RU2549708C2 - SELF-INDUCED EXPRESSION SYSTEM AND ITS APPLICATION FOR OBTAINING USEFUL METABOLITES BY MEANS OF BACTERIA OF Enterobacteriaceae FAMILY - Google Patents

SELF-INDUCED EXPRESSION SYSTEM AND ITS APPLICATION FOR OBTAINING USEFUL METABOLITES BY MEANS OF BACTERIA OF Enterobacteriaceae FAMILY Download PDF

Info

Publication number
RU2549708C2
RU2549708C2 RU2013114731/10A RU2013114731A RU2549708C2 RU 2549708 C2 RU2549708 C2 RU 2549708C2 RU 2013114731/10 A RU2013114731/10 A RU 2013114731/10A RU 2013114731 A RU2013114731 A RU 2013114731A RU 2549708 C2 RU2549708 C2 RU 2549708C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amino acid
protein
seq
expression system
gene
Prior art date
Application number
RU2013114731/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013114731A (en
Inventor
Елена Викторовна Сычёва
Валерий Васильевич Самсонов
Екатерина Алексеевна Саврасова
Наталья Сергеевна Ерёмина
Наталья Владимировна Гераскина
Наталия Викторовна Стойнова
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО "АГРИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО "АГРИ") filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО "АГРИ")
Priority to RU2013114731/10A priority Critical patent/RU2549708C2/en
Publication of RU2013114731A publication Critical patent/RU2013114731A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2549708C2 publication Critical patent/RU2549708C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to biotechnology and represents a method of obtaining useful metabolites with the application of bacteria of the Enterobacteriaceae family, in particular bacteria, belonging to the genus Escherichia, which is modified in such a way that it contains a genetic expression system, including a transcription apparatus, regulated by a protein of the LysR type, and modified in such a way that the self-induced positive regulation of the feedback type in the said system is mediated by a coinducer.
EFFECT: method is suitable for the production of L-amino acids with a branched chain, in particular L-valine, L-isoleucine and L-leucine, higher alcohols and D-pantothenic acid; invention makes it possible to obtain L-amino acids with the high degree of efficiency.
23 cl, 2 dwg, 5 tbl, 6 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к микробиологической промышленности и, в частности, к способу получения полезных метаболитов ферментацией бактерии семейства Enterobacteriaceae, отличающийся тем, что генетическая экспрессионная система бактерии, регулируемая белком типа LysR, модифицирована таким способом, что функциональность указанной экспрессионной системы опосредована коиндуктором, и, как результат, повышен уровень экспрессии гена, регулируемого указанной системой экспрессии. Более точно, экспрессионная система и способ могут быть полезны для повышения продукции метаболитов биосинтетического пути L-аминокислот, таких как L-аминокислот с разветвленной цепью (разветвленных L-аминокислот).The present invention relates to the microbiological industry and, in particular, to a method for producing beneficial metabolites by fermentation of a bacterium of the Enterobacteriaceae family, characterized in that the genetic expression system of the bacterium regulated by a LysR protein is modified in such a way that the functionality of said expression system is mediated by a co-inductor, and, as result, increased expression of the gene regulated by the specified expression system. More specifically, the expression system and method may be useful for enhancing the production of metabolites of the biosynthetic pathway of L-amino acids, such as branched chain L-amino acids (branched L-amino acids).

Уровень техникиState of the art

Традиционно L-аминокислоты в промышленности получают методом ферментации с использованием штаммов микроорганизмов, полученных из природных источников, или их мутантов, специально модифицированных для того, чтобы увеличить продукцию L-аминокислот.Traditionally, L-amino acids in industry are produced by fermentation using strains of microorganisms obtained from natural sources, or their mutants, specially modified in order to increase the production of L-amino acids.

Описано много способов повышения продукции L-аминокислот, включающие, например, трансформацию микроорганизма рекомбинантной ДНК (см., например, Патент США №4,278,765) и изменение регуляторных участков, таких как промотор, лидерная последовательность и/или аттенюаторы или другие, известные для специалиста данной области (см., например, Патентную заявку США №20060216796 A1 и WO 9615246 A1). Другие способы, повышающие выход, включают повышение активности ферментов, вовлеченных в биосинтез аминокислот, и/или снятие ингибирования ключевых ферментов продуцируемой L-аминокислотой по типу обратной связи (см., например, публикацию Патента Японии №56-18596 (1981), WO 95/16042 или Патенты США №5,661,012 и 6,040,160). Например, мутантная бактериальная ацетогидроксикислотасинтетаза I (также называемая как ацетолактатсинтаза I, в дальнейшем AHAS I), которая обладает устойчивостью к ингибированию по типу обратной связи L-валином, использовалась для увеличения выхода разветвленной L-аминокислоты в соответствующих штаммах, продуцирующих L-аминокислоту (Патент РФ №2355763).Many methods have been described to increase the production of L-amino acids, including, for example, transformation of a recombinant DNA microorganism (see, for example, US Pat. No. 4,278,765) and changing regulatory regions, such as a promoter, leader sequence and / or attenuators, or others known to those skilled in the art areas (see, for example, US Patent Application No. 2006216796 A1 and WO 9615246 A1). Other yield enhancing methods include increasing the activity of enzymes involved in amino acid biosynthesis and / or removing feedback inhibition of key enzymes produced by the L-amino acid (see, for example, Japanese Patent Publication No. 56-18596 (1981), WO 95 / 16042 or US Pat. Nos. 5,661,012 and 6,040,160). For example, a mutant bacterial acetohydroxy acid synthetase I (also referred to as acetolactate synthase I, hereinafter AHAS I), which is resistant to feedback inhibition by L-valine, was used to increase the yield of the branched L-amino acid in the corresponding strains producing L-amino acid (Patent RF №2355763).

Биосинтез разветвленных L-аминокислот (branched-chain L-amino acids, BCAAs), таких как L-валин, L-лейцин и L-изолейцин осуществляется в разветвленном биосинтетическом пути. Ацетолактатсинтаза (классификационный номер фермента (ЕС) 2.2.1.6) катализирует реакцию на первом этапе биосинтетического пути, который является общим для всех трех аминокислот. Реакция включает конденсацию активированного ацетальдегида (2-(α-гидроксиэтил)тиаминдифосфата), производного пирувата, с пируватом или 2-оксобутаноатом с образованием 2-ацетолактата (AΛ) или 2-ацето-2-гидроксибутаноата (АГБ), соответственно. AΛ является предшественником L-валина и L-лейцина, а АГБ - L-изолейцина. В Escherichia coli (далее E.coli), например, реакции между молекулами пирувата, а также между пируватом и 2-оксобутаноатом катализируются изоферментами AHAS, такими как AHAS I, AHAS II и AHAS III, кодируемыми генами ilvBN, ilvGM и ilvIH, соответственно. AHAS I и AHAS III ингибируются конечным продуктом (механизм называется как ингибирование по типу обратной связи или ретройнгибирование) - L-валином. Ингибирование по типу обратной связи целевым продуктом играет важную роль в физиологическом контроле биосинтетических путей в бактериях.The biosynthesis of branched L-amino acids (branched-chain L-amino acids, BCAAs) such as L-valine, L-leucine and L-isoleucine is carried out in a branched biosynthetic pathway. Acetolactate synthase (enzyme classification number (EC) 2.2.1.6) catalyzes the reaction in the first step of the biosynthetic pathway, which is common to all three amino acids. The reaction involves the condensation of activated acetaldehyde (2- (α-hydroxyethyl) thiamine diphosphate), a pyruvate derivative, with pyruvate or 2-oxobutanoate to form 2-acetolactate (AΛ) or 2-aceto-2-hydroxybutanoate (AGB), respectively. AΛ is the precursor of L-valine and L-leucine, and AHB is L-isoleucine. In Escherichia coli (hereinafter E. coli), for example, reactions between pyruvate molecules as well as between pyruvate and 2-oxobutanoate are catalyzed by AHAS isoenzymes such as AHAS I, AHAS II and AHAS III, encoded by the ilvBN, ilvGM and ilvIH genes, respectively. AHAS I and AHAS III are inhibited by the end product (a mechanism is referred to as feedback inhibition or retro-inhibition) - L-valine. Feedback inhibition by the target product plays an important role in the physiological control of biosynthetic pathways in bacteria.

Продукты реакции, катализируемой AHAS, AΛ или АГБ, являются субстратами для 2-ацетогидроксикислотаизомероредуктазы IlvC (EC 1.1.1.86), кодируемой геном ilvC, принадлежащим к оперону ilvYC. Оперон ilvYC из E.coli является составной частью экспрессионной системы, регулируемой белком типа LysR, которая представляет собой наиболее широко распространенную положительно регулируемую экспрессионную систему бактерий и может быть найдена в бактериальных семействах прокариот от Enterobacteriaceae до Rhizobiaceae (Rhee K.Y. et al., Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 1999, 96:14294-14299). Ген ilvY кодирует регуляторный белок IlvY типа LysR (транскрипционный регулятор), который связывается высококооперативным способом с двумя тандемными операторными участками в области ilvYC с разнонаправлено перекрывающимися промоторами (Фигура 1). При связывании с первым операторным участком регулятор IlvY отрицательно саморегулирует транскрипцию с промотора ilvY, ослабляя, таким образом, собственный синтез. Кроме этого, IlvY играет основную роль в активации транскрипции гена ilvC. Активация транскрипции ilvC требует связывания регулятора IlvY со вторым операторным участком и последующее связывание коиндуктора, такого как 2-ацетолактат (AΛ) или 2-ацето-2-гидроксибутаноат (АГБ) с ранее образованным комплексом IlvY/ДНК. При связывании коиндуктора происходит конформационное изменение в комплексе белок/ДНК, что вызывает изменение структуры промотора ilvC в области -35 и значительно повышает силу связывания PHK-полимеразы (Rhee K.Y. et al., J. Biol. Chem., 1998, 273:11257-11266).The reaction products catalyzed by AHAS, AΛ, or AHB are substrates for IlvC 2-acetohydroxy acid isomeric reductase (EC 1.1.1.86) encoded by the ilvC gene belonging to the ilvYC operon. The E. coli ilvYC operon is an integral part of the expression system regulated by a LysR-type protein, which is the most widespread positively regulated expression system of bacteria and can be found in bacterial families of prokaryotes from Enterobacteriaceae to Rhizobiaceae (Rhee KY et al., Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 1999, 96: 14294-14299). The ilvY gene encodes an IlvY regulatory protein of type LysR (transcriptional regulator), which binds in a highly cooperative manner with two tandem operator sites in the ilvYC region with multidirectional overlapping promoters (Figure 1). Upon binding to the first operator site, the IlvY regulator negatively self-regulates transcription from the ilvY promoter, thus weakening its own synthesis. In addition, IlvY plays a major role in the activation of transcription of the ilvC gene. Activation of ilvC transcription requires the binding of the IlvY regulator to the second operator site and subsequent binding of a co-inductor such as 2-acetolactate (AΛ) or 2-aceto-2-hydroxybutanoate (AGB) to the previously formed IlvY / DNA complex. Upon binding of the co-inductor, a conformational change occurs in the protein / DNA complex, which causes a change in the structure of the ilvC promoter in the -35 region and significantly increases the binding strength of the PHK polymerase (Rhee KY et al., J. Biol. Chem., 1998, 273: 11257- 11266).

В биосинтезе L-валина и L-лейцина 2-ацетолактат (AΛ) превращается под действием белка IlvC в 2,3-дигидрокси-3-метилбутаноат (другое название 2,3-дигидроксиизовалериат, ДГИВ) (Фигура 2). В биосинтезе L-изолейцина 2-ацето-2-гидроксибутаноат (АГБ) превращается под действием белка IlvC в 2,3-дигидрокси-3-метилпентаноат (другое название 2,3-дигидрокси-3-метилвалериат, ДГМВ).In the biosynthesis of L-valine and L-leucine, 2-acetolactate (AΛ) is converted by the action of the IlvC protein to 2,3-dihydroxy-3-methylbutanoate (another name for 2,3-dihydroxyisovalerate, DHIV) (Figure 2). In the biosynthesis of L-isoleucine, 2-aceto-2-hydroxybutanoate (AHB) is converted under the action of the IlvC protein into 2,3-dihydroxy-3-methylpentanoate (another name for 2,3-dihydroxy-3-methylvalerate, DHMV).

Недавно самоиндуцируемые генетические системы экспрессии стали очень привлекательны для усиления экспрессии желаемого гена по сравнению с обычными генетическими подходами. Например, из литературы известна искусственно созданная система экспрессии генов, регулируемая по типу положительной обратной связи, которая может функционировать как усилитель генетического сигнала, что способствует повышению чувствительности к белку-индуктору, а также увеличению уровня экспрессии в отсутствии внешнего кофактора - ацилгомосеринлактона (АГΛ, также называемого как гомосеринлактон - ГСΛ) (Nistala G.J. et al., J. Biol. Eng., 2010, 4:4). Разработанная система использует постоянно активный вариант белка LuxR [lux оперон), регулятора кворум-сенсинга (КС) из Vibrio fischeri, который независим от самоиндуктора (АГΛ) ввиду точечной мутации Ala221Val (Sayut D.J. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun., 2007, 363:667-673; Poellinger K.A. et al., FEMS Microbiol Lett., 1995, 129:97-101). Генетическая система экспрессии, похожая за исключением небольших изменений на приведенную, была использована для изменения кинетических параметров экспрессии модельного мембранного белка цитохром bd хинолоксидазы в E.coli (Bansal К. et al., J. Biol. Eng., 2010, 4:6).Recently, self-induced genetic expression systems have become very attractive for enhancing the expression of a desired gene compared to conventional genetic approaches. For example, the artificially created gene expression system is known from the literature and is regulated by the type of positive feedback, which can function as an amplifier of the genetic signal, which increases the sensitivity to the inducer protein and also increases the expression level in the absence of an external cofactor, acyl homoserinlactone (AGΛ, also referred to as homoserinlactone-HSΛ) (Nistala GJ et al., J. Biol. Eng., 2010, 4: 4). The developed system uses the constantly active version of the LuxR protein [lux operon], a quorum sensing regulator (CS) from Vibrio fischeri, which is independent of the self-inductor (AGΛ) due to the point mutation Ala221Val (Sayut DJ et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 2007, 363: 667-673; Poellinger KA et al., FEMS Microbiol Lett., 1995, 129: 97-101). A genetic expression system, similar, with the exception of small changes to the above, was used to change the kinetic parameters of the expression of the model membrane protein cytochrome bd quinol oxidase in E. coli (K. Bansal et al., J. Biol. Eng., 2010, 4: 6) .

Самоиндуцируемая регулируемая по типу положительной обратной связи система активации, основанная на аппарате кворум-сенсинга из V. fischery (lux-биолюминесцентные гены) и использующая внутриклеточный пул самоиндуктора (ГСΛ), применялась для экспрессии рекомбинантных белков, таких как антигены для приготовления фармацевтических композиций (WO 2010136897 A2).A self-induced positive feedback regulated activation system based on a quorum sensing apparatus from V. fischery (lux bioluminescent genes) and using an intracellular self-inductor pool (GSΛ) was used to express recombinant proteins such as antigens for the preparation of pharmaceutical compositions (WO 2010136897 A2).

Однако, в настоящее время нет данных, описывающих генетическую экспрессионную систему, регулируемую белком типа LysR, модифицированную таким образом, что функциональность указанной экспрессионной системы опосредована коиндуктором; и применение данной системы для получения полезных метаболитов пути биосинтеза L-аминокислот, таких как разветвленные L-аминокислоты, и/или его побочного пути.However, there is currently no data describing a genetic expression system regulated by a protein of the LysR type, modified in such a way that the functionality of said expression system is mediated by a co-inductor; and the use of this system to obtain beneficial metabolites of the L-amino acid biosynthesis pathway, such as branched L-amino acids, and / or its side path.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Цель настоящего изобретения - предоставление генетической экспрессионной системы, включающей элементы транскрипционного аппарата, регулируемого белком типа LysR, модифицированной таким образом, что регуляция указанной системы, функционирующей по принципу самоиндукции с положительной обратной связью, опосредована коиндуктором.The purpose of the present invention is the provision of a genetic expression system comprising elements of a transcriptional apparatus regulated by a protein of the LysR type, modified in such a way that the regulation of this system, which operates on the principle of self-induction with positive feedback, is mediated by a co-inductor.

Другая цель настоящего исследования - предоставление бактерии семейства Enterobacteriaceae, которая может принадлежать к роду Escherichia и, более точно, к виду Escherichia coli, которая модифицирована так, чтобы содержать указанную экспрессионную систему.Another objective of this study is the provision of a bacterium of the Enterobacteriaceae family, which may belong to the genus Escherichia and, more specifically, to the species Escherichia coli, which is modified to contain the indicated expression system.

