 4-hydroxyisoleucine to accelerate glucose metabolism and the potential for its use as a medicine and a component of functional nutrition were disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-157302 and in US patent application US 2007-000463 A1.

4-Гидрокси-L-изолейцин обнаружен только в растениях и благодаря его специфической инсулинотропной активности может рассматриваться в качестве нового стимулятора секреции с потенциальным применением для лечения диабета II типа, т.к. это заболевание характеризуется недостаточной секрецией инсулина, связанной с различной степенью устойчивости к инсулину (Broca, С. et al, Am. J. Physiol. 277 (Endocrinol. Metab. 40): E617-E623 (1999)).4-Hydroxy-L-isoleucine is found only in plants and due to its specific insulinotropic activity can be considered as a new secretion stimulator with potential use for the treatment of type II diabetes, because this disease is characterized by insufficient insulin secretion associated with varying degrees of insulin resistance (Broca, C. et al, Am. J. Physiol. 277 (Endocrinol. Metab. 40): E617-E623 (1999)).

Метод окисления изолейцина кислородом воздуха в присутствии железа, аскорбиновой кислоты и 2-оксоглутаровой кислоты с использованием диоксигеназной активности экстракта пажитника греческого был предложен в качестве способа получения 4-гидрокси-L-изолейцина (Phytochemistry, Vol.44, No.4, pp.563-566,1997). Однако этот способ не пригоден для промышленного получения 4-гидроксиизолейцина, так как активность фермента ингибируется субстратом при концентрациях изолейцина от 20 мМ и выше, к тому же фермент до сих пор не идентифицирован, его получают из экстрактов растений в небольших количествах и активность его быстро падает.The method of oxidizing isoleucine with atmospheric oxygen in the presence of iron, ascorbic acid and 2-oxoglutaric acid using the dioxigenase activity of Greek fenugreek extract has been proposed as a method for producing 4-hydroxy-L-isoleucine (Phytochemistry, Vol.44, No.4, pp.563 -566.1997). However, this method is not suitable for the industrial production of 4-hydroxyisoleucine, since the enzyme activity is inhibited by the substrate at isoleucine concentrations of 20 mM or higher, moreover, the enzyme has not yet been identified, it is obtained from plant extracts in small quantities and its activity rapidly decreases .

К настоящему времени описан эффективный способ синтеза оптически чистого (2S,3R,4S)-4-гидроксиизолейцина с общим выходом 39%, состоящий из восьми стадий. Ключевая стадия этого процесса синтеза включает в себя биотрансформацию этил-2-метилацетоацетата в этил-(2S,3S)-2-метил-3-гидроксибутаноат с помощью Geotrichum candidum и асимметрического синтеза Штрекера (Wang, Q. et al, Eur. J. Org. Chem., 834-839 (2002)).To date, an effective method for the synthesis of optically pure (2S, 3R, 4S) -4-hydroxyisoleucine with a total yield of 39%, consisting of eight stages, has been described. A key step in this synthesis process involves the biotransformation of ethyl 2-methylacetoacetate to ethyl (2S, 3S) -2-methyl-3-hydroxybutanoate using Geotrichum candidum and asymmetric Strecker synthesis (Wang, Q. et al, Eur. J. Org. Chem., 834-839 (2002)).

Также описан короткий шестистадийный ферментохимический способ синтеза (2S,3R,4S)-4-гидроксиизолейцина с общим контролем стереохимии, последней стадией которого является ферментативное разложение путем гидролиза производного N-фенилацетиллактона с использованием коммерчески доступной пенциллинацилазы G, иммобилизованной на Eupergit C(E-PAC) (Rolland-Fulcrand, V. et al, J. Org. Chem., 873-877 (2004)).Also described is a short six-step enzyme-chemical synthesis method for (2S, 3R, 4S) -4-hydroxyisoleucine with a general stereochemistry control, the last stage of which is enzymatic decomposition by hydrolysis of the N-phenylacetylactone derivative using commercially available pencillinacylase G immobilized on Eupergit C (E-P-PACIT (E-P-PAC) ) (Rolland-Fulcrand, V. et al, J. Org. Chem., 873-877 (2004)).

Однако в настоящее время отсутствуют сообщения о продукции (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина с использованием бактерии, трансформированной фрагментом ДНК, содержащим ген, кодирующий белок с L-изолейциндиоксигеназной активностью; при этом бактерия также модифицирована с целью усиления экспрессии гена, кодирующего транспортер L-изолейцина; и обладает способностью к продукции (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина.However, there are currently no reports of the production of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine using a bacterium transformed with a DNA fragment containing a gene encoding a protein with L-isoleucine dioxygenase activity; however, the bacterium is also modified to enhance the expression of a gene encoding the L-isoleucine transporter; and has the ability to produce (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine.

Кроме того, (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцин, являющийся продуктом реакции, катализируемой белком, обладающим активностью 2-оксоглутарат-зависимого фермента, а также важным промышленным продуктом, был известен. Однако не было сообщений об эффективных способах получения и других продуктов с помощью белков, обладающих активностью 2-оксоглутарат-зависимого фермента.In addition, (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine, a reaction product catalyzed by a protein having a 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, as well as an important industrial product, was known. However, there were no reports of effective methods for the preparation of other products using proteins having the activity of a 2-oxoglutarate-dependent enzyme.

Описание изобретенияDescription of the invention

Аспектом данного изобретения является увеличение продукции продукта реакции, сопряженного с образованием сукцината из 2-оксоглутарата под действием белка, обладающего активностью 2-оксоглутарат-зависимого фермента. К такому продукту относятся соединения как в свободной форме, так и их соли. Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление промышленного способа получения продукта, сопряженного с образованием сукцината из 2-оксоглутарата с помощью бактерии, имеющей активность 2-оксоглутарат-зависимого фермента. Эта бактерия была модифицирована таким образом, что экспрессии гена, кодирующего оксоглутаратдегидрогеназу, ослаблены, предпочтительно модифицирована таким образом, что экспрессии генов, кодирующих оксоглутаратдегидрогеназу и изоцитратлиазу, ослаблены, более предпочтительно модифицирована таким образом, что экспрессии генов, кодирующих оксоглутаратдегидрогеназу, изоцитратлиазу и фосфатазу изоцитратдедгидрогеназы, ослаблены.An aspect of the present invention is to increase the production of a reaction product coupled with the formation of succinate from 2-oxoglutarate by the action of a protein having the activity of a 2-oxoglutarate-dependent enzyme. This product includes compounds both in free form and their salts. Another aspect of the present invention is the provision of an industrial method of obtaining a product associated with the formation of succinate from 2-oxoglutarate using a bacterium having the activity of a 2-oxoglutarate-dependent enzyme. This bacterium has been modified so that the expression of the gene encoding oxoglutarate dehydrogenase is attenuated, preferably modified so that the expression of genes encoding the oxoglutarate dehydrogenase and isocitrate lyase is more modified so that the expressions of the genes encoding oxoglutarate dehydrogenase dehydrogenase weakened.

Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление способа получения 4-гидроксиизолейцина, включая как его свободную форму, так и его соли. Данное соединение может также упоминаться как "(2S,3R,4S)-4HIL". Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление способа продукции (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина или его соли путем прямого энзиматического гидроксилирования L-изолейцина с использованием бактерии с L-изолейциндиоксигеназной активностью. В этой бактерии также осуществляется сверхэкспрессия гена, кодирующего транспортер L-изолейцина, и бактерия способна к продукции (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина.Another aspect of the present invention is the provision of a method for producing 4-hydroxyisoleucine, including both its free form and its salts. This compound may also be referred to as "(2S, 3R, 4S) -4HIL". Another aspect of the present invention is the provision of a method for the production of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine or its salt by direct enzymatic hydroxylation of L-isoleucine using bacteria with L-isoleucine dioxygenase activity. Overexpression of the gene encoding the L-isoleucine transporter is also performed in this bacterium, and the bacterium is capable of producing (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine.

Ранее из природного источника выделена бактерия с высоким уровнем L-изолейциндиоксигеназной активности и клонирован ген, кодирующий L-изолейциндиоксигеназу. Обнаружено, что L-изолейциндиоксигеназу можно использовать для синтеза (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина.Previously, a bacterium with a high level of L-isoleucine dioxygenase activity was isolated from a natural source, and a gene encoding L-isoleucine dioxygenase was cloned. It was found that L-isoleucine dioxygenase can be used for the synthesis of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine.

Другой аспект настоящего изобретения включает предоставление способа для увеличения продукции (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина с использованием бактерии с активностью L-изолейциндиоксигеназы. Вышеуказанная цель была достигнута обнаружением того факта, что бактерия с активностью L-изолейциндиоксигеназы продуцирует больше (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина в случае, если бактерия модифицирована таким образом, что экспрессия гена, кодирующего транспортер L-изолейцина, усилена.Another aspect of the present invention includes providing a method for increasing the production of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine using bacteria with L-isoleucine dioxygenase activity. The above goal was achieved by the discovery that a bacterium with L-isoleucine dioxygenase activity produces more (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine if the bacterium is modified so that expression of the gene encoding the L-isoleucine transporter reinforced.

Целью настоящего изобретения является предоставление бактерии, трансформированной фрагментом ДНК, содержащим ген, кодирующий белок с L-активностью изолейциндиоксигеназы, отличающейся тем, что указанная бактерия модифицирована таким образом, что экспрессия гена, кодирующего транспортер L-изолейцина, усилена и указанная бактерия обладает способностью к продукции (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина.The aim of the present invention is the provision of a bacterium transformed with a DNA fragment containing a gene encoding a protein with L-activity of isoleucine dioxygenase, characterized in that the bacterium is modified so that the expression of the gene encoding the L-isoleucine transporter is enhanced and the bacterium has the ability to produce (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии - продуцента (2S,3R,4S)-4HIL, при этом ген, кодирующий белок с L-изолейциндиогсигеназной активностью, выбран из группы, состоящей из:Another objective of the present invention is the provision of the above-described bacteria producing (2S, 3R, 4S) -4HIL, the gene encoding a protein with L-isoleucine dihydrogenase activity selected from the group consisting of:

(a) ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, приведенную в Перечне последовательностей под номером 1 (SEQ ID No: 1);(a) DNA comprising the nucleotide sequence shown in the sequence Listing under the number 1 (SEQ ID No: 1);

(b) ДНК, гибридизующейся в жестких условиях с ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, комплементарную нуклеотидной последовательности, приведенной в Перечне последовательностей под номером 1 (SEQ ID No: 1), при этом указанная ДНК кодирует белок с L-изолейциндиоксигеназной активностью;(b) DNA hybridizing under stringent conditions with DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in Sequence Listing No. 1 (SEQ ID No: 1), said DNA encoding a protein with L-isoleucine dioxygenase activity;

(c) ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, кодирующую белок, включающий аминокислотную последовательность, приведенную в Перечне последовательностей под номером 2 (SEQ ID No: 2);(c) DNA comprising a nucleotide sequence encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in the List of sequences under number 2 (SEQ ID No: 2);

(d) ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, кодирующую белок, включающий аминокислотную последовательность, приведенную в Перечне последовательностей под номером 2 (SEQ ID No: 2), за исключением того, что указанная аминокислотная последовательность содержит замену, делецию, вставку, добавление или инверсию одного или нескольких аминокислотных остатков и при этом указанный белок имеет L-изолейциндиоксигеназную активность; и(d) a DNA comprising a nucleotide sequence encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in the List of sequences under number 2 (SEQ ID No: 2), except that the specified amino acid sequence contains a substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues, and wherein said protein has L-isoleucine dioxygenase activity; and

(e) ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, кодирующую белок, включающий аминокислотную последовательность, гомологичную по крайней мере на 98% аминокислотной последовательности, приведенной в Перечне последовательностей под номером 2 (SEQ ID No: 2), при этом указанный белок имеет L-изолейциндиоксигеназную активность.(e) a DNA comprising a nucleotide sequence encoding a protein comprising an amino acid sequence homologous to at least 98% of the amino acid sequence shown in Sequence Listing No. 2 (SEQ ID No: 2), wherein said protein has L-isoleucine dioxygenase activity .

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии - продуцента (2S,3R,4S)-4HIL, при этом бактерия модифицирована таким образом, что активность L-изолейциндиоксигеназы увеличена.It is also an object of the present invention to provide the above-described producing bacteria (2S, 3R, 4S) -4HIL, wherein the bacterium is modified so that the activity of L-isoleucine dioxygenase is increased.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии - продуцента (2S,3R,4S)-4HIL, при этом активность L-изолейциндиоксигеназы увеличена за счет усиления экспрессии гена, кодирующего L-изолейциндиоксигеназу.Another objective of the present invention is the provision of the above-described bacteria producing (2S, 3R, 4S) -4HIL, while the activity of L-isoleucine dioxygenase is increased by enhancing the expression of a gene encoding L-isoleucine dioxygenase.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии - продуцента (2S,3R,4S)-4HIL, при этом экспрессия L-изолейциндиоксигеназы усилена путем модификации последовательности, контролирующей экспрессию гена, кодирующего L-изолейциндиоксигеназу, или путем увеличения числа копий гена, кодирующего L-изолейциндиоксигеназу.It is also an object of the present invention to provide the (2S, 3R, 4S) -4HIL producing bacterium described above, wherein expression of L-isoleucine dioxygenase is enhanced by modifying the sequence that controls the expression of the gene encoding L-isoleucine dioxygenase or by increasing the number of copies of the gene encoding L -isoleucine dioxygenase.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии - продуцента (2S,3R,4S)-4HIL, при этом геном, кодирующим транспортер L-изолейцина, является ген brnQ из Escherichia coli.It is also an object of the present invention to provide the above-described bacteria producing (2S, 3R, 4S) -4HIL, the gene encoding the L-isoleucine transporter is the brnQ gene from Escherichia coli.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии - продуцента (2S,3R,4S)-4HIL, при этом бактерия дополнительно модифицирована с целью ослабления экспрессии генов, кодирующих оксоглутаратдегидрогеназу, изоцитратлиазу и фосфатазу изоцитратдегидрогеназы.It is also an object of the present invention to provide the (2S, 3R, 4S) -4HIL producing bacterium described above, the bacterium being further modified to attenuate the expression of genes encoding oxoglutarate dehydrogenase, isocitrate lyase and isocitrate dehydrogenase phosphatase.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, при этом указанная экспрессия ослаблена путем инактивации указанных генов.It is also an object of the present invention to provide the bacteria described above, wherein said expression is attenuated by inactivation of said genes.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, при этом бактерия дополнительно модифицирована с целью ослабления экспрессии гена, кодирующего аминотрансферазу аминокислот с разветвленной цепью.It is also an object of the present invention to provide the bacteria described above, the bacterium being further modified to attenuate the expression of a gene encoding a branched chain amino acid transferase.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, при этом указанная экспрессия ослаблена путем инактивации указанного гена.It is also an object of the present invention to provide the bacterium described above, wherein said expression is attenuated by inactivation of said gene.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, при этом бактерия принадлежит к роду, выбранному из группы, состоящей из Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus и Bacillus.It is also an object of the present invention to provide a bacterium as described above, wherein the bacterium belongs to a genus selected from the group consisting of Escherichia, Pseudomonas, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus and Bacillus.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанной выше бактерии, при этом бактерия выбрана из группы, состоящей из Escherichia coli, Arthrobacter simplex, Corynebacterium glutamicum, Arthrobacter globiformis, Arthrobacter sulfureus, Arthrobacter viscosus и Bacillus subtilis.It is also an object of the present invention to provide a bacterium as described above, the bacterium being selected from the group consisting of Escherichia coli, Arthrobacter simplex, Corynebacterium glutamicum, Arthrobacter globiformis, Arthrobacter sulfureus, Arthrobacter viscosus and Bacillus subtilis.

Также целью настоящего изобретения является предоставление способа продукции (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина или его соли, включающего:Another objective of the present invention is the provision of a method of production of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine or its salt, including:

культивирование описанной выше бактерии - продуцента (2S,3R,4S)-4HIL в питательной среде, содержащей L-изолейцин; иthe cultivation of the above bacteria producing (2S, 3R, 4S) -4HIL in a nutrient medium containing L-isoleucine; and

выделение (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина.isolation of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанного выше способа, при этом питательная среда содержит источник углерода, выбранный из группы, состоящей из углевода и спирта.It is also an object of the present invention to provide the method described above, wherein the culture medium contains a carbon source selected from the group consisting of carbohydrate and alcohol.

Также целью настоящего изобретения является предоставление описанного выше способа, при этом указанным углеводом является глюкоза, а указанным спиртом - глицерин.It is also an object of the present invention to provide the method described above, wherein said carbohydrate is glucose and said alcohol is glycerin.

Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление способа получения 4-гидрокси-L-пролина, включая как его свободную форму, так и его соли. Другим аспектом настоящего изобретения является предоставление способа продукции 4-гидрокси-L-пролина или его соли путем прямого ферментативного гидроксилирования L-пролина с использованием бактерии с L-пролингидроксилазной активностью.Another aspect of the present invention is the provision of a method for producing 4-hydroxy-L-proline, including both its free form and its salts. Another aspect of the present invention is the provision of a method for the production of 4-hydroxy-L-proline or a salt thereof by direct enzymatic hydroxylation of L-proline using bacteria with L-proline hydroxylase activity.

Настоящее изобретение детально описано ниже.The present invention is described in detail below.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКОВBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На Фигуре 1 показано 'шунтирование' цикла трикарбоновых кислот в штамме MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)_[pELAC-IDO(Lys, 23)] благодаря окислению изолейцина и α-кетоглутарата (2-оксоглутарата).Figure 1 shows the 'shunting' of the tricarboxylic acid cycle in strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) _ [pELAC-IDO (Lys, 23)] due to the oxidation of isoleucine and α-ketoglutarate (2- oxoglutarate).

На Фигуре 2 показана схема рекомбинантной плазмиды pET-IlvA.Figure 2 shows a schematic of the recombinant plasmid pET-IlvA.

На Фигуре 3 показана схема рекомбинантной плазмиды pELAC-IDO(Lys, 23).Figure 3 shows a schematic of the recombinant plasmid pELAC-IDO (Lys, 23).

На Фигуре 4 показано конструирование штамма Е.coli MG1655(PL-brnQ).Figure 4 shows the construction of E. coli strain MG1655 (PL-brnQ).

На Фигуре 5 показан рост штаммов MG1655 и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) на синтетической среде М9, содержащей глюкозу или глицерин с добавлением или без добавления лизина, метионина и диаминопимелата (DAP-diaminopimelate). Штаммы выращивали на синтетической среде М9 с добавлением глюкозы или глицерина, а также лизина, метионина и диаминопимелата (DAP). Сокращения: Штаммы WT = MG1655; 2d = MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ); Среда: А = М9 + глюкоза; В = М9 + глюкоза + (Lys, Met, DAP); С = М9 + глицерин; D = М9 + глицерин + (Lys, Met, DAP).Figure 5 shows the growth of strains MG1655 and MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) on synthetic medium M9 containing glucose or glycerin with or without lysine, methionine and diaminopimelate (DAP-diaminopimelate). The strains were grown on synthetic M9 medium supplemented with glucose or glycerol, as well as lysine, methionine and diaminopimelate (DAP). Abbreviations: Strains WT = MG1655; 2d = MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ); Wednesday: A = M9 + glucose; B = M9 + glucose + (Lys, Met, DAP); C = M9 + glycerin; D = M9 + glycerol + (Lys, Met, DAP).

На Фигуре 6 показан рост штаммов MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) [pELAC-IDO(Lys, 23)] на синтетической среде М9 с добавлением или без добавления L-изолейцина. Сокращения: Штаммы 1 = MG1655[pELAC-IDO(Lys, 23)]; 2 = MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) [pELAC-IDO(Lys, 23)]; Среда: G = М9 + глюкоза (137 мМ); GI = М9 + глюкоза (137 мМ) + L-изолейцин (137 мМ); Y = М9 + глицерин (136 мМ); YI = М9 + глицерин (136 мМ) + L-изолейцин (137 мМ).Figure 6 shows the growth of strains MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] on synthetic medium M9 s with or without L-isoleucine. Abbreviations: Strains 1 = MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)]; 2 = MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)]; Medium: G = M9 + glucose (137 mM); GI = M9 + glucose (137 mM) + L-isoleucine (137 mM); Y = M9 + glycerin (136 mM); YI = M9 + glycerin (136 mM) + L-isoleucine (137 mM).

НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

1. Бактерия согласно настоящему изобретению1. The bacterium according to the present invention

Термин "бактерия", как он употребляется в настоящем описании, включает бактерию, продуцирующую фермент, мутант и генетический рекомбинант такой бактерии, в которой имеется или увеличена целевая ферментативная активность, и т.п.The term “bacterium” as used herein includes a bacterium producing an enzyme, a mutant and a genetic recombinant of such a bacterium in which the target enzymatic activity is present or increased, and the like.

Термин «активность 2-оксоглутарат-зависимого фермента», как он употребляется в настоящем описании, обозначает ферментативную активность, способную катализировать реакцию образования сукцината из 2-оксоглутарата.The term “activity of a 2-oxoglutarate-dependent enzyme,” as used herein, means an enzymatic activity capable of catalyzing the reaction of formation of succinate from 2-oxoglutarate.