Другая цель настоящего изобретения - предоставление способа получения полезных метаболитов, например, L-аминокислот, таких как L-аминоки слоты с разветвленной цепью, или их солей, в частности, L-валина, L-лейцина и L-изолейцина или их солей. Эта цель была достигнута благодаря обнаружению того факта, что модификация генов, колирующих мутантную ацетолактатсинтазу, устойчивую к ингибированию по типу обратной связи L-валином, таким образом, что экспрессия этих генов регулируется транскрипционным аппаратом, регулируемым белком типа LysR и экспрессия которого опосредована коиндуктором, получаемым реакцией с участием ацетолактатсинтазы, приводит к увеличению продукции разветвленных L-аминокислот.Another objective of the present invention is the provision of a method for producing beneficial metabolites, for example, L-amino acids, such as L-amino acid branched chain slots, or their salts, in particular, L-valine, L-leucine and L-isoleucine or their salts. This goal was achieved due to the discovery of the fact that the modification of genes that colorate mutant aceto lactate synthase resistant to feedback inhibition by L-valine in such a way that expression of these genes is regulated by a transcriptional apparatus regulated by a LysR protein and expression of which is mediated by a co-inducer obtained A reaction involving acetolactate synthase leads to an increase in the production of branched L-amino acids.

Цель настоящего изобретения - предоставление генетической экспрессионной системы, включающей транскрипционный аппарат, регулируемый белком типа LysR, который включает промотор и оператор, экспрессия которых положительно регулируется регуляторным белком типа LysR и коиндуктором, и целевой(ые) ген(ы), с которым(и) транскрипционный аппарат функционально связан, причем целевой (ые) ген(ы) кодирует(ют) белок(и), вовлеченный (е) в биосинтез коиндуктора, субстрата или предшественника коиндуктора, и самоиндуцируемая положительная регуляция по типу обратной связи такой экспрессионной системы опосредована коиндуктором.The purpose of the present invention is the provision of a genetic expression system comprising a transcriptional apparatus regulated by a LysR type protein, which includes a promoter and operator, the expression of which is positively regulated by a LysR type regulatory protein and co-inductor, and the target gene (s) with which the transcriptional apparatus is functionally linked, and the target gene (s) encodes (s) the protein (s) involved in the biosynthesis of the co-inductor, substrate or precursor of the co-inductor, and self-induced positive regulation of type o inverse relation of such expression system mediated by a co-inducer.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что указанная система из бактерии, принадлежащей к семейству Enterobacteriaceae или Pseudomonadaceae.It is also an object of the present invention to provide an expression system as described above, characterized in that said system is from a bacterium belonging to the Enterobacteriaceae or Pseudomonadaceae family.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что указанная система из бактерии, принадлежащей к семейству Enterobacteriaceae.It is also an object of the present invention to provide an expression system as described above, characterized in that said system is from a bacterium belonging to the Enterobacteriaceae family.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что указанная система из бактерии, принадлежащей к роду Escherichia.It is also an object of the present invention to provide the above-described expression system, characterized in that said system is from a bacterium belonging to the genus Escherichia.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что бактерия принадлежит к виду Escherichia coli.Another objective of the present invention is the provision of the above expression system, characterized in that the bacterium belongs to the species Escherichia coli.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что указанная система из биосинтетического пути L-аминокислоты, выбранной из группы, состоящей из разветвленных L-аминокислот, L-лизина, L-цистеина, L-метионина и L-триптофана.It is also an object of the present invention to provide an expression system as described above, characterized in that said system is from a biosynthetic pathway of an L-amino acid selected from the group consisting of branched L-amino acids, L-lysine, L-cysteine, L-methionine and L-tryptophan.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что указанная система из биосинтетического пути L-аминокислот с разветвленной цепью.It is also an object of the present invention to provide an expression system as described above, characterized in that said system is from a branched chain L-amino acid biosynthetic pathway.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что промотор есть промотор PilvC, регуляторный белок типа LysR есть белок IlvY, и коиндуктор есть 2-ацетомолочная кислота, 2-ацето-2-гидроксимаслянная кислота или их соли.It is also an object of the present invention to provide an expression system as described above, characterized in that the promoter is the P ilvC promoter, the regulatory protein of the LysR type is the IlvY protein, and the co-inductor is 2-aceto-lactic acid, 2-aceto-2-hydroxybutyric acid or their salts.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что коиндуктор есть 2-ацетомолочная кислота или ее соль.It is also an object of the present invention to provide an expression system as described above, characterized in that the co-inductor is 2-acetolactic acid or a salt thereof.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что целевой(ые) ген(ы) кодирует(ют) ацетогидроксикислотасинтетазу.It is also an object of the present invention to provide the above expression system, characterized in that the target gene (s) encodes (s) acetohydroxy acid synthetase.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что указанные целевые гены кодируют белки, выбранные из группы, состоящей из:It is also an object of the present invention to provide an expression system as described above, characterized in that said target genes encode proteins selected from the group consisting of:

(A) комбинации из п.п.A1 и A2:(A) combinations of items A1 and A2:

(A1) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 2, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 2, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком A2; и(A1) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein A2; and

(A2) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO:4, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 4, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком A1;(A2) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein A1;

(B) комбинации из п.п.B1 и B2:(B) combinations of items B1 and B2:

(B1) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 6, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 6, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком B2; и(B1) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein B2; and

(B2) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 8, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 8, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком B1; и(B2) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein B1; and

(C) комбинации из п.п.C1 и C2:(C) combinations of items C1 and C2:

(C1) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 32, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 32, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком C2; и(C1) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein C2; and

(C2) белка, включающего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 34, или белка, включающего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 34, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком C1.(C2) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 34, or a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 34, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein C1.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что ацетогидроксикислотасинтетаза является мутантной ацетолактатсинтазой I, устойчивой к ингибированию по типу обратной связи L-валином.It is also an object of the present invention to provide the above-described expression system, characterized in that the acetohydroxy acid synthetase is a mutant acetolactate synthase I resistant to feedback inhibition by L-valine.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что оператор включает участок, с которым связывается вышеописанный регуляторный белок типа LysR.It is also an object of the present invention to provide the above-described expression system, characterized in that the operator includes a region to which the above-described regulatory protein of the LysR type binds.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что регуляторный белок типа LysR выбран из группы, состоящей из:Another objective of the present invention is the provision of the above expression system, characterized in that the regulatory protein of the LysR type is selected from the group consisting of:

(D) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 10; и(D) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10; and

(E) варианта белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 10, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и имеющего активность регуляторного белка типа LysR.(E) a variant of a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having an activity of a regulatory protein of the LysR type.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной экспрессионной системы, отличающейся тем, что промотор включает:Also the aim of the present invention is the provision of the above expression system, characterized in that the promoter includes:

(F) ДНК, содержащую нуклеотидную последовательность SEQ ID NO: 30; или(F) DNA containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 30; or

(G) вариант ДНК, содержащий нуклеотидную последовательность SEQ ID NO: 30, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких нуклеотидных остатков, и имеющий активность нуклеотидной последовательности SEQ ID NO: 30.(G) a DNA variant containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 30, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more nucleotide residues, and having the activity of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 30.

Также цель настоящего изобретения - предоставление бактерии-продуцента L-аминокислоты, принадлежащей к семейству Enterobacteriaceae, отличающейся тем, что бактерия модифицирована таким образом, что она содержит экспрессионную систему как описано выше.It is also an object of the present invention to provide an L-amino acid producing bacterium belonging to the Enterobacteriaceae family, characterized in that the bacterium is modified so that it contains an expression system as described above.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной бактерии, отличающейся тем, что бактерия содержит ген, кодирующий регуляторный белок типа LysR.It is also an object of the present invention to provide a bacterium as described above, characterized in that the bacterium contains a gene encoding a regulatory protein of the LysR type.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной бактерии, отличающейся тем, что бактерия принадлежит к роду Escherichia.Also the purpose of the present invention is the provision of the above bacteria, characterized in that the bacterium belongs to the genus Escherichia.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной бактерии, отличающейся тем, что бактерия принадлежит к виду Escherichia coli.Also the aim of the present invention is the provision of the above bacteria, characterized in that the bacterium belongs to the species Escherichia coli.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной бактерии, отличающейся тем, что L-аминокислота есть L-аминокислота с разветвленной цепью.It is also an object of the present invention to provide the above bacteria, characterized in that the L-amino acid is a branched chain L-amino acid.

Также цель настоящего изобретения - предоставление вышеописанной бактерии, отличающейся тем, что L-аминокислота с разветвленной цепью выбрана из группы, состоящей из L-валина, L-лейцина и L-изолейцина.It is also an object of the present invention to provide the above bacteria, characterized in that the branched chain L-amino acid is selected from the group consisting of L-valine, L-leucine and L-isoleucine.

Цель настоящего изобретения - предоставление способа получения L-аминокислоты с разветвленной цепью, включающего:The purpose of the present invention is the provision of a method for producing a branched chain L-amino acid, including:

(i) выращивание вышеописанной бактерии в питательной среде, так что указанная L-аминокислота с разветвленной цепью накапливается в культуральной жидкости; и(i) growing the above bacteria in a culture medium such that said branched chain L-amino acid accumulates in the culture fluid; and

(ii) выделение L-аминокислоты с разветвленной цепью из культуральной жидкости.(ii) isolating a branched chain L-amino acid from the culture fluid.

Также цель настоящего изобретения - предоставление способа получения вышеописанной L-аминокислоты с разветвленной цепью, отличающийся тем, что указанная L-аминоки слота с разветвленной цепью выбрана из группы, состоящей из L-валина, L-лейцина и L-изолейцина.It is also an object of the present invention to provide a method for producing the above branched L-amino acid with a branched chain, characterized in that said L-amino acids of the branched chain slot are selected from the group consisting of L-valine, L-leucine and L-isoleucine.

Краткое описание фигурBrief Description of the Figures

Фигура 1 показывает схему регуляции транскрипции генов ilvY и ilvC. IlvY означает транскрипционный регулятор типа LysR, AΛ или АГБ - коиндуктор 2-ацетолактат или 2-ацето-2-гидроксибутаноат, O1 и O2 - операторы 1 и 2, TSilvC - старт транскрипции гена ilvC, TSilvY - старт транскрипции гена ilvY, знаки минус (-) и плюс (+) - отрицательное и положительное влияние на транскрипцию гена, соответственно.Figure 1 shows a transcriptional regulation scheme for the ilvY and ilvC genes. IlvY means a transcriptional regulator of the type LysR, AΛ or AGB - co-inductor 2-acetolactate or 2-aceto-2-hydroxybutanoate, O1 and O2 - operators 1 and 2, TS ilvC - start transcription of the ilvC gene, TS ilvY - start transcription of the ilvY gene, signs minus (-) and plus (+) are the negative and positive effects on gene transcription, respectively.

Фигура 2 показывает схему биосинтеза L-валина из пирувата. AΛ означает 2-ацетолактат, ДГИВ - 2,3-дигидроксиизовалериат, AHAS -ацетолактатсинтазу, IlvC - изомероредуктазуFigure 2 shows a diagram of the biosynthesis of L-valine from pyruvate. AΛ means 2-acetolactate, DHIV - 2,3-dihydroxyisovalerate, AHAS-acetolactate synthase, IlvC - isomereductase

Описание последовательностейDescription of sequences

SEQ ID NO: I - нуклеотидная последовательность гена ilvB.SEQ ID NO: I is the nucleotide sequence of the ilvB gene.

SEQ ID NO: 2 - аминокислотная последовательность большой субъединицы ацетолактатсинтазы I дикого типа.SEQ ID NO: 2 is the amino acid sequence of the large wild-type acetolactate synthase I subunit.

SEQ ID NO; 3 - нуклеотидная последовательность гена ilvN.SEQ ID NO; 3 - nucleotide sequence of the ilvN gene.

SEQ ID NO: 4 - аминокислотная последовательность малой субъединицы ацетолактатсинтазы I дикого типа.SEQ ID NO: 4 is the amino acid sequence of the small wild-type acetolactate synthase I subunit.

SEQ ID NO: 5 - нуклеотидная последовательность гена ilvI.SEQ ID NO: 5 is the nucleotide sequence of the ilvI gene.

SEQ ID NO: 6 - аминокислотная последовательность большой субъединицы ацетолактатсинтазы III дикого типа.SEQ ID NO: 6 is the amino acid sequence of the large wild-type acetolactate synthase III subunit.

SEQ ID NO: 7 - нуклеотидная последовательность гена ilvH.SEQ ID NO: 7 is the nucleotide sequence of the ilvH gene.

SEQ ID NO: 8 - аминокислотная последовательность малой субъединицы ацетолактатсинтазы III дикого типа.SEQ ID NO: 8 is the amino acid sequence of the small subunit of wild-type acetolactate synthase III.

SEQ ID NO: 9 - нуклеотидная последовательность гена ilvY.SEQ ID NO: 9 is the nucleotide sequence of the ilvY gene.

SEQ ID NO: 10 - аминокислотная последовательность белка IlvY.SEQ ID NO: 10 is the amino acid sequence of the IlvY protein.

SEQ ID NOs: 11-29 - нуклеотидные последовательности праймеров P1-P19.SEQ ID NOs: 11-29 — nucleotide sequences of primers P1-P19.

SEQ ID NO: 30 - нуклеотидная последовательность промотора PilvC.SEQ ID NO: 30 is the nucleotide sequence of the PilvC promoter.

SEQ ID NO: 31 - нуклеотидная последовательность гена ilvG.SEQ ID NO: 31 is the nucleotide sequence of the ilvG gene.

SEQ ID NO: 32 - аминокислотная последовательность большой субъединицы ацетолактатсинтазы II дикого типа.SEQ ID NO: 32 is the amino acid sequence of the large wild-type acetolactate synthase II subunit.

SEQ ID NO: 33 - нуклеотидная последовательность гена ilvM.SEQ ID NO: 33 is the nucleotide sequence of the ilvM gene.

SEQ ID NO: 34 - аминокислотная последовательность малой субъединицы ацетолактатсинтазы II дикого типа.SEQ ID NO: 34 is the amino acid sequence of the small wild-type acetolactate synthase II subunit.

Наилучший способ осуществления изобретенияBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

1. Бактерия1. Bacteria

Используемый в настоящем изобретении термин «полезный метаболит» не ограничен каким-либо образом при условии, что этот метаболит может быть получен ферментативной реакцией или биосинтетическим путем и может включать L-аминоки слоты, высшие спирты и D-пантотеновую кислоту.The term “beneficial metabolite” as used in the present invention is not limited in any way, provided that this metabolite can be obtained by enzymatic reaction or biosynthetically and may include L-amino acids, higher alcohols and D-pantothenic acid.

Термин «бактерия-продуцент L-аминокислоты» может означать бактерию семейства Enterobacteriaceae, которая способна продуцировать и вызывать накопление L-аминокислоты в культуральной жидкости, когда указанная бактерия выращивается (культивируется) в питательной среде. Способность бактерии продуцировать L-аминокислоту может означать способность бактерии продуцировать L-аминокислоту в питательной среде или в бактериальных клетках, что приводит к накоплению L-аминокислоты в количествах, достаточных для ее выделения из культуральной жидкости или из бактериальных клеток, когда указанная бактерия выращивается (культивируется) в питательной среде.The term "bacterium-producer of L-amino acids" may mean a bacterium of the Enterobacteriaceae family, which is capable of producing and causing the accumulation of L-amino acids in the culture fluid when the bacterium is grown (cultivated) in a nutrient medium. The ability of a bacterium to produce an L-amino acid can mean the ability of a bacterium to produce an L-amino acid in a nutrient medium or in bacterial cells, which leads to the accumulation of an L-amino acid in quantities sufficient to isolate it from the culture fluid or from bacterial cells when the bacterium is grown (cultivated) ) in a nutrient medium.

Термин «L-аминокислота» может означать L-аланин, L-аргинин, L-аспарагин, L-аспарагиновую кислоту, L-цистеин L-глутаминовую кислоту, L-глутамин, глицин L-гистидин, L-изолейцин, L-лейцин, L-лизин, L-метионин, L-фенилаланин, L-пролин, L-серин, L-треонин, L-триптофан, L-тирозин и L-валин.The term "L-amino acid" may mean L-alanine, L-arginine, L-asparagine, L-aspartic acid, L-cysteine L-glutamic acid, L-glutamine, glycine L-histidine, L-isoleucine, L-leucine, L-lysine, L-methionine, L-phenylalanine, L-proline, L-serine, L-threonine, L-tryptophan, L-tyrosine and L-valine.

Термин «разветвленная L-аминокислота» может включать L-валин, L-лейцин и L-изолейцин.The term “branched L-amino acid” may include L-valine, L-leucine and L-isoleucine.

Бактерия может обладать способностью к продукции полезного метаболита, такого как L-аминокислота, изначально, в соответствии со своими природными характеристиками, или может быть модифицирована с помощью мутаций (мутагенеза) или технологий рекомбинантных ДНК так, чтобы она получила способность к продукции.A bacterium may be capable of producing a useful metabolite, such as an L-amino acid, initially, in accordance with its natural characteristics, or may be modified by mutations (mutagenesis) or recombinant DNA technologies so that it becomes capable of production.

Бактерия, принадлежащая к семейству Enterobacteriaceae, может быть выбрана из бактерий, относящихся к родам, входящим в состав этого семейства, таких как Enterobacter, Erwinia, Escherichia, Klebsiella, Morganella, Pantoea, Photorhabdus, Providencia, Salmonella, Yersinia и т.д., и способных продуцировать L-аминокислоту. Более конкретно, могут быть использованы бактерии, классифицируемые как принадлежащие к семейству Enterobacteriaceae в соответствии с таксономией, используемой в базе данных NCBI (National Center for Biotechnology Information) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/wwwtax.cgi?id=543). Примеры бактерий, которые могут быть модифицированы согласно настоящему изобретению, включают бактерии, относящиеся к роду Escherichia, Enterobacter или Pantoea.A bacterium belonging to the Enterobacteriaceae family can be selected from bacteria belonging to the genera of this family, such as Enterobacter, Erwinia, Escherichia, Klebsiella, Morganella, Pantoea, Photorhabdus, Providencia, Salmonella, Yersinia, etc., and capable of producing L-amino acid. More specifically, bacteria classified as Enterobacteriaceae can be used according to the taxonomy used in the NCBI database (National Center for Biotechnology Information) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser/ wwwtax.cgi? id = 543). Examples of bacteria that can be modified according to the present invention include bacteria belonging to the genus Escherichia, Enterobacter or Pantoea.

Выбор штаммов бактерий, принадлежащих к роду Escherichia, которые могут быть модифицированы в настоящем изобретении, не ограничен каким-либо образом, однако, в качестве примеров бактерии рода Escherichia, описанные в книге Neidhardt et al. (Bachmann, B.J., Derivations and genotypes of some mutant derivatives of E.coli K-12, p.2460-2488. In F.C. Neidhardt et al. (ed.), E.coli and Salmonella: cellular and molecular biology, 2nd ed. ASM Press, Washington, D.C., 1996), могут быть включены в число бактерий согласно настоящему изобретению. В качестве конкретного примера могут быть взяты штаммы E.coli., такие как E.coli W3110 (ATTC 27325), E.coli MG1655 (ATCC 47076) и т.д., которые происходят из исходного штамма дикого типа, т.е. штамма E.coli K-12. Этот штамм может быть получен, в частности, из Американской коллекции типовых культур «American Type Culture Collection, (ATCC)» (P.O. Box 1549, Manassas, VA 20108, United States of America). Каждому штамму присвоен индивидуальный регистрационный номер, и штаммы могут быть заказаны согласно регистрационному номеру (см. ссылку www.atec.org). Регистрационные номера штаммов находятся в списке каталога Американской коллекции типовых культур «American Type Culture Collection, ATCC».The selection of bacterial strains belonging to the genus Escherichia that can be modified in the present invention is not limited in any way, however, as examples of bacteria of the genus Escherichia described in Neidhardt et al. (Bachmann, BJ, Derivations and genotypes of some mutant derivatives of E. coli K-12, p. 2460-2488. In FC Neidhardt et al. (Ed.), E. coli and Salmonella: cellular and molecular biology, 2 nd ed. ASM Press, Washington, DC, 1996), may be included among the bacteria of the present invention. As a specific example, E. coli. Strains, such as E. coli W3110 (ATTC 27325), E. coli MG1655 (ATCC 47076), etc., which originate from the original wild-type strain, i.e. E. coli K-12 strain. This strain can be obtained, in particular, from the American Type Culture Collection, “American Type Culture Collection, (ATCC)” (PO Box 1549, Manassas, VA 20108, United States of America). Each strain is assigned an individual registration number, and strains can be ordered according to the registration number (see link www.atec.org). The strain registration numbers are on the American Type Culture Collection, ATCC catalog directory.

Примеры бактерий Enterobacter включают Enterobacter agglomerans, Enterobacter aerogenes и т.д. Примеры бактерии Pantoea включают Pantoea ananatis и т.д. Недавно некоторые виды Enterobacter agglomerans были реклассифицированы как Pantoea agglomerans, Pantoea ananatis или Pantoea stewartii на основе анализа нуклеотидной последовательности 168 рРНК и других доказательств. Бактерии, относящиеся к роду Enterobacter или Pantoea, могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением, так как принадлежат к семейству Enterobacteriaceae. Полученные с использованием технологий генной инженерии штаммы Pantoea ananatis, такие как штамм Pantoea ananatis AJ 3355 (PERM BP-6614), штамм AJ 3356 (FERM BP-6615), штамм AJ 3601 (PERM BP-7207) и их производные могут быть использованы в соответствии с настоящим изобретением. Эти штаммы были классифицированы как Enterobacter agglomerans при выделении, и они депонированы как Enterobacter agglomerans. Однако позднее они были реклассифицированы как Pantoea ananatis на основе анализа нуклеотидной последовательности 16S pPHK и других доказательств.Examples of Enterobacter bacteria include Enterobacter agglomerans, Enterobacter aerogenes, etc. Examples of Pantoea bacteria include Pantoea ananatis, etc. Recently, some Enterobacter agglomerans species have been reclassified as Pantoea agglomerans, Pantoea ananatis or Pantoea stewartii based on analysis of the nucleotide sequence of 168 rRNA and other evidence. Bacteria belonging to the genus Enterobacter or Pantoea can be used in accordance with the present invention, as they belong to the Enterobacteriaceae family. Genetic engineering strains of Pantoea ananatis, such as strain Pantoea ananatis AJ 3355 (PERM BP-6614), strain AJ 3356 (FERM BP-6615), strain AJ 3601 (PERM BP-7207) and their derivatives can be used in in accordance with the present invention. These strains were classified as Enterobacter agglomerans upon isolation, and they were deposited as Enterobacter agglomerans. However, they were later reclassified as Pantoea ananatis based on analysis of the 16S pPHK nucleotide sequence and other evidence.

Примеры бактерий, принадлежащих к семейству Pseudomonadaceae, могут происходить из рода Pseudomonas. Примеры бактерий рода Pseudomonas включают Pseudomonas putida, P. aeruginosa, and P. syringae.Examples of bacteria belonging to the Pseudomonadaceae family may be from the genus Pseudomonas. Examples of bacteria of the genus Pseudomonas include Pseudomonas putida, P. aeruginosa, and P. syringae.

Термин «бактерия, которая модифицирована так, чтобы содержать генетическую экспрессионную систему» может означать бактерию, например, бактерию-продуцент L-аминокислоты, принадлежащую к семейству Enterobacteriaceae, в которой генетическая экспрессионная система, регулируемая белком типа LysR, модифицирована таким образом, что функциональность указанной самоиндуцируемой системы с положительной обратной регуляцией опосредована коиндуктором. Например, термин «бактерия, которая модифицирована так, чтобы содержать генетическую экспрессионную систему», может означать бактерию семейства Enterobacteriaceae, обладающую способностью к продукции L-аминокислоты, такой как разветвленная L-аминокислота, которая модифицирована таким образом, что она имеет один или несколько генов указанной системы экспрессии.The term “bacterium that is modified to contain a genetic expression system” may mean a bacterium, for example, an L-amino acid producing bacterium belonging to the Enterobacteriaceae family, in which a genetic expression system regulated by a LysR protein is modified in such a way that the functionality of said a self-induced system with positive reverse regulation is mediated by a co-inductor. For example, the term “bacterium that is modified to contain a genetic expression system” may mean a bacterium of the Enterobacteriaceae family that has the ability to produce an L-amino acid, such as a branched L-amino acid, that is modified so that it has one or more genes the specified expression system.

Бактерия-продуцент L-аминокислоты с разветвленной цепью Термин «бактерия-продуцент L-аминокислоты с разветвленной цепью» может означать бактерию, которая способна продуцировать и вызывать накопление разветвленной L-аминокислоты в культуральной жидкости, такую как L-валин, L-лейцин и L-изолейцин, когда указанная бактерия выращивается (культивируется) в питательной среде.Branched Chain L-Amino Acid Bacteria The term “branched chain L-amino acid producing bacteria” may mean a bacterium that is capable of producing and causing the accumulation of a branched L-amino acid in a culture fluid, such as L-valine, L-leucine and L -isoleucine, when the specified bacterium is grown (cultivated) in a nutrient medium.

Разветвленные L-аминокислоты помимо L-валина, L-лейцина и L-изолейцина также могут включать неприродные разветвленные L-аминокислоты, такие как L-гомолейцин и L-гомоизолейцин. Способность бактерии к продукции разветвленной L-аминокислоты может быть сообщена бактерии или повышена путем отбора бактерии при выращивании (breeding). Термин «бактерия-продуцент L-аминокислоты с разветвленной цепью» также может означать бактерию, которая способна продуцировать и вызывать накопление разветвленной L-аминоки слоты в культуральной жидкости в большем количестве, чем немодифицированный штамм, например, штамм дикого типа или родительский штамм, и также может означать бактерию, которая способна продуцировать и вызывать накопление разветвленной L-аминокислоты в культуральной жидкости в количестве, не менее чем 0,5 г/л или даже не менее чем 1,0 г/л.Branched L-amino acids, in addition to L-valine, L-leucine and L-isoleucine, may also include unnatural branched L-amino acids, such as L-homoleucine and L-homoisoleucine. The ability of a bacterium to produce a branched L-amino acid can be imparted to the bacterium or increased by selecting the bacterium during breeding. The term “branched chain L-amino acid producing bacterium” can also mean a bacterium that is capable of producing and causing the accumulation of the branched L-amino acid slots in the culture fluid in a larger amount than an unmodified strain, for example, a wild-type strain or a parent strain, and also may mean a bacterium that is capable of producing and causing the accumulation of a branched L-amino acid in the culture fluid in an amount of not less than 0.5 g / l or even not less than 1.0 g / l.

Бактерия-продуцент L-аминокислоты с разветвленной цепью может быть бактерией семейства Enterobacteriaceae, которая содержит регуляторный участок, положительно влияющий на экспрессию генов ацетолактатсинтазы комплексом, который включает транскрипционный регуляторный белок и коиндуктор, являющийся продуктом реакции, катализируемой ацетолактатсинтазой. Более того, бактерия может быть бактерией семейства Enterobacteriaceae, в которой активность мутантной ацетолактатсинтазы повышена. Более точно, бактерия может быть бактерией-продуцентом разветвленной L-аминокислоты семейства Enterobacteriaceae, отличающейся тем, что продукция разветвленной L-аминокислоты повышена за счет увеличенной активности мутантной ацетолактатсинтазы введением регуляторного участка в бактерию. Бактерия является бактерией-продуцентом разветвленной L-аминокислоты, принадлежащей к роду Escherichia, отличающаяся тем, что продукция бактерией разветвленной L-аминокислоты повышена за счет увеличенной активности мутантной ацетолактатсинтазы, устойчивой к ингибированию по типу обратной связи L-валином.A branched chain L-amino acid producing bacterium may be a bacterium of the Enterobacteriaceae family that contains a regulatory region that positively affects the expression of acetolactate synthase genes by a complex that includes a transcriptional regulatory protein and a co-inductor that is a reaction product catalyzed by acetolactate synthase. Moreover, the bacterium may be a bacterium of the Enterobacteriaceae family, in which the activity of mutant acetolactate synthase is increased. More precisely, the bacterium can be a bacterium producing a branched L-amino acid of the Enterobacteriaceae family, characterized in that the production of a branched L-amino acid is increased due to the increased activity of mutant acetolactate synthase by introducing a regulatory site into the bacterium. The bacterium is a producing bacterium of a branched L-amino acid belonging to the genus Escherichia, characterized in that the production of a branched L-amino acid bacterium is increased due to the increased activity of mutant acetolactate synthase resistant to feedback inhibition by L-valine.

Бактерия-продуцент разветвленной L-аминокислоты семейства Enterobacteriaceae не ограничивается бактерией, описанной выше. Более точно, бактерией-продуцентом разветвленной L-аминокислоты также может быть бактерия, продуцирующая L-валин, L-лейцин и/или L-изолейцин.A branched L-amino acid producing bacterium of the Enterobacteriaceae family is not limited to the bacterium described above. More specifically, a branched L-amino acid producing bacterium can also be a bacterium producing L-valine, L-leucine and / or L-isoleucine.

Бактерия-продуцент L-валинаL-valine producing bacterium

Примеры родительских штаммов, которые могут быть использованы для получения бактерии-продуцента L-валина в соответствии с настоящим изобретением, включают, но не ограничиваются ими, штаммы, имеющие модификации, приводящие к сверхэкспрессии генов оперона ilvGMEDA (Патент США №5,998,178). Желательно удалить фрагмент оперона ilvGMEDA, отвечающий за ослабление экспрессии, с тем, чтобы экспрессия оперона не ослаблялась образующимся L-валином. Далее, в опероне может быть разрушен ген ilvA для того, чтобы снизить активность треониндезаминазы.Examples of parental strains that can be used to produce L-valine producing bacteria in accordance with the present invention include, but are not limited to, strains having modifications leading to overexpression of ilvGMEDA operon genes (US Patent No. 5,998,178). It is desirable to remove the fragment of the ilvGMEDA operon responsible for the weakening of the expression so that the expression of the operon is not attenuated by the resulting L-valine. Furthermore, the ilvA gene can be destroyed in the operon in order to reduce the activity of threonine deaminase.

Примеры родительских штаммов, которые могут быть использованы для получения бактерии-продуцента L-валина, также включают мутантные штаммы, имеющие мутацию в аминоацил-тРНК-синтетазе (Патент США №5,658,766). Например, может использоваться штамм Е.coli VL1970, который имеет мутацию в гене ileS, кодирующем изолейцин-тРНК-синтетазу. Штамм Е.coli VL1970 депонирован в Российской Национальной Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) (Россия, 117545 Москва, 1-й Дорожный проезд, 1) 24 июня 1988 г. с инвентарным номером ВКПМ В-4411. Далее, в качестве родительских штаммов также могут использоваться мутантные штаммы, для роста которых требуется липоевая кислота, и/или с недостаточным количеством H+-АТФазы (WO 96/06926).Examples of parental strains that can be used to produce L-valine producing bacteria also include mutant strains having a mutation in aminoacyl-tRNA synthetase (US Patent No. 5,658,766). For example, an E. coli strain VL1970 can be used which has a mutation in the ileS gene encoding isoleucine-tRNA synthetase. The strain E. coli VL1970 was deposited in the Russian National Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) (Russia, 117545 Moscow, 1st Dorozhniy proezd, 1) on June 24, 1988 with accession number VKPM B-4411. Further, mutant strains that require lipoic acid and / or with an insufficient amount of H + -ATPase (WO 96/06926) can also be used as parent strains.

В качестве родительского штамма могут использоваться бактерии-продуценты L-валина, принадлежащие к роду Escherichia, такие как H-81 (ВКПМ В-8066), NRRL В-12287 и NRRL В-12288 (Патент США №4,391,907), ВКПМ В-4411 (Патент США №5,658,766), ВКПМ В-7707 (Европейская Патентная заявка EP 1016710 A2), NS1610 (ссылка на Патент ЕР1942183, Пример 7 или примеры, упомянутые там же) и подобные им.As the parent strain, L-valine producing bacteria belonging to the genus Escherichia can be used, such as H-81 (VKPM B-8066), NRRL B-12287 and NRRL B-12288 (US Patent No. 4,391,907), VKPM B-4411 (US Patent No. 5,658,766), VKPM B-7707 (European Patent Application EP 1016710 A2), NS1610 (reference to Patent EP1942183, Example 7 or examples mentioned therein) and the like.

Бактерия-продуцент L-лейцинаL-Leucine Producer Bacteria

Примеры родительских штаммов, которые могут быть использованы для получения бактерии-продуцента L-лейцина, включают, но не ограничиваются ими, штаммы, принадлежащие к роду Escherichia, такие как штаммы Е.coli, устойчивые к лейцину (например, штамм 57 (ВКПМ В-7386, Патент США №6,124,121)) или аналогам лейцина, включающие р-2-тиенилаланин, 3-гидроксилейцин, 4-азалейцин, 5,5,5-трифторлейцин (JP 62-34397B и JP 8-70879A); штаммы E.coli, полученные с помощью генно-инженерных методов и описанные в WO 96/06926; Е.coli H-9068 (JP 8-70879 A), и подобные им.Examples of parental strains that can be used to produce L-leucine producing bacteria include, but are not limited to, strains belonging to the genus Escherichia, such as E. coli strains resistant to leucine (e.g., strain 57 (VKPM B- 7386, US Patent No. 6,124,121)) or leucine analogs including p-2-thienylalanine, 3-hydroxyleucine, 4-azaleucine, 5,5,5-trifluoroleucine (JP 62-34397B and JP 8-70879A); E. coli strains obtained using genetic engineering methods and described in WO 96/06926; E. coli H-9068 (JP 8-70879 A), and the like.

Бактерия может быть улучшена путем усиления экспрессии одного или нескольких генов, вовлеченных в биосинтез L-лейцина. Примеры таких генов включают в себя гены оперона leuABCD, которые могут быть представлены мутантным геном leuA, кодирующим изопропилмалатсинтазу со снятым ретро-ингибированием L-лейцином (Патент США №6,403,342). Кроме того, бактерия согласно настоящему изобретению может быть улучшена путем усиления экспрессии одного или нескольких генов, кодирующих белки, которые экспортируют L-аминоки слоту из бактериальной клетки. Примеры таких генов включают в себя гены Ь2682 и Ь2б83 (гены удаZH) (Европейская Патентная заявка EP 1239041 A2).The bacterium can be improved by enhancing the expression of one or more genes involved in the biosynthesis of L-leucine. Examples of such genes include the leuABCD operon genes, which can be represented by the mutant leuA gene encoding isopropylmalate synthase with retroactivated L-leucine depleted (US Patent No. 6,403,342). In addition, the bacterium of the present invention can be improved by enhancing the expression of one or more genes encoding proteins that export L-amino acids to a slot from a bacterial cell. Examples of such genes include the b2682 and b2b83 genes (ud zH genes) (European Patent Application EP 1239041 A2).