Многие белки имеют активность 2-оксоглутарат-зависимого фермента, так же как и 2-оксоглутарат-зависимые диоксигеназы, что сообщалось ранее. Следующие примеры, включающие диоксигеназы, способные к продукции нужных продуктов, таких как Pro гидроксилаза, превращающая L-Pro в гидрокси-Pro (APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, Sept. 1999, p.4028-4031), γ-бутиробетаин гидроксилаза, превращающая γ-бутиробетаин в L-карнитин (WO 2005/083089). Кроме того, это диоксигеназы, о многих из которых уже сообщалось. Например, ссылка на: Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 39: 21-68, 2004, and NATURE CHEMICAL BIOLOGY, 4 NUMBER 3 MARCH: 152-156, 2008. Что касается 2-оксоглутарт-зависимых диоксигеназ, описанных в обзорах, бактерия была модифицирована таким образом, что экспрессия гена, кодирующего оксоглутаратдегидрогеназу (такой как ΔsucAB, ΔsucA, ΔsucB), ослаблена; предпочтительно модифицирована таким образом, что экспрессии генов, кодирующих оксоглутаратдегидрогеназу и изоцитратлиазу (такие как (ΔsucAB, ΔsucA, или ΔsucB) плюс ΔaceA), ослаблены; более предпочтительно модифицирована таким образом, что экспрессии генов, кодирующих оксоглутаратдегидрогеназу, изоцитратлиазу и фосфатазу изоцитратдегидрогеназы (такие как (ΔsucAB, ΔsucA или ΔsucB) плюс ΔaceAK), ослаблены, которые представлены в Е.coli штаммом MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK), которые описаны в нижеупомянутых примерах, являются подходящими клетками-хозяевами, эффективно использующими 2-оксоглутарат, продуцирующий на средах, содержащих углерод в виде D-глюкозы, в 2-оксоглутарат-зависимых ферментативных реакциях.Many proteins have the activity of a 2-oxoglutarate-dependent enzyme, as well as 2-oxoglutarate-dependent oxygenases, as previously reported. The following examples include dioxygenases capable of producing the desired products, such as Pro hydroxylase, converting L-Pro to hydroxy-Pro (APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, Sept. 1999, p.4028-4031), γ-butyrobetaine hydroxylase, converting γ- butyrobetaine to L-carnitine (WO 2005/083089). In addition, these are dioxigenases, many of which have already been reported. For example, a link to: Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 39: 21-68, 2004, and NATURE CHEMICAL BIOLOGY, 4 NUMBER 3 MARCH: 152-156, 2008. As for the 2-oxoglutart-dependent dioxigenases described in the reviews, the bacterium has been modified so that the expression of a gene encoding oxoglutarate dehydrogenase (such as Δsuc A B, Δsuc A , ΔsucB) is impaired; preferably modified in such a way that the expression of genes encoding oxoglutarate dehydrogenase and isocytratliase (such as (Δsuc A B, Δsuc A , or ΔsucB) plus Δ a ce A ) is weakened; more preferably modified so that the expression of genes encoding oxoglutarate dehydrogenase, isocitratlyase and isocitrate dehydrogenase phosphatase (such as (Δsuc A B, Δsuc A or ΔsucB) plus Δ a ce A K) are attenuated, which are represented in E. coli strain MG1655 ( A B, Δ a ce A K), which are described in the examples below, are suitable host cells that efficiently use 2-oxoglutarate, which is produced on media containing carbon as D-glucose, in 2-oxoglutarate-dependent enzymatic reactions.

Настоящее изобретение будет описано со ссылкой на Примеры, в которых в качестве белка с активностью 2-оксоглутарт-зависимого фермента приводится белок с активностью L-изолейциндиоксигеназы и продуктом реакции, катализируемой указанным белком, является (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцин. Однако настоящее изобретение не ограничивается этими примерами.The present invention will be described with reference to Examples in which a protein with L-isoleucine dioxygenase activity and a reaction product catalyzed by said protein is given as a protein with activity of a 2-oxoglutart-dependent enzyme, is (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy- L-isoleucine. However, the present invention is not limited to these examples.

В настоящем изобретении термин "(2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцин", или "(2S,3R,4S)-4HIL", или "4HIL" относится к отдельному химическому соединению или к смеси соединений, содержащей (2S,3R,4S)-4-гидроксиизолейцин.In the present invention, the term “(2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine”, or “(2S, 3R, 4S) -4HIL” or “4HIL” refers to a single chemical compound or to a mixture of compounds containing (2S, 3R, 4S) -4-hydroxyisoleucine.

Термин "бактерия", как он употребляется в настоящем описании, включает фермент-образующую бактерию, мутант и генетический рекомбинант такой бактерии, в которой имеется или увеличена целевая ферментативная активность, и т.п.The term “bacterium” as used herein includes an enzyme-forming bacterium, a mutant and a genetic recombinant of such a bacterium in which the target enzymatic activity is present or increased, and the like.

Можно употреблять аббревиатуру L-изолейциндиоксигеназы - IDO (L-isoleucine dioxygenase).You can use the abbreviation L-isoleucine dioxygenase - IDO (L-isoleucine dioxygenase).

В результате скрининга природных микроорганизмов обнаружена уникальная бактерия - штамм Bacillus thuringiensis 2-e-2, обладающий активностью, катализирующей реакцию, в которой (2S,3R,4S)-4HIL образуется непосредственно из L-изолейцина, как в свободной форме, так и в форме соли. Из микробных клеток после культивирования очистили L-изолейциндиоксигеназу, в сокращенном варианте она может называться IDO(Lys, 23).As a result of screening of natural microorganisms, a unique bacterium was discovered - a strain of Bacillus thuringiensis 2-e-2, which has activity that catalyzes a reaction in which (2S, 3R, 4S) -4HIL is formed directly from L-isoleucine, both in free form and in salt form. After cultivation, L-isoleucine dioxygenase was purified from microbial cells; in short, it can be called IDO (Lys, 23).

Кроме того, определена N-концевая аминокислотная последовательность IDO(Lys, 23) очищенной диоксигеназы штамма Bacillus thuringiensis 2-e-2. Штамм Bacillus thuringiensis 2-e-2 был назван Bacillus thuringiensis AJ110584 и депонирован в соответствии с будапештским Договором в International Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Central 6, 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki 305-8566, Japan) 27 сентября 2006 г. с инвентарным номером FERM ВР-10688.In addition, the N-terminal amino acid sequence of IDO (Lys, 23) of the purified dioxigenase of the Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain was determined. The strain Bacillus thuringiensis 2-e-2 was named Bacillus thuringiensis AJ110584 and deposited in accordance with the Budapest Treaty at the International Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Central 6, 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki 305- 8566, Japan) September 27, 2006 with inventory number FERM BP-10688.

ДНК, кодирующая IDO(Lys, 23), представлена в Перечне последовательностей под SEQ ID No: 1. Кроме того, аминокислотная последовательность IDO(Lys, 23), кодируемой нуклеотидной последовательностью SEQ ID NO: 1, представлена в Перечне последовательностей под SEQ ID No: 2. SEQ ID NO: 2 - аминокислотная последовательность IDO(Lys, 23), кодируемой нуклеотидной последовательностью SEQ ID NO: 1. IDO(Lys, 23) с последовательностью SEQ ID NO: 2 обладает L-изолейциндиоксигеназной активностью и катализирует реакцию, в которой (2S,3R,4S)-4HIL, выраженный следующей формулой (I), синтезируется непосредственно из одной молекулы L-изолейцина.The DNA encoding IDO (Lys, 23) is presented in the Sequence Listing under SEQ ID No: 1. In addition, the amino acid sequence IDO (Lys, 23) encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is presented in the Sequence Listing under SEQ ID No: : 2. SEQ ID NO: 2 is the amino acid sequence of IDO (Lys, 23) encoded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. IDO (Lys, 23) with the sequence SEQ ID NO: 2 has L-isoleucine dioxygenase activity and catalyzes the reaction, which (2S, 3R, 4S) -4HIL, expressed by the following formula (I), is synthesized directly one molecule of L-isoleucine.

Figure 00000001
Figure 00000001

ДНК, кодирующая IDO, катализирующую реакцию, в которой (2S,3R,4S)-4HIL образуется из L-изолейцина, - не только ДНК, представленная в SEQ ID No: 1. Это связано с возможностью различий в нуклеотидных последовательностях среди видов и штаммов Bacillus, образующих IDO, катализирующую реакцию образования (2S,3R,4S)-4HIL из L-изолейцина.DNA encoding an IDO catalyzing a reaction in which (2S, 3R, 4S) -4HIL is formed from L-isoleucine is not only the DNA shown in SEQ ID No: 1. This is due to the possibility of differences in nucleotide sequences among species and strains Bacillus forming IDO, catalyzing the reaction of formation of (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine.

ДНК настоящего изобретения включает не только выделенную ДНК, кодирующую IDO, но также и ДНК, кодирующую IDO, в которую искусственно введены мутации. Эта ДНК может быть выделена из хромосомы продуцирующего IDO микроорганизма. ДНК настоящего изобретения должна кодировать IDO, способную катализировать вышеуказанную реакцию. Методы искусственного введения мутаций включают обычно используемые методы введения сайт-специфических мутаций, описанные в Method. in Enzymol., 154 (1987).The DNA of the present invention includes not only isolated DNA encoding an IDO, but also DNA encoding an IDO into which mutations are artificially introduced. This DNA can be isolated from the chromosome of an IDO-producing microorganism. The DNA of the present invention should encode an IDO capable of catalyzing the above reaction. Methods for artificially introducing mutations include commonly used methods for introducing site-specific mutations described in Method. in Enzymol., 154 (1987).

ДНК, гибридизующаяся в жестких условиях с ДНК, имеющей нуклеотидную последовательность, комплементарную нуклеотидной последовательности SEQ ID No: 1, и кодирующая белок с активностью IDO, также включена в ДНК настоящего изобретения. В рамках настоящего изобретения «жесткие условия» означают такие условия, при которых специфические гибриды образуются тогда, как неспецифические гибриды не образуются. Хотя количественное описание этих условий является затруднительным, в качестве примера можно сослаться на условия, при которых молекулы ДНК, имеющие более высокую гомологию, предпочтительно не менее 70%, более предпочтительно не менее 80%, еще более предпочтительней не менее 90% и особенно предпочтительно не менее 95% или более, гибридизуются друг с другом, тогда как молекулы ДНК, имеющие более низкую гомологию, не гибридизуются друг с другом, или такие условия, при которых гибридизация имеет место при обычных условиях отмывки во время проведения гибридизации по Саузерну, которая проводится при концентрации солей, 0.1×SSC, 0.1% SDS при температуре 37°C, предпочтительно 0.1×SSC, 0.1% SDS при температуре 60°C и более предпочтительно 0.1×SSC, 0.1% SDS при температуре 65°C. Длина зонда может быть выбрана соответствующим образом, в зависимости от условий гибридизации и обычно варьирует от 100 п.о. до 1 тыс. п.о. Кроме того, "L-изолейциндиоксигеназная активность" может быть описана как активность, осуществляющая синтез (2S,3R,4S)-4HIL из L-изолейцина. Однако нуклеотидная последовательность, гибридизующаяся в жестких условиях с нуклеотидной последовательностью, комплементарной нуклеотидной последовательности SEQ ID No: 1, предпочтительно сохраняет L-изолейциндиоксигеназную активность на 10% или более, предпочтительно 30% или более, более предпочтительно 50% или более и еще более предпочтительно 70% или более, относительно белка с аминокислотной последовательностью SEQ ID No: 2 в условиях 37°C и рН 8.DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA having a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of SEQ ID No: 1 and encoding a protein with IDO activity is also included in the DNA of the present invention. In the framework of the present invention, “stringent conditions” means those conditions under which specific hybrids are formed while non-specific hybrids are not formed. Although a quantitative description of these conditions is difficult, as an example, reference can be made to conditions under which DNA molecules having a higher homology, preferably at least 70%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 90% and particularly preferably not less than 95% or more, hybridize with each other, while DNA molecules with lower homology do not hybridize with each other, or such conditions under which hybridization occurs under normal washing conditions during Southern hybridization, which is carried out at a salt concentration of 0.1 × SSC, 0.1% SDS at 37 ° C, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS at 60 ° C, and more preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS at 65 ° C. The length of the probe can be selected appropriately, depending on hybridization conditions and usually varies from 100 bp. up to 1 thousand bp In addition, "L-isoleucine dioxygenase activity" can be described as an activity that synthesizes (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine. However, the nucleotide sequence hybridizing under stringent conditions with the nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of SEQ ID No: 1, preferably retains L-isoleucine dioxygenase activity by 10% or more, preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and even more preferably 70 % or more, relative to a protein with the amino acid sequence of SEQ ID No: 2 at 37 ° C and pH 8.

Кроме того, ДНК, кодирующая белок, по существу идентичный IDO, кодируемой SEQ ID No: 1, также включена в ДНК настоящего изобретения. А именно следующие ДНК также включены в ДНК настоящего изобретения:In addition, DNA encoding a protein substantially identical to IDO encoded by SEQ ID No: 1 is also included in the DNA of the present invention. Namely, the following DNAs are also included in the DNAs of the present invention:

(а) ДНК с нуклеотидной последовательностью SEQ ID No: 1;(a) DNA with the nucleotide sequence of SEQ ID No: 1;

(b) ДНК, гибридизующаяся в жестких условиях с ДНК с нуклеотидной последовательностью, комплементарной нуклеотидной последовательности SEQ ID No: 1, и кодирующая белок с L-изолейциндиоксигеназной активностью;(b) DNA hybridizing under stringent conditions with DNA with a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of SEQ ID No: 1, and encoding a protein with L-isoleucine dioxygenase activity;

(c) ДНК, кодирующая белок с аминокислотной последовательностью SEQ ID No: 2;(c) DNA encoding a protein with the amino acid sequence of SEQ ID No: 2;

(d) ДНК, кодирующая белок с аминокислотной последовательностью, содержащей замену, делецию, вставку, добавление или инверсию одного или нескольких аминокислотных остатков в аминокислотной последовательности SEQ ID No: 2, обладающий L-изолейциндиоксигеназной активностью; и(d) DNA encoding a protein with an amino acid sequence comprising the substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or more amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID No: 2, having L-isoleucine dioxygenase activity; and

(e) ДНК, кодирующая белок с аминокислотной последовательностью, гомологичной по крайней мере на 70%, предпочтительно по крайней мере на 80%, более предпочтительно по крайней мере на 90% и еще более предпочтительно по крайней мере на 95% аминокислотной последовательности SEQ ID NO: 2, обладающий L-изолейциндиоксигеназной активностью.(e) DNA encoding a protein with an amino acid sequence homologous to at least 70%, preferably at least 80%, more preferably at least 90% and even more preferably at least 95% of the amino acid sequence of SEQ ID NO : 2, possessing L-isoleucine dioxygenase activity.

В рамках настоящего изобретения фраза «один или несколько» означает диапазон изменений, при котором третичная структура белка или активность L-изолейциндиоксигеназы изменяется незначительно и, в частности, соответствует значениям от 1 до 78, предпочтительно от 1 до 52, более предпочтительно от 1 до 26 и еще более предпочтительно от 1 до 13.In the framework of the present invention, the phrase "one or more" means a range of changes in which the tertiary structure of the protein or the activity of L-isoleucine dioxygenase does not change significantly and, in particular, corresponds to values from 1 to 78, preferably from 1 to 52, more preferably from 1 to 26 and even more preferably 1 to 13.

Замена, делеция, вставка, добавление или инверсия одного или нескольких аминокислотных остатков будут представлять собой консервативную мутацию или консервативные мутации при условии, что активность фермента при этом сохраняется. Примером консервативной мутации(ий) являет(ют)ся консервативная замена(ы). Примеры консервативных замен включают замену Ala на Ser или Thr, замену Arg на Gln, His или Lys, замену Asn на Glu, Gln, Lys, His или Asp, замену Asp на Asn, Glu или Gln, замену Cys на Ser или Ala, замену Gln на Asn, Glu, Lys, His, Asp или Arg, замену Glu на Asn, Gln, Lys или Asp, замену Gly на Pro, замену His на Asn, Lys, Gln, Arg или Tyr, замену Ile на Leu, Met, Val или Phe, замену Leu на Ile, Met, Val или Phe, замену Lys на Asn, Glu, Gln, His или Arg, замену Met на Ile, Leu, Val или Phe, замену Phe на Trp, Tyr, Met, Ile или Leu, замену Ser на Thr или Ala, замену Thr на Ser или Ala, замену Trp на Phe или Tyr, замену Tyr на His, Phe или Trp и замену Val на Met, Ile или Leu.Substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or more amino acid residues will be a conservative mutation or conservative mutations, provided that the enzyme activity is maintained. An example of a conservative mutation (s) is (are) a conservative substitution (s). Examples of conservative substitutions include replacing Ala with Ser or Thr, replacing Arg with Gln, His or Lys, replacing Asn with Glu, Gln, Lys, His or Asp, replacing Asp with Asn, Glu or Gln, replacing Cys with Ser or Ala, replacing Gln with Asn, Glu, Lys, His, Asp or Arg, replacing Glu with Asn, Gln, Lys or Asp, replacing Gly with Pro, replacing His with Asn, Lys, Gln, Arg or Tyr, replacing Ile with Leu, Met, Val or Phe, replace Leu with Ile, Met, Val or Phe, replace Lys with Asn, Glu, Gln, His or Arg, replace Met with Ile, Leu, Val or Phe, replace Phe with Trp, Tyr, Met, Ile or Leu, replacing Ser with Thr or Ala, replacing Thr with Ser or Ala, replacing Trp with Phe or Tyr, replacing Tyr with His, Phe or Trp, and replacing Val with Met, Ile or Leu.

Кроме того, термин «L-изолейциндиоксигеназная активность» означает способность к продукции (2S,3R,4S)-4HIL из L-изолейцина, как описано выше. Однако в случае, когда аминокислотная последовательность содержит замену, делецию, вставку, добавление или инверсию одного или нескольких аминокислотных остатков в аминокислотной последовательности SEQ ID No: 2, L-изолейциндиоксигеназная активность сохраняется, по крайней мере, не менее чем на 10%, предпочтительно не менее чем на 30%, более предпочтительно не менее чем на 50% и еще более предпочтительней на 70% и более от активности белка, имеющего аминокислотную последовательность SEQ ID No: 2, в условиях поддержания температуры на уровне 30°C и рН 6. L-изолейциндиоксигеназная активность IDO согласно настоящему изобретению может быть измерена путем анализа образования (2S,3R,4S)-4HIL из L-изолейцина с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).In addition, the term “L-isoleucine dioxygenase activity” means the ability to produce (2S, 3R, 4S) -4HIL from L-isoleucine, as described above. However, in the case where the amino acid sequence contains the substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or more amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID No: 2, the L-isoleucine dioxygenase activity is maintained at least by at least 10%, preferably not less than 30%, more preferably not less than 50% and even more preferably 70% or more of the activity of a protein having the amino acid sequence of SEQ ID No: 2, while maintaining the temperature at 30 ° C and pH 6. L -of leytsindioksigenaznaya IDO activity according to the present invention can be measured by analyzing the formation of (2S, 3R, 4S) -4HIL of L-isoleucine by high performance liquid chromatography (HPLC).

Кроме того, фрагмент ДНК, гомологичный фрагменту ДНК, показанному на SEQ ID NO: 1, может быть использован в качестве гена, кодирующего L-изолейциндиоксигеназу согласно настоящему изобретению. Тот факт, что гомологичный фрагмент ДНК кодирует или не кодирует L-изолейциндиоксигеназу, может быть подтвержден путем измерения L-изолейциндиоксигеназной активности в клеточном лизате или в клеточном лизате микроорганизма, в котором гомологичный фрагмент ДНК сверхэкспрессируется.In addition, a DNA fragment homologous to the DNA fragment shown in SEQ ID NO: 1 can be used as a gene encoding the L-isoleucine dioxygenase according to the present invention. The fact that a homologous DNA fragment encodes or does not code for L-isoleucine dioxygenase can be confirmed by measuring the L-isoleucine dioxygenase activity in a cell lysate or in a cell lysate of a microorganism in which a homologous DNA fragment is overexpressed.

Фрагмент ДНК, гомологичный показанному на SEQ ID NO: 1, может быть также приготовлен из геномной ДНК других видов бактерий рода Bacillus, например из Bacillus cereus, Bacillus weihenstephanensis.A DNA fragment homologous to that shown in SEQ ID NO: 1 can also be prepared from the genomic DNA of other bacterial species of the Bacillus genus, for example, Bacillus cereus, Bacillus weihenstephanensis.

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, может быть упомянута бактерия Escherichia coli (E.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, the bacterium Escherichia coli (E. coli) may 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 книге Neidhardt, F.C. et al. (Escherichia coli and Salmonella typhimurium, American Society for Microbiology, Washington D.C., 1208, Таблица 1), могут быть включены в число бактерий 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), can be included in the number of bacteria according to the present invention.

Термин "бактерия, принадлежащая к роду Pseudomonas" означает, что данная бактерия классифицирована как принадлежащая к роду Pseudomonas согласно классификации, известной специалисту в области микробиологии.The term "bacterium belonging to the genus Pseudomonas" means that the bacterium is classified as belonging to the genus Pseudomonas according to the classification known to the specialist in the field of microbiology.

Термин "бактерия, принадлежащая к роду Corynebacterium" означает, что данная бактерия классифицирована как принадлежащая к роду Corynebacterium согласно классификации, известной специалисту в области микробиологии. Примеры бактерии, принадлежащей к роду Corynebacterium, в качестве используемой в настоящем изобретении включают, но не ограничиваются, Corynebacterium glutamicum.The term "bacterium belonging to the genus Corynebacterium" means that the bacterium is classified as belonging to the genus Corynebacterium according to the classification known to the specialist in the field of microbiology. Examples of bacteria belonging to the genus Corynebacterium as used in the present invention include, but are not limited to, Corynebacterium glutamicum.

Термин "бактерия, принадлежащая к роду Arthrobacter" означает, что данная бактерия классифицирована как принадлежащая к роду Arthrobacter согласно классификации, известной специалисту в области микробиологии. Примеры бактерии, принадлежащей к роду Arthrobacter, в качестве используемой в настоящем изобретении включают, но не ограничиваются, Arthrobacter simplex, Arthrobacter globiformis, Arthrobacter sulfureus и Arthrobacter viscosus.The term "bacterium belonging to the genus Arthrobacter" means that the bacterium is classified as belonging to the genus Arthrobacter according to the classification known to the person skilled in the field of microbiology. Examples of bacteria belonging to the genus Arthrobacter as used in the present invention include, but are not limited to, Arthrobacter simplex, Arthrobacter globiformis, Arthrobacter sulfureus, and Arthrobacter viscosus.

Термин "бактерия, принадлежащая к роду Aspergillus" означает, что данная бактерия классифицирована как принадлежащая к роду Aspergillus согласно классификации, известной специалисту в области микробиологии.The term "bacterium belonging to the genus Aspergillus" means that the bacterium is classified as belonging to the genus Aspergillus according to the classification known to the person skilled in the field of microbiology.

Термин "бактерия, принадлежащая к роду Bacillus" означает, что данная бактерия классифицирована как принадлежащая к роду Bacillus согласно классификации, известной специалисту в области микробиологии. Примеры бактерии, принадлежащей к роду Bacillus, в качестве используемой в настоящем изобретении включают, но не ограничиваются, Bacillus subtilis.The term "bacterium belonging to the genus Bacillus" means that the bacterium is classified as belonging to the genus Bacillus according to the classification known to the specialist in the field of microbiology. Examples of bacteria belonging to the genus Bacillus as used in the present invention include, but are not limited to, Bacillus subtilis.