В качестве родительского штамма могут использоваться бактерии-продуценты L-лейцина, принадлежащие к роду Escherichia, такие как H-9070 (FERM ВР-4704) и Н-9072 (FERM BP-4706) (Патент США №5744331), ВКПМ В-7386 и ВКПМ В-7388 (Патент РФ №2140450), W1485atpA401/pMWdAR6, W14851ip2/pMWdAR6, AJ12631/pMWdAR6 (Европейская Патентная заявка EP 0872547) и подобные им.As the parent strain can be used bacteria-producers of L-leucine belonging to the genus Escherichia, such as H-9070 (FERM BP-4704) and H-9072 (FERM BP-4706) (US Patent No. 5744331), VKPM B-7386 and VKPM B-7388 (RF Patent No. 2140450), W1485atpA401 / pMWdAR6, W14851ip2 / pMWdAR6, AJ12631 / pMWdAR6 (European Patent Application EP 0872547) and the like.

Бактерия-продуцент L-изолейцинаL-isoleucine producing bacterium

Примеры родительских штаммов, которые могут быть использованы для получения бактерии-продуцента L-изолейцина, включают, но не ограничиваются ими, мутантные штаммы с устойчивостью к 6-диметиламинопурину (заявка Японии 5-304969А), мутантные штаммы с устойчивостью к аналогу изолейцина, такому как тиаизолейцин и гидроксамат изолейцина, и мутантные штаммы, дополнительно имеющие устойчивость к DL-этионину и/или гидроксамату аргинина (заявка Японии 5-130882A). Кроме того, в качестве родительских штаммов также могут использоваться рекомбинантные штаммы, трансформированные генами, кодирующими белки, вовлеченные в биосинтез L-изолейцина, такие как треониндезаминаза и ацетогидроксатсинтаза (заявка Японии 2-458A, Европейская Патентная заявка EP 0356739 и Патент США №5,998,178).Examples of parent strains that can be used to produce L-isoleucine-producing bacteria include, but are not limited to, 6-dimethylaminopurine resistant mutants (Japanese Patent Application 5-304969A), mutant strains resistant to isoleucine analogue such as thiaisoleucine and isoleucine hydroxamate, and mutant strains additionally resistant to DL-ethionine and / or arginine hydroxamate (Japanese application 5-130882A). In addition, recombinant strains transformed with genes encoding proteins involved in the biosynthesis of L-isoleucine, such as threonine deaminase and acetohydroxate synthase (Japanese Patent Application 2-458A, European Patent Application EP 0356739 and US Patent No. 5,998,178) can also be used as parent strains.

Бактерия-продуцент высших спиртов и D-пантотеновой кислотыBacteria producing higher alcohols and D-pantothenic acid

Бактерия-продуцент L-аминокислоты семейства Enterobacteriaceae и, более точно, бактерия-продуцент разветвленной L-аминокислоты семейства Enterobacteriaceae может быть использована для получения высших спиртов и органических кислот, или их производных. Например, высшие спирты, такие как изобутанол, 2-метил-1-бутанол и 3-метил-1-бутанол, и органическая кислота, такая как D-пантотеновая кислота (витамин B5) могут быть получены с использованием подобной бактерии.The bacterium producing L-amino acids of the Enterobacteriaceae family and, more precisely, the bacterium producing L-branched amino acids of the Enterobacteriaceae family can be used to produce higher alcohols and organic acids, or their derivatives. For example, higher alcohols such as isobutanol, 2-methyl-1-butanol and 3-methyl-1-butanol, and an organic acid such as D-pantothenic acid (vitamin B5) can be obtained using a similar bacterium.

Известно из области техники, что в бактерии семейства Enterobacteriaceae биосинтетический путь L-валина, L-лейцина и L-изолейцина проходит через кето-кислотные интермедиаты. Более точно, 2-оксовалериат (2-кетовалериат, 2-КИВ) является предшественником для L-валина и L-лейцина; а 2-оксобутаноат является предшественником для L-изолейцина. Также, из уровня техники известно, что кето-кислотные интермедиаты или их производные могут быть предшественниками для высших спиртов с длиной углеродной цепи более чем 2 углеродных атома ввиду наличия пути деградации Эрлиха (Yan Y. and Liao J.C. J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 2009, 36:471-479). Например, 2-оксоизовалериат является предшественником для изобутанола, а его производное 4-метил-2-оксопентаноат является предшественником для 3-метил-1-бутанола; 2-оксобутаноат является предшественником для пропан-1-ола, а его производное 3-метил-2-оксопентаноат является предшественником для 2-метил-1-бутанола.It is known in the art that in the bacteria of the Enterobacteriaceae family, the biosynthetic pathway of L-valine, L-leucine and L-isoleucine passes through keto-acid intermediates. More specifically, 2-oxovalerate (2-ketovalerate, 2-KIV) is a precursor for L-valine and L-leucine; and 2-oxobutanoate is a precursor for L-isoleucine. It is also known from the prior art that keto-acid intermediates or their derivatives can be precursors for higher alcohols with a carbon chain length of more than 2 carbon atoms due to the Ehrlich degradation pathway (Yan Y. and Liao JCJ Ind. Microbiol. Biotechnol., 2009 36: 471-479). For example, 2-oxoisovalerate is a precursor for isobutanol, and its derivative 4-methyl-2-oxopentanoate is a precursor for 3-methyl-1-butanol; 2-oxobutanoate is a precursor for propan-1-ol, and its derivative 3-methyl-2-oxopentanoate is a precursor for 2-methyl-1-butanol.

Способность к продукции высших спиртов может быть сообщена штаммам E.coli, которые изначально не способны продуцировать высшие спирты, путем введения генов kivd и adh2 из донорных микроорганизмов, кодирующих, соответственно, кетокислотадекарбоксилазу (КДК) с широкой субстратной специфичностью и алкогольдегидрогеназу (АДГ). Например, могут использоваться ген kivd из Bacillus subtilis и ген adh2 из Lactococcus lactis. В этом аспекте можно сослаться на Connor M.R. and Liao J.C., Appl. Env. Mocrobiol., 2008, 74:5769-5775; и Патентную заявку WO 2009046370 A2.The ability to produce higher alcohols can be imparted to E. coli strains that are initially unable to produce higher alcohols by introducing the kivd and adh2 genes from donor microorganisms encoding, respectively, ketoacid decarboxylase (CDC) with broad substrate specificity and alcohol dehydrogenase (ADH). For example, the kivd gene from Bacillus subtilis and the adh2 gene from Lactococcus lactis can be used. In this aspect, reference can be made to Connor M.R. and Liao J.C., Appl. Env. Mocrobiol., 2008, 74: 5769-5775; and Patent Application WO 2009046370 A2.

Таким образом, способность бактерии продуцировать высшие спирты, такие как изобутанол, 3-метил-1-бутанол и 2-метил-1-бутанол может быть сообщена бактерии за счет введения в бактерию-продуцент L-аминокислоты семейства Enterobacteriaceae генетической экспрессионной системы и подходящих гетерологичных генов, например, kivd и adh2 или их вариантов из донорных микроорганизмов.Thus, the ability of a bacterium to produce higher alcohols, such as isobutanol, 3-methyl-1-butanol and 2-methyl-1-butanol, can be imparted to the bacteria by introducing a genetic expression system and suitable heterologous bacteria into the bacterium producing the L-amino acid of the Enterobacteriaceae family genes, for example, kivd and adh2 or their variants from donor microorganisms.

Также известно из уровня техники, что в бактерии семейства Enterobacteriaceae 2-оксовалериат является предшественником D-пантотеновой кислоты. Таким образом, способность к продукции D-пантотеновой кислоты может быть сообщена бактерии путем модификации бактерии семейства Enterobacteriaceae генетической экспрессионной системой.It is also known in the art that in bacteria of the Enterobacteriaceae family, 2-oxovalerate is a precursor of D-pantothenic acid. Thus, the ability to produce D-pantothenic acid can be imparted to bacteria by modifying the Enterobacteriaceae family of bacteria with a genetic expression system.

2. Генетическая экспрессионная система2. Genetic expression system

Экспрессионная система может быть регуляторной системой транскрипции одного или нескольких целевых генов, которая включает элементы транскрипционного аппарата, регулируемого белком типа LysR. Элементы транскрипционного аппарата, регулируемого белком типа LysR, могут включать промотор, оператор, экспрессия которых положительно регулируется регуляторным белком типа LysR и коиндуктором.The expression system may be a regulatory transcription system for one or more target genes, which includes elements of the transcriptional apparatus regulated by a protein of the LysR type. Elements of the transcriptional apparatus regulated by a LysR-type protein may include a promoter, an operator, the expression of which is positively regulated by a LysR-type regulatory protein and a co-inductor.

Система экспрессии также может включать один или несколько целевых генов, которые функционально связаны с вышеупомянутым транскрипционным аппаратом. Термин «функционально связан» может означать, что целевой ген связан с регуляторной последовательностью(ями), такой как промотор или оператор таким способом, что возможна экспрессия этого гена.The expression system may also include one or more target genes that are functionally linked to the aforementioned transcriptional apparatus. The term "operably linked" may mean that the target gene is associated with regulatory sequence (s), such as a promoter or operator in such a way that expression of this gene is possible.

Один или несколько целевых генов могут кодировать белки, вовлеченные в биосинтез коиндуктора, субстрата или предшественника указанного коиндуктора.One or more target genes may encode proteins involved in the biosynthesis of a co-inductor, substrate, or precursor of said co-inductor.

В соответствии с вышеописанной схемой экспрессионной системы, экспрессия системы может быть самоиндуцируемой и положительно регулируемой по типу обратной связи, опосредованной коиндуктором, полученным с участием продукта(ов) экспрессии целевого(ых) гена(ов). Такая экспрессионная система может называться «самоиндуцируемая регулируемая по типу обратной связи экспрессионная система», но с целью упрощения также может называться здесь как «экспрессионная система» или «система экспрессии». Система экспрессии может саморегулироваться по принципу положительной обратной связи коиндуктором, который может быть субстратом или предшественником для полезного метаболита в биосинтетическом пути, более точно, в биосинтетическом пути разветвленных L-аминокислот и/или его побочном пути.In accordance with the above-described scheme of the expression system, the expression of the system can be self-induced and positively regulated by the type of feedback mediated by the co-inductor obtained with the participation of the product (s) of expression of the target gene (s). Such an expression system may be referred to as a “self-induced feedback-regulated expression system,” but for the sake of simplicity, may also be referred to herein as an “expression system” or “expression system”. The expression system can self-regulate on the principle of positive feedback by the co-inductor, which can be a substrate or precursor for a useful metabolite in the biosynthetic pathway, more precisely, in the biosynthetic pathway of branched L-amino acids and / or its side path.

«Регуляторный белок типа LysR» также может иметь название «транскрипционный регулятор типа LysR (LTTR)», «транскрипционный регулятор семейства LysR» или просто «регулятор». Регуляторный белок типа LysR может принадлежать к разнообразным семействам олигомерных бактериальных транскрипционных факторов, которые регулируют широкий спектр элементов транскрипции в ответ на широкий спектр внешних сигналов. Представители этого семейства могут выступать в качестве транскрипционных активаторов и/или транскрипционных репрессоров и иметь несколько общих структурных характеристик, таких как i) ДНК-связывающий домен, имеющий мотив спираль-поворот-спираль (остатки могут быть из положений с 1 по 65 с N-конца LTTR), (ii) домены, вовлеченные в распознавание коиндуктора и/или отклика (остатки могут быть из положений с 100 по 173 и с 196 по 206), и (iii) домен, необходимый для связывания ДНК и отклика (остатки могут быть из положений с 227 по 253), как описано в работе Schell M.A., Ann. Rev. Microbiol., 1993, 47:597-626. В отсутствие коиндуктора, LTTR могут связываться с регулируемыми промоторами посредством двойного двуцепочечного участка длиной 15 п.н., имеющего общую структуру, и участком ДНК в позиции около -65, как описано в работе Schell M.A., Ann. Rev. Microbiol., 1993, 47:597-626. В присутствие коиндуктора могут происходить дополнительные взаимодействия LTTR с участками связывания РНК-полимеразы (около -35) и/или изгиб ДНК, что приводит к активации транскрипции (Schell M.A., Ann. Rev. Microbiol., 1993, 47:597-626). Более того, некоторые представители семейства регуляторных белков типа LysR могут иметь другие четыре функциональные характеристики, такие как: (i) быть коиндуктор-зависимым транскрипционным регулятором различного размера от 276 до 324 аминокислотных остатков, (ii) независимо от присутствия коиндуктора связываться с операторными участками ДНК, имеющими схожую позицию и структурный мотив, (iii) разнонаправлено транскрибироваться с промотора, который расположен близко или даже перекрывается с промотором регулируемого гена, и (iv) подавлять собственную транскрипцию в различной степени, например, от 3 до 10 раз, т.е. быть отрицательно саморегулируемыми, как описано в работе Schell M.A., Ann. Rev. Microbiol., 1993, 47:597-626.A “regulatory protein of the LysR type” may also be called a “transcriptional regulator of the LysR type (LTTR)”, “a transcriptional regulator of the LysR family”, or simply “regulator”. A regulatory protein of the LysR type may belong to a diverse family of oligomeric bacterial transcription factors that regulate a wide range of transcription elements in response to a wide range of external signals. Representatives of this family can act as transcriptional activators and / or transcriptional repressors and have several common structural characteristics, such as i) a DNA-binding domain having a helix-rotate-helix motif (residues can be from positions 1 to 65 with N- end of LTTR), (ii) the domains involved in the recognition of the co-inductor and / or response (residues can be from positions 100 to 173 and from 196 to 206), and (iii) the domain necessary for DNA and response binding (residues can be from provisions 227 to 253), as described in Schell MA, Ann . Rev. Microbiol., 1993, 47: 597-626. In the absence of a co-inductor, LTTR can bind to regulated promoters via a double double stranded 15 bp region with a common structure and a DNA region at about -65, as described by Schell M.A., Ann. Rev. Microbiol., 1993, 47: 597-626. In the presence of a co-inductor, additional LTTR interactions with RNA polymerase binding sites (about -35) and / or DNA bending can occur, resulting in transcription activation (Schell M.A., Ann. Rev. Microbiol., 1993, 47: 597-626). Moreover, some representatives of the LysR-type regulatory protein family may have four other functional characteristics, such as: (i) be a co-inductor-dependent transcriptional regulator of various sizes from 276 to 324 amino acid residues, (ii) bind to the operator sites of DNA regardless of the presence of the co-inductor having a similar position and structural motive, (iii) multidirectionally transcribed from a promoter that is located close to or even overlaps with the promoter of the regulated gene, and (iv) suppress ennuyu transcription in varying degrees, e.g., from 3 to 10 times, i.e., be negatively self-regulatory, as described by Schell M.A., Ann. Rev. Microbiol., 1993, 47: 597-626.

В качестве примера, но не ограничиваясь им, система экспрессии может включать транскрипционный аппарат, регулируемый белком типа LysR, который содержит самоиндуцируемый промотор с положительной обратной регуляцией, оператор и целевой ген(ы). Экспрессионная система есть система с положительной регуляцией регуляторным белком типа LysR и коиндуктором. Пример самоиндуцируемого промотора с положительной обратной регуляцией может включать промотор PilvC. Пример регуляторного белка типа LysR может включать белок IlvY. Примеры коиндуктора могут включать представителя 2-ацето-2-гидроксикарбоновых кислот, такого как 2-ацетомолочная кислота (2-acetolactic acid, AL, AΛ), 2-ацето-2-гидроксимаслянная кислота (2-aceto-2-hydroxybutyric acid, AHB, АГБ) или их соли. Примеры целевых генов могут включать гены, кодирующие ацетолактатсинтазу I, II и/или III или их мутантные варианты. Пример системы экспрессии может быть описан схематически без ограничения типа, количества и расположения элементов системы экспрессии.By way of example, but not limited to, the expression system may include a transcriptional apparatus regulated by a LysR-type protein that contains a self-inducing upregulated promoter, an operator, and a target gene (s). The expression system is a system with positive regulation by a regulatory protein of the LysR type and a co-inductor. An example of a self- inducing upregulated promoter may include the P ilvC promoter. An example of a regulatory protein of the LysR type may include an IlvY protein. Examples of a co-inductor may include a representative of 2-aceto-2-hydroxycarboxylic acids, such as 2-acetolactic acid (2-acetolactic acid, AL, AΛ), 2-aceto-2-hydroxybutyric acid (2-aceto-2-hydroxybutyric acid, AHB , AGB) or their salts. Examples of target genes may include genes encoding acetolactate synthase I, II and / or III, or mutant variants thereof. An example expression system can be described schematically without limiting the type, amount, and arrangement of elements of the expression system.