Ген brnQ E.coli (синонимы - ECK0395, b0401, hrbA) кодирует LIVCS транспортер аминокислот с разветвленной цепью BrnQ (синонимы - B0401, HrbA, LIV-II). Ген brnQ (нуклеотиды с 418815 по 420134; в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 16128105) расположен между генами phoR и proY на хромосоме штамма E.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена brnQ и аминокислотная последовательность белка BrnQ, кодируемого геном brnQ, приведены в Перечне последовательностей под номерами 3 (SEQ ID NO: 3) и 4 (SEQ ID NO: 4) соответственно.The E. coli brnQ gene (synonyms ECK0395, b0401, hrbA) encodes the LIVCS BrnQ branched chain amino acid transporter (synonyms B0401, HrbA, LIV-II). The brnQ gene (nucleotides 418815 to 420134; in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 16128105) is located between the phoR and proY genes on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the brnQ gene and the amino acid sequence of the BrnQ protein encoded by the brnQ gene are shown in the Sequence Listing under the numbers 3 (SEQ ID NO: 3) and 4 (SEQ ID NO: 4), respectively.

Ген sucA E.coli (синонимы - ECK0714, lys, b0726, lys+met) кодирует субъединицу E1(0) компонента оксоглутаратдегидрогеназного комплекса - SucA (синонимы - B0726, Lys). Ген sucA (нуклеотиды с 757,929 по 760,730; в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 16128105) расположен между геном G6388, частично перекрываясь с ним, и геном sucB на хромосоме штамма E.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена sucA и аминокислотная последовательность белка SucA, кодируемого геном sucA, приведены в Перечне последовательностей под номерами 5 (SEQ ID NO: 5) и 6 (SEQ ID NO: 6) соответственно.The E. coli suc A gene (synonyms - ECK0714, lys, b0726, lys + met) encodes the E1 (0) subunit of the component of the oxoglutarate dehydrogenase complex - Suc A (synonyms - B0726, Lys). The suc A gene (nucleotides 757,929 to 760,730; in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 16128105) is located between the G6388 gene, partially overlapping with it, and the sucB gene on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the suc A gene and the amino acid sequence of the Suc A protein encoded by the suc A gene are shown in the Sequence Listing Nos. 5 (SEQ ID NO: 5) and 6 (SEQ ID NO: 6), respectively.

Ген sucB E.coli (синонимы - ECK0715, b0727) кодирует субъединицу Е2(0) компонента оксоглутаратдегидрогеназного комплекса - SucB (синоним B0727). Ген sucB (нуклеотиды с 760,745 по 761,962; в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 16128105) расположен между генами sucA и sucC на хромосоме штамма E.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена sucB и аминокислотная последовательность белка SucB, кодируемого геном sucB, приведены в Перечне последовательностей под номерами 7 (SEQ ID NO: 7) и 8 (SEQ ID NO: 8) соответственно.The E. coli sucB gene (synonyms - ECK0715, b0727) encodes the E2 (0) subunit of the component of the oxoglutarate dehydrogenase complex - SucB (synonym B0727). The sucB gene (nucleotides 760,745 through 761,962; in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 16128105) is located between the suc A and sucC genes on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the sucB gene and the amino acid sequence of the SucB protein encoded by the sucB gene are shown in the Sequence Listing under numbers 7 (SEQ ID NO: 7) and 8 (SEQ ID NO: 8), respectively.

Ген асеА Е.coli (синонимы - ECK4007, b4015, icI) кодирует субъединицу изоцитратлиазы - АсеА (синонимы B4015, IcI). Ген асеА (нуклеотиды с 4,215,132 по 4,216,436; в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 16128105) расположен между генами асеВ и aceK на хромосоме штамма Е.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена асеА и аминокислотная последовательность белка АсеА, кодируемого геном асеА, приведены в Перечне последовательностей под номерами 9 (SEQ ID NO: 9) и 10 (SEQ ID NO: 10) соответственно. And lo and gene of E. coli (synonyms - ECK4007, b4015, icI) encodes a subunit of the isocitrate - ASEAN (synonyms B4015, IcI). A gene and ce (nucleotides 4,215,132 to 4,216,436 on, in sequence with the accession number NC_000913.2 in the GenBank data base; gi: 16128105) is located between the genes and the sowing and a ceK on the chromosome of E. coli K-12. The nucleotide sequence of the gene and ce A and the amino acid sequence ASEAN protein encoded by the gene and ce A, shown in Sequence Listing Nos 9 (SEQ ID NO: 9) and 10 (SEQ ID NO: 10), respectively.

Ген aceK Е.coli (синонимы - ECK4008, b4016) кодирует субъединицу фосфатазы изоцитратдегидрогеназы - AceK (синоним В4016). Ген aceK (нуклеотиды с 4,216,619 по 4,218,355; в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 16128105) расположен между геном асеА и геном arpA, в противоположной ориентации, частично перекрываясь с ним, на хромосоме штамма Е.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена aceK и аминокислотная последовательность белка AceK, кодируемого геном aceK, приведены в Перечне последовательностей под номерами 11 (SEQ ID NO: 11) и 12 (SEQ ID NO: 12) соответственно.The E. coli a ceK gene (synonyms ECK4008, b4016) encodes the isocitrate dehydrogenase phosphatase subunit AceK (synonym B4016). Gene a ceK (nucleotides 4,218,355 to 4,216,619 on, in sequence with the accession number NC_000913.2 in the GenBank data base; gi: 16128105) is located between the gene and gene A and lo a rp A, in the opposite orientation, partially overlapping with it, on the chromosome E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the a ceK gene and the amino acid sequence of the AceK protein encoded by the a ceK gene are listed in the Sequence Listing Nos. 11 (SEQ ID NO: 11) and 12 (SEQ ID NO: 12), respectively.

Ген ilvE E.coli (синонимы - ECK3762, b3770) кодирует субъединицу аминотрансферазы аминокислот с разветвленной цепью - IlvE (синоним В3770). Ген ilvE (нуклеотиды с 3,950,507 по 3,951,436; в последовательности с инвентарным номером NC_000913.2 в базе данных GenBank; gi: 16128105) расположен между генами ilvM и ilvD на хромосоме штамма Е.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена ilvE и аминокислотная последовательность белка IlvE, кодируемого геном ilvE, приведены в Перечне последовательностей под номерами 13 (SEQ ID NO: 13) и 14 (SEQ ID NO: 14) соответственно.The E. coli ilvE gene (synonyms - ECK3762, b3770) encodes a branched chain amino acid transferase subunit of IlvE (synonym B3770). The ilvE gene (nucleotides 3,950,507 through 3,951,436; in sequence with accession number NC_000913.2 in the GenBank database; gi: 16128105) is located between the ilvM and ilvD genes on the chromosome of E. coli K-12 strain. The nucleotide sequence of the ilvE gene and the amino acid sequence of the IlvE protein encoded by the ilvE gene are shown in the Sequence Listing Nos. 13 (SEQ ID NO: 13) and 14 (SEQ ID NO: 14), respectively.

Поскольку у представителей различных родов или штаммов семейства Enterobacteriaceae возможны некоторые вариации в нуклеотидных последовательностях, понятие гена brnQ с усиленной экспрессией или генов sucA, sucB, асеА, aceK, ilvE с ослабленной экспрессией не ограничивается генами, последовательности которых приведены в Перечне последовательностей под номерами SEQ ID No: 3, SEQ ID No: 5, SEQ ID No: 7, SEQ ID No: 9, SEQ ID No: 11 и SEQ ID No: 13, но также может включать и гены, гомологичные SEQ ID No: 3, SEQ ID No: 5, SEQ ID No: 7, SEQ ID No: 9, SEQ ID No: 11 и SEQ ID No: 13, кодирующие вариант белка BrnQ, SucA, SucB, АсеА, AceK и IlvE соответственно. Термин "вариант белка", используемый в настоящем изобретении, означает белок с изменениями в последовательности, будь то делеции, вставки, добавления или замены аминокислот, в котором сохраняется активность белка BrnQ/SucA/SucB/AceA/AceK/IlvE. Число изменений в варианте белка зависит от положения или типа аминокислотного остатка в третичной структуре белка. Оно может быть от 1 до 30, предпочтительно от 1 до 15, более предпочтительно от 1 до 5 в SEQ ID No: 4, SEQ ID No: 6, SEQ ID No: 8, SEQ ID No: 10, SEQ ID No: 12 и SEQ ID No: 14. Данные изменения в вариантах могут иметь место в областях, не критичных для функции белка. Данные изменения возможны потому, что некоторые аминокислоты имеют высокую гомологию друг другу, поэтому такие изменения не влияют на третичную структуру или активность. Следовательно, вариант белка, кодируемого геном brnQ/sucA/sucB/aceA/aceK/ilvE, может быть представлен белками с гомологией не менее 80%, предпочтительно не менее 90% и наиболее предпочтительно не менее 95%, по отношению к полной аминокислотной последовательности, приведенной в Перечне последовательностей под номером SEQ ID No: 4, SEQ ID No: 6, SEQ ID No: 8, SEQ ID No: 10, SEQ ID No: 12 и SEQ ID No: 14, при условии, что сохраняется активность белков BrnQ, SucA, SucB, AceA, AceK и IlvE (до инактивации гена sucA/sucB/aceA/aceK/ilvE).As the representatives of different genera or strains of the family Enterobacteriaceae may be some variation in nucleotide sequences, the term brnQ gene with enhanced expression or gene suc A, sucB, and ce A, a ceK, ilvE attenuated expression is not limited to genes, the sequences of which are shown in the Sequence Listing under the numbers SEQ ID No: 3, SEQ ID No: 5, SEQ ID No: 7, SEQ ID No: 9, SEQ ID No: 11 and SEQ ID No: 13, but may also include genes homologous to SEQ ID No: 3, SEQ ID No: 5, SEQ ID No: 7, SEQ ID No: 9, SEQ ID No: 11 and SEQ ID No: 13, encoding a variant of BrnQ, SucA, SucB, AcAA, AceK and IlvE protein, respectively of course. The term "protein variant", as used in the present invention, means a protein with changes in sequence, be it deletion, insertion, addition or substitution of amino acids, which retains the activity of the protein BrnQ / SucA / SucB / AceA / AceK / IlvE. The number of changes in a protein variant depends on the position or type of amino acid residue in the tertiary structure of the protein. It can be from 1 to 30, preferably from 1 to 15, more preferably from 1 to 5 in SEQ ID No: 4, SEQ ID No: 6, SEQ ID No: 8, SEQ ID No: 10, SEQ ID No: 12 and SEQ ID No: 14. These variations in variants may occur in areas not critical to protein function. These changes are possible because some amino acids have a high homology to each other, therefore, such changes do not affect the tertiary structure or activity. Therefore, a variant of the protein encoded by the brnQ / suc A / sucB / a ce A / aceK / ilvE gene can be represented by proteins with a homology of at least 80%, preferably at least 90% and most preferably at least 95%, relative to the total the amino acid sequence shown in the Sequence Listing under the number SEQ ID No: 4, SEQ ID No: 6, SEQ ID No: 8, SEQ ID No: 10, SEQ ID No: 12 and SEQ ID No: 14, provided that it remains Activity BrnQ proteins, SucA, sucB, AceA, AceK and ilvE (to inactivate the gene suc A / sucB / a ce A / aceK / ilvE).

Гомология между двумя аминокислотными последовательностями может быть определена с использованием известных методов, например компьютерной программы BLAST 2.0, которая считает три параметра: число аминокислот, идентичность и сходство.Homology between two amino acid sequences can be determined using known methods, for example, the BLAST 2.0 computer program, which counts three parameters: amino acid number, identity, and similarity.

Кроме того, гены brnQ, sucA, sucB, aceA, aceK, ilvE могут быть вариантом, который гибридизуется в жестких условиях с нуклеотидной последовательностью, приведенной в Перечне последовательностей под номером SEQ ID No: 3/SEQ ID No: 5/SEQ ID No: 7/SEQ ID No: 9/SEQ ID No: 11/SEQ ID No: 13, или с зондом, который может быть синтезирован на основе указанной нуклеотидной последовательности, при условии, что до инактивации он кодирует функциональный белок BrnQ/SucA/SucB/AceA/AceK/IlvE. «Жесткие условия» включают такие условия, при которых специфические гибриды, например гибриды с гомологией не менее 60%, предпочтительно не менее 70%, более предпочтительно не менее 80%, еще более предпочтительно не менее 90% и наиболее предпочтительно не менее 95%, образуются, а неспецифические гибриды, например гибриды с меньшей гомологией, чем указано выше, - не образуются. Практическим примером жестких условий является однократная отмывка, предпочтительно двух- или трехкратная, при концентрации солей 1×SSC, 0.1% SDS, предпочтительно 0.1×SSC, 0.1% SDS, при 60°C. Продолжительность отмывки зависит от типа используемой для блоттинга мембраны и, как правило, такова, как рекомендовано производителем. Например, рекомендуемая продолжительность отмывки для нейлоновой мембраны Hybond™ N+ (Amersham) при строгих условиях - 15 минут. Предпочтительна двух-, трехкратная отмывка. Длина зонда может быть выбрана в зависимости от условий гибридизации и обычно составляет около 100-1000 п.н.Furthermore, brnQ genes, suc A, sucB, a ce A, aceK, ilvE may be a variant which hybridizes under stringent conditions with a nucleotide sequence in the sequence listing under the number SEQ ID No: 3 / SEQ ID No: 5 / SEQ ID No: 7 / SEQ ID No: 9 / SEQ ID No: 11 / SEQ ID No: 13, or with a probe that can be synthesized based on the indicated nucleotide sequence, provided that it encodes the functional protein BrnQ / Suc before inactivation A / SucB / AceA / AceK / IlvE. "Stringent conditions" include those conditions under which specific hybrids, for example hybrids with a homology of at least 60%, preferably at least 70%, more preferably at least 80%, even more preferably at least 90% and most preferably at least 95%, are formed, and non-specific hybrids, for example hybrids with less homology than indicated above, are not formed. A practical example of harsh conditions is a single wash, preferably two or three times, at a salt concentration of 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, at 60 ° C. The duration of washing depends on the type of membrane used for blotting and, as a rule, is as recommended by the manufacturer. For example, the recommended washing time for Hybond ™ N + nylon membrane (Amersham) under stringent conditions is 15 minutes. Two to three times washing is preferred. The length of the probe can be selected depending on hybridization conditions and is usually about 100-1000 bp.

Термин "усиленная экспрессия гена" или "сверхэкспрессия гена" означает, что экспрессия гена выше, чем в немодифицированном штамме, например в штамме дикого типа. Примеры таких модификаций включают увеличение числа копий гена на клетку, увеличение уровня экспрессии гена и т.д. Количество копий экспрессирующегося гена определяют, например, с использованием рестрикции хромосомной ДНК с последующим блоттингом по Саузерну с использованием зонда на основе последовательности гена, флуоресцентной гибридизацией in situ (FISH- fluorescence in situ hybridization) и т.п.The term “enhanced gene expression” or “overexpression of a gene” means that gene expression is higher than in an unmodified strain, for example, a wild-type strain. Examples of such modifications include an increase in the number of copies of a gene per cell, an increase in the level of gene expression, etc. The number of copies of an expressed gene is determined, for example, by restriction of chromosomal DNA followed by Southern blotting using a probe based on a gene sequence, in situ fluorescence hybridization (FISH fluorescence in situ hybridization), and the like.

Уровень экспрессии гена можно определить с использованием различных известных методов, включая блоттинг по Нозерну, количественную RT-PCR, и т.п. Количество кодируемого геном белка можно определить с использованием известных методов, включая электрофорез в SDS-ПААГ с последующим иммуноблоттингом (Western блоттинг) и т.п. Кроме того, штаммы дикого типа, которые могут использоваться в качестве контрольных, включают, например, Escherichia coli K-12.Gene expression can be determined using various known methods, including Northern blotting, quantitative RT-PCR, and the like. The amount of protein encoded by the gene can be determined using known methods, including SDS-PAGE electrophoresis followed by immunoblotting (Western blotting), etc. In addition, wild-type strains that can be used as controls include, for example, Escherichia coli K-12.

Термин «трансформация бактерии с помощью фрагмента ДНК, кодирующего белок» означает введение фрагмента ДНК в бактерию, например, традиционными методами. Трансформация этой ДНК приведет к усилению экспрессии гена, кодирующего белок согласно настоящему изобретению, и к увеличению активности белка в этой бактериальной клетке. Способы трансформации включают любые известные методы, которые к настоящему времени уже описаны. Например, может быть использован метод обработки реципиентных клеток хлоридом кальция таким образом, чтобы увеличить проницаемость клеток для ДНК. Этот метод был описан для штамма Escherichia coli K-12 (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53, 159 (1970)).The term "transformation of bacteria using a DNA fragment encoding a protein" means the introduction of a DNA fragment into a bacterium, for example, by traditional methods. Transformation of this DNA will increase expression of the gene encoding the protein of the present invention and increase the activity of the protein in this bacterial cell. Transformation methods include any known methods that have already been described. For example, a method of treating recipient cells with calcium chloride in such a way as to increase cell permeability to DNA can be used. This method has been described for strain Escherichia coli K-12 (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53, 159 (1970)).

Методы сверхэкспрессии гена или усиления экспрессии гена включают увеличение числа копий гена. Введение гена в вектор, способный функционировать в бактерии семейства Enterobacteriaceae, увеличивает число копий гена. Преимущественно используют низкокопийные векторы. Примеры низкокопийных векторов включают, но не ограничиваются ими, pSC101, pMW118, pMW119 и т.п. Термин "низкокопийный вектор" используется для векторов, число копий которого в клетке достигает пяти.Methods for overexpressing a gene or enhancing gene expression include increasing the number of copies of a gene. The introduction of a gene into a vector capable of functioning in bacteria of the Enterobacteriaceae family increases the number of copies of the gene. Mostly low copy vectors are used. Examples of low copy vectors include, but are not limited to, pSC101, pMW118, pMW119, and the like. The term "low copy vector" is used for vectors, the number of copies of which in a cell reaches five.

Усиление экспрессии гена может также быть достигнуто путем введения множества копий гена в бактериальную хромосому, например, методом гомологичной рекомбинации, Mu интеграции и т.п. Например, один акт Mu интеграции позволяет ввести в бактериальную хромосому до 3 копий гена.Enhanced gene expression can also be achieved by introducing multiple copies of the gene into the bacterial chromosome, for example, by homologous recombination, Mu integration, etc. For example, one act of Mu integration allows up to 3 copies of a gene to be introduced into the bacterial chromosome.

Увеличение числа копий гена также может быть достигнуто путем введения множества копий гена в хромосомную ДНК бактерии. Для введения множества копий гена в бактериальную хромосому выполняется гомологичная рекомбинация с использованием в качестве целевых последовательностей, присутствующих в хромосоме во множестве копий. Последовательности с множеством копий в хромосомной ДНК включают, но не ограничиваются ими, повторяющиеся ДНК или инвертированные повторы на концах транспонируемых элементов.An increase in the number of copies of the gene can also be achieved by introducing multiple copies of the gene into the chromosomal DNA of the bacterium. To introduce multiple copies of the gene into the bacterial chromosome, homologous recombination is performed using the target sequences present on the chromosome in multiple copies. Multiple copy sequences in chromosomal DNA include, but are not limited to, repetitive DNA or inverted repeats at the ends of transposed elements.

Усиление экспрессии гена также может быть достигнуто путем подстановки ДНК настоящего изобретения под контроль сильного промотора. Известно, что сильными промоторами являются, например, lac промотор, trp промотор, trc промотор, PR или PL промоторы фага λ. Использование сильного промотора можно сочетать с увеличением копий гена.Enhanced gene expression can also be achieved by substituting the DNA of the present invention under the control of a strong promoter. Strong promoters are known to be, for example, the lac promoter, trp promoter, trc promoter, PR or PL phage promoters. Using a strong promoter can be combined with an increase in gene copies.

С другой стороны, действие промотора может быть усилено, например, введением в промотор мутации, ведущей к увеличению уровня транскрипции локализованного за промотором гена. Кроме того, известно, что замена нескольких нуклеотидов в области между сайтом связывания рибосомы (ribosome binding site - RBS) и стартовым кодоном, особенно в последовательности непосредственно перед стартовым кодоном, существенно влияет на транслируемость мРНК.On the other hand, the action of the promoter can be enhanced, for example, by introducing a mutation into the promoter, leading to an increase in the level of transcription of the gene localized behind the promoter. In addition, it is known that the replacement of several nucleotides in the region between the ribosome binding site (RBS) and the start codon, especially in the sequence immediately before the start codon, significantly affects the mRNA translatability.

Кроме того, возможно ввести нуклеотидную замену в область промотора гена на бактериальной хромосоме, результатом чего является усиление функции промотора. Изменение последовательности, контролирующей экспрессию, можно осуществить, например, таким же способом, что и замена гена с использованием чувствительной к температуре плазмиды, как раскрыто в международной заявке WO 00/18935 и заявке Японии JP 1-215280 А.In addition, it is possible to introduce a nucleotide substitution in the region of the promoter of the gene on the bacterial chromosome, resulting in an increase in the function of the promoter. Changing the expression control sequence can be accomplished, for example, in the same way as replacing a gene using a temperature-sensitive plasmid, as disclosed in WO 00/18935 and JP 1-215280 A.

Изобретатели настоящего изобретения предположили, что ослабление экспрессии генов sucA, sucB, aceA и асеK приведет к 'шунтированию' цикла трикарбоновых кислот в мутантных клетках благодаря одновременному окислению изолейцина и α-кетоглутарата (2-оксоглутарата). Это может привести к увеличенной продукции 4HIL. В то же время одновременное окисление изолейцина и α-кетоглутарата благодаря действию IDO будет являться фактором, необходимым и для роста бактерии, и для стабилизации плазмиды, содержащей ген, кодирующий IDO. Другими словами, процесс гидроксилирования изолейцина будет необходим для роста клеток. В этом случае биотрансформация изолейцина в 4-HIL может быть достигнута во время роста бактериальных клеток без добавления каких-либо антибиотиков. Этот подход был реализован путем конструирования штамма, дефицитного по сукцинил-КоА за счет делеции генов sucAB и aceAK (Фиг.1, Примеры 3-5).The inventors of the present invention have suggested that weakening the expression of suc A , sucB, a ce A, and aceK genes will result in 'shunting' of the tricarboxylic acid cycle in mutant cells due to the simultaneous oxidation of isoleucine and α-ketoglutarate (2-oxoglutarate). This can lead to increased 4HIL production. At the same time, the simultaneous oxidation of isoleucine and α-ketoglutarate due to the action of IDO will be a factor necessary for bacterial growth and for stabilization of a plasmid containing the gene encoding IDO. In other words, the process of hydroxylation of isoleucine will be necessary for cell growth. In this case, the biotransformation of isoleucine into 4-HIL can be achieved during the growth of bacterial cells without the addition of any antibiotics. This approach was implemented by constructing a strain deficient in succinyl-CoA due to deletion of the suc A B and a ce A K genes (Figure 1, Examples 3-5).

Очевидно, что этот принцип может применяться к любым реакциям, сопряженным с образованием сукцината из 2-оксоглутарата. Также очевидно, что минимальное требование - это уменьшение экспрессии гена, кодирующего оксоглутаратдегидрогеназу (такого как ΔsucAB, ΔsucA, ΔsucB). Предпочтительно, чтобы бактерия была дополнительно модифицирована таким образом, что экспрессия гена, кодирующего изоцитратлиазу (такого как ΔасеА), была ослаблена. Еще более предпочтительно, чтобы бактерия была дополнительно модифицирована таким образом, чтобы экспрессия генов, кодирующих изоцитратлиазу и фосфатазу изоцитратдегидрогеназы (такого как ΔaceAK), была ослаблена.Obviously, this principle can be applied to any reactions associated with the formation of succinate from 2-oxoglutarate. It is also obvious that the minimum requirement is a decrease in the expression of a gene encoding oxoglutarate dehydrogenase (such as Δsuc A B, Δsuc A , ΔsucB). Preferably, the bacterium has been further modified so that expression of a gene encoding isocitrate lyase (such as a Δ ce A) has been weakened. Even more preferably, the bacterium is further modified so that the expression of genes encoding isocitratliase and isocitrate dehydrogenase phosphatase (such as Δ a ce A K) is impaired.

При ослаблении экспрессии генов, кодирующих оксоглутаратдегидрогеназу, метаболизм 2-оксоглутарата в клетке подавляется и приток 2-оксоглутарата к 2-оксоглутарат-зависимому ферменту увеличивается. Сконструированная таким образом бактерия полностью приспособлена для проведения 2-оксоглутарат-зависимых ферментных реакций. Ослабление экспрессии генов, кодирующих оксоглутаратдегидрогеназу, увеличивает уровень 2-оксоглутарата, вследствие чего его поток на 2-оксоглутарат-зависимый фермент становится более эффективным. Оксоглутаратдегидрогеназа - это фермент, превращающий 2-оксоглутарат в сукцинил-СоА в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК). Предпочтительно далее комбинировать ослабление экспрессии гена, кодирующего изоцитратлиазу, катализирующую превращение изоцитрата в сукцинат в глиоксилатном цикле, таким образом увеличивая в дальнейшем приток 2-оксоглутарата. В случае такой комбинации, пути от 2-оксоглутарата до сукцината в ЦТК и глиоксилатном циклах блокируются, вследствие чего в дальнейшем увеличивается приток 2-оксоглутарата к 2-оксоглутарат-зависимому ферменту. Еще более предпочтительна дальнейшая комбинация с ослаблением генов, кодирующих фосфатазу изоцитратдегидрогеназы, таким образом подавляется инактивация изоцитратдегидрогеназы, продуцирующая 2-оксоглутарат из изоцитрата.When the expression of genes encoding oxoglutarate dehydrogenase is weakened, the metabolism of 2-oxoglutarate in the cell is suppressed and the influx of 2-oxoglutarate to the 2-oxoglutarate-dependent enzyme increases. The bacterium designed in this way is fully adapted to carry out 2-oxoglutarate-dependent enzyme reactions. The weakening of the expression of genes encoding oxoglutarate dehydrogenase increases the level of 2-oxoglutarate, as a result of which its flow to the 2-oxoglutarate-dependent enzyme becomes more effective. Oxoglutarate dehydrogenase is an enzyme that converts 2-oxoglutarate to succinyl-CoA in the tricarboxylic acid cycle. It is preferable to further combine the attenuation of the expression of a gene encoding isocitratlyase catalyzing the conversion of isocitrate to succinate in the glyoxylate cycle, thereby further increasing the influx of 2-oxoglutarate. In the case of such a combination, the pathways from 2-oxoglutarate to succinate in the CTK and glyoxylate cycles are blocked, as a result of which the influx of 2-oxoglutarate to the 2-oxoglutarate-dependent enzyme further increases. Further combination is even more preferred with the attenuation of genes encoding isocitrate dehydrogenase phosphatase, thus inhibiting the inactivation of isocitrate dehydrogenase producing 2-oxoglutarate from isocitrate.

Поскольку аминотрансфераза аминокислот с разветвленной цепью деаминирует 4HIL (Smirnov S.V. et al, FEMS Microbiol Lett.; 273(1): 70-7(2007)), изобретатели настоящего изобретения предположили, что ослабление экспрессии гена ilvE приведет к более высокому выходу 4HIL благодаря предотвращению деаминирования 4HIL.Since the branched chain amino acid aminotransferase deaminates 4HIL (Smirnov SV et al, FEMS Microbiol Lett .; 273 (1): 70-7 (2007)), the inventors of the present invention have suggested that a decrease in ilvE gene expression will result in a higher 4HIL yield by preventing deamination of 4HIL.

Термин «бактерия модифицирована таким образом, что экспрессия гена ослаблена» означает, что указанная бактерия была модифицирована таким образом, что в результате модификации такая бактерия содержит пониженное количество белка по сравнению с немодифицированной бактерией или указанная бактерия не способна синтезировать белок. Термин «бактерия модифицирована таким образом, что экспрессия гена ослаблена» также означает, что указанная бактерия была модифицирована таким образом, что модифицированный ген кодирует мутантный белок со сниженной активностью.The term “bacterium is modified in such a way that the expression of the gene is weakened” means that the bacterium has been modified so that, as a result of the modification, the bacterium contains a reduced amount of protein compared to an unmodified bacterium or the bacterium is not capable of synthesizing the protein. The term “bacterium is modified in such a way that gene expression is weakened” also means that the bacterium has been modified in such a way that the modified gene encodes a mutant protein with reduced activity.

Наличие или отсутствие гена yahN на хромосоме может быть определено хорошо известными методами, включая ПЦР, блоттинг по Саузерну и т.п.The presence or absence of the yahN gene on the chromosome can be determined by well-known methods, including PCR, Southern blotting, etc.

Термин «инактивация гена» означает, что модифицированный ген кодирует полностью неактивный белок. Возможно также, что естественная экспрессия модифицированного участка ДНК невозможна из-за делении генов оперона, сдвига рамки считывания, введения миссенс/нонсенс мутации(-ий) или модификации примыкающих к гену областей, которые включают последовательности, контролирующие экспрессию гена, такие как промоторы, энхансеры, аттенуаторы, сайты связывания рибосомы и т.д.The term "gene inactivation" means that the modified gene encodes a completely inactive protein. It is also possible that natural expression of the modified DNA region is not possible due to the division of the operon genes, the shift of the reading frame, the introduction of the missense / nonsense mutation (s), or the modification of regions adjacent to the gene, which include sequences that control gene expression, such as promoters, enhancers , attenuators, ribosome binding sites, etc.

Экспрессия гена может быть ослаблена введением мутаций в гены. Такой мутацией гена может быть замена одного или более оснований для аминокислотной замены в кодируемом геном белке («миссенс»-мутация), введение стоп-кодона («нонсенс»-мутация), делеция одного или более оснований для сдвига рамки считывания, вставка гена устойчивости к антибиотику или делеция гена или его части (J. Biol. Chem., 1997, 272 (13); 8611-8617, J. Antimicrobial Chemotherapy, 2000, 46: 793-79). Экспрессия гена yahN также может быть ослаблена за счет модификации экспрессии регуляторных последовательностей, таких как промотор, последовательность Shine-Dalgarno (SD) и т.д. (заявка РСТ WO 95/34672; Carrier, T.A. and Keasling, J.D., Biotechnol Prog 15, 58-64 (1999)).Gene expression can be attenuated by introducing mutations into the genes. Such a gene mutation may be the replacement of one or more bases for amino acid substitution in the encoded protein (the Missense mutation), the introduction of a stop codon (the "nonsense" mutation), the deletion of one or more bases for reading frame shift, insertion of the resistance gene an antibiotic or deletion of a gene or part thereof (J. Biol. Chem., 1997, 272 (13); 8611-8617, J. Antimicrobial Chemotherapy, 2000, 46: 793-79). The expression of the yahN gene can also be attenuated by modifying the expression of regulatory sequences, such as a promoter, a Shine-Dalgarno (SD) sequence, etc. (PCT application WO 95/34672; Carrier, T.A. and Keasling, J.D., Biotechnol Prog 15, 58-64 (1999)).

Например, для введения мутаций путем генной рекомбинации могут применяться следующие методы. Конструируется мутантный ген, кодирующий мутантный белок со сниженной активностью, и бактерия для ее модификации трансформируется фрагментом ДНК, содержащим мутантный ген. Затем нативный ген на хромосоме замещается путем гомологичной рекомбинации мутантным геном, отбирается полученный штамм. Такое замещение гена с использованием гомологичной рекомбинации может быть проведено методом с использованием линейной ДНК, известным как "Red-зависимая интеграция" или "интеграция посредством Red-системы" (Datsenko, K.A., Wanner, B.L., Proc.Natl.Acad.Sci. USA, 97, 12, 6640-6645 (2000), заявка РСТ WO 2005/010175), или методом с использованием плазмиды, репликация которой чувствительна к температуре (патент США 6,303,383 или патентная заявка Японии JP 05-007491A). Далее, введение сайт-специфической мутации путем замещения гена с использованием вышеупомянутой гомологичной рекомбинации может также быть осуществлено с использованием плазмиды с пониженной способностью к репликации в клетке хозяина.For example, the following methods can be used to introduce mutations by gene recombination. A mutant gene is constructed that encodes a mutant protein with reduced activity, and the bacterium for its modification is transformed with a DNA fragment containing the mutant gene. Then the native gene on the chromosome is replaced by homologous recombination with the mutant gene, and the resulting strain is selected. Such gene substitution using homologous recombination can be carried out using a linear DNA method known as “Red-dependent integration” or “Red-system integration” (Datsenko, KA, Wanner, BL, Proc.Natl.Acad.Sci. USA , 97, 12, 6640-6645 (2000), PCT application WO 2005/010175), or by a method using a plasmid whose replication is temperature sensitive (US patent 6,303,383 or Japanese patent application JP 05-007491A). Further, the introduction of a site-specific mutation by replacing a gene using the aforementioned homologous recombination can also be carried out using a plasmid with reduced replication ability in the host cell.

Экспрессия гена также может быть ослаблена вставкой транспозона или IS фактора в кодирующую область гена (патент США 5,175,107) или традиционными методами, такими как мутагенез с использованием УФ-излучения или обработка нитрозогуанидином (N-метил-N'-нитро-N-нитрозогуанидин).Gene expression can also be attenuated by inserting a transposon or IS factor into the coding region of the gene (US Pat. No. 5,175,107) or by conventional methods such as mutagenesis using UV radiation or treatment with nitrosoguanidine (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine).

Инактивация гена также может быть осуществлена такими традиционными методами, как мутагенез с использованием УФ-излучения или обработка нитрозогуанидином (N-метил-N'-нитро-N-нитрозогуанидин), сайт-специфический мутагенез, разрушение гена с использованием гомологичной рекомбинации или/и мутагенеза за счет вставки-делеции (Yu, D. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97:12: 5978-83 and Datsenko, K.A. and Wanner, B.L., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97:12: 6640-45), также называемого "Red-зависимая интеграция".Gene inactivation can also be carried out by traditional methods such as mutagenesis using UV radiation or treatment with nitrosoguanidine (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine), site-specific mutagenesis, gene destruction using homologous recombination and / or mutagenesis due to insertion deletions (Yu, D. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97:12: 5978-83 and Datsenko, KA and Wanner, BL, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97:12: 6640-45), also called "Red-Dependent Integration".

Методы приготовления плазмидной ДНК, рестрикции и лигирования ДНК, трансформации, выбора нуклеотидов в качестве праймера и т.п. могут быть обычными методами, известными специалисту в этой области. Эти методы описаны, например, в Sambrook, J., Fritsch, E.F., and Maniatis, Т., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989).Methods for preparing plasmid DNA, DNA restriction and ligation, transformation, selection of nucleotides as a primer, etc. may be conventional methods known to a person 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).

2. Способ согласно настоящему изобретению2. The method according to the present invention

Способом согласно настоящему изобретению является способ продукции продукта реакции, катализируемой белком, обладающим активностью 2-оксоглутарат-зависимого фермента, путем выращивания бактерии согласно настоящему изобретению в питательной среде, содержащей субстрат реакции, и выделения полученного продукта из культуральной жидкости.The method according to the present invention is a method of producing a reaction product catalyzed by a protein having the activity of a 2-oxoglutarate-dependent enzyme by growing the bacteria of the present invention in a culture medium containing a reaction substrate and isolating the resulting product from the culture fluid.

В зависимости от продукта и специфичности используемого белка, обладающего активностью 2-оксоглутарат-зависимого фермента, выбирается подходящий субстрат. Например, когда продуктом является (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцин и белок обладает L-изолейциндиоксигеназной активностью, субстратом может быть L-лейцин.Depending on the product and the specificity of the protein used, having the activity of a 2-oxoglutarate-dependent enzyme, a suitable substrate is selected. For example, when the product is (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine and the protein has L-isoleucine dioxygenase activity, the substrate may be L-leucine.

Таким образом, способом согласно настоящему изобретению может являться способ получения (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина путем культивирования бактерии настоящего изобретения в питательной среде, содержащей L-изолейцин, и выделения образовавшегося (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина из культуральной жидкости.Thus, the method according to the present invention can be a method for producing (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine by culturing the bacteria of the present invention in a nutrient medium containing L-isoleucine and isolating the resulting (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine from the culture fluid.

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, дрожжевой экстракт и т.п. Питательная среда, использованная в настоящем изобретении, содержала L-изолейцин (20-40 г/л).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. As vitamins, thiamine, yeast extract, and the like can be used. The culture medium used in the present invention contained L-isoleucine (20-40 g / l).

Выращивание осуществляется предпочтительно в аэробных условиях, таких как перемешивание культуральной жидкости на качалке, взбалтывание с аэрацией, при температуре в пределах от 20 до 40°C, предпочтительно в пределах от 30 до 38°C. 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.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.

Примеры методов выделения и очистки могут включать метод, при котором (2S,3R,4S)-4HIL связывается с ионообменной смолой для адсорбции основных аминокислот с последующей элюцией и кристаллизацией, и метод, при котором продукт, полученный после элюции, обесцвечивается и фильтруется через активированный уголь с последующей кристаллизацией для получения (2S,3R,4S)-4HIL.Examples of isolation and purification methods may include a method in which (2S, 3R, 4S) -4HIL binds to an ion exchange resin to adsorb basic amino acids, followed by elution and crystallization, and a method in which the product obtained after elution is decolorized and filtered through activated coal followed by crystallization to obtain (2S, 3R, 4S) -4HIL.

В отношении продукта, отличного от (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина, условия выращивания, методы разделения и очистки выбираются в соответствии с особенностями используемых бактерий и целевых продуктов.For a product other than (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine, growing conditions, separation and purification methods are selected in accordance with the characteristics of the bacteria and target products used.

ПримерыExamples

Настоящее изобретение будет более детально разъяснено ниже со ссылкой на Примеры, которыми не ограничивается настоящее изобретение.The present invention will be explained in more detail below with reference to Examples, which are not limited to the present invention.

Пример 1. Конструирование штаммов MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]Example 1. Construction of strains MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)]

1.1. Конструирование плазмиды pMW119-IDO(Lys, 23)1.1. Construction of the plasmid pMW119-IDO (Lys, 23)

Фрагмент ДНК хромосомы штамма Bacillus thuringiensis 2-e-2 длиной 0.8 т.п.н. амплифицировали с использованием олигонуклеотидов SVS 170 (SEQ ID No: 15) и SVS 169 (SEQ ID No: 16) в качестве праймеров и очищенной хромосомной ДНК в качестве матрицы. Схема проведения ПЦР была следующая: начальный цикл в течение 30 секунд при 94°C; 4 цикла: 40 секунд при 94°C; 30 секунд при 49°C; 40 секунд при 72°C; 35 циклов: 30 секунд при 94°C; 30 секунд при 54°C; 30 секунд при 72°C. Фрагмент ПЦР обрабатывали эндонуклеазами BamHI и SacI и затем лигировали в вектор pMW119, предварительно обработанный такими же рестриктазами.A DNA fragment of the chromosome of a strain of Bacillus thuringiensis 2-e-2 with a length of 0.8 TPN amplified using oligonucleotides SVS 170 (SEQ ID No: 15) and SVS 169 (SEQ ID No: 16) as primers and purified chromosomal DNA as a template. The PCR scheme was as follows: initial cycle for 30 seconds at 94 ° C; 4 cycles: 40 seconds at 94 ° C; 30 seconds at 49 ° C; 40 seconds at 72 ° C; 35 cycles: 30 seconds at 94 ° C; 30 seconds at 54 ° C; 30 seconds at 72 ° C. The PCR fragment was treated with endonucleases B a mHI and S a cI and then ligated into the vector pMW119 pretreated with the same restriction enzymes.

1.2. Конструирование плазмиды pELAC-IDO (Lys, 23)1.2. Construction of the plasmid pELAC-IDO (Lys, 23)

Фрагмент ДНК величиной 0.76 т.п.н. вырезали из плазмиды pMW119-IDO(Lys, 23) с использованием эндонуклеаз XbaI, SacI, затем клонировали в векторе pELAC-ilvA/XbaI-SacI (см. Справочный пример 1), в результате получили плазмиду pELAC-IDO (Lys, 23) (Фиг.3).A DNA fragment of 0.76 kbp excised from the plasmid pMW119-IDO (Lys, 23) using endonucleases Xb a I, S a cI, then cloned in the vector pELAC-ilvA / Xb a I-S a cI (see Reference example 1), the resulting plasmid pELAC-IDO (Lys, 23) (Figure 3).

1.3. Конструирование штамма MG1655 (PL-brnQ)1.3. Construction of strain MG1655 (P L -brnQ)

Экспрессия транспортера Ile BrnQ была усилена в штамме MG1655 для усиления поступления Ile. Фрагмент ДНК величиной 1.9 т.п.н., содержащий маркер Cm и промотор PL, получили в ПЦР с использованием олигонуклеотидов SVS 179 (SEQ ID No: 17) и SVS 180 (SEQ ID No: 18) в качестве праймеров и ДНК штамма BW25113 cat-PL-yddG (EP 1449918 A1, патент РФ 2222596) в качестве матрицы. Условия проведения ПЦР были следующие: стадия денатурации в течение 3 мин при 95°C; профиль для первых двух циклов: 1 мин при 95°C, 30 с при 50°C, 40 с при 72°C; профиль для последних 25 циклов: 30 с при 95°C, 30 с при 54°C, 40 с при 72°C; конечная стадия: 5 мин при 72°C.Expression of the Ile BrnQ transporter was enhanced in strain MG1655 to enhance the intake of Ile. A 1.9 kb DNA fragment containing the Cm marker and the P L promoter was obtained in PCR using oligonucleotides SVS 179 (SEQ ID No: 17) and SVS 180 (SEQ ID No: 18) as primers and DNA strain BW25113 cat-P L -yddG (EP 1449918 A1, RF patent 2222596) as a matrix. The PCR conditions were as follows: denaturation step for 3 min at 95 ° C; profile for the first two cycles: 1 min at 95 ° C, 30 s at 50 ° C, 40 s at 72 ° C; profile for the last 25 cycles: 30 s at 95 ° C, 30 s at 54 ° C, 40 s at 72 ° C; final stage: 5 min at 72 ° C.

Полученный продукт ПЦР величиной 1.9 т.п.н. очищали в агарозном геле и использовали для электропорации в штамм Е.coli MG1655 (АТСС 700926), содержащий плазмиду pKD46 с чувствительным к температуре ориджином репликации. Плазмида pKD46 (Datsenko, K.A. and Wanner, B.L., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97:12:6640-45) содержит фрагмент ДНК фага λ величиной 2,154 нуклеотида (нуклеотиды с 31088 по 33241, в последовательности с инвентарным номером J02459 в базе данных GenBank) и содержит гены системы Red-гомологичной рекомбинации фага λ (гены γ, β, exo) под контролем индуцируемого арабинозой промотора ParaB. Плазмида pKD46 необходима для интеграции продукта ПЦР в хромосому штамма MG1655.The resulting PCR product is 1.9 kb. purified on an agarose gel and used for electroporation into E. coli strain MG1655 (ATCC 700926) containing the plasmid pKD46 with a temperature-sensitive origin of replication. Plasmid pKD46 (Datsenko, KA and Wanner, BL, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97: 12: 6640-45) contains a phage λ DNA fragment of 2.154 nucleotides (nucleotides 31088 to 33241, in sequence with inventory number J02459 in the GenBank database) and contains the genes of the Red homologous phage λ recombination system (γ, β, exo genes) under the control of the arabinose-induced P araB promoter. Plasmid pKD46 is required for integration of the PCR product into the chromosome of strain MG1655.

Электрокомпетентные клетки получали следующим образом: клетки MG1655/pKD46 выращивали в течение ночи при 30°C в жидкой среде LB, содержащей ампициллин (100 мкг/мл), затем разбавляли 1:100 средой SOB (дрожжевой экстракт, 5 г/л; NaCl, 0.5 г/л; триптон, 20 г/л; KCl, 2.5 мМ; MgCl2, 10 мМ), содержащей ампициллин (100 мкг/мл) и L-арабинозу (10 мМ) (арабинозу используют для индукции плазмиды, содержащей гены Red системы), и выращивали при 30°C до достижения оптической плотности бактериальной культуры OD600≈0.6, затем делали клетки электрокомпетентными путем концентрирования в 100 раз и трехкратного отмывания ледяной деионизованной водой. Электропорацию проводили с использованием 70 мкл клеточной суспензии и ≈100 нг продукта ПЦР.Electrocompetent cells were prepared as follows: MG1655 / pKD46 cells were grown overnight at 30 ° C in LB liquid medium containing ampicillin (100 μg / ml), then diluted 1: 100 with SOB medium (yeast extract, 5 g / L; NaCl, 0.5 g / L; tryptone, 20 g / L; KCl, 2.5 mM; MgCl 2 , 10 mM) containing ampicillin (100 μg / ml) and L-arabinose (10 mM) (arabinose is used to induce a plasmid containing Red genes system) and grown at 30 ° C until the optical density of the bacterial culture OD 600 ≈0.6, cells were then made electrocompetent by concentrating 100-fold and three selfless laundering iced deionized water. Electroporation was performed using 70 μl of cell suspension and ≈100 ng of PCR product.