Гены ilvY и ilvC расположены рядом друг с другом на противоположных сторонах цепи как показано на Фигуре 1. Транскрипция генов ilvY and ilvC инициируется с дивергентно перекрывающихся промоторов ilvY и ilvC, соответственно. Однако, термины «ilvC промотор» или «PilvC промотор» могут означать промоторы генов ilvY и ilvC. В промоторной области находятся два тандемных оператора (Фигура 1).The ilvY and ilvC genes are located next to each other on opposite sides of the chain as shown in Figure 1. Transcription of the ilvY and ilvC genes is initiated from divergent overlapping promoters ilvY and ilvC, respectively. However, the terms “ilvC promoter” or “P ilvC promoter” may mean promoters of the ilvY and ilvC genes. In the promoter region are two tandem operators (Figure 1).

Один или несколько целевых генов функционально связаны с транскрипционным аппаратом, более точно, с промотором. Например, в случае, если целевыми генами являются гены ilvBN, кодирующие ацетолактатсинтазу I, и когда промотор есть промотор ilvC, то нативный участок промотора, расположенного перед генами ilvBN, замещен на фрагмент ДНК, который включает индуцируемый промотор гена ilvC и второй оператор таким образом, что экспрессия указанных генов контролируется этим промотором. Например, гены оперона ilvBN4, кодирующие AHAS I, обладающую устойчивостью к ингибированию по типу обратной связи L-валином, помещены под промотор ilvC, который становится транскрипционно активированным только тогда, когда образуется комплекс между AΛ или АГБ, транкрипционным регулятором IlvY и вторым операторным участком. Кассета экспрессии, которая включает промотор PilvC и оперон генов ilvBN4, позволяет генам ilvBN4 транскрибироваться для продукции AHAS I. AHAS I превращает два моля пирувата в один моль 2-ацетолактата (AΛ) или один моль пирувата и один моль 2-оксобутаноата в один моль 2-ацето-2-гидроксибутаноата (АГБ) в зависимости от наличия 2-оксобутаноата.One or more target genes are functionally linked to a transcriptional apparatus, more specifically, to a promoter. For example, if the target genes are ilvBN genes encoding acetolactate synthase I, and when the promoter is the ilvC promoter, then the native portion of the promoter upstream of the ilvBN genes is replaced by a DNA fragment that includes the inducible ilvC gene promoter and the second operator in this way that the expression of these genes is controlled by this promoter. For example, the ilvBN4 operon genes encoding AHAS I, which is resistant to feedback inhibition by L-valine, are placed under the ilvC promoter, which becomes transcriptionally activated only when a complex is formed between AΛ or AHB, the IlvY transcriptional regulator, and the second operator site. The expression cassette, which includes the P ilvC promoter and the operon of the ilvBN4 genes, allows the ilvBN4 genes to be transcribed for the production of AHAS I. AHAS I converts two moles of pyruvate to one mole of 2-acetolactate (AΛ) or one mole of pyruvate and one mole of 2-oxobutanoate to one mole 2-aceto-2-hydroxybutanoate (AHB) depending on the presence of 2-oxobutanoate.

Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что часть продукта реакции (AΛ или АГБ), катализируемой AHAS I, действует как коиндуктор и связывается в комплекс с IlvY/ДНК, индуцируя транскрипцию генов оперона ilvBN4 и, таким образом, обеспечивая синтез AΛ или АГБ. Другая часть AΛ или АГБ может превращаться в целевой продукт - разветвленную L-аминокислоту (L-валин, L-лейцин или L-изолейцин) с помощью кето-кислотной редуктоизомеразы IlvC и других ферментов из биосинтетического пути разветвленных L-аминокислот как описано выше.An advantage of the present invention is that part of the reaction product (AΛ or AHB) catalyzed by AHAS I acts as a co-inductor and binds to IlvY / DNA complex, inducing the transcription of ilvBN4 operon genes and, thus, providing AΛ or AHB synthesis. Another part of AΛ or AHB can be converted to the target product - a branched L-amino acid (L-valine, L-leucine or L-isoleucine) using the IlvC keto-acid reductisomerase and other enzymes from the biosynthetic pathway of the branched L-amino acids as described above.

Непрерывное снабжение системы экспрессии 2-ацетолактатом или 2-ацето-2-гидроксибутаноатом может придавать системе свойство самоиндуцируемости; и циклический поток коиндуктора через самоиндуцируемую систему экспрессии с регуляцией по принципу положительной обратной связи может приводить к непрерывному снабжению пути биосинтеза разветвленных L-аминокислот предшественниками, такими как 3-гидрокси-3-метил-2-оксобутаноат для L-валина и L-лейцина или 3-гидрокси-3-метил-2-оксопентаноат для L-изолейцина.Continuous supply of the expression system with 2-acetolactate or 2-aceto-2-hydroxybutanoate can give the system the property of self-inducibility; and cyclic co-inductor flow through a self-inducing expression system regulated by the principle of positive feedback can lead to a continuous supply of biosynthesis pathways of branched L-amino acids with precursors such as 3-hydroxy-3-methyl-2-oxobutanoate for L-valine and L-leucine or 3-hydroxy-3-methyl-2-oxopentanoate for L-isoleucine.

Предложенный подход для экспрессии генов может быть назван как самоиндуцируемая генетическая экспрессионная система, имеющая положительную регуляцию по типу обратной связи и опосредованная коиндуктором AΛ или АГБ.The proposed approach for gene expression can be called as a self-induced genetic expression system that has positive regulation by the type of feedback and is mediated by the co-inductor AΛ or AGB.

Экспрессионная система, функционирующая по принципу самоиндукции с положительной обратной связью, не ограничивается упомянутой выше системой экспрессии, включающей транскрипционный регулятор ilvY. Экспрессионная система также может включать другие системы экспрессии, использующие регуляторные белки типа LysR, которые описаны в Таблице 1.An expression system that operates on the principle of self-induction with positive feedback is not limited to the expression system mentioned above, including the transcriptional regulator ilvY. The expression system may also include other expression systems using regulatory proteins of the LysR type, which are described in Table 1.

Термин «ацетолактатсинтаза» может означать фермент, существующих в бактериях, таких как бактерии семейства Enterobacteriaceae, бактерии рода Corynebacterium, бактерии рода Bacillus и т.д. Примерами бактерий семейства Enterobacteriaceae могут быть бактерии, принадлежащие к роду Escherichia, Pantoea, Erwinia, Providencia и Serratia, такие как E.coli, Pantoea ananatis (P. ananatis) и подобные им. Примером коринеформной бактерии может быть бактерия, принадлежащая к роду Corynebacterium, такая как Corynebacterium glutamicum. Примерами бактерий, принадлежащих к роду Bacillus, могут быть Bacillus subtilis. Bacillus amyloliquefaciens FZB42 и Bacillus amyloliquefaciens DSM7. Термин «ацетолактатсинтаза» также может означать фермент, имеющий активность ацетолактатсинтазы.The term "acetolactate synthase" can mean an enzyme found in bacteria, such as bacteria of the Enterobacteriaceae family, bacteria of the genus Corynebacterium, bacteria of the genus Bacillus, etc. Examples of bacteria of the Enterobacteriaceae family can be bacteria belonging to the genus Escherichia, Pantoea, Erwinia, Providencia and Serratia, such as E. coli, Pantoea ananatis (P. ananatis) and the like. An example of a coryneform bacterium may be a bacterium belonging to the genus Corynebacterium, such as Corynebacterium glutamicum. Examples of bacteria belonging to the genus Bacillus may be Bacillus subtilis. Bacillus amyloliquefaciens FZB42 and Bacillus amyloliquefaciens DSM7. The term "acetolactate synthase" may also mean an enzyme having acetolactate synthase activity.

Термин «активность ацетолактатсинтазы» может означать способность фермента к катализу реакции образования i) 2-ацетолактата и CO2 из двух молекул пирувата и/или ii) 2-ацето-2-гидроксибутаноата и CO2 из пирувата и 2-оксобутаноата при соответствующих условиях, таких как температура, ионная сила, кислотность (pH), концентрация кофакторов и субстратов и т.д. Активность ацетолактатсинтазы можно измерить, используя метод Stormer F.C. and Umbarger H.E., Biochem. Biophys. Res. Commun., 1964, 17(5):587-592.The term "activity of acetolactate synthase" may mean the ability of the enzyme to catalyze the reaction of formation of i) 2-acetolactate and CO 2 from two pyruvate and / or ii) 2-aceto-2-hydroxybutanoate and CO 2 molecules from pyruvate and 2-oxobutanoate under appropriate conditions, such as temperature, ionic strength, acidity (pH), concentration of cofactors and substrates, etc. The activity of acetolactate synthase can be measured using the method of Stormer FC and Umbarger HE, Biochem. Biophys. Res. Commun., 1964, 17 (5): 587-592.

Ацетолактатсинтаза I, II или III (AHAS I, AHAS II или AHAS III) (EC 2.2.1.6) также может быть названа как ацетолактатсинтаза. Ацетолактатсинтаза является гетеротетрамерным белком со структурой типа α2β2, состоящим из двух каталитических и двух регуляторных доменов (Weinstock О. et al., J. Bacterial., 1992, 174(17):5560-55бб). Считается, что большая субъединица (примерно 60-kDa) является каталитической, в то время как малая субъединица (примерно 11-kDa) - регуляторной.Acetolactate synthase I, II or III (AHAS I, AHAS II or AHAS III) (EC 2.2.1.6) may also be referred to as acetolactate synthase. Acetolactate synthase is a heterotetrameric protein with an α 2 β 2 type structure consisting of two catalytic and two regulatory domains (Weinstock, O. et al., J. Bacterial., 1992, 174 (17): 5560-55bb). It is believed that the large subunit (approximately 60-kDa) is catalytic, while the small subunit (approximately 11-kDa) is regulatory.

AHAS I кодируется генами ilvB и ilvN, образующими оперон ilvBN. AHAS II кодируется генами ilvG and ilvM, образующими оперон ilvGMEDA. Гены, кодирующие AHAS II, обычно не экспрессируются в клетках E.coli K-12 (Guardiola J. et al., Mol. Gen. Genet, 1977, 156:17-25). AHAS III кодируется генами ilvI и ilvH, образующими оперон ilvIH.AHAS I is encoded by the ilvB and ilvN genes forming the ilvBN operon. AHAS II is encoded by the ilvG and ilvM genes forming the ilvGMEDA operon. Genes encoding AHAS II are usually not expressed in E. coli K-12 cells (Guardiola J. et al., Mol. Gen. Genet, 1977, 156: 17-25). AHAS III is encoded by the ilvI and ilvH genes forming the ilvIH operon.

AHAS I из E.coli, например, может иметь замены аминокислотных остатков, такие как N17K и/или A30P, которые сообщают устойчивость к ингибированию по типу обратной связи L-валином (Патент РФ №2355763, Патентная заявка США №2009197309 A1). Также, замещение аланина в положении 33 на любую аминокислоту или несколько аминокислот, такое как замещение его на 12 аминокислот, содержащих сайт терминации трансляции, приводит к белку IlvN33, укороченному на 45 аминокислотных остатка (Патент РФ №2355763, Патентная заявка США №2009197309 A1). Этот мутантный белок также обладает устойчивостью к ингибированию по типу обратной связи L-валином.AHAS I from E. coli, for example, may have amino acid residue substitutions, such as N17K and / or A30P, which report feedback inhibition resistance by L-valine (RF Patent No. 2355763, US Patent Application No. 2009197309 A1). Also, substitution of alanine at position 33 for any amino acid or several amino acids, such as replacing it with 12 amino acids containing a translation termination site, leads to the IlvN33 protein shortened by 45 amino acid residues (RF Patent No. 2355763, US Patent Application No. 2009197309 A1) . This mutant protein is also resistant to feedback inhibition by L-valine.

Малая субъединица мутантной AHAS I, содержащая замену N17K (Asn в положение 17 заменен на Lys, т.е. соответствующий кодон AAC заменен на AAG) в диком типе AHAS I, может быть кодирована мутантным геном ilvN, который может быть обозначен как ген ilvN4 или ген ilvN ValR4, как описано в EP 1942183. AHAS I, имеющая аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NOs: 2 и 4, может быть названа как «ацетолактатсинтаза I дикого типа».The small subunit of the mutant AHAS I containing the substitution N17K (Asn at position 17 is replaced by Lys, i.e., the corresponding AAC codon is replaced by AAG) in the wild type AHAS I, can be encoded by the mutant ilvN gene, which can be designated as the ilvN4 gene or the ilvN ValR4 gene, as described in EP 1942183. AHAS I, having the amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 2 and 4, may be referred to as "wild-type acetolactate synthase I".

На основании модели валин-связывающего участка регуляторной (малой) субъединицы AHAS III из Е.coli были сделаны укорочения карбоксильного конца малой субъединицы. Подобная модификация привела к тому, что укороченный фермент AHAS III потерял чувствительность к валину (Mendel S. et al., J. Mol. Biol., 2003, 325(2):275-284).Based on the model of the valine-binding region of the regulatory (small) subunit of AHAS III from E. coli, shortening of the carboxyl end of the small subunit was made. Such a modification led to the fact that the shortened AHAS III enzyme lost its sensitivity to valine (Mendel S. et al., J. Mol. Biol., 2003, 325 (2): 275-284).

Ацетолактатсинтаза III, которая укорочена с карбоксильного конца малой субъединицы на 35, 48, 80 или 95 аминокислотных остатков, может быть названа как «мутантная ацетолактатсинтаза III». ДНК, кодирующая малую субъединицу мутантной AHAS III, может быть названа как «мутантный ген ilvH». Оперон ilvIH, содержащий мутантный ген ilvH, может быть назван как «мутантный оперон ilvIH». AHAS III, имеющая аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NOs: 6 и 8, может быть названа как «ацетолактатсинтаза III дикого типа».Acetolactate synthase III, which is shortened from the carboxyl end of the small subunit by 35, 48, 80 or 95 amino acid residues, may be referred to as “mutant acetolactate synthase III”. DNA encoding the small subunit of the mutant AHAS III may be referred to as the “ilvH mutant gene”. The ilvIH operon containing the mutant ilvH gene may be referred to as the "mutant ilvIH operon". AHAS III, having the amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 6 and 8, may be referred to as "wild-type acetolactate synthase III".

Мутантная AHAS I может содержать делецию, замену, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков в одном или нескольких положениях помимо 17, 30 и/или 33 в исходной аминокислотной последовательности при условии, что активность ацетолактатсинтазы сохранена. Кроме того, мутантная AHAS III также может содержать делецию, замену, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков в одном или нескольких положениях в исходной аминокислотной последовательности при условии, что активность ацетолактатсинтазы сохранена. Кроме того, карбоксильный конец мутантной AHAS III может быть укорочен на один или несколько аминокислотных остатков, не ограничиваясь 35, 48, 80 или 95 аминокислотными остатками, при условии, что активность ацетолактатсинтазы не уменьшилась.Mutant AHAS I may contain a deletion, substitution, insertion or addition of one or more amino acid residues at one or more positions in addition to 17, 30 and / or 33 in the original amino acid sequence, provided that the activity of acetolactate synthase is maintained. In addition, the mutant AHAS III may also contain a deletion, substitution, insertion or addition of one or more amino acid residues at one or more positions in the original amino acid sequence, provided that the activity of acetolactate synthase is maintained. In addition, the carboxyl end of the mutant AHAS III can be shortened by one or more amino acid residues, not limited to 35, 48, 80 or 95 amino acid residues, provided that the activity of acetolactate synthase has not decreased.

Количество «нескольких» аминокислотных остатков различается в зависимости от положения в третичной структуре белка или типа аминокислотного остатка. Это возможно потому, что некоторые аминокислоты подобны друг другу по структуре и функции внутри белка, и взаимные перестановки таких аминокислот не сильно влияют на третичную структуру или функцию белка. AHAS III может быть укорочена последовательностью аминокислотных остатков различной длины до тех пор, пока укороченный фермент способен связывать и активировать каталитическую (большую) субъединицу, так чтобы мутантная AHAS III сохраняла активность. Таким образом, мутантные AHAS I, II и III могут иметь гомологию не менее чем 65%, не менее чем 80%, не менее чем 90%, не менее чем 95%, не менее чем 97% или не менее чем 99% по сравнению с изначальной аминокислотной последовательностью ацетолактатсинтазы при условии, что активность ацетолактатсинтазы сохранена. В связи с этим, в настоящем описании термин «гомология» может означать «идентичность».The number of “several” amino acid residues varies depending on the position in the tertiary structure of the protein or the type of amino acid residue. This is possible because some amino acids are similar to each other in structure and function within the protein, and the mutual rearrangements of such amino acids do not greatly affect the tertiary structure or function of the protein. AHAS III can be shortened by a sequence of amino acid residues of various lengths until the truncated enzyme is able to bind and activate the catalytic (large) subunit, so that the mutant AHAS III remains active. Thus, mutant AHAS I, II and III can have a homology of at least 65%, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 97% or at least 99% compared with the initial amino acid sequence of acetolactate synthase, provided that the activity of acetolactate synthase is maintained. In this regard, in the present description, the term "homology" may mean "identity".