После электропорации клетки добавляли к 1 мл среды SOC (Sambrook et al, "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989)), инкубировали в течение 2,5 часов при 37°C, затем высевали на L-агар, содержащий 30 мкг/мл хлорамфеникола, и выращивали при 37°C для отбора CmR рекомбинантов. Затем для удаления плазмиды pKD46 проводили два пассажа на L-агаре с Cm при 42°C и полученные колонии тестировали на чувствительность к ампициллину.After electroporation, cells were added to 1 ml of SOC medium (Sambrook et al, "Molecular Cloning A Laboratory Manual, Second Edition", Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989)), incubated for 2.5 hours at 37 ° C, then plated L-agar containing 30 μg / ml chloramphenicol was grown at 37 ° C to select Cm R recombinants. Then, to remove plasmid pKD46, two passages were performed on L-agar with Cm at 42 ° C and the obtained colonies were tested for sensitivity to ampicillin.

Таким образом был сконструирован штамм Е.coli MG1655 (PL-brnQ) (Фиг.4).Thus, the E. coli strain MG1655 (P L -brnQ) was constructed (Figure 4).

1.4. Конструирование штаммов MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]1.4. Construction of strains MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)]

Клетки штаммов MG1655 и MG1655 (PL-brnQ) трансформировали плазмидой pELAC-IDO (Lys, 23). Полученные клоны отбирали на чашках с X-gal/IPTG-агаром (blue/white тест). Таким образом были получены штаммы MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] соответственно.Cells of strains MG1655 and MG1655 (P L -brnQ) were transformed with the plasmid pELAC-IDO (Lys, 23). The resulting clones were selected on plates with X-gal / IPTG agar (blue / white test). Thus, strains MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)], respectively, were obtained.

Пример 2. Продукция 4HIL штаммом E.coli MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]Example 2. Production of 4HIL by E. coli strain MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)]

Для оценки влияния усиленной экспрессии гена, кодирующего транспортер L-изолейцина, на продукцию 4HIL клетки штаммов MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] выращивали в среде LB с добавлением ампициллина (200 мкг/мл) и ИПТГ (1 мМ) при 37°C в течение 4-5 часов. Специфическую активность IDO определяли в неочищенном экстракте клеток каждого рекомбинантного штамма Е.coli следующим образом. Клетки из 5 мл культуры собирали центрифугированием при 4°C, ресуспендировали в 0.5 мл буфера А*(50 мМ TRIZMA, 5% глицерин, 1 мМ ЭДТА, 1 мМ ДТТ, рН 7 доводили HCl) и разрушали ультразвуком при 4°C. Реакционная смесь (50 мкл) содержала 50 мМ HEPES рН 7.0; 5 мМ Ilе; 0.5 мМ α-кетоглутарата; 5 мМ аскорбата; 5 мМ FeSO4 и аликвоту препарата белка. Реакционную смесь инкубировали при 34°C в течение 1 часа со встряхиванием. 4HIL определяли с использованием методов ТСХ или ВЭЖХ следующим образом. ТСХ анализ: на пластинки размером 10×15 см, покрытые тонким слоем силикагеля, наносили реакционный раствор и экспонировали в подвижной фазе следующего состава: пропан-2-ол:ацетон:аммиак:вода = 100:100:25:16, определяли 4HIL с использованием нингидринового реагента.To assess the effect of enhanced expression of the gene encoding the L-isoleucine transporter on the production of 4HIL cells of strains MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (P L- brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] were grown in medium LB supplemented with ampicillin (200 μg / ml) and IPTG (1 mM) at 37 ° C for 4-5 hours. The specific activity of IDO was determined in a crude cell extract of each recombinant E. coli strain as follows. Cells from 5 ml of culture were harvested by centrifugation at 4 ° C, resuspended in 0.5 ml of A * buffer (50 mM TRIZMA, 5% glycerol, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, pH 7 adjusted with HCl) and sonicated at 4 ° C. The reaction mixture (50 μl) contained 50 mM HEPES pH 7.0; 5 mm Il; 0.5 mM α-ketoglutarate; 5 mM ascorbate; 5 mM FeSO 4 and an aliquot of the protein preparation. The reaction mixture was incubated at 34 ° C for 1 hour with shaking. 4HIL was determined using TLC or HPLC as follows. TLC analysis: a reaction solution was applied to 10 × 15 cm plates coated with a thin layer of silica gel and exposed in the mobile phase of the following composition: propan-2-ol: acetone: ammonia: water = 100: 100: 25: 16, 4HIL s was determined using ninhydrin reagent.

ВЭЖХ анализ: использовали хроматограф высокого давления (Waters, USA) со спектрофлуорометром серии 1100 (Agilent, USA). Выбранные диапазоны длин волн: длина волны возбуждения 250 нм, область длин волн эмиссии 320-560 нм. Разделение с помощью метода accq-tag осуществляли на колонке Nova-Pak™ C18 150×3,9 мм, 4 мкм (Waters, США) при +40°C. Объем пробы составлял 5 мкл. Образование производных аминокислот и их разделение осуществляли в соответствии с рекомендациями производителя Waters (Liu, H. et al, J. Chromatogr. A, 828, 383-395 (1998); Waters accq-tag chemistry package. Instruction manual. Millipore Corporation, pp.1-9 (1993)). Для получения производных аминокислот с 6-аминохинолил-N-гидроксисукцинимидилкарбаматом использовали набор Accq-FluorTM (Waters, США). Анализ с помощью метода accq-tag осуществляли с использованием концентрированного элюента Accq-tag Eluent A (Waters, США). Все растворы готовили с использованием воды Milli-Q, стандартные растворы хранили при +4°C. Результаты измерения активности IDO в неочищенном экстракте клеток штаммов - продуцентов IDO представлены в Таблице 1.HPLC analysis: a high-pressure chromatograph (Waters, USA) with a 1100 series spectrofluorometer (Agilent, USA) was used. Selected wavelength ranges: excitation wavelength 250 nm, emission wavelength region 320-560 nm. Separation using the accq-tag method was carried out on a Nova-Pak ™ C18 150 × 3.9 mm, 4 μm column (Waters, USA) at + 40 ° C. The sample volume was 5 μl. The formation of amino acid derivatives and their separation was carried out in accordance with the recommendations of the manufacturer Waters (Liu, H. et al, J. Chromatogr. A, 828, 383-395 (1998); Waters accq-tag chemistry package. Instruction manual. Millipore Corporation, pp .1-9 (1993)). Accq-FluorTM kit (Waters, USA) was used to obtain derivatives of amino acids with 6-aminoquinolyl-N-hydroxysuccinimidyl carbamate. Accq-tag analysis was performed using Accq-tag Eluent A concentrated eluent (Waters, USA). All solutions were prepared using Milli-Q water; standard solutions were stored at + 4 ° C. The results of the measurement of IDO activity in the crude extract of the cells of the strains of IDO producing strains are presented in Table 1.

Клетки штаммов MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] собирали центрифугированием и ресуспендировали в объеме 2 мл (до значения OD540≈0.03-0.04) в среде MI30ch (50 мМ KH2PO4 (pH 7, доводится NaOH); 20 мМ NH4Cl, 2 мМ MgSO4, мел - 1,25 г/100 мл, 30 г/л Ile, 2 мМ FeSO4, 2 мМ аскорбата, ампициллин 200 мг/л) с добавлением L-изолейцина и кетоглутарата, глюкозы или глицерина в различных сочетаниях (см. Таблицу 2, Таблицу 3). Клетки культивировали приблизительно в течение 15 часов при 32°C с энергичным встряхиванием. Затем накопление 4HIL исследовали методом ВЭЖХ как описано выше. Результаты измерения 4HIL, образованного штаммами MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)] и МG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] в зависимости от добавления α-кетоглутарата, глюкозы и глицерина показаны в Таблице 2 (по крайней мере по 3 пробирочных ферментации). Результаты определения 4HIL, образованного штаммами MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] в зависимости от различных концентраций глицерина показаны в Таблице 3 (по крайней мере по 3 пробирочных ферментации). Как следует из Таблицы 2 и Таблицы 3, MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] накапливал большее количество 4HIL, чем MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)].Cells of strains MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (P L- brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] were collected by centrifugation and resuspended in a volume of 2 ml (up to OD 540 ≈0.03-0.04) in MI30ch medium (50 mM KH 2 PO 4 (pH 7, adjusted with NaOH); 20 mM NH 4 Cl, 2 mM MgSO 4 , chalk - 1.25 g / 100 ml, 30 g / l Ile, 2 mM FeSO 4 , 2 mm ascorbate, ampicillin 200 mg / l) with the addition of L-isoleucine and ketoglutarate, glucose or glycerol in various combinations (see Table 2, Table 3). Cells were cultured for approximately 15 hours at 32 ° C with vigorous shaking. The accumulation of 4HIL was then examined by HPLC as described above. The measurement results of 4HIL formed by strains MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] depending on the addition of α-ketoglutarate, glucose and glycerol are shown in Table 2 (at least 3 in vitro fermentations). The results of the determination of 4HIL formed by the MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] strains depending on different glycerol concentrations are shown in Table 3 (at least 3 in vitro fermentations). As follows from Table 2 and Table 3, MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] accumulated more 4HIL than MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)].

Пример 3. Конструирование штамма MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) [pELAC-IDO(Lys, 23)]Example 3. Construction of strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, PL-brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)]

3.1. Конструирование штамма MG1655 (ΔsucAB)3.1. Construction of strain MG1655 (ΔsucAB)

Для делеции генов sucAB выполнили следующие манипуляции. Фрагмент ДНК величиной 1.8 т.п.н., содержащий маркер CmR и промотор Ptac, амплифицировали в ПЦР с использованием олигонуклеотидов SVS-192 (SEQ ID No: 19) и SVS-193 (SEQ ID No: 20) в качестве праймеров и хромосомной ДНК штамма MG1655(attR-Cm-attL-Ptac) (Katashkina J.I. et al., Molekularnaya biologiya (RU), v.39. No.5,1-10 (2005)) в качестве матрицы. Условия проведения ПЦР были следующие: стадия денатурации в течение 3 мин при 95°C; условия для двух первых циклов: 1 мин при 95°C, 30 с при 50°C, 40 с при 72°C; условия для последних 25 циклов: 30 с при 95°C, 30 с при 54°C, 40 с при 72°C; конечная стадия: 5 мин при 72°C.For deletion of sucAB genes, the following manipulations were performed. A 1.8 kb DNA fragment containing the Cm R marker and the P tac promoter was amplified by PCR using oligonucleotides SVS-192 (SEQ ID No: 19) and SVS-193 (SEQ ID No: 20) as primers and chromosomal DNA of strain MG1655 (attR-Cm-attL-P tac ) (Katashkina JI et al., Molekularnaya biologiya (RU), v. 39. No.5,1-10 (2005)) as a matrix. The PCR conditions were as follows: denaturation step for 3 min at 95 ° C; conditions for the first two cycles: 1 min at 95 ° C, 30 s at 50 ° C, 40 s at 72 ° C; conditions for the last 25 cycles: 30 s at 95 ° C, 30 s at 54 ° C, 40 s at 72 ° C; final stage: 5 min at 72 ° C.

Полученный продукт ПЦР величиной 1.8 т.п.н. очищали в агарозном геле и использовали для электропорации в штамм Е.coli MG1655, содержащий плазмиду pKD46 с чувствительной к температуре репликацией.The resulting PCR product is 1.8 kb. purified on an agarose gel and used for electroporation into E. coli strain MG1655 containing plasmid pKD46 with temperature-sensitive replication.

Электропорацию проводили как описано выше. Клетки после электропорации инкубировали в 1 мл среды SOC при 37°C в течение 2.5 часов и затем высевали на L-агар, содержащий хлорамфеникол (30 мкг/мл), и выращивали при 37°C для отбора CmR рекомбинантов. Затем, для удаления плазмиды pKD46, проводили два пассажа на L-агаре с Cm при 42°C и полученные колонии тестировали на чувствительность к ампициллину.Electroporation was performed as described above. Cells after electroporation were incubated in 1 ml of SOC medium at 37 ° C for 2.5 hours and then plated on L-agar containing chloramphenicol (30 μg / ml) and grown at 37 ° C to select Cm R recombinants. Then, to remove the plasmid pKD46, two passages were performed on L-agar with Cm at 42 ° C and the resulting colonies were tested for sensitivity to ampicillin.

Таким образом был сконструирован штамм Е.coli MG1655(ΔsucAB).Thus, the E. coli strain MG1655 (ΔsucAB) was constructed.

3.2. Конструирование штамма MG1655 (ΔaceAK)3.2. Construction of strain MG1655 (Δ a ceAK)

Для делеции генов aceAK выполнили следующие манипуляции. Фрагмент ДНК величиной 1.8 т.п.н., содержащий маркер KmR и промотор Ptac, амплифицировали в ПЦР с использованием олигонуклеотидов SVS-199 (SEQ ID No: 21) и SVS-200 (SEQ ID No: 22) в качестве праймеров и плазмидной ДНК pMW118-(λattL-Kmr-λattR) (см. Справочный пример 2) в качестве матрицы.The following manipulations were performed for deletion of a ce A K genes. A 1.8 kb DNA fragment containing the Km R marker and the P tac promoter was amplified by PCR using oligonucleotides SVS-199 (SEQ ID No: 21) and SVS-200 (SEQ ID No: 22) as primers and plasmid DNA pMW118- (λattL-Km r -λattR) (see Reference Example 2) as a template.

Условия для ПЦР были следующие: стадия денатурации в течение 3 мин при 95°C; условия для первых двух циклов: 1 мин при 95°C, 30 с при 50°C, 40 с при 72°C; условия для последних 25 циклов: 30 с при 95°C, 30 с при 54°C, 40 с при 72°C; конечная стадия: 5 мин при 72°C.The conditions for PCR were as follows: denaturation step for 3 min at 95 ° C; conditions for the first two cycles: 1 min at 95 ° C, 30 s at 50 ° C, 40 s at 72 ° C; conditions for the last 25 cycles: 30 s at 95 ° C, 30 s at 54 ° C, 40 s at 72 ° C; final stage: 5 min at 72 ° C.

Полученный продукт ПЦР величиной 1.8 т.п.н. очищали в агарозном геле и использовали для электропорации в штамм Е.coli MG1655, содержащий плазмиду pKD46 с чувствительным к температуре ориджином репликации.The resulting PCR product is 1.8 kb. purified on an agarose gel and used for electroporation into E. coli strain MG1655 containing the plasmid pKD46 with a temperature-sensitive origin of replication.

Электропорацию проводили как описано выше. Клетки после электропорации инкубировали в 1 мл среды SOC при 37°C в течение 2.5 часов и затем высевали на L-агар, содержащий канамицин (20 мкг/мл), и выращивали при 37°C для отбора KmR рекомбинантов. Затем, для удаления плазмиды pKD46, проводили два пассажа на L-агаре с Cm при 42°C и полученные колонии тестировали на чувствительность к ампициллину.Electroporation was performed as described above. Cells after electroporation were incubated in 1 ml of SOC medium at 37 ° C for 2.5 hours and then plated on L-agar containing kanamycin (20 μg / ml) and grown at 37 ° C to select Km R recombinants. Then, to remove the plasmid pKD46, two passages were performed on L-agar with Cm at 42 ° C and the resulting colonies were tested for sensitivity to ampicillin.

Таким образом был сконструирован штамм Е.coli MG1655 (ΔaceAK).Thus, the E. coli strain MG1655 (ΔaceAK) was constructed.

3.3. Конструирование штамма MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)3.3. Construction of strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ)

Для удаления маркера устойчивости к хлорамфениколу из штамма MG1655 (PL-brnQ), клетки трансформировали плазмидой pMW118-int-xis (ApR) (WO 2005/010175). ApR клоны выращивали на чашках с LB агаром, содержащим 150 мг/л ампициллина, при 30°C. Несколько десятков ApR клонов отобрали и клонировали на чувствительность к хлорамфениколу. Плазмиду pMW118-int-xis удаляли из CmS клеток путем инкубирования на чашках с LB-агаром при 42°C. Полученный штамм использовали для дальнейшего конструирования.To remove the chloramphenicol resistance marker from strain MG1655 (P L -brnQ), cells were transformed with plasmid pMW118-int-xis (Ap R ) (WO 2005/010175). Ap R clones were grown on LB agar plates containing 150 mg / L ampicillin at 30 ° C. Several tens of Ap R clones were selected and cloned for sensitivity to chloramphenicol. Plasmid pMW118-int-xis was removed from Cm S cells by incubation on LB agar plates at 42 ° C. The resulting strain was used for further construction.

Фрагменты ДНК из хромосомы штамма Е.coli MG1655(ΔsucAB) переносили в штамм, полученный после удаления маркера устойчивости к хлорамфениколу, из штамма MG1655 (PL-brnQ) методом Р1 трансдукции (Miller, J.H. Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Lab. Press, 1972, Plainview, NY). Таким образом был сконструирован штамм MG1655 (ΔsucAB, PL-brnQ). Фрагменты ДНК из хромосомы штамма Е.coli MG1655(ΔaceAK) переносили в штамм MG1655 (ΔsucAB, PL-brnQ). Таким образом был сконструирован штамм MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ).DNA fragments from the chromosome of E. coli strain MG1655 (ΔsucAB) were transferred to the strain obtained after removal of the chloramphenicol resistance marker from strain MG1655 (P L -brnQ) by transduction P1 (Miller, JH Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Lab. Press, 1972, Plainview, NY). Thus, the MG1655 strain (ΔsucAB, P L -brnQ) was constructed. DNA fragments from the chromosome of E. coli strain MG1655 (Δ a ceAK) were transferred to strain MG1655 (ΔsucAB, P L -brnQ). Thus, the MG1655 strain (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) was constructed.

Клетки штамма MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) трансформировали плазмидой pELAC-IDO (Lys, 23). Полученные клоны отбирали на чашках с X-gal/IPTG агаром (blue/white тест). Таким образом был получен штамм MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) [pELAC-IDO(Lys, 23)].Cells of strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) were transformed with plasmid pELAC-IDO (Lys, 23). The resulting clones were selected on plates with X-gal / IPTG agar (blue / white test). Thus, strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] was obtained.

3.4. Исследование роста штаммов MG1655, MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ), MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]3.4. Investigation of the growth of strains MG1655, MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ), MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L- brnQ) [pELAC-IDO (Lys , 23)]

Штаммы MG1655 и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) выращивали на следующих питательных средах:Strains MG1655 and MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) were grown on the following nutrient media:

А - М9 соли + глюкоза (0.4%); A - M9 salt + glucose (0.4%);

В - М9 соли + глюкоза (0.4%) + ДАП, Met, Lys (40 мг/л каждого); B - M9 salt + glucose (0.4%) + DAP, Met, Lys (40 mg / l each);

С - М9 соли + глицерин (0.4%); С - M9 salts + glycerin (0.4%);

D - М9 соли + глицерин (0.4%) + ДАП, Met, Lys (40 мг/л каждого). D - M9 salts + glycerin (0.4%) + DAP, Met, Lys (40 mg / L each).

Штаммы культивировали в пробирках при 37°C и каждый час определяли оптическую плотность клеточной культуры (А555). Как можно видеть на Фигуре 5, штамм MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) с дефицитом сукцинил-КоА не может расти на средах А или С. Только при добавлении лизина, метионина и диаминопимелата (ДАП) восстанавливался рост штамма.The strains were cultured in test tubes at 37 ° C and the optical density of the cell culture was determined every hour (A 555 ). As can be seen in Figure 5, strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) with succinyl CoA deficiency cannot grow on media A or C. Only with the addition of lysine, methionine and diaminopimelate (DAP) did the strain recover.

Далее штаммы MG1655[pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) [pELAC-IDO(Lys, 23)] выращивали на следующих средах:Next, strains MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] were grown on the following media:

G - М9 соли + глюкоза (137 мМ); G - M9 salt + glucose (137 mM);

GI - М9 соли + глюкоза (137 мМ) + L-изолейцин (137 мМ); GI - M9 salt + glucose (137 mM) + L-isoleucine (137 mM);

Y - М9 соли + глицерин (136 мМ); Y - M9 salt + glycerin (136 mmol);

YI - М9 соли + глицерин (136 мМ) + L-изолейцин (137 мМ). YI - M9 salts + glycerin (136 mM) + L-isoleucine (137 mM).

Каждая среда содержала ампициллин (100 мг/л). Штаммы культивировали в пробирках при 37°C и каждый час определяли оптическую плотность клеточной культуры (А555).Each medium contained ampicillin (100 mg / L). The strains were cultured in test tubes at 37 ° C and the optical density of the cell culture was determined every hour (A 555 ).

Экспрессия гена IDO восстанавливает рост штамма MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) на синтетической среде М9 с добавлением L-изолейцина (Фиг.6). Это подтверждает идею авторов настоящего изобретения о том, что гидроксилирование изолейцина ведет к росту штамма.Expression of the IDO gene restores the growth of strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) on M9 synthetic medium supplemented with L-isoleucine (Figure 6). This confirms the idea of the authors of the present invention that the hydroxylation of isoleucine leads to the growth of the strain.

Пример 4. Продукция 4HIL штаммом Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) [pELAC-IDO(Lys, 23)]Example 4. Production of 4HIL by E. coli strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)]

Для оценки влияния ослабления экспрессии генов, кодирующих оксоглутаратдегидрогеназу, изоцитратлиазу и фосфатазу изоцитратдегидрогеназы, клетки штаммов MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655(ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] выращивали в среде A [(NH4)2SO4 - 1,5 г/100 мл; KH2PO4 - 0,15 г/100 мл; MgSO4 - 0,1 г/100 мл (MgSO4·7H2O - 0,205 г/100 мл); Ile - 220 мМ; FeCl2 - 2 мМ, 1 мМ IPTG, мел - 2 г/100 мл] с добавлением глюкозы (300 мМ) или глицерина (500 мМ) при 32°C в течение 72 часов с энергичным встряхиванием. Затем исследовали накопление 4HIL с использованием ВЭЖХ как описано выше. Результаты измерения 4HIL, образованного штаммами MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655(ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)], показаны в Таблице 4 (по крайней мере по 3 пробирочных ферментации). Как следует из Таблицы 4, MG1655(ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)] образовывал больше 4HIL, чем MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)].To assess the effect of attenuation of the expression of genes encoding oxoglutarate dehydrogenase, isocitratlyase and isocitrate dehydrogenase phosphatase, cells of strains MG1655 (P L- brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L- brn -IDO (Lys, 23)] was grown in medium A [(NH 4 ) 2 SO 4 - 1.5 g / 100 ml; KH 2 PO 4 - 0.15 g / 100 ml; MgSO 4 - 0.1 g / 100 ml (MgSO 4 · 7H 2 O - 0.205 g / 100 ml); Ile - 220 mm; FeCl 2 - 2 mm, 1 mm IPTG, chalk - 2 g / 100 ml] with the addition of glucose (300 mm) or glycerol (500 mm) at 32 ° C for 72 hours with vigorous shaking. The accumulation of 4HIL was then investigated using HPLC as described above. The measurement results of 4HIL formed by strains MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] are shown in Table 4 (at least 3 fermentation assay tubes). As follows from Table 4, MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] formed more 4HIL than MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23) ].