Мутантная AHAS I может быть получена введением мутаций в ген ilvN дикого типа с использованием известных методов. Например, мутантный оперон ilvBN4, который содержит ген ilvB и мутантный ген ilvN4, может быть получен методом ПЦР (полимеразная цепная реакция), как описано в White T.J. et al., Trends Genet., 1989, 5:185-189, с использованием праймеров, подобранных на основании нуклеотидной последовательности гена UvN (SEQ ID NO: 3). Гены, кодирующие ацетолактатсинтазу из других микроорганизмов, могут быть получены похожим способом.Mutant AHAS I can be obtained by introducing mutations into the wild-type ilvN gene using known methods. For example, the mutant operon ilvBN4, which contains the ilvB gene and the mutant ilvN4 gene, can be obtained by PCR (polymerase chain reaction), as described in White T.J. et al., Trends Genet., 1989, 5: 185-189, using primers selected based on the nucleotide sequence of the UvN gene (SEQ ID NO: 3). Genes encoding acetolactate synthase from other microorganisms can be obtained in a similar way.

Мутантная AHAS III с укороченным карбоксильным концом малой субъединицы может быть получена сайт-направленным мутагенезом с использованием ПЦР, позволяющей получать ДНК-фрагменты с перекрывающимися участками, путем введения стоп-кодонов в желаемое положение гена UvH (Но S.N. et al., Site-directed mutagenesis by overlap extension using the polymerase chain reaction. Gene, 1989, 77:51-59). Праймеры для ПЦР, пригодные для синтеза генов оперона ilvIH, могут быть подобраны на основании нуклеотидной последовательности гена ilvH (SEQ ID NO: 7).A mutant AHAS III with a truncated carboxyl end of the small subunit can be obtained by site-directed mutagenesis using PCR, which allows DNA fragments with overlapping regions to be obtained by introducing stop codons at the desired position of the UvH gene (But SN et al., Site-directed mutagenesis by overlap extension using the polymerase chain reaction. Gene, 1989, 77: 51-59). PCR primers suitable for the synthesis of ilvIH operon genes can be selected based on the nucleotide sequence of the ilvH gene (SEQ ID NO: 7).

Ген ilvB кодирует большую субъединицу ацетолактатсинтазы I (KEGG, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, Киотская энциклопедия генов и геномов, No.b3671). Ген ilvB (инвентарный номер в GenBank NC_000913.2; нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам в положении с 3849119 по 3850807; Gene ID: 948182) расположен между генами ilvN и ivbL на хромосоме E.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена ilvB и аминокислотная последовательность большой субъединицы ацетолактатсинтазы I, кодируемой геном ilvB, приведены в последовательностях SEQ ID NO: 1 и SEQ ID NO: 2, соответственно.The ilvB gene encodes the large subunit of acetolactate synthase I (KEGG, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, No.b3671). The ilvB gene (GenBank accession number NC_000913.2; nucleotides complementary to nucleotides at position 3849119 to 3850807; Gene ID: 948182) is located between the ilvN and ivbL genes on the E. coli K-12 chromosome. The nucleotide sequence of the ilvB gene and the amino acid sequence of the large subunit of acetolactate synthase I encoded by the ilvB gene are shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, respectively.

Ген ilvN кодирует малую субъединицу ацетолактатсинтазы I (KEGG, No.b3670). Ген ilvN (инвентарный номер в GenBank NC_000913.2; нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам в положении с 3848825 по 3849115; Gene ID: 948183) расположен между генами uhpA и ilvB на хромосоме E.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена ilvN и аминокислотная последовательность малой субъединицы ацетолактатсинтазы I, кодируемой геном ilvN, приведены в последовательностях SEQ ID NO: 3 и SEQ ID NO: 4, соответственно.The ilvN gene encodes a small subunit of acetolactate synthase I (KEGG, No.b3670). The ilvN gene (GenBank accession number NC_000913.2; nucleotides complementary to nucleotides at position 3848825 through 3849115; Gene ID: 948183) is located between the uhpA and ilvB genes on the E. coli K-12 chromosome. The nucleotide sequence of the ilvN gene and the amino acid sequence of the small subunit of acetolactate synthase I encoded by the ilvN gene are shown in SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, respectively.

Ген ilvI кодирует большую субъединицу ацетолактатсинтазу III (KEGG, No.b0077). Ген ilvI (инвентарный номер в GenBank NC_000913.2; положения нуклеотидов с 85630 по 87354; Gene ID: 948793) расположен между генами leoO и ilvH на хромосоме E.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена ilvI и аминокислотная последовательность большой субъединицы ацетолактатсинтазы III, кодируемой геном ilvI, приведены в последовательностях SEQ ID NO: 5 и SEQ ID NO: 6, соответственно.The ilvI gene encodes a large subunit of acetolactate synthase III (KEGG, No.b0077). The ilvI gene (accession number in GenBank NC_000913.2; nucleotide positions 85630 to 87354; Gene ID: 948793) is located between the leoO and ilvH genes on the E. coli K-12 chromosome. The nucleotide sequence of the ilvI gene and the amino acid sequence of the large subunit of acetolactate synthase III encoded by the ilvI gene are shown in SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6, respectively.

Ген ilvH кодирует малую субъединицу ацетолактатсинтазы III (KEGG, No.b0078). Ген ilvI (инвентарный номер в GenBank NC_000913.2; положения нуклеотидов с 87357 по 87848 Gene ID: 947267) расположен между генами ilvI и fruR на хромосоме E.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена ilvH и аминокислотная последовательность малой субъединицы ацетолактатсинтазы III, кодируемой геном ilvH, приведены в последовательностях SEQ ID NO: 7 и SEQ ID NO: 8, соответственно.The ilvH gene encodes the small subunit of acetolactate synthase III (KEGG, No.b0078). The ilvI gene (accession number in GenBank NC_000913.2; nucleotide positions 87357 to 87848 Gene ID: 947267) is located between the ilvI and fruR genes on the E. coli K-12 chromosome. The nucleotide sequence of the ilvH gene and the amino acid sequence of the small subunit of acetolactate synthase III encoded by the ilvH gene are shown in SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8, respectively.

Ген ilvY кодирует ДНК-связывающий двойной транскрипционный регулятор ilvY (транскрипционный регулятор семейства LysR, положительный регулятор для ilvC) (KEGG, No.B3773). Ген ilvY (инвентарный номер в GenBank NC_000913.2; нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам в положении с 3954950 по 3955843; Gene ID: 948284) расположен между генами ilvA и ilvC на хромосоме Е.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена ilvI и аминокислотная последовательность белка IlvY, кодируемого геном ilvY, приведены в последовательностях SEQ ID NO: 9 и SEQ ID NO: 10, соответственно.The ilvY gene encodes the DNA-binding double transcriptional regulator ilvY (transcriptional regulator of the LysR family, positive regulator for ilvC) (KEGG, No.B3773). The ilvY gene (accession number in GenBank NC_000913.2; nucleotides complementary to nucleotides at position 3954950 through 3955843; Gene ID: 948284) is located between the ilvA and ilvC genes on the E. coli K-12 chromosome. The nucleotide sequence of the ilvI gene and the amino acid sequence of the IlvY protein encoded by the ilvY gene are shown in SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10, respectively.

Ген ilvG является псевдогеном (KEGG, No.b4488). Ген ilvG (инвентарный номер в GenBank NC_000913.2; положения нуклеотидов с 3948583 по 3950227; Gene ID: 2847699) расположен между генами ilvX и ilvM на хромосоме E.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена ilvG приведена в SEQ ID NO: 31. Ген ilvG может кодировать большую субъединицу ацетолактатсинтазы II при условии, что он содержит замену кодона TGA на кодон AAT в положении с 982 по 984 от начала гена, или мутации, как описано в Lawther R.P. et al., J. Bacteriol., 1982, 159:294-298. Аминокислотная последовательность большой субъединицы ацетолактатсинтазы II, кодируемой геном ilvG, в котором кодон TGA замещен на кодон AAT в положениях от 982 до 984, приведена в SEQ ID No: 32.The ilvG gene is a pseudogen (KEGG, No.b4488). The ilvG gene (accession number in GenBank NC_000913.2; nucleotide positions 3948583 through 3950227; Gene ID: 2847699) is located between the ilvX and ilvM genes on the E. coli K-12 chromosome. The nucleotide sequence of the ilvG gene is shown in SEQ ID NO: 31. The ilvG gene can encode the large subunit of the acetolactate synthase II, provided that it contains the replacement of the TGA codon with the AAT codon at position 982 through 984 from the start of the gene, or a mutation as described in Lawther R.P. et al., J. Bacteriol., 1982, 159: 294-298. The amino acid sequence of the large subunit of acetolactate synthase II encoded by the ilvG gene, in which the TGA codon is replaced by the AAT codon at positions from 982 to 984, is shown in SEQ ID No: 32.

Ген ilvM кодирует малую субъединицу ацетолактатсинтазы II (KEGG, No.b3769). Ген ilvM (GenBank accession No. NC_000913.2; положения нуклеотидов с 3950224 по 3950487; Gene ID: 948279) расположен между генами ilvG и ilvE на хромосоме E.coli K-12. Нуклеотидная последовательность гена ilvM и аминокислотная последовательность малой субъединицы ацетолактатсинтазы II, кодируемой геном ilvM, приведена в последовательностях SEQ ID NO: 33 и SEQ ID NO: 34, соответственно.The ilvM gene encodes the small subunit of acetolactate synthase II (KEGG, No.b3769). The ilvM gene (GenBank accession No. NC_000913.2; nucleotide positions 3950224 through 3950487; Gene ID: 948279) is located between the ilvG and ilvE genes on the E. coli K-12 chromosome. The nucleotide sequence of the ilvM gene and the amino acid sequence of the small subunit of acetolactate synthase II encoded by the ilvM gene are shown in SEQ ID NO: 33 and SEQ ID NO: 34, respectively.

Поскольку могут существовать некоторые различия в последовательностях ДНК между родами или штаммами бактерий семейства Enterobacteriaceae, гены ilvB, ilvN, ilvI, ilvH, ilvG и ilvM, кодирующие ацетолактатсинтазу, и ген ilvY, кодирующий транскрипционный регулятор, не ограничиваются генами, представленными в последовательностях SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 31, 33 и 9, но могут включать гены, которые являются вариантами или гомологами последовательностей, представленных в SEQ ID NOs: I, 3, 5, 7, 31, 33 и 9, и которые кодируют варианты белков IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM и IlvY.Since there may be some differences in DNA sequences between genera or strains of bacteria of the Enterobacteriaceae family, the ilvB, ilvN, ilvI, ilvH, ilvG and ilvM genes encoding acetolactate synthase and the ilvY gene encoding a transcriptional regulator are not limited to the genes represented in SEQ ID NOs : 1, 3, 5, 7, 31, 33, and 9, but may include genes that are variants or homologues of the sequences shown in SEQ ID NOs: I, 3, 5, 7, 31, 33, and 9, and which encode protein variants IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM and IlvY.

Термин «вариант белка», используемый в настоящем изобретении, может означать белок, который содержит одно или несколько изменений в аминокислотных последовательностях, представленных в SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 32, 34 и 10, которыми могут быть замены, делении, вставки и/или добавления одного или нескольких аминокислотных остатков при условии, что активность такого белка такая же, как и у белков IlvB, IlvN, Ilvl, IlvH, IlvG, IlvM и IlvY, соответственно. Количество изменений в вариантах белков зависит от вида или положения аминокислотного остатка в третичной структуре белка. Оно может быть от 1 до 30, или от 1 до 15, или от 1 до 5 в SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 32, 34 и 10The term "protein variant" used in the present invention may mean a protein that contains one or more changes in the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 32, 34 and 10, which may be substitutions, division, insertion and / or addition of one or more amino acid residues, provided that the activity of such a protein is the same as that of the proteins IlvB, IlvN, Ilvl, IlvH, IlvG, IlvM and IlvY, respectively. The number of changes in protein variants depends on the type or position of the amino acid residue in the tertiary structure of the protein. It can be from 1 to 30, or from 1 to 15, or from 1 to 5 in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 32, 34 and 10

Замены, делении, вставки и/или добавления одного или нескольких аминокислотных остатков могут быть консервативными мутациями при условии, что активность и/или функция варианта белка сохранена или подобна активности белков IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM и IlvY. Примером консервативной мутации может быть консервативная замена. Консервативными заменами могут быть взаимные замены между Ser или Thr на Ala, замены Gln, His или Lys на Arg; замена Glu, Gln, Lys, His или Asp на Asn; замена Glu или Gln на Asp; замена Ser или Ala на Cys; замена Asn, Glu, Lys, His, Asp или Arg на Gln; замена Gly, Asn, Gln, Lys или Asp на Glu; замена Pro на Gly; замена Asn, Lys, Gln, Arg или Trp на His; замена Leu, Met, Val или Phe на Ile; замена Ile, Met, Val или Phe на Leu; замена Asn, Glu, Gln, His или Arg на Lys; замена Ile, Leu, Val или Phe на Met; замена Trp, Tyr, Met, Ile или Leu на Phe; замена Thr или Ala на Ser; замена Ser или Ala на Thr; замена Phe или Tyr на Trp; замена His, Phe или Trp на Tyr; и замена Met, Ile или Leu на Val.Substitution, division, insertion and / or addition of one or more amino acid residues can be conservative mutations, provided that the activity and / or function of the protein variant is preserved or similar to the activity of the IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM and IlvY proteins. An example of a conservative mutation may be a conservative substitution. Conservative substitutions may be reciprocal substitutions between Ser or Thr for Ala, substitutions of Gln, His or Lys for Arg; replacement of Glu, Gln, Lys, His or Asp with Asn; replacement of Glu or Gln with Asp; replacement of Ser or Ala with Cys; replacement of Asn, Glu, Lys, His, Asp or Arg with Gln; replacing Gly, Asn, Gln, Lys, or Asp with Glu; replacing Pro with Gly; replacing Asn, Lys, Gln, Arg, or Trp with His; replacing Leu, Met, Val or Phe with Ile; replacing Ile, Met, Val or Phe with Leu; replacement of Asn, Glu, Gln, His or Arg with Lys; replacing Ile, Leu, Val or Phe with Met; replacing Trp, Tyr, Met, Ile or Leu with Phe; replacement of Thr or Ala with Ser; replacement of Ser or Ala with Thr; replacing Phe or Tyr with Trp; replacing His, Phe or Trp with Tyr; and replacing Met, Ile, or Leu with Val.

Гомология между белками или ДНК может быть определена с использованием нескольких известных подходов, например, компьютерных алгоритмов BLAST и FASTA и метода ClustalW. Алгоритм BLAST (Basic Local Alignment Search Tool, www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/), позволяющий проводить иерархический поиск, заложен в программах blastp, blastn, blastx, megablast, tbiastn и tbiastx; эти программы присваювают уровень значимости найденным объектам, используя статистические методы, описанные в Samuel К. and Altschul S.F. («Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoring schemes» Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87:2264-2268; «Applications and statistics for multiple high-scoring segments in molecular sequences». Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1993, 90:5873-5877). Алгоритм BLAST вычисляет три параметра: число аминокислотных остатков, идентичность и сходство. Поисковый алгоритм FASTA описан в Pearson W.R. («Rapid and sensitive sequence comparison with FASTP and FASTA», Methods Enzymol., 1990, 183:63-98). Метод ClustalW описан в Thompson J.D. et al. («CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice». Nucleic Acids Res., 1994, 22:4673-4680).Homology between proteins or DNA can be determined using several well-known approaches, for example, BLAST and FASTA computer algorithms and the ClustalW method. The BLAST algorithm (Basic Local Alignment Search Tool, www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/), which allows for hierarchical search, is embedded in the programs blastp, blastn, blastx, megablast, tbiastn and tbiastx; these programs assign significance to found objects using the statistical methods described in Samuel K. and Altschul S.F. ("Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoring schemes" Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87: 2264-2268; "Applications and statistics for multiple high-scoring segments in molecular sequences" (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1993, 90: 5873-5877). The BLAST algorithm computes three parameters: the number of amino acid residues, identity, and similarity. The FASTA search algorithm is described in Pearson W.R. (“Rapid and sensitive sequence comparison with FASTP and FASTA”, Methods Enzymol., 1990, 183: 63-98). The ClustalW method is described in Thompson J.D. et al. (“CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice.” Nucleic Acids Res., 1994, 22: 4673-4680).

Более того, гены ilvB, ilvN, ilvI, ilvH, ilvG, ilvM и ilvY могут быть вариантами нуклеотидных последовательностей.Moreover, the genes ilvB, ilvN, ilvI, ilvH, ilvG, ilvM and ilvY can be variants of nucleotide sequences.