Пример 5. Продукция 4HIL штаммом E.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*[pEL-IDO(Lys, 23)]Example 5. Production of 4HIL by E. coli strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * [pEL-IDO (Lys, 23)]

5.1. Конструирование плазмиды pEL-IDO(Lys, 23)5.1. Construction of the plasmid pEL-IDO (Lys, 23)

Вследствие присутствия гена lacI на плазмиде pELAC-IDO(Lys, 23), необходимо добавление ИПТГ для индукции экспрессии IDO во время процесса биотрансформации продукции 4-HIL. Во избежание такой IPTG-зависимости, большую часть гена lacI удалили из плазмиды pELAC-IDO(Lys, 23) (Фиг.1) путем вырезания фрагмента ДНК SphI-EcoRV с использованием соответствующих рестриктаз с последующим лигированием оставшейся части плазмиды. Таким образом была сконструирована плазмида pEL-IDO(Lys, 23).Due to the presence of the lacI gene on plasmid pELAC-IDO (Lys, 23), the addition of IPTG is necessary to induce IDO expression during the biotransformation process of 4-HIL production. To avoid this IPTG dependence, most of the lacI gene was removed from the pELAC-IDO plasmid (Lys, 23) (Figure 1) by excision of the SphI-EcoRV DNA fragment using appropriate restriction enzymes followed by ligation of the remaining plasmid. Thus, the plasmid pEL-IDO was constructed (Lys, 23).

5.2. Продукция 4HIL5.2. 4HIL Products

MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)* штамм получили путем последовательного вырезания маркеров устойчивости к Cm и Kn из штамма MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ) с использованием плазмиды pMW118-int-xis (ApR) (WO 2005/010175) как описано выше. Плазмиды pELAC-IDO(Lys, 23) и pEL-IDO(Lys, 23) вводили в полученный штамм. Таким образом были получены штаммы MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*[pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*[pEL-IDO(Lys, 23)].MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * strain was obtained by sequentially excising Cm and Kn resistance markers from strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) using plasmid pMW118-int-xis (Ap R ) (WO 2005/010175) as described above. Plasmids pELAC-IDO (Lys, 23) and pEL-IDO (Lys, 23) were introduced into the resulting strain. Thus, strains MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * [pEL-IDO (Lys , 23)].

Часть биомассы свежевыращенного на LB-агаре штамма MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*[pELAC-IDO(Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*[pEL-IDO(Lys, 23)] инокулировали в 50 мл бульона LB с добавлением Ap (100 мг/л) и культивировали при 37°C в течение приблизительно 4 часов в колбах на 750 мл. Полученные клеточные культуры использовали в качестве посевного материала для биотрансформации, проведенной на ферментерах "Marubischi". Использовали следующие параметры культивирования: начальный объем культуры - 500 мл; встряхивание - 1200 об/мин; воздух - 1:1; температура культивирования - 34°C; рН 7.0 поддерживался с использованием 2.5М NH4OH.Part of the biomass of strain MG1655 freshly grown on LB agar (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * [pEL- IDO (Lys, 23)] was inoculated in 50 ml of LB broth supplemented with Ap (100 mg / L) and cultured at 37 ° C. for approximately 4 hours in 750 ml flasks. The obtained cell cultures were used as seed for biotransformation carried out on Marubischi fermenters. The following cultivation parameters were used: initial culture volume - 500 ml; shaking - 1200 rpm; air - 1: 1; cultivation temperature - 34 ° C; pH 7.0 was maintained using 2.5 M NH 4 OH.

Инокулят штамма MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*[pELAC-IDO] добавляли к 450 мл среды, содержащей (NH4)2SO4 - 5 г/л; KH2PO4 - 1.5 г/л; MgSO4 7H2O - 1 г/л; FeSO42О - 0,01 г/л; изолейцин - 22-23 г/л (≈170 мМ); glucose - 50 г/л; 1 мМ ИПТГ (pH 7 доводят KOH, конечный объем = 500 мл), и культивировали в течение 20 часов.Inoculum of strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * [pELAC-IDO] was added to 450 ml of medium containing (NH 4 ) 2 SO 4 - 5 g / l; KH 2 PO 4 - 1.5 g / l; MgSO 4 7H 2 O - 1 g / l; FeSO 4 7H 2 O - 0.01 g / l; isoleucine - 22-23 g / l (≈170 mm); glucose - 50 g / l; 1 mM IPTG (pH 7 adjusted with KOH, final volume = 500 ml), and cultured for 20 hours.

Инокулят штамма MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*[pEL-IDO] добавляли к 450 мл вышеописанной среды без ИПТГ и культивировали приблизительно в течение 20 часов. Концентрации 4HIL и L-изолейцина определяли с использованием метода ВЭЖХ как описано выше. Как видно из Таблицы 5, использование плазмиды pEL-IDO позволяет избежать ИПТГ-зависимости.Inoculum of strain MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * [pEL-IDO] was added to 450 ml of the above medium without IPTG and cultured for approximately 20 hours. The concentrations of 4HIL and L-isoleucine were determined using the HPLC method as described above. As can be seen from Table 5, the use of the plasmid pEL-IDO avoids IPTG dependence.

Справочный пример 1. Конструирование плазмиды pELAC-ilvAReference example 1. Construction of the plasmid pELAC-ilvA

Плазмида pET-ilvA была сконструирована следующим образом. Фрагмент хромосомной ДНК штамма Е.coli MG1655 величиной 1.5 т.п.н. амплифицировали в ПЦР с использованием олигонуклеотидов IlvA-5 (SEQ ID NO: 23) и ilvA-3 (SEQ ID NO: 24) в качестве праймеров. Часть клеточной культуры штамма E.coli MG1655 с LB-агара использовали в качестве источника ДНК матрицы для процедуры ПЦР. Полученный в результате фрагмент ДНК содержал ген ilvA и был фланкирован сайтами рестрикции NdeI и BamHI. Фрагмент клонировали в векторе pET22b(+) (Novagen, Germany) между сайтами NdeI-BamHI. Таким образом была сконструирована рекомбинантная плазмида pET-ilvA (Фиг.2).Plasmid pET-ilvA was constructed as follows. A fragment of the chromosomal DNA strain E. coli MG1655 size 1.5 TPN amplified in PCR using IlvA-5 oligonucleotides (SEQ ID NO: 23) and ilvA-3 (SEQ ID NO: 24) as primers. Part of the cell culture of E. coli strain MG1655 with LB agar was used as the source of the template DNA for the PCR procedure. The resulting DNA fragment contained the ilvA gene and was flanked by the NdeI and B a mHI restriction sites. The fragment was cloned in pET22b (+) vector (Novagen, Germany) between NdeI-B and mHI sites. Thus, the recombinant plasmid pET-ilvA was constructed (Figure 2).

Плазмида pELAC-ilvA была сконструирована на основе pET-ilvA путем замены BglII-XbaI фрагмента, содержащего промотор Т7, фрагментом BglII-XbaI, содержащим промотор Plac (SEQ ID NO: 25).Plasmid pELAC-ilvA was constructed on the basis of pET-ilvA by replacing the BglII-Xb a I fragment containing the T7 promoter, a fragment BglII-Xb a I, containing promoter P lac (SEQ ID NO: 25).

Справочный пример 2. Конструирование плазмиды pMW118-(λattL-Kmr-λattR)Reference example 2. Construction of the plasmid pMW118- (λattL-Km r -λattR)

Плазмида pMW118-(λattL-Kmr-λattR) была сконструирована на основе плазмиды pMW118-attL-Tc-attR (WO 2005/010175) путем замены гена-маркера устойчивости к тетрациклину геном-маркером устойчивости к канамицину из плазмиды pUC4K (Vieira, J. and Messing, J., Gene, 19(3); 259-68 (1982)).Plasmid pMW118- (λattL-Km r- λattR) was constructed on the basis of plasmid pMW118-attL-Tc-attR (WO 2005/010175) by replacing the tetracycline resistance marker gene with the kanamycin resistance marker gene from pUC4K plasmid (Vieira, J . and Messing, J., Gene, 19 (3); 259-68 (1982)).

С этой целью большой фрагмент EcoRI - HindIII из плазмиды pMW118-attL-Tc-attR лидировали с двумя фрагментами плазмиды pUC4K: фрагментом HindIII - PstI (676 п.н.) и фрагментом - EcoRI - HindIII (585 п.н.).For this purpose, a large EcoRI - HindIII fragment from the plasmid pMW118-attL-Tc-attR was leader with two fragments of the pUC4K plasmid: the HindIII fragment - PstI (676 bp) and the EcoRI - HindIII fragment (585 bp).

Базовая плазмида pMW118-attL-Tc-attR была получена путем лигирования следующих четырех фрагментов:The base plasmid pMW118-attL-Tc-attR was obtained by ligation of the following four fragments:

1) фрагмент BglII-EcoRI (114 п.н.), содержащий attL (SEQ ID NO: 26), полученный амплификацией в ПЦР соответствующей области хромосомы Е.coli W3350 (содержащей λ профаг) с использованием олигонуклеотидов P3 и Р4 (SEQ ID NOS: 27 и 28) в качестве праймеров (эти праймеры содержали вспомогательные сайты узнавания для эндонуклеаз BglII и EcoRI);1) a BglII-EcoRI fragment (114 bp) containing attL (SEQ ID NO: 26) obtained by PCR amplification of the corresponding region of the E. coli W3350 chromosome (containing λ prophage) using oligonucleotides P3 and P4 (SEQ ID NOS : 27 and 28) as primers (these primers contained auxiliary recognition sites for BglII and EcoRI endonucleases);

2) фрагмент PstI-HindIII (182 п.н.), содержащий attR (SEQ ID NO: 29), полученный амплификацией в ПЦР соответствующей области хромосомы Е.coli W3350 (содержащей λ профаг) с использованием олигонуклеотидов Р5 и Р6 (SEQ ID NOS: 30 и 31) в качестве праймеров (эти праймеры содержали вспомогательные сайты узнавания для эндонуклеаз PstI и HindIII);2) a PstI-HindIII fragment (182 bp) containing attR (SEQ ID NO: 29) obtained by PCR amplification of the corresponding region of the E. coli W3350 chromosome (containing λ prophage) using oligonucleotides P5 and P6 (SEQ ID NOS : 30 and 31) as primers (these primers contained auxiliary recognition sites for the endonucleases PstI and HindIII);

3) большой BglII-HindIII фрагмент (3916 п.н.) плазмиды pMW118-ter_rrnB. Плазмиду pMW118-ter_rrnB получили путем лигирования трех следующих фрагментов ДНК:3) a large BglII-HindIII fragment (3916 bp) of the plasmid pMW118-ter_rrnB. Plasmid pMW118-ter_rrnB was obtained by ligation of the following three DNA fragments:

a) большой фрагмент ДНК (2359 п.н.), содержащий AatII-EcoRI фрагмент плазмиды pMW118, полученный следующим образом: pMW118 обработали рестриктазой EcoRI, обработали фрагментом Кленова ДНК-полимеразы I и затем обработали рестриктазой AatII;a) a large DNA fragment (2359 bp) containing the AatII-EcoRI fragment of plasmid pMW118, prepared as follows: pMW118 was digested with EcoRI restriction enzyme, digested with a Klenov fragment of DNA polymerase I, and then digested with restriction enzyme Aa tII;

b) малый AatII-BglII фрагмент (1194 п.н.) вектора pUC19, содержащий ген bla устойчивости к ампициллину (ApR), был получен амплификацией в ПЦР соответствующей области плазмиды pUC19 с использованием олигонуклеотидов Р7 и Р8 (SEQ ID NOS: 32 и 33) в качестве праймеров (эти праймеры содержали вспомогательные сайты узнавания для эндонуклеаз AatII и BglII);b) a small AatII-BglII fragment (1194 bp) of the pUC19 vector containing the bla gene for ampicillin resistance (Ap R ) was obtained by PCR amplification of the corresponding region of the plasmid pUC19 using oligonucleotides P7 and P8 (SEQ ID NOS: 32 and 33) as primers (these primers contained auxiliary recognition sites for endonucleases Aa tII and BglII);

c) малый BglII-PstIpol фрагмент (363 п.н.) терминатора транскрипции ter_rrnB был получен амплификацией в ПЦР соответствующей области хромосомы Е.coli MG1655 с использованием олигонуклеотидов Р9 и Р10 (SEQ ID NOS: 34 и 35) в качестве праймеров (эти праймеры содержали вспомогательные сайты узнавания для эндонуклеаз BglII и PstI);c) a small BglII-PstIpol fragment (363 bp) of the ter_rrnB transcription terminator was obtained by PCR amplification of the corresponding region of the E. coli chromosome MG1655 using oligonucleotides P9 and P10 (SEQ ID NOS: 34 and 35) as primers (these primers contained auxiliary recognition sites for the endonucleases BglII and PstI);

4) малый EcoRI-PstI фрагмент (1388 bp) (SEQ ID NO: 36) плазмиды pML-Tc-ter_thrL, содержащий ген устойчивости к тетрациклину и терминатор транскрипции ter_thrL; плазмида pML-Tc-ter_thrL была получена в две стадии:4) a small EcoRI-PstI fragment (1388 bp) (SEQ ID NO: 36) of the plasmid pML-Tc-ter_thrL containing the tetracycline resistance gene and ter_thrL transcription terminator; plasmid pML-Tc-ter_thrL was obtained in two stages:

- плазмиду pML-ter_thrL получили путем обработки плазмиды pML-MCS (Mashko, S.V. et al., Biotekhnologiya (in Russian), 2001, no.5, 3-20) рестриктазами XbaI и BamHI с последующим лигированием большого фрагмента (3342 п.н.) с XbaI-BamHI фрагментом (68 п.н.), содержащим терминатор ter_thrL, полученным амплификацией в ПЦР соответствующей области хромосомы Е.coli MG1655 с использованием олигонуклеотидов Р11 и P12 (SEQ ID NOS: 37 и 38) в качестве праймеров (эти праймеры содержали вспомогательные сайты узнавания для эндонуклеаз XbaI и BamHI);- the plasmid pML-ter_thrL was obtained by processing the plasmid pML-MCS (Mashko, SV et al., Biotekhnologiya (in Russian), 2001, no.5, 3-20) with restriction enzymes Xb a I and B a mHI followed by ligation of a large fragment ( 3342 bp) with an Xb a I-B a mHI fragment (68 bp) containing the term ter_thrL obtained by PCR amplification of the corresponding region of the E. coli chromosome MG1655 using oligonucleotides P11 and P12 (SEQ ID NOS: 37 and 38 ) as primers (these primers contained auxiliary recognition sites for endonucleases Xb a I and BamHI);

- плазмида pML-Tc-ter_thrL была получена путем обработки плазмиды pML-ter_thrL рестриктазами KpnI и XbaI с последующей обработкой фрагментом Кленова ДНК-полимеразы I и лигированием с малым EcoRI-Van91I фрагментом (1317 п.н.) плазмиды pBR322, содержащим ген устойчивости к тетрациклину (pBR322 обрабатывали рестриктазами EcoRI и Van91I и затем обрабатывали фрагментом Кленова ДНК-полимеразы I).- the plasmid pML-Tc-ter_thrL was obtained by treating the plasmid pML-ter_thrL with restriction enzymes KpnI and Xb a I, followed by treatment with the Maple fragment of DNA polymerase I and ligation with a small EcoRI-Van91I fragment (1317 bp) of the plasmid pBR322 containing the gene tetracycline resistance (pBR322 was treated with restriction enzymes EcoRI and Van91I and then treated with a Maple fragment of DNA polymerase I).

Пример 6. Получение гидроксипролина с использованием штамма Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*Example 6. Obtaining hydroxyproline using E. coli strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) *

Синтез фрагмента ДНК, приведенного в Списке последовательностей под номером SEQ ID NO: 39, был поручен в фирме Invitrogen и этот фрагмент ДНК, кодирующий L-пролил-4-гидроксигеназу (PDO) из Dactylosporangium sp. c аминокислотной последовательностью SEQ ID NO: 40, был получен в виде плазмиды BlueHeron pUCminusMCS, в которую указанный фрагмент ДНК был лигирован. Что касается плазмиды, то в последовательность ДНК были введены последовательности узнавания для рестриктаз NdeI и HindIII, расположенные на 5'- и 3'-концах ДНК соответственно, и эту плазмиду обрабатывали рестриктазами NdeI и HindIII. Параллельно, вектор ptrp4 (Journal of Molecular Catalysis В: Enzymatic 32 (2005) 205-211) обрабатывали этими же рестриктазами NdeI и HindIII. Два полученных фрагмента, обработанных рестриктазами NdeI и HindIII, лидировали и полученную плазмиду вводили в штамм Е.coli JM109 с получением трансформанта JM109/ptrp4_PDO.The synthesis of the DNA fragment shown in SEQ ID NO: 39 in the Sequence Listing was assigned to Invitrogen and this DNA fragment encoding L-prolyl-4-hydroxygenase (PDO) from Dactylosporangium sp. with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 40, was obtained as the BlueHeron plasmid pUCminusMCS into which the DNA fragment was ligated. As for the plasmid, recognition sequences for the NdeI and HindIII restriction enzymes located at the 5'- and 3'-ends of the DNA, respectively, were introduced into the DNA sequence, and this plasmid was treated with the restriction enzymes NdeI and HindIII. In parallel, the ptrp4 vector (Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 32 (2005) 205-211) was treated with the same restriction enzymes NdeI and HindIII. Two obtained fragments treated with restriction enzymes NdeI and HindIII were leading and the resulting plasmid was introduced into the E. coli strain JM109 to obtain the JM109 / ptrp4_PDO transformant.

Плазмиду выделяли из полученных трансформантов и вводили в штаммы Е.coli MG1655 и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)* с получением трансформантов MG1655/ ptrp4_PDO и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*/ptrp4_PDO соответственно.The plasmid was isolated from the obtained transformants and introduced into E. coli strains MG1655 and MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) * to obtain transformants MG1655 / ptrp4_PDO and MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K , P L -brnQ) * / ptrp4_PDO, respectively.

Штаммы MG1655/ptrp4_PDO и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*/ptrp4_PDO выращивали в питательной среде LB, содержащей 100 мг/л ампициллина, при 30°C в течение 24 часов и 300 мкл культуральной жидкости вносили в 3 мл среды LB, содержащей 100 мг/л ампициллина, и выращивали при 37°C в течение 6 часов. В пробирки, содержащие L-пролин и карбонат кальция с количестве, необходимом, чтобы их конечная концентрация была 10 г/л и 20 г/л соответственно, вносили полученную культуральную жидкость (0.3 мл) и питательную среду (2.7 мл) следующего состава:Strains MG1655 / ptrp4_PDO and MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) * / ptrp4_PDO were grown in LB growth medium containing 100 mg / L ampicillin at 30 ° C for 24 hours and 300 μl of culture liquids were added to 3 ml of LB medium containing 100 mg / L ampicillin and grown at 37 ° C for 6 hours. The tubes containing L-proline and calcium carbonate with the amount necessary for their final concentration to be 10 g / l and 20 g / l, respectively, were added the obtained culture fluid (0.3 ml) and culture medium (2.7 ml) of the following composition:

питательная среда А (300 мл): D-глюкоза (20 г/л), MgSO4·7H2O (1 г/л);culture medium A (300 ml): D-glucose (20 g / l), MgSO 4 · 7H 2 O (1 g / l);

питательная среда В (700 мл): сульфат аммония (5 г/л), KH2PO4 (1.5 г/л), аскорбат натрия (0.01 г/л), FeSO4 7H2O (0.1 г/л), рН доведен до 7.0 с помощью KOH.culture medium B (700 ml): ammonium sulfate (5 g / l), KH 2 PO 4 (1.5 g / l), sodium ascorbate (0.01 g / l), FeSO 4 7H 2 O (0.1 g / l), pH brought to 7.0 using KOH.

Среды А и В автоклавировали раздельно при 120°C в течение 20 мин и смешивали после охлаждения.Media A and B were autoclaved separately at 120 ° C for 20 minutes and mixed after cooling.

Концентрации D-глюкозы (г/л) и 4-гидроксипролина (мМ) приведены в Таблице 6. Концентрацию D-глюкозы определяли на анализаторе глюкозы (SAKURA SI, Япония). Концентрацию 4-гидроксипролина определяли с помощью ВЭЖХ Sumichiral OA-5000 (Sumika Analysis Center, Япония) (состав подвижной фазы: 2 мМ водный раствор сульфата меди, температура колонки: 30°C, скорость потока: 1 мл/мин, детектор: УФ 254 нм).The concentrations of D-glucose (g / l) and 4-hydroxyproline (mM) are shown in Table 6. The concentration of D-glucose was determined using a glucose analyzer (SAKURA SI, Japan). The concentration of 4-hydroxyproline was determined using Sumichiral OA-5000 HPLC (Sumika Analysis Center, Japan) (mobile phase composition: 2 mM copper sulfate aqueous solution, column temperature: 30 ° C, flow rate: 1 ml / min, detector: UV 254 nm).

В результате было показано, что штамм MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*/ptrp4_PDO способен утилизировать D-глюкозу в реакции по продукции гидроксипролина более эффективно, чем штамм MG1655/ptrp4_PDO.As a result, it was shown that strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) * / ptrp4_PDO is able to utilize D-glucose in a hydroxyproline production reaction more efficiently than strain MG1655 / ptrp4_PDO.

Пример 7-1. Конструирование штамма Е.coli MG1655 (ΔsucA, ΔaceAK) и MG1655 (ΔsucB, ΔaceAK)Example 7-1 Construction of E. coli strain MG1655 (Δsuc A , Δ a ce A K) and MG1655 (ΔsucB, Δ a ce A K)

Для того чтобы проверить, является ли модификация PL-brnQ необходимой для эффективной утилизации D-глюкозы, проводили следующий эксперимент.In order to verify whether the modification of P L -brnQ is necessary for the efficient utilization of D-glucose, the following experiment was carried out.

Для того чтобы получить штамм, дефицитный по 2-оксоглутаратдегидрогеназе (sucA и sucB), изоцитратлиазе (aceA) и киназе/фосфатазе изоцитратдегидрогеназы (aceK) без модификации PL-brnQ, делецию ΔaceAK вводили в штаммы Е.coli MG1655 ΔsucA (JW0715) и MG1655 ΔsucB (JW0716) из коллекции Keio Knockout Collection (http://ecoli.naist.jp) с получением штаммов MG1655 (ΔsucA, ΔaceAK) и MG1655 (ΔsucB, ΔaceAK). Дефицит одного из генов sucA и sucB приводил к дефициту активности 2-оксоглутаратдегидрогеназы.In order to obtain a strain deficient in 2-oxoglutarate dehydrogenase (suc A and sucB), isocitrate lyase ( a ce A ) and kinase / phosphatase isocitrate dehydrogenase (aceK) without modification of P L -brnQ, deletion Δ a ce A K was introduced into E. strains. coli MG1655 Δsuc A (JW0715) and MG1655 ΔsucB (JW0716) from the Keio Knockout Collection (http://ecoli.naist.jp) to obtain strains MG1655 (Δsuc A , Δ a ce A K) and MG1655 (ΔsucB, Δ a ce A K). A deficiency of one of the suc A and sucB genes led to a deficiency of 2-oxoglutarate dehydrogenase activity.