Термин «вариант нуклеотидной последовательности» может означать нуклеотидную последовательность, кодирующую «вариант белка». Термин «вариант нуклеотидной последовательности» также может означать нуклеотидную последовательность, гибридизуюшуюся в жестких условиях с нуклеотидной последовательностью, комплементарной нуклеотидным последовательностям, приведенным в Перечне последовательностей под номерами SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 31, 33 или 9, или с зондом, который может быть синтезирован на основе указанных нуклеотидных последовательностей в жестких условиях, при условии, что он кодирует функциональные ацетолактатсинтазу или регуляторный белок до инактивации. Под «жесткими условиями» понимаются такие условия, в которых образуется специфический гибрид, например, гибрид, имеющий гомологию не менее чем 70%, не менее чем 80%, не менее чем 90%, не менее чем 95%, не менее чем 96%, не менее чем 97% или не менее чем 99%, и в которых не образуется неспецифический гибрид, например, гибрид, имеющий гомологию меньшую, чем указанно выше. Практическим примером жестких условий является однократная, двух- или трехкратная отмывка при концентрации солей 1×SSC, 0.1% SDS или 0.1×SSC, 0.1% SDS, при 60°C или 65°C. Продолжительность отмывки зависит от типа используемой для блоттинга мембраны и, как правило, такова, как рекомендовано производителем. Например, рекомендуемая продолжительность отмывки для положительно заряженной нейлоновой мембраны Hybond™-N+(GE Healthcare) при жестких условиях составляет 15 минут. Промывка может быть произведена двух- или трехкратно. В качестве зонда может быть использована часть последовательности, комплементарная последовательности, приведенной в SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 31, 33 или 9. Подобный зонд может быть получен с помощью ПЦР с использованием олигонуклеотидных праймеров, выбранных на основе последовательностей, приведенных в SEQ ID NOs: I, 3, 5, 7, 31, 33 или 9, и фрагмента ДНК, содержащего нуклеотидную последовательность в качестве матрицы. Рекомендуемая длина зонда может быть подобрана в зависимости от условий гибридизации и составляет >50 п.н., обычно около 100-1000 п.н. Например, при использовании в качестве зонда фрагмента ДНК длиной около 300 п.н. условия отмывки могут быть следующие: 2×SSC, 0.1% SDS при 50°C, 60°C или 65°C.The term "nucleotide sequence variant" may mean a nucleotide sequence encoding a "protein variant". The term "variant nucleotide sequence" can also mean a nucleotide sequence that hybridizes under stringent conditions with a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequences shown in the Sequence Listing under the numbers SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 31, 33 or 9, or probe, which can be synthesized based on the indicated nucleotide sequences under stringent conditions, provided that it encodes a functional acetolactate synthase or regulatory protein before inactivation. "Harsh conditions" means those conditions in which a specific hybrid is formed, for example, a hybrid having a homology of not less than 70%, not less than 80%, not less than 90%, not less than 95%, not less than 96% , not less than 97% or not less than 99%, and in which a non-specific hybrid is formed, for example, a hybrid having a homology lower than that indicated above. A practical example of harsh conditions is a one-time, two- or three-time washing at a salt concentration of 1 × SSC, 0.1% SDS or 0.1 × SSC, 0.1% SDS, at 60 ° C or 65 ° 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 a Hybond ™ -N + positive charge nylon membrane (GE Healthcare) under severe conditions is 15 minutes. Rinsing can be done two or three times. As a probe, a portion of the sequence complementary to the sequence shown in SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 31, 33 or 9 can be used. A similar probe can be obtained by PCR using oligonucleotide primers selected based on the sequences shown in SEQ ID NOs: I, 3, 5, 7, 31, 33 or 9, and a DNA fragment containing the nucleotide sequence as a template. The recommended probe length can be selected depending on hybridization conditions and is> 50 bp, usually about 100-1000 bp For example, when using a DNA fragment of about 300 bp in length as a probe washing conditions can be as follows: 2 × SSC, 0.1% SDS at 50 ° C, 60 ° C or 65 ° C.

Поскольку гены, кодирующие белки IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM и IlvY из E.coli, известны (см. выше), варианты нуклеотидных последовательностей, кодирующих белки IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM и IlvY, могут быть получены методом ПЦР (полимеразная цепная реакция), как описано в White T.J. et al., Trends Genet., 1989, 5:185-189 с использованием праймеров, подобранных на основе нуклеотидной последовательности генов ilvB, ilvN, ilvI, ilvH, ilvG, ilvM и ilvY. Гены, кодирующие белки IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM и IlvY или их варианты, могут быть получены подобным способом.Since the genes encoding the proteins IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM and IlvY from E. coli are known (see above), the nucleotide sequences encoding the proteins IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM and IlvY, can be obtained by PCR (polymerase chain reaction), as described in White TJ et al., Trends Genet., 1989, 5: 185-189 using primers selected based on the nucleotide sequence of the ilvB, ilvN, ilvI, ilvH, ilvG, ilvM and ilvY genes. Genes encoding the IlvB, IlvN, IlvI, IlvH, IlvG, IlvM and IlvY proteins or variants thereof can be obtained in a similar manner.

Термин «самоиндуцируемый положительно регулируемый промотор» может означать промотор, известный для специалиста в данной области. Традиционно самоиндуцируемый положительно регулируемый промотор может означать промотор, который имеет: a) повышенную активность, если уровень транскрипционного фактора или активатора увеличен, т.е. имеет место положительная регуляция; b) отсутствие или низкая активность в отсутствии транскрипционного фактора или активатора, однако есть наличие активации промотора, если он связан с транскрипционным фактором или активатором, т.е. имеет место индукция; и c) может быть индуцирован продуктом экспрессии кодирующего гена, контролируемого этим промотором, включая любой пост-трансляционно модифицированный продукт экспрессии, а также его аналоги и производные или образуемые им комплексы, включая продукты, такие как индивидуальные вещества или их комплексы, получающиеся в результате активности продукта экспрессии кодирующего гена, т.е. имеет место самоиндукция.The term "self-induced positively regulated promoter" may mean a promoter known to a person skilled in the art. A traditionally self-induced, positively regulated promoter may mean a promoter that has: a) increased activity if the level of the transcription factor or activator is increased, i.e. positive regulation takes place; b) the absence or low activity in the absence of a transcription factor or activator, however, there is a promoter activation if it is associated with a transcription factor or activator, i.e. induction takes place; and c) can be induced by the expression product of a coding gene controlled by this promoter, including any post-translationally modified expression product, as well as its analogues and derivatives or complexes formed by it, including products such as individual substances or their complexes resulting from activity coding gene expression product, i.e. self-induction takes place.

В качестве примера самоиндуцируемого положительно регулируемого промотора можно привести промотор Puvc (SEQ ID NO: 30) (Wek R.C. and Hatfield G.W., J. Biol. Chem., 1986, 261(5): 2441-2450; Opel M.L. and Hatfield G.W., Mol. Microbiol, 2001, 39(1):191-198), расположенный перед структурной частью гена ilvC, промотор PcysP, расположенный перед транскрипционной единицей cysPUWAM, промотор PcysK, расположенный перед структурной частью гена cysK, и промотор PmetR, расположенный перед структурной частью гена metE. Промотор PilvC может регулироваться комплексом индукции IlvY/AΛ или IlvY/АГБ. Промоторы PcysP и PcysK могут регулироваться комплексом самоиндукции CysB/O-ацетил-L-серин. Промотор PmetR может регулироваться комплексом самоиндукции MetR/L-гомоцистеин. Самоиндуцируемые положительно регулируемые промоторы не ограничены, и могут включать замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких нуклеотидных остатков при условии, что функциональность промотора сохранена.An example of a self-induced positively regulated promoter is the Puvc promoter (SEQ ID NO: 30) (Wek RC and Hatfield GW, J. Biol. Chem., 1986, 261 (5): 2441-2450; Opel ML and Hatfield GW, Mol Microbiol, 2001, 39 (1): 191-198), located in front of the structural part of the ilvC gene, the P cysP promoter, located in front of the cysPUWAM transcription unit, the P cysK promoter, located in front of the cysK gene, and the P metR promoter structural part of the metE gene. The P ilvC promoter can be regulated by the IlvY / AΛ or IlvY / AGB induction complex. The promoters P cysP and P cysK can be regulated by the CysB / O-acetyl-L-serine self-induction complex. The P metR promoter can be regulated by a MetR / L-homocysteine self-induction complex. Self-induced positively regulated promoters are not limited, and may include the substitution, deletion, insertion or addition of one or more nucleotide residues, provided that the functionality of the promoter is preserved.

Термин «самоиндуцируемый отрицательно регулируемый промотор» может означать промотор, известный для специалиста в данной области. Традиционно самоиндуцируемый отрицательно регулируемый промотор может означать промотор, который имеет: a) пониженную активность, если уровень транскрипционного фактора или активатора понижен, т.е. имеет место отрицательная регуляция; b) отсутствие или низкая активность в присутствии транскрипционного фактора или активатора, однако есть наличие активации промотора, если достигнута граничная концентрация транскрипционного фактора или активатора, т.е. имеет место индукция; и c) может быть дерегулирован продуктом экспрессии кодирующего гена, контролируемого этим промотором, включая любой пост-трансляционно модифицированный продукт экспрессии, а также его аналоги и производные или образуемые им комплексы, включая продукты, такие как индивидуальные вещества или их комплексы, получающиеся в результате активности продукта экспрессии кодирующего гена, т.е. имеет место самоиндукция.The term "self-induced negatively regulated promoter" may mean a promoter known to a person skilled in the art. A traditionally self-induced negatively regulated promoter may mean a promoter that has: a) reduced activity if the level of the transcription factor or activator is lowered, i.e. negative regulation takes place; b) the absence or low activity in the presence of a transcription factor or activator, however, there is an activation of the promoter if the boundary concentration of the transcription factor or activator is reached, i.e. induction takes place; and c) can be deregulated by the expression product of a coding gene controlled by this promoter, including any post-translationally modified expression product, as well as its analogues and derivatives or complexes formed by it, including products such as individual substances or their complexes resulting from activity coding gene expression product, i.e. self-induction takes place.

Термин «самоиндуцируемый промотор» также может означать «саморегулируемый промотор», «авторегулируемый промотор» или им подобные вне зависимости от положительного или отрицательного типа регулирования.The term “self-inducing promoter” can also mean “self-regulating promoter”, “self-regulating promoter” or the like, regardless of the positive or negative type of regulation.

Термин «система экспрессии модифицирована таким образом, что регуляция указанной системы, функционирующей по принципу самоиндукции с положительной обратной связью, опосредована коиндуктором» может означать, что система экспрессии отвечает за синтез коиндуктора за счет регуляции экспрессии гена, кодирующего фермент, который отвечает за синтез коиндуктора. Указанный коиндуктор может связываться с регуляторным комплексом белок/ДНК, чтобы активировать транскрипцию гена, кодирующего белок, который отвечает за синтез коиндуктора. Таким образом, очевидно, что функциональность, или регуляция указанной экспрессионной системы может быть опосредована коиндуктором.The term "expression system is modified in such a way that the regulation of the indicated system, which operates on the principle of self-induction with positive feedback, is mediated by the co-inductor" may mean that the expression system is responsible for the synthesis of the co-inductor by regulating the expression of the gene encoding the enzyme, which is responsible for the synthesis of the co-inductor. The specified co-inductor can bind to the regulatory protein / DNA complex to activate transcription of the gene encoding the protein, which is responsible for the synthesis of the co-inductor. Thus, it is obvious that the functionality or regulation of said expression system can be mediated by a co-inductor.

Термин «индуцируемая экспрессионная система» может означать систему экспрессии, в которой уровень транскрипции может быть изменен не менее чем в 1,5 раза, или не менее чем в 2 раза, или не менее чем в 3 раза, или не менее чем в 5 раз, или не менее чем в 10 раз, или не менее чем в 15 раз, или не менее чем в 20 раз, или не менее чем в 30 раз, или не менее чем в 100 раз, или более. Термин «индуцируемая экспрессионная система» может включать любую систему экспрессии, которая может быть индуцирована, например, коиндуктором, таким как 2-ацетолактат, 2-ацетогидрокси-2-бутаноат, арабиноза, лактоза, ИПТГ и т.д.; индуктором, таким как регуляторный белок, принадлежащим к белкам семейства типа LysR; внешним воздействием, например, нагреванием, охлаждением и т.д.; или ростовыми условиями, такими как плотность клеток, кислотность (pH) и т.д. Термин «индуцируемая экспрессионная система» также может включать любую систему экспрессии, которая может быть репрессирована, например, систему экспрессии, которая может быть репрессирована при добавлении химических соединений, белков, под воздействием внешних факторов и т.п.The term "inducible expression system" may mean an expression system in which the level of transcription can be changed at least 1.5 times, or at least 2 times, or at least 3 times, or at least 5 times or not less than 10 times, or not less than 15 times, or not less than 20 times, or not less than 30 times, or not less than 100 times, or more. The term “inducible expression system” can include any expression system that can be induced, for example, by a co-inductor, such as 2-acetolactate, 2-acetohydroxy-2-butanoate, arabinose, lactose, IPTG, etc .; an inducer, such as a regulatory protein, belonging to a protein of the LysR type family; external influences, for example, heating, cooling, etc .; or growth conditions, such as cell density, acidity (pH), etc. The term "inducible expression system" may also include any expression system that can be repressed, for example, an expression system that can be repressed by the addition of chemical compounds, proteins, under the influence of external factors, etc.

Термин «целевой ген» может означать ген, уровень экспрессии которого должен быть дерегулирован с использованием экспрессионной системы. В качестве примеров целевых генов можно привести ген(ы), кодирующий(е) белок(ки), вовлеченный(е) в биосинтез коиндуктора, или субстрата или предшественника коиндуктора, или синтазу коиндуктора. Более точно, примерами целевых генов могут быть гены, кодирующие большую и/или малую субъединицу(ы) AHAS I, II и/или III, или их мутантные варианты. Примером целевых генов может быть оперон ilvBN4, кодирующий мутантную AHAS I, устойчивую к ингибированию по типу обратной связи L-валином.The term “target gene” may mean a gene whose expression level is to be deregulated using an expression system. As examples of target genes, the gene (s) encoding (e) the protein (s) involved (e) in the biosynthesis of a co-inductor, or substrate or precursor of a co-inductor, or co-inductor synthase can be cited. More specifically, examples of target genes can be genes encoding the large and / or small subunit (s) of AHAS I, II and / or III, or mutant variants thereof. An example of target genes is the ilvBN4 operon encoding a mutant AHAS I resistant to feedback inhibition by L-valine.

Термин «дерегуляция уровня экспрессии» целевого(ых) гена(ов) может означать ослабление, инактивацию или повышение экспрессии указанного(ых) гена(ов); повышение экспрессии является одним из примеров.The term "deregulation of the expression level" of the target gene (s) may mean weakening, inactivation or increased expression of the specified gene (s); increased expression is one example.

Термин «операторный участок» может означать фрагмент ДНК, функционально связанный с промоторным участком и влияющий на транскрипцию гена, расположенного под промотором. Примером операторного участка может быть фрагмент ДНК, функционально связанный с промоторами PilvC или PilvY и с которым может связываться транскрипционный регулятор IlvY.The term "operator site" may mean a DNA fragment that is functionally linked to the promoter site and affects the transcription of a gene located under the promoter. An example of an operator site may be a DNA fragment operably linked to PilvC or PilvY promoters and to which an IlvY transcriptional regulator can bind.

Термин «регулятор гена(ов) системы экспрессии», который также может быть назван как «регулятор самоиндуцируемой системы с положительной обратной регуляцией» или «регулятор», может означать белок, принадлежащий к семейству регуляторных белков типа LysR, способный напрямую или опосредованно регулировать транскрипцию гена. Примеры регуляторных белков приведены в Таблице 1.The term “regulator of the gene (s) of the expression system”, which may also be called “regulator of the self-induced system with positive reverse regulation” or “regulator,” can mean a protein belonging to the family of regulatory proteins of the LysR type, capable of directly or indirectly regulating gene transcription . Examples of regulatory proteins are shown in Table 1.

Термин «инактивация гена» может означать, что модифицированный ген кодирует полностью неактивный или нефункциональный белок. Также возможно, что модифицированный участок ДНК не способен к естественной экспрессии гена благодаря делеции части гена или целого гена, сдвигу рамки считывания гена, введению миссенс/нонсенс мутации(ий) или модификации смежного участка гена, включению последовательностей, контролирующих экспрессию гена, таких как промотор(ы), энхансер(ы), аттенуатор(ы), рибосома-связывающий(ие) сайт(ы) (RBS, ribosome-binding site) и т.д. Инактивация гена также может быть проведена обычными способами, такими как мутагенез путем обработки микроорганизмов, например, УФ-облучением или нитрозогуанидином (N-метил-N'-нитро-N-нитрозогуанидин), сайт-направленный мутагенез, нарушение структуры гена с использованием гомологичной рекомбинации и/или мутагенеза за счет вставки-делеции (Yu D. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97(12):5978-83; Datsenko K.A. и Wanner B.L., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000, 97(12):6640-45), также называемого как «λRed-зависимая интеграция».The term "gene inactivation" may mean that the modified gene encodes a completely inactive or non-functional protein. It is also possible that the modified portion of the DNA is not capable of naturally expressing the gene due to deletion of part of the gene or the whole gene, shift of the reading frame of the gene, insertion of the missense / nonsense mutation (s) or modification of the adjacent portion of the gene, inclusion of sequences that control gene expression, such as a promoter (s), enhancer (s), attenuator (s), ribosome binding site (s) (RBS, ribosome binding site), etc. Gene inactivation can also be carried out by conventional methods, such as mutagenesis by treating microorganisms, for example, UV irradiation or nitrosoguanidine (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine), site-directed mutagenesis, disruption of the gene structure using homologous recombination and / or mutagenesis by insertion deletion (Yu D. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97 (12): 5978-83; Datsenko KA and Wanner BL, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000, 97 (12): 6640-45), also referred to as “λRed dependent integration”.