Чтобы получить делецию гена aceAK, проводили следующие манипуляции. Фрагмент ДНК размером 1.6 т.п.о., содержащий маркер CmR, амплифицировали с помощью ПЦР с использованием праймеров SVS-199 (SEQ ID NO: 21) и SVS-200 (SEQ ID NO: 22) и плазмиды pMW118-(λattL-Cmr-λattR) (WO 2005/010175) в качестве матрицы. Условия ПЦР следующие: денатурация в течение 3 мин при 94°C; 30 циклов: 30 с при 94°C, 30 с при 50°C, 2 мин при 72°C.To obtain a deletion of the a ce A K gene, the following manipulations were performed. A 1.6 kb DNA fragment containing the Cm R marker was amplified by PCR using primers SVS-199 (SEQ ID NO: 21) and SVS-200 (SEQ ID NO: 22) and plasmid pMW118- (λattL -Cmr-λattR) (WO 2005/010175) as a matrix. PCR conditions are as follows: denaturation for 3 min at 94 ° C; 30 cycles: 30 s at 94 ° C, 30 s at 50 ° C, 2 min at 72 ° C.

Полученный продукт ПЦР размером 1.6 т.п.о. очищали в агарозном геле и использовали для электропорации штаммов Е.coli MG1655 (ΔsucA) и MG1655 (ΔsucB), содержащих плазмиду pKD46 (WO 2005/010175) с термочувствительным репликоном.The resulting PCR product of 1.6 kbp purified on an agarose gel and used for electroporation of E. coli strains MG1655 (Δsuc A ) and MG1655 (ΔsucB) containing plasmid pKD46 (WO 2005/010175) with a heat-sensitive replicon.

Электропорацию проводили как описано выше. После электропорации клетки инкубировали в 1 мл питательной среды SOC при 37°C в течение 1 часа, а затем помещали на чашку с L-агаром, содержащим хлорамфеникол (25 мкг/мл), и выращивали при 37°C для отбора CmR рекомбинантом. Затем проводили два пассажа на чашках с агаром, содержащим хлорамфеникол, при 42°C для удаления плазмиды pKD46 и полученные колонии проверяли на чувствительность к ампициллину.Electroporation was performed as described above. After electroporation, the cells were incubated in 1 ml of SOC growth medium at 37 ° C for 1 hour, and then placed on a L-agar plate containing chloramphenicol (25 μg / ml) and grown at 37 ° C to select the Cm R recombinant. Then, two passages were performed on plates with chloramphenicol-containing agar at 42 ° C to remove the plasmid pKD46, and the obtained colonies were tested for sensitivity to ampicillin.

Затем удалали CmR-маркер с использованием плазмиды pMW118-int-xis-ts (ApR) (WO 2005/010175) как описано выше.The Cm R marker was then removed using the plasmid pMW118-int-xis-ts (Ap R ) (WO 2005/010175) as described above.

Так были сконструированы штаммы Е.coli MG1655 (ΔsucA, ΔaceAK) и MG1655 (ΔsucB, ΔaceAK).Thus, E. coli strains MG1655 (Δsuc A , Δ a ce A K) and MG1655 (ΔsucB, Δ a ce A K) were constructed.

Пример 7-2. Получение 4HIL штаммами Е.coli MG1655[pEL-IDO(Lys, 23)], MG1655 (ΔsucA, ΔaceAK)[pEL-IDO(Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucB, ΔaceAK)[pEL-IDO(Lys, 23)]Example 7-2 Preparation of 4HIL by E. coli strains MG1655 [pEL-IDO (Lys, 23)], MG1655 (Δsuc A , Δ a ce A K) [pEL-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucB, Δ a ce A K) [pEL-IDO (Lys, 23)]

Плазмиду pEL-IDO(Lys, 23) вводили в каждый из штаммов MG1655, MG1655 (ΔsucA, ΔaceAK) и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK) с получением трансформантов MG1655[pEL-IDO(Lys, 23)], MG1655 (ΔsucA, ΔaceAK)[pEL-IDO(Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucB, ΔaceAK) [pEL-IDO(Lys, 23)].Plasmid pEL-IDO (Lys, 23) was introduced into each of the strains MG1655, MG1655 (Δsuc A , ΔaceAK) and MG1655 (Δsuc A B, ΔaceAK) to obtain transformants MG1655 [pEL-IDO (Lys, 23)], MG1655 (Δsuc A , Δ a ce A K) [pEL-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucB, Δ a ce A K) [pEL-IDO (Lys, 23)].

Штаммы выращивали в питательной среде LB, содержащей 100 мг/л ампициллина, при 30°C в течение 24 часов и 300 мкл культуральной жидкости вносили в 3 мл среды LB, содержащей 100 мг/л ампициллина, и выращивали при 37°C в течение 6 часов.The strains were grown in LB medium containing 100 mg / L ampicillin at 30 ° C for 24 hours and 300 μl of culture fluid was added to 3 ml of LB medium containing 100 mg / L ampicillin and grown at 37 ° C for 6 hours.

В пробирки, содержащие L-изолейцин и карбонат кальция с количестве, необходимом чтобы их конечная концентрация была 10 г/л и 20 г/л соответственно, вносили полученную культуральную жидкость (0.3 мл) и питательную среду (2.7 мл) следующего состава:The tubes containing L-isoleucine and calcium carbonate with the amount necessary for their final concentration to be 10 g / l and 20 g / l, respectively, were added the obtained culture fluid (0.3 ml) and culture medium (2.7 ml) of the following composition:

питательная среда А (300 мл): D-глюкоза (20 г/л), MgSO4·7H2O (1 г/л);culture medium A (300 ml): D-glucose (20 g / l), MgSO 4 · 7H 2 O (1 g / l);

питательная среда В (700 мл): сульфат аммония (5 г/л), KH2PO4 (1.5 г/л), аскорбат натрия (0.01 г/л), FeSO4 7H2O (0.1 г/л), рН доведен до 7.0 с помощью KOH.culture medium B (700 ml): ammonium sulfate (5 g / l), KH 2 PO 4 (1.5 g / l), sodium ascorbate (0.01 g / l), FeSO 4 7H 2 O (0.1 g / l), pH brought to 7.0 using KOH.

Среды А и В автоклавировали раздельно при 120°C в течение 20 мин и смешивали после охлаждения.Media A and B were autoclaved separately at 120 ° C for 20 minutes and mixed after cooling.

Концентрации D-глюкозы (г/л) и 4-гидрокси-L-изолейцина (мМ) приведены в Таблице 7. Концентрацию D-глюкозы определяли на анализаторе глюкозы (SAKURA SI, Япония). Концентрацию 4-гидрокси-L-изолейцина определяли с помощью ВЭЖХ MCI GEL CRS10W (Mitsubishi Kagaku, Япония) (состав подвижной фазы: 2 мМ раствор сульфата меди в 5% МеОН, температура колонки: 30°C, скорость потока: 1 мл/мин, детектор: УФ 254 нм).The concentrations of D-glucose (g / l) and 4-hydroxy-L-isoleucine (mm) are shown in Table 7. The concentration of D-glucose was determined on a glucose analyzer (SAKURA SI, Japan). The concentration of 4-hydroxy-L-isoleucine was determined using HPLC MCI GEL CRS10W (Mitsubishi Kagaku, Japan) (mobile phase composition: 2 mm solution of copper sulfate in 5% MeOH, column temperature: 30 ° C, flow rate: 1 ml / min detector: UV 254 nm).

В результате было показано, что с использованием штаммов Е.coli MG1655 (ΔsucA, ΔaceAK)[pEL-IDO(Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucB, ΔaceAK) [pEL-IDO(Lys, 23)] без модификации PL-brnQ D-глюкоза более эффективно утилизируется в реакции с изолейциндиоксигеназой в сравнении с MG1655[pEL-IDO(Lys, 23)].As a result, it was shown that using E. coli strains MG1655 (Δsuc A , Δ a ce A K) [pEL-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucB, Δ a ce A K) [pEL-IDO (Lys , 23)] without modification of P L -brnQ, D-glucose is more efficiently utilized in the reaction with isoleucine dioxygenase compared to MG1655 [pEL-IDO (Lys, 23)].

Приведенные результаты подтверждают, что штаммы, дефицитные по генам ΔsucAB, ΔsucA, ΔsucB и ΔaceAK, такие как Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK), MG1655 (ΔsucA, ΔaceAK) и MG1655 (ΔsucB, ΔaceAK), могут широко применяться для использования 2-оксоглутарат-зависимых ферментов.The above results confirm that strains deficient in the Δsuc A B, Δsuc A , ΔsucB and ΔaceAK genes, such as E. coli MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K), MG1655 (Δsuc A , Δ a ce A K) and MG1655 (ΔsucB, Δ a ce A K), can be widely used for the use of 2-oxoglutarate-dependent enzymes.

Разъяснение последовательностейSequencing

1: Ген L-изолейциндиоксигеназы из штамма Bacillus thuringiensis 2-e-21: L-isoleucine dioxygenase gene from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain

2: L-Изолейциндиоксигеназа из штамма Bacillus thuringiensis 2-e-22: L-Isoleucine dioxygenase from Bacillus thuringiensis 2-e-2 strain

3: Генн brnQ из Е.coli3: Genn brnQ from E. coli

4: Белок BrnQ из Е.coli4: BrnQ Protein from E. coli

5: Ген sucA из Е.coli5: suc A gene from E. coli

6: Белок SucA из Е.coli6: SucA protein from E. coli

7: Ген sucB из Е.coli7: sucB gene from E. coli

8: Белок SucB из Е.coli8: SucB Protein from E. coli

9: Ген асеА из E.coli9: And lo a gene from E.coli

10: Белок АсеА из Е.coli10: ACEA protein from E. coli

11: Ген aceK из E.coli11: a ceK gene from E. coli

12: Белок AceK из E.coli12: AceK protein from E. coli

13: Ген ilvE из Е.coli13: E. coli ilvE gene

14: Белок IlvE из Е.coli14: Protein IlvE from E. coli

15: Праймер SVS 17015: Primer SVS 170

16: Праймер SVS 16916: Primer SVS 169

17: Праймер SVS 17917: Primer SVS 179

18: Праймер SVS 18018: Primer SVS 180

19: Праймер SVS 19219: Primer SVS 192

20: Праймер SVS 19320: Primer SVS 193

21: Праймер SVS 19921: Primer SVS 199

22: Праймер SVS 20022: Primer SVS 200

23: Праймер IlvA-523: Primer IlvA-5

24: Праймер ilvA-324: Primer ilvA-3

25: Фрагмент BglII-XbaI, содержащий промотор Plac 25: Fragment of BglII-Xb a I containing the promoter P lac

26: Фрагмент attL26: Fragment a ttL

27: Праймер P327: Primer P3

28: Праймер Р428: Primer P4

29: Фрагмент attR29: Fragment a ttR

30: Праймер Р530: Primer P5

31: Праймер Р631: Primer P6

32: Праймер Р732: Primer P7

33: Праймер Р833: Primer P8

34: Праймер Р934: Primer P9

35: Праймер Р1035: Primer P10

36: Фрагмент pML-Tc-ter_thrL36: Fragment pML-Tc-ter_thrL

37: Праймер Р1137: Primer P11

38: Праймер Р1238: Primer P12

39: Ген L-пролин-4-гидроксигеназы из Dactylosporangium sp.39: L-proline-4-hydroxygenase gene from Dactylosporangium sp.

40: L-Пролин-4-гидроксигеназа из Dactylosporangium sp.40: L-Proline-4-hydroxygenase from Dactylosporangium sp.

Хотя указанное изобретение описано в деталях со ссылкой на Наилучший способ осуществления изобретения, 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 the Best Mode for Carrying Out the Invention, it will be apparent to those skilled in the art that various changes can be made and equivalent replacements made, and such changes and replacements are not beyond the scope of the present invention.

Каждому из упомянутых выше документов соответствует ссылка, и все цитируемые документы являются частью описания настоящего изобретения.Each of the above documents has a link, and all cited documents are part of the description of the present invention.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Согласно настоящему изобретению продукция (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина может быть увеличена. Это соединение полезно в качестве компонента фармацевтических композиций с инсулинотропной активностью. Продукция (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина увеличивается с использованием бактерии, трансформированной фрагментом ДНК, содержащим ген, кодирующий белок с L-изолейциндиоксигеназной активностью.According to the present invention, the production of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine can be increased. This compound is useful as a component of pharmaceutical compositions with insulinotropic activity. The production of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine is increased using a bacterium transformed with a DNA fragment containing a gene encoding a protein with L-isoleucine dioxygenase activity.

Таблица 1Table 1 ШтаммStrain IDO активность (нмоль/мин·мг)IDO activity (nmol / min · mg) MG1655 [pELAC-IDO(Lys, 23)]MG1655 [pELAC-IDO (Lys, 23)] 300±12300 ± 12 MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] 280±10280 ± 10

Таблица 2table 2 ШтаммStrain Начальная культуральная жидкостьа) Initial culture fluid a) Конечная культуральная жидкостьThe final culture fluid Ile (мМ)Ile (mm) KGb) (мМ)KG b) (mm) Gluc. (мМ)Gluc. (mm) Glyc. (мМ)Glyc. (mm) 4HIL (мМ)4HIL (mm) MG1655/pELAC-IDO(Lys, 23)MG1655 / pELAC-IDO (Lys, 23) 100one hundred 5555 00 115±6115 ± 6 00 5555 00 17±117 ± 1 100one hundred 00 136136 129±6129 ± 6 144144 00 00 136136 77±477 ± 4 MG1655(PL-brnQ)/pELAC-IDO(Lys, 23)MG1655 (P L -brnQ) / pELAC-IDO (Lys, 23) 100one hundred 5555 00 128±6128 ± 6 00 5555 00 34±234 ± 2 100one hundred 00 136136 131±6131 ± 6 00 00 136136 106±5106 ± 5 a) - описано в текстеa) - described in the text b) - аббревиатуры: KG - α-кетоглутарат; Gluc. - глюкоза; Glyc. - глицеринb) abbreviations: KG - α-ketoglutarate; Gluc. - glucose; Glyc. - glycerin

Таблица 3Table 3 ШтаммStrain Начальная культуральная жидкостьа) Initial culture fluid a) Конечная культуральная жидкостьThe final culture fluid Ile (мМ)Ile (mm) Глицеринb) (мМ)Glycerol b) (mm) 4HIL (мМ)4HIL (mm) MG1655/pELAC-IDO(Lys, 23)MG1655 / pELAC-IDO (Lys, 23) 00 6±0.36 ± 0.3 136136 86±486 ± 4 272272 146±7146 ± 7 220220 408408 164±8164 ± 8 MG1655(PL-brnQ)/pELAC-IDO(Lys, 23)MG1655 (P L -brnQ) / pELAC-IDO (Lys, 23) 00 7±0.47 ± 0.4 136136 93±593 ± 5 272272 158±8158 ± 8 408408 203±10203 ± 10 a) - описано в текстеa) - described in the text

Таблица 4Table 4 ШтаммStrain Начальная культуральная жидкостьInitial culture fluid Конечная культуральная жидкостьThe final culture fluid Глюкоза (мМ)Glucose (mm) Глицерин (мМ)Glycerin (mm) Ile (мМ)Ile (mm) 4HIL (мМ)4HIL (mm) MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] 300300 -- 220220 134134 MG1655(ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] 300300 -- 220220 189189 MG1655(PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]MG1655 (P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] -- 500500 220220 100one hundred MG1655(ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] -- 500500 220220 195195

Таблица 5Table 5 ШтаммStrain Начальная культуральная жидкостьInitial culture fluid Конечная культуральная жидкостьThe final culture fluid Glucose (г/л)Glucose (g / l) Ile (мМ)Ile (mm) Glucose (г/л)Glucose (g / l) Ile (мМ)Ile (mm) 4HIL (мМ)4HIL (mm) MG1655(ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)[pELAC-IDO(Lys, 23)]MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) [pELAC-IDO (Lys, 23)] 50fifty 179179 NDNd NDNd 132132 MG1655(ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)[pEL-IDO(Lys, 23)]MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) [pEL-IDO (Lys, 23)] 50fifty 174174 NDNd 2.32.3 143143 ND - не определено (≤0.1 г/л)ND - not determined (≤0.1 g / l)

Таблица 6Table 6 ШтаммStrain 0 ч0 h 22 ч22 h 66 ч66 h Глюкоза (г/л)Glucose (g / l) Pro** (мМ)Pro ** (mm) Глюкоза (г/л)Glucose (g / l) Гидрокси-Pro (мМ)Hydroxy-Pro (mm) Глюкоза (г/л)Glucose (g / l) Гидрокси-Pro (мМ)Hydroxy-Pro (mm) MG1655/ptrp4_PDOMG1655 / ptrp4_PDO 18eighteen 8787 77 15fifteen 00 3131 MG1655(ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)/ptrp4_PDOMG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) / ptrp4_PDO 18eighteen 8787 11eleven 15fifteen 33 5858 ** расчетное количество** estimated amount

Таблица 7Table 7 ШтаммStrain 0 ч0 h 48 ч48 h 66 ч66 h Глюкоза (г/л)Glucose (g / l) Ile (мМ)Ile (mm) Глюкоза (г/л)Glucose (g / l) Ile (мМ)Ile (mm) 4HIL (мМ)4HIL (mm) Глюкоза (г/л)Glucose (g / l) Ile (мМ)Ile (mm) 4HIL (мМ)4HIL (mm) MG1655[pEL-IDO (Lys, 23)]MG1655 [pEL-IDO (Lys, 23)] 18eighteen 3838 00 3535 1010 00 3434 99 MG1655(ΔsucA, ΔaceAK)[pEL-IDO(Lys, 23)]MG1655 (ΔsucA, Δ a ceAK) [pEL-IDO (Lys, 23)] 18eighteen 3838 14fourteen 4545 1one 00 1717 2626 MG1655(ΔsucB, ΔaceAK)[pEL-IDO(Lys, 23)]MG1655 (ΔsucB, Δ a ceAK) [pEL-IDO (Lys, 23)] 18eighteen 3838 14fourteen 4444 1one 00 2626 1717

Дополнительный пример 1Additional example 1

С целью проверки достаточности делеции генов, кодирующих оксоглутаратдегидрогеназу, для продукции 4HIL, был сконструирован штамм Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK). Для этого фрагменты ДНК из хромосомы штамма Е.coli MG1655 (ΔaceAK) (см. Пример 3.2) переносили в штамм MG1655 (ΔsucAB) (см. Пример 3.1) методом Р1 трансдукции (Miller, J.H. Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Lab. Press, 1972, Plainview, NY). Таким образом был сконструирован штамм MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK).In order to verify the sufficiency of deletion of genes encoding oxoglutarate dehydrogenase for 4HIL production, E. coli strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K) was constructed. For this, DNA fragments from the chromosome of E. coli strain MG1655 (Δ a ce A K) (see Example 3.2) were transferred to strain MG1655 (Δsuc A B) (see Example 3.1) by transduction P1 (Miller, JH Experiments in Molecular Genetics , Cold Spring Harbor Lab. Press, 1972, Plainview, NY). Thus, the MG1655 strain (ΔsucAB, Δ a ceAK) was constructed.

Плазмиду pEL-IDO вводили в штаммы Е.coli MG1655 (ΔsucAB), Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK) и в штамм Е.coli MG1655 как описано выше. Таким образом были получены штаммы Е.coli MG1655 (ΔsucAB) [pEL-IDO], Е.coli MG1655 [pEL-IDO] и Е.coli MG1655 [pEL-IDO].Plasmid pEL-IDO was introduced into E. coli MG1655 strains (ΔsucAB), E. coli MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K) and into E. coli MG1655 strain as described above. Thus, strains of E. coli MG1655 (ΔsucAB) [pEL-IDO], E. coli MG1655 [pEL-IDO] and E. coli MG1655 [pEL-IDO] were obtained.

Полученные штаммы по отдельности культивировали в среде А следующего состава: [(NH4)2SO4 - 1,5 г/100 мл; KH2PO4 - 0,15 г/100 мл; MgSO4 - 0,1 г/100 мл (MgSO4·7H2O - 0,2 г/100 мл); Ile - 100 мМ; FeCl2 - 2 мМ, мел - 2 г/100 мл, Ар - 100 мкг/мл], с добавлением глюкозы (150 мМ). Часть клеточных культур, выросших на чашках с агаром, переносили в 2 мл среды А. Клетки культивировали в 50-мл пробирках при 32°С в течение 72 часов. Концентрации 4HIL и L-изолейцина определяли с использованием метода ВЭЖХ как описано выше. Результаты представлены в Таблице 8. Как видно из Табл.8, штамм E.coli MG1655 (ΔsucAB) [pEL-IDO] с инактивированными генами, кодирующими оксоглутаратдегидрогеназу, накапливает в 2,5 раза больше 4-HIL, чем контрольный штамм MG1655 [pEL-IDO], приблизительно такое же количество 4-HIL, как и штамм MG1655 ΔsucAB, ΔaceAK [pEL-IDO].The obtained strains were individually cultured in medium A of the following composition: [(NH 4 ) 2 SO 4 - 1.5 g / 100 ml; KH 2 PO 4 - 0.15 g / 100 ml; MgSO 4 - 0.1 g / 100 ml (MgSO 4 · 7H 2 O - 0.2 g / 100 ml); Ile - 100 mM; FeCl 2 - 2 mm, chalk - 2 g / 100 ml, Ap - 100 μg / ml], with the addition of glucose (150 mm). Part of the cell cultures grown on agar plates was transferred to 2 ml of medium A. Cells were cultured in 50 ml tubes at 32 ° C for 72 hours. The concentrations of 4HIL and L-isoleucine were determined using the HPLC method as described above. The results are presented in Table 8. As can be seen from Table 8, the E. coli strain MG1655 (ΔsucAB) [pEL-IDO] with inactivated genes encoding oxoglutarate dehydrogenase accumulates 2.5 times more 4-HIL than the control strain MG1655 [pEL -IDO], approximately the same amount of 4-HIL as strain MG1655 Δsuc A B, Δ a ce A K [pEL-IDO].

Таблица 8Table 8 ШтаммStrain Конечная концентрацияFinal concentration 4-HIL (мМ)4-HIL (mm) L-Ile (мМ)L-Ile (mm) MG1655 [pEL-IDO]MG1655 [pEL-IDO] 36±0.636 ± 0.6 59±159 ± 1 MG1655 ΔsucAB [pEL-IDO]MG1655 Δsuc A B [pEL-IDO] 90±390 ± 3 <3<3 MG1655 ΔsucAB, ΔaceAK [pEL-IDO]MG1655 Δsuc A B, Δ a ce A K [pEL-IDO] 90±590 ± 5

Дополнительный пример 2Additional example 2

2.1. Конструирование штамма Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, ΔilvE, PL-brnQ)*2.1. Construction of E. coli strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, ΔilvE, P L -brnQ) *

Для делеции гена ilvE выполнили следующие манипуляции. Фрагмент ДНК величиной 1.8 т.п.н., содержащий маркер CmR и промотор Ptac, амплифицировали с помощью ПЦР с использованием олигонуклеотидов SVS_9 (SEQ ID NO: 41) и SVS_11 (SEQ ID NO: 42) в качестве праймеров и хромосомной ДНК штамма MG1655 (attR-Cm-attL-Ptac) (Katashkina J.I. et al., Molekularnaya biologiya (RU), v.39, No.5, 1-10 (2005)) в качестве матрицы. Условия проведения ПЦР были следующие: стадия денатурации в течение 3 мин при 95°С; условия для двух первых циклов: 1 мин при 95°С, 30 с при 50°С, 40 с при 72°С; условия для последних 25 циклов: 30 с при 95°С, 30 с при 54°С, 40 с при 72°С; конечная стадия: 5 мин при 72°С.The following manipulations were performed for deletion of the ilvE gene. A 1.8 kb DNA fragment containing the Cm R marker and the P tac promoter was PCR amplified using oligonucleotides SVS_9 (SEQ ID NO: 41) and SVS_11 (SEQ ID NO: 42) as primers and chromosomal DNA strain MG1655 (attR-Cm-attL-P tac ) (Katashkina JI et al., Molekularnaya biologiya (RU), v. 39, No.5, 1-10 (2005)) as a matrix. The PCR conditions were as follows: denaturation step for 3 min at 95 ° C; conditions for the first two cycles: 1 min at 95 ° C, 30 s at 50 ° C, 40 s at 72 ° C; conditions for the last 25 cycles: 30 s at 95 ° C, 30 s at 54 ° C, 40 s at 72 ° C; final stage: 5 min at 72 ° C.

Полученный продукт ПЦР величиной 1.8 т.п.н. очищали в агарозном геле и использовали для электропорации в штамм Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*, содержащий плазмиду pKD46 с чувствительной к температуре репликацией.The resulting PCR product is 1.8 kb. purified on an agarose gel and used for electroporation into E. coli strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) * containing plasmid pKD46 with temperature-sensitive replication.

Электропорацию проводили как описано выше. Клетки после электропорации инкубировали в 1 мл среды SOC при 37°С в течение 2.5 часов и затем высевали на L-агар, содержащий хлорамфеникол (30 мкг/мл), и выращивали при 37°С для отбора CmR рекомбинантов. Затем, для удаления плазмиды pKD46, проводили два пассажа на L-агаре с Cm при 42°С и полученные колонии тестировали на чувствительность к ампициллину.Electroporation was performed as described above. Cells after electroporation were incubated in 1 ml of SOC medium at 37 ° C for 2.5 hours and then plated on L-agar containing chloramphenicol (30 μg / ml) and grown at 37 ° C to select Cm R recombinants. Then, to remove the plasmid pKD46, two passages were performed on L-agar with Cm at 42 ° C and the resulting colonies were tested for sensitivity to ampicillin.

Таким образом был сконструирован штамм Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, ΔilvE, PL-brnQ)*.Thus, the E. coli strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, ΔilvE, P L -brnQ) * was constructed.

2.2. Продукция 4HIL2.2. 4HIL Products

Плазмиду pELAC-IDO (Lys, 23) вводили в полученный штамм Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, ΔilvE, PL-brnQ)* как описано выше. Таким образом был получен штамм Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, ΔilvE, PL-brnQ)* [pELAC-IDO (Lys, 23)].Plasmid pELAC-IDO (Lys, 23) was introduced into the obtained E. coli strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, ΔilvE, P L -brnQ) * as described above. Thus, E. coli strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, ΔilvE, P L -brnQ) * [pELAC-IDO (Lys, 23)] was obtained.

Часть биомассы свежевыращенного на LB-агаре штамма MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, ΔilvE, PL-brnQ)*[pELAC-IDO (Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*[pEL-IDO (Lys, 23)] инокулировали в 50 мл бульона LB с добавлением Ар (100 мг/л) и культивировали при 37°С в течение приблизительно 4 часов в колбах на 750 мл. Полученные клеточные культуры использовали в качестве посевного материала для биотрансформации, проведенной на ферментерах "Marubischi". Использовали следующие параметры культивирования: начальный объем культуры - 500 мл; встряхивание - 1200 об/мин; воздух - 1:1; температура культивирования - 34°С; рН 7.0 поддерживался с использованием 2.5М NH4OH.Part of the biomass of strain MG1655 freshly grown on LB agar (ΔsucAB, Δ a ceAK, ΔilvE, P L -brnQ) * [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * [ pEL-IDO (Lys, 23)] was inoculated in 50 ml of LB broth supplemented with Ap (100 mg / L) and cultured at 37 ° C. for approximately 4 hours in 750 ml flasks. The obtained cell cultures were used as seed for biotransformation carried out on Marubischi fermenters. The following cultivation parameters were used: initial culture volume - 500 ml; shaking - 1200 rpm; air - 1: 1; cultivation temperature - 34 ° C; pH 7.0 was maintained using 2.5 M NH 4 OH.

Инокуляты штаммов MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, ΔilvE, PL-brnQ)*[pELAC-IDO (Lys, 23)] и MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)*[pELAC-IDO] добавляли к 450 мл среды, содержащей (NH4)2SO4 - 5 г/л; KH2PO4 - 1.5 г/л; MgSO4·7H2O - 1 г/л; FeSO4·7H2O - 0,01 г/л; изолейцин - 22-23 г/л (=170 мМ); глюкоза - 50 г/л; 1 мМ ИПТГ (рН 7 доводят КОН, конечный объем = 500 мл), и культивировали по отдельности в течение 20 часов. Концентрации 4HIL и L-изолейцина определяли с использованием метода ВЭЖХ как описано выше. Результаты приведены в Таблице 9. Как видно из Таблицы 9, введение делеции гена ilvE в штамм Е.coli MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK) [pELAC-IDO (Lys, 23)] приводит к дополнительному увеличению продукции 4HIL.Inoculums of strains MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, ΔilvE, P L -brnQ) * [pELAC-IDO (Lys, 23)] and MG1655 (ΔsucAB, Δ a ceAK, P L -brnQ) * [pELAC-IDO] were added to 450 ml of medium containing (NH 4 ) 2 SO 4 - 5 g / l; KH 2 PO 4 - 1.5 g / l; MgSO 4 · 7H 2 O - 1 g / l; FeSO 4 · 7H 2 O — 0.01 g / l; isoleucine - 22-23 g / l (= 170 mm); glucose - 50 g / l; 1 mM IPTG (pH 7 adjusted with KOH, final volume = 500 ml), and separately cultured for 20 hours. The concentrations of 4HIL and L-isoleucine were determined using the HPLC method as described above. The results are shown in Table 9. As can be seen from Table 9, the introduction of a deletion of the ilvE gene in the E. coli strain MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K) [pELAC-IDO (Lys, 23)] leads to an additional increase in 4HIL production.

Таблица 9Table 9 ШтаммStrain Начальная культуральная жидкостьа) Initial culture fluid a) Конечная культуральная жидкость b) The final culture fluid b) Gluc. (г/л)Gluc. (g / l) Ile (мМ)Ile (mm) 4HIL (мМ)4HIL (mm) Gluc. (г/л)Gluc. (g / l) Ile (мМ)Ile (mm) 4HIL (мМ)4HIL (mm) Yield e) (%)Yield e) (%) MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, PL-brnQ)* [pELAC-IDO (Lys, 23)]MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, P L -brnQ) * [pELAC-IDO (Lys, 23)] 50fifty 179179 00 NDc) Nd c) NDd) Nd d) 132132 7474 MG1655 (ΔsucAB, ΔaceAK, ΔilvE, PL-brnQ)* [pELAC-IDO (Lys, 23)]MG1655 (Δsuc A B, Δ a ce A K, ΔilvE, P L -brnQ) * [pELAC-IDO (Lys, 23)] 50fifty 169169 00 NDNd NDNd 149149 8888 а) - Измерение проводили в культуральной жидкости до начала культивирования (в ферментере) a) - The measurement was carried out in the culture fluid before the start of cultivation (in the fermenter) b) - Измерение проводили в культуральной жидкости после окончания процесса культивирования (20 часов) b) - The measurement was carried out in the culture fluid after the completion of the cultivation process (20 hours) с) - ND - не детектируется (≤0.1 г/л) c) - ND - not detected (≤0.1 g / l) d) - ND - не детектируется (≤0.1 г/л) d) - ND - not detected (≤0.1 g / l) е) - Рассчитывали как 100·[4HIL (полученный)/Ile (исходный)] f) - Calculated as 100 · [4HIL (received) / Ile (source)] Gluc. - глюкозаGluc. - glucose

Claims (14)

1. Бактерия, принадлежащая к роду, выбранному из группы, состоящей из Escherichia, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus и Bacillus, трансформированная фрагментом ДНК, содержащим ген, кодирующий белок, обладающий активностью 2-оксоглутарат-зависимого фермента, отличающаяся тем, что указанная бактерия модифицирована таким образом, что:
ген, кодирующий 2-оксоглутаратдегидрогеназу, инактивирован; или
ген, кодирующий 2-оксоглутаратдегидрогеназу, и ген, кодирующий аминотрансферазу аминокислот с разветвленной цепью, инактивированы,
и указанная бактерия обладает способностью к продукции продукта реакции, катализируемой указанным белком.
1. A bacterium belonging to a genus selected from the group consisting of Escherichia, Corynebacterium, Arthrobacter, Aspergillus and Bacillus, transformed with a DNA fragment containing a gene encoding a protein having a 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, characterized in that the bacterium is modified so that:
a gene encoding 2-oxoglutarate dehydrogenase is inactivated; or
a gene encoding 2-oxoglutarate dehydrogenase and a gene encoding a branched chain amino acid aminotransferase are inactivated,
and said bacterium is capable of producing a reaction product catalyzed by said protein.
2. Бактерия по п.1, отличающаяся тем, что бактерия выбрана из группы, состоящей из Escherichia coli, Arthrobacter simplex, Corynebacterium glutamicum, Arthrobacter globiformis, Arthrobacter sulfureus, Arthrobacter viscosus и Bacillus subtilis.2. The bacterium according to claim 1, characterized in that the bacterium is selected from the group consisting of Escherichia coli, Arthrobacter simplex, Corynebacterium glutamicum, Arthrobacter globiformis, Arthrobacter sulfureus, Arthrobacter viscosus and Bacillus subtilis. 3. Бактерия по п.1, отличающаяся тем, что указанный ген, кодирующий 2-оксоглутаратдегидрогеназу, инактивирован за счет делеции указанного гена в хромосоме бактерии.3. The bacterium according to claim 1, characterized in that the specified gene encoding 2-oxoglutarate dehydrogenase is inactivated by deletion of the specified gene in the bacterial chromosome. 4. Бактерия по п.1, отличающаяся тем, что указанный ген, кодирующий аминотрансферазу аминокислот с разветвленной цепью, инактивирован за счет делеции указанного гена в хромосоме бактерии.4. The bacterium according to claim 1, characterized in that said gene encoding a branched chain amino acid aminotransferase is inactivated due to deletion of said gene on the bacterial chromosome. 5. Способ получения продукта реакции, катализируемой белком, обладающим активностью 2-оксоглутарат-зависимого фермента, включающий:
выращивание бактерии по любому из пп.1-4 в питательной среде, содержащей субстрат указанной реакции; и
выделение указанного продукта из культуральной жидкости.
5. A method of obtaining a reaction product catalyzed by a protein having a 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, comprising:
growing bacteria according to any one of claims 1 to 4 in a nutrient medium containing a substrate of the specified reaction; and
the selection of the specified product from the culture fluid.
6. Бактерия по п.1, отличающаяся тем, что указанный белок обладает активностью L-изолейциндиоксигеназы, а указанным продуктом является (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцин.6. The bacterium according to claim 1, characterized in that said protein has L-isoleucine dioxygenase activity, and said product is (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine. 7. Бактерия по п.1, отличающаяся тем, что указанная бактерия модифицирована таким образом, что в ней усилена экспрессия гена, кодирующего транспортер L-изолейцина.7. The bacterium according to claim 1, characterized in that said bacterium is modified in such a way that expression of the gene encoding the L-isoleucine transporter is enhanced in it. 8. Бактерия по п.6, отличающаяся тем, что ген, кодирующий белок с активностью L-изолейциндиоксигеназы, выбран из группы, состоящей из:
(a) ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, приведенную в Перечне последовательностей под номером 1 (SEQ ID NO: 1);
(b) ДНК, гибридизующейся в жестких условиях с ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, комплементарную нуклеотидной последовательности, приведенной в Перечне последовательностей под номером 1 (SEQ ID NO: 1), при этом указанная ДНК кодирует белок с активностью L-изолейциндиоксигеназы;
(c) ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, кодирующую белок, включающий аминокислотную последовательность, приведенную в Перечне последовательностей под номером 2 (SEQ ID NO: 2);
(d) ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, кодирующую белок, включающий аминокислотную последовательность, приведенную в Перечне последовательностей под номером 2 (SEQ ID NO: 2), за исключением того, что указанная аминокислотная последовательность содержит замену, делецию, вставку, добавление или инверсию одного или нескольких аминокислотных остатков, и при этом указанный белок проявляет активность L-изолейциндиоксигеназы; и
(е) ДНК, включающей нуклеотидную последовательность, кодирующую белок, включающий аминокислотную последовательность, гомологичную по крайней мере на 98% аминокислотной последовательности, приведенной в Перечне последовательностей под номером 2 (SEQ ID NO: 2), при этом указанный белок проявляет активность L-изолейциндиоксигеназы.
8. The bacterium according to claim 6, characterized in that the gene encoding a protein with L-isoleucine dioxygenase activity is selected from the group consisting of:
(a) DNA comprising the nucleotide sequence shown in the List of sequences under number 1 (SEQ ID NO: 1);
(b) DNA hybridizing under stringent conditions with DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in Sequence Listing No. 1 (SEQ ID NO: 1), said DNA encoding a protein with L-isoleucine dioxygenase activity;
(c) a DNA comprising a nucleotide sequence encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in the List of sequences under number 2 (SEQ ID NO: 2);
(d) a DNA comprising a nucleotide sequence encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in the List of sequences under number 2 (SEQ ID NO: 2), except that the specified amino acid sequence contains a substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues, and wherein said protein exhibits L-isoleucine dioxygenase activity; and
(e) a DNA comprising a nucleotide sequence encoding a protein comprising an amino acid sequence homologous to at least 98% of the amino acid sequence shown in Sequence Listing No. 2 (SEQ ID NO: 2), wherein said protein exhibits L-isoleucine dioxygenase activity .
9. Бактерия по п.7, отличающаяся тем, что геном, кодирующим транспортер L-изолейцина, является ген brnQ из Escherichia coli.9. The bacterium according to claim 7, characterized in that the gene encoding the L-isoleucine transporter is the brnQ gene from Escherichia coli. 10. Способ получения (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина или его соли, включающий:
выращивание бактерии по любому из пп.6-9 в питательной среде, содержащей L-изолейцин; и
выделение (2S,3R,4S)-4-гидрокси-L-изолейцина из культуральной жидкости.
10. A method of obtaining (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine or its salt, including:
growing bacteria according to any one of claims 6 to 9 in a nutrient medium containing L-isoleucine; and
isolation of (2S, 3R, 4S) -4-hydroxy-L-isoleucine from the culture fluid.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что питательная среда содержит источник углерода, выбранный из группы, состоящей из углевода и спирта.11. The method according to claim 10, characterized in that the nutrient medium contains a carbon source selected from the group consisting of carbohydrate and alcohol. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что указанным углеводом является глюкоза, а указанным спиртом является глицерин.12. The method according to claim 11, characterized in that said carbohydrate is glucose, and said alcohol is glycerin. 13. Бактерия по п.1, отличающаяся тем, что указанный белок обладает активностью L-пролингидроксилазы, а указанным продуктом является 4-гидрокси-L-пролин.13. The bacterium according to claim 1, characterized in that said protein has the activity of L-proline hydroxylase, and said product is 4-hydroxy-L-proline. 14. Способ получения 4-гидрокси-L-пролина или его соли включающий:
выращивание бактерии по п.13 в питательной среде, содержащей L-пролин; и
выделение 4-гидрокси-L-пролина из культуральной жидкости.
14. A method for producing 4-hydroxy-L-proline or a salt thereof, comprising:
growing bacteria according to item 13 in a nutrient medium containing L-proline; and
isolation of 4-hydroxy-L-proline from the culture fluid.
RU2008150638/10A 2008-12-22 2008-12-22 Bacterium producer of product of reaction catalised by protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, and method for producing such product RU2444568C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008150638/10A RU2444568C2 (en) 2008-12-22 2008-12-22 Bacterium producer of product of reaction catalised by protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, and method for producing such product

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008150638/10A RU2444568C2 (en) 2008-12-22 2008-12-22 Bacterium producer of product of reaction catalised by protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, and method for producing such product

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007147436/13A Substitution RU2007147436A (en) 2007-12-21 2007-12-21 BACTERIA-PRODUCER (2S, 3R, 4S) -4-HYDROXY-L-ISOLEUCIN AND METHOD FOR PRODUCTION (2S, 3R, 4S) -4-HYDROXY-L-ISOLEUCIN

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008150638A RU2008150638A (en) 2010-06-27
RU2444568C2 true RU2444568C2 (en) 2012-03-10

Family

ID=42683167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008150638/10A RU2444568C2 (en) 2008-12-22 2008-12-22 Bacterium producer of product of reaction catalised by protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, and method for producing such product

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2444568C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993004181A1 (en) * 1991-08-26 1993-03-04 Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. Process for producing 4-hydroxy-l-proline
US20070043240A1 (en) * 2003-05-07 2007-02-22 Charles Mioskowski Method for the synthesis of 4-hydroxyisoleucine and the derivatives thereof
RU2006106311A (en) * 2006-03-01 2007-09-20 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ) (RU) METHOD FOR PRODUCING 4-HYDROXY-L-ISOLEUCIN OR ITS SALTS
WO2008044614A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-17 Ajinomoto Co., Inc. Method for producing 4-hydroxy-l-isoleucine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1993004181A1 (en) * 1991-08-26 1993-03-04 Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd. Process for producing 4-hydroxy-l-proline
US20070043240A1 (en) * 2003-05-07 2007-02-22 Charles Mioskowski Method for the synthesis of 4-hydroxyisoleucine and the derivatives thereof
RU2006106311A (en) * 2006-03-01 2007-09-20 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ) (RU) METHOD FOR PRODUCING 4-HYDROXY-L-ISOLEUCIN OR ITS SALTS
WO2008044614A1 (en) * 2006-09-28 2008-04-17 Ajinomoto Co., Inc. Method for producing 4-hydroxy-l-isoleucine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008150638A (en) 2010-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2240574B1 (en) A bacterium producing a product of a reaction catalyzed by a protein having 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity and a method for manufacturing the product
US9279137B2 (en) Mutant acetolactate synthase and a method for producing branched-chain L-amino acids
ES2392825T3 (en) L-threonine producing bacterium belonging to the genus Escherichia and method to produce L-threonine
KR101944150B1 (en) Recombinant microorganism for the fermentative production of methionine
EP2186881B1 (en) A method for producing an L-amino acid using bacterium of the Enterobacteriaceae family with attenuated expression of a gene coding for small RNA
US20090104659A1 (en) Novel aldolase and production process of 4-hydroxy-l-isoleucine
JP2008530978A (en) Process for producing 4-hydroxy-L-isoleucine or a salt thereof
WO2005103275A1 (en) Process for producing l-tryptophan according to fermentation process
WO2007047680A2 (en) Increasing the activity of radical s-adenosyl methionine (sam) enzymes
CN108463555A (en) The method for producing benzaldehyde
RU2395580C2 (en) Method of building (2s,3r,4s)-4-hydroxy-l-isoleucine producing bacteria, (2s, 3r, 4s)-4-hydroxy-l-isoleucine producing bacteria and method of producing (2s, 3r, 4s)-hydroxy-l-isoleucine or salt thereof
RU2444568C2 (en) Bacterium producer of product of reaction catalised by protein showing 2-oxoglutarate-dependent enzyme activity, and method for producing such product
US20070166807A1 (en) Method for Producing Aromatic L-Amino Acid Using Bacterium Belonging to the Genus Methylophilus
CN1293184C (en) Process for producing L-leucine
JP2008109924A (en) Method for producing 4-hydroxy-l-isoleucine or its salt
RU2528056C2 (en) RECOMBINANT BACTERIAL STRAIN Escherichia coli THAT IS SUCCINIC ACID PRODUCER (VERSIONS) AND METHOD FOR PREPARING SUCCINIC ACID WITH USING THIS STRAIN
EP2397545B1 (en) Method for producing amino acid
RU2573936C1 (en) Strain of bacteria escherichia coli - producer of fumaric acid and method of obtaining fumaric acid using this strain
RU2420586C2 (en) Method of producing l-amino acid of glutamate family with using escherichia bacterium
RU2395578C2 (en) Method of producing (2s,3r,4s)-4-hydroxy-l-isoleucine using bacteria in which 4-hydroxy-l-isoluecine dehydrogenase activity is disrupted
JP2009131254A (en) Method for producing 4-hydroxyisoleucine or 2-amino-3-methyl-4-keto-pentanoic acid
Shinmori et al. Contributions of the anaplerotic reaction enzymes pyruvate carboxylase and phosphoenolpyruvate carboxylase to l-lysine production in Corynebacterium glutamicum
EP3960879A1 (en) Microorganism and method for the improved production of alanine
RU2468085C1 (en) Method of obtaining hydroxylated l-leucine and bacterium, transformed with dioxygenase-encoding dna
RU2549708C2 (en) SELF-INDUCED EXPRESSION SYSTEM AND ITS APPLICATION FOR OBTAINING USEFUL METABOLITES BY MEANS OF BACTERIA OF Enterobacteriaceae FAMILY