Термин «повышение экспрессии гена» или «экспрессия гена повышена» может означать, что благодаря генетической модификации уровень экспрессии мутантного гена выше, чем уровень экспрессии гена в немодифицированном штамме, например, в штамме дикого типа или родительском штамме, таком как штамм E.coli MG1655, E.coli K-12 (VKPM B-7) или E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4. Примеры таких модификаций включают увеличение числа копий экспрессированных генов в клетке и/или увеличение уровня экспрессии гена модификацией смежного с геном участка, включающего последовательности, контролирующие экспрессию гена, такие как промоторы, энхансеры, аттенюаторы, рибосома-связывающие сайты и т.д., и другие примеры. Способы, которые могут использоваться для увеличения экспрессии гена, также могут включать введение гена в вектор, который способен повышать копийность гена в бактерии семейства Enterobacteriaceae. В качестве примеров таких векторов можно привести, но не ограничиться этим, векторы с широким кругом хозяев (broad-host-range vectors), например, pCM110, pRK310, pVK101, pBBR122, pBHR1 и подобные им. Увеличение экспрессии гена также может быть достигнуто введением множества копий гена в хромосомную ДНК бактерии, например, с помощью гомологичной рекомбинации, Mu интеграции или подобными методами.The term “increased gene expression” or “gene expression increased” may mean that due to genetic modification, the expression level of the mutant gene is higher than the expression level of the gene in an unmodified strain, for example, a wild-type strain or a parent strain, such as E. coli MG1655 strain , E. coli K-12 (VKPM B-7) or E. coli B7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4. Examples of such modifications include an increase in the number of copies of expressed genes in a cell and / or an increase in gene expression by modification of a region adjacent to the gene, including sequences that control gene expression, such as promoters, enhancers, attenuators, ribosome binding sites, etc., and other examples. Methods that can be used to increase gene expression may also include introducing the gene into a vector that is capable of increasing the copy number of the gene in Enterobacteriaceae family bacteria. Examples of such vectors include, but are not limited to, vectors with a wide range of hosts (broad-host-range vectors), for example, pCM110, pRK310, pVK101, pBBR122, pBHR1 and the like. Increased gene expression can also be achieved by introducing multiple copies of the gene into the bacterial chromosomal DNA, for example, by homologous recombination, Mu integration, or similar methods.

Усиление экспрессии гена(ов) и/или генов оперона также может быть достигнуто путем подстановки фрагмента ДНК под контроль сильного промотора. Примерами сильных промоторов являются lac промотор, trp промотор, trc промотор, tac промотор, PR или PL промоторы фага λ. В данном изобретении могут быть использованы сильные промоторы, обеспечивающие высокий уровень экспрессии гена в бактерии, принадлежащей к семейству Enterobacteriaceae. С другой стороны, действие промотора может быть усилено, например, введением мутации в промоторный участок гена на бактериальной хромосоме, что приводит к увеличению уровня транскрипции гена, находящегося под промотором. Кроме того, известно, что замена нескольких нуклеотидов в области между сайтом связывания рибосомы и стартовым кодоном, особенно в последовательности непосредственно перед стартовым кодоном, существенно влияет на трансляционную способность мРНК. Например, обнаружен 20-кратный разброс в уровне экспрессии гена в зависимости от природы трех нуклеотидов, предшествующих стартовому кодону (Gold L. et al., Annu. Rev. Microbiol., 1981, 35:365-403; Hui A. et al., EMBO J., 1984, 3:623-629). Использование сильного промотора можно сочетать с увеличением числа копий гена.Enhanced expression of the gene (s) and / or operon genes can also be achieved by substituting a DNA fragment under the control of a strong promoter. Examples of strong promoters are the lac promoter, trp promoter, trc promoter, tac promoter, P R or P L phage λ promoters. Strong promoters providing a high level of gene expression in bacteria belonging to the Enterobacteriaceae family can be used in this invention. On the other hand, the action of the promoter can be enhanced, for example, by introducing a mutation into the promoter region of a gene on the bacterial chromosome, which leads to an increase in the level of transcription of the gene under the promoter. In addition, it is known that the replacement of several nucleotides in the region between the ribosome binding site and the start codon, especially in the sequence immediately before the start codon, significantly affects the translational ability of mRNA. For example, a 20-fold variation in the level of gene expression was found depending on the nature of the three nucleotides preceding the start codon (Gold L. et al., Annu. Rev. Microbiol., 1981, 35: 365-403; Hui A. et al. , EMBO J., 1984, 3: 623-629). The use of a strong promoter can be combined with an increase in the number of copies of the gene.

Количество копий, присутствие или отсутствие гена и/или генов оперона может быть измерено, например, рестрикцией хромосомной ДНК с последующим блоттингом по-Саузерну (Southern blotting), используя зонд, подобранный на основе последовательности гена, флуоресцентную гибридизацию in situ (fluorescence in situ hybridization, FISH) и подобные им методы. Уровень экспрессии гена и/или генов оперона можно определить с помощью различных известных методов, включая измерение количества транскрибируемой мРНК с применением хорошо известных методов, например, Нозерн-блоттинга, количественную ОТ-ПЦР (RT-PCR) и т.п. Количество белка, кодируемого геном, можно определить известными методами, включая электрофорез в SDS-ПААГ (SDS-PAGE) с последующим иммуноблоттингом (Вестерн-блоттинг) (Western blotting analysis), и подобными.The number of copies, the presence or absence of the gene and / or operon genes can be measured, for example, by restriction of chromosomal DNA followed by Southern blotting using a probe selected based on the gene sequence, in situ fluorescence hybridization (fluorescence in situ hybridization , FISH) and similar methods. The level of expression of the gene and / or operon genes can be determined using various known methods, including measuring the amount of transcribed mRNA using well-known methods, for example, Northern blotting, quantitative RT-PCR (RT-PCR), etc. The amount of protein encoded by the gene can be determined by known methods, including SDS-PAGE (SDS-PAGE) electrophoresis followed by Western blotting (Western blotting analysis), and the like.

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. и Maniatis Т., «Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd ed.». Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989). Методы молекулярного клонирования и экспрессии гетерологичных генов описаны в Bernard R. Glick, Jack J. Pasternak и Cheryl L. Patten, «Molecular Biotechnology: principles and applications of recombinant DNA», 4th ed., Washington, D.C: ASM Press (2009); Evans Jr., T.C. and Xu M. - Q., «Heterologous gene expression in E.coli», 1st ed., Humana Press (2011).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 EF and Maniatis T., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2 nd ed.". Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989). Molecular cloning and expression of heterologous genes are described in Bernard R. Glick, Jack J. Pasternak and Cheryl L. Patten, Molecular Biotechnology: principles and applications of recombinant DNA, 4 th ed., Washington, DC: ASM Press (2009) ; Evans Jr., TC and Xu M. - Q., “Heterologous gene expression in E. coli”, 1 st ed., Humana Press (2011).

Термин «активность фермента, кодируемого геном, повышена» может означать, что общая активность фермента в расчете на одну клетку или специфическая активность в расчете на одну молекулу фермента выше, чем общая и/или специфическая активность фермента в немодифицированном штамме, например, штамме дикого типа или родительском штамме. Для сравнения активности фермента в качестве немодифицированного штамма можно взять штамм E.coli K-12, содержащий ацетолактатсинтазу дикого типа.The term “gene encoded enzyme activity is increased” may mean that the total activity of the enzyme per cell or the specific activity per molecule of the enzyme is higher than the total and / or specific activity of the enzyme in an unmodified strain, for example, a wild-type strain or parent strain. To compare the activity of the enzyme, a strain of E. coli K-12 containing wild-type acetolactate synthase can be taken as an unmodified strain.

Термин «биосинтетический путь», который также может называться как «метаболический путь» или «биохимический путь», может означать набор анаболических или катаболических (био)химических реакций для превращения биомолекулы одного вида в биомолекулу другого вида, например, более сложного вида по направлению к целевому конечному продукту или полезному метаболиту. Термин «биосинтетический путь» обычно понятен для специалиста в данной области. Требуемым конечным продуктом может быть L-аминокислота, нуклеозид, нуклеотид, кофактор, низший или высший спирт, органическая кислота, их производные, белок и т.д.The term “biosynthetic pathway,” which can also be called a “metabolic pathway” or “biochemical pathway,” can mean a set of anabolic or catabolic (bio) chemical reactions to convert a biomolecule of one species into a biomolecule of another species, for example, a more complex species towards target end product or beneficial metabolite. The term "biosynthetic pathway" is usually understood by a person skilled in the art. The desired end product may be an L-amino acid, nucleoside, nucleotide, cofactor, lower or higher alcohol, organic acid, their derivatives, protein, etc.

Термин «субстрат» может означать химическое или биохимическое соединение (вещество) любого вида, которое может быть превращено или предполагается, что может быть превращено в вещество или соединение другого вида под действием фермента. Термин «субстрат» может означать не только единичное вещество, но также комбинацию соединений, такие как растворы, смеси и другие вещества, которые содержат не менее чем один субстрат или его производное(ые). Термин «субстрат» также может означать соединения, выступающие в качестве приемлемого источника углерода для синтеза химических и биохимических веществ, которыми могут быть, например, происходящий из биомассы сахар, интермедиаты или конечные метаболиты, которые используются в биосинтетическом пути микроорганизма с измененным метаболизмом. Различные виды химических или биохимических веществ и соединений могут быть превращены в требуемый конечный продукт в результате единственной реакции, катализируемой ферментом. Примеры субстратов включают пируват и 2-оксобутаноат.The term "substrate" can mean a chemical or biochemical compound (substance) of any kind that can be converted or is supposed to be converted into a substance or compound of another type by the action of an enzyme. The term “substrate” can mean not only a single substance, but also a combination of compounds, such as solutions, mixtures, and other substances that contain at least one substrate or its derivative (s). The term “substrate” can also mean compounds that act as an acceptable carbon source for the synthesis of chemical and biochemical substances, which may be, for example, sugar derived from biomass, intermediates or end metabolites that are used in the biosynthetic pathway of a modified metabolism microorganism. Various types of chemical or biochemical substances and compounds can be converted into the desired end product as a result of a single enzyme-catalyzed reaction. Examples of substrates include pyruvate and 2-oxobutanoate.

Термин «предшественник» может означать химическое или биохимическое соединение (вещество) любого вида, из которого может быть получено другое, более сложное химическое или биохимическое соединение (вещество) по направлению к целевому конечному продукту или полезному метаболиту. В биосинтезе L-валина примерами предшественников могут быть пируват, 2-ацетолактат, 3-гидрокси-3-метил-2-оксобутаноат, 2,3-дигидрокси-3-метилбутаноат и 2-оксоизовалериат. В биосинтезе L-лейцина примерами предшественников могут быть пируват, 2-ацетолактат, 3-гидрокси-3-метил-2-оксобутаноат, 2,3-дигидрокси-3-метилбутаноат и 2-оксоизовалериат, 2-изопропилмалат и т.д. В биосинтезе L-изолейцина примерами предшественников могут быть L-треонин, пируват, 2-ацето-2-гидроксибутаноат, 3-гидрокси-3-метил-2-оксопентаноат, 2,3-дигидрокси-3-метилпентаноат и т.д.The term "precursor" can mean a chemical or biochemical compound (substance) of any kind from which another, more complex chemical or biochemical compound (substance) can be obtained in the direction of the target end product or beneficial metabolite. In the biosynthesis of L-valine, examples of precursors include pyruvate, 2-acetolactate, 3-hydroxy-3-methyl-2-oxobutanoate, 2,3-dihydroxy-3-methylbutanoate and 2-oxoisovalerate. In the biosynthesis of L-leucine, examples of precursors can be pyruvate, 2-acetolactate, 3-hydroxy-3-methyl-2-oxobutanoate, 2,3-dihydroxy-3-methylbutanoate and 2-oxoisovalerate, 2-isopropyl malate, etc. In the biosynthesis of L-isoleucine, examples of precursors can be L-threonine, pyruvate, 2-aceto-2-hydroxybutanoate, 3-hydroxy-3-methyl-2-oxopentanoate, 2,3-dihydroxy-3-methylpentanoate, etc.

Термины «субстрат» и «предшественник» могут быть взаимозаменяемы.The terms “substrate” and “predecessor” may be used interchangeably.

Термин «биомолекула» может означать химическое или биохимическое соединение (вещество) любого вида, продукт, получаемый с помощью микроорганизма. Биомолекулами могут быть белки, полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты и небольшие молекулы, такие как первичные метаболиты, вторичные метаболиты и природные вещества.The term "biomolecule" can mean a chemical or biochemical compound (substance) of any kind, a product obtained using a microorganism. Biomolecules can be proteins, polysaccharides, lipids, nucleic acids and small molecules, such as primary metabolites, secondary metabolites and natural substances.

Термин «полезный метаболит» может означать химическое или биохимическое соединение (вещество) любого вида, получаемое с помощью микроорганизма для промышленных, кормовых, пищевых, фармакологических или других целей. В качестве полезных метаболитов можно привести разветвленные L-аминокислоты, такие как L-валин, L-изолейцин и L-лейцин; высшие спирты, такие как изобутанол, 2-метил-1-бутанол, и 3-метил-1-бутанол; и органическую кислоту, такую как D-пантотеновая кислота.The term "beneficial metabolite" can mean a chemical or biochemical compound (substance) of any kind, obtained with the help of a microorganism for industrial, feed, food, pharmacological or other purposes. Branched L-amino acids such as L-valine, L-isoleucine and L-leucine can be mentioned as useful metabolites; higher alcohols such as isobutanol, 2-methyl-1-butanol, and 3-methyl-1-butanol; and an organic acid such as D-pantothenic acid.

Экспрессионная система может быть введена в бактерию вышеописанным способом для усиления экспрессии гена, например, с использованием вектора, содержащего экспрессионную систему. Экспрессионная система может быть также введена в бактерию замещением нативного промотора целевого гена(ов) самоиндуцируемым промотором. Бактерия может содержать ген, кодирующий регуляторный белок типа LysR, положительно регулирующий промотор. Экспрессия гена, кодирующего регуляторный белок типа LysR, может быть усилена, однако, это усиление не существенно. В случае, когда промотор есть промотор ilvC регуляторный белок типа LysR есть белок ilvY, эндогенной экспресси гена ilvY обычно бывает достаточно.The expression system can be introduced into the bacterium as described above to enhance gene expression, for example, using a vector containing the expression system. The expression system can also be introduced into the bacterium by substituting the native promoter of the target gene (s) with a self-induced promoter. The bacterium may contain a gene encoding a regulatory protein of the LysR type, which positively regulates the promoter. Expression of a gene encoding a regulatory protein of the LysR type can be enhanced, however, this amplification is not significant. In the case where the promoter is the ilvC promoter, the regulatory protein of the LysR type is the ilvY protein, endogenous expression of the ilvY gene is usually sufficient.

3. Способ получения полезных метаболитов, таких как L-аминокислоты, высшие спирты и D-пантотеновая кислота Способ получения полезных метаболитов, более точно, L-аминокислот, особенно, разветвленных L-аминокислот, таких как L-валин, L-лейцин и L-изолейцин, высших спиртов, таких как изобутанол, 2-метил-1-бутанол и 3-метил-1-бутанол и органических кислот, таких как D-пантотеновая кислота может включать стадии выращивания бактерии в питательной среде с целью образования, экскреции и накопления полезного метаболита в питательной среде и извлечения L-аминокислоты, высшего спирта и/или органической кислоты из культуральной жидкости.3. A method for producing beneficial metabolites, such as L-amino acids, higher alcohols and D-pantothenic acid. A method for producing beneficial metabolites, more specifically, L-amino acids, especially branched L-amino acids, such as L-valine, L-leucine and L -isoleucine, higher alcohols such as isobutanol, 2-methyl-1-butanol and 3-methyl-1-butanol and organic acids such as D-pantothenic acid may include the steps of growing the bacteria in a nutrient medium for the purpose of formation, excretion and accumulation beneficial metabolite in a nutrient medium and L-extraction acids, higher alcohol and / or organic acids from the culture fluid.

Выращивание (культивирование), выделение и очистка метаболитов из культуральной жидкости могут быть осуществлены способами, подобными традиционным способам ферментации, в которых аминокислота, высший спирт или органическая кислота продуцируется микроорганизмом. Питательная среда, используемая для получения полезных метаболитов, может быть обычной питательной средой, которая содержит источники углерода, азота, неорганические ионы и другие необходимые органические компоненты. В качестве источника углерода могут использоваться различные углеводы, такие как глюкоза, лактоза, галактоза, фруктоза, арабиноза, мальтоза, ксилоза, трегалоза, рибоза и гидролизаты крахмала; спирты, такие как глицерин, маннитол и сорбитол; органические кислоты, такие как глюконовая кислота, фумаровая кислота, лимонная кислота, яблочная кислота и янтарная кислота; и подобные им. В качестве источника азота могут использоваться различные неорганические аммонийные соли, такие как сульфат аммония, хлорид аммония и фосфат аммония; органический азот такой, как гидролизаты соевых бобов; водный раствор аммиака; и подобные им. Желательно, чтобы витамины, такие как витамин B1, необходимые вещества, например, органические добавки, такие как нуклеиновые кислоты, аденин и РНК, или дрожжевой экстракт и т.п. могли присутствовать в соответствующих или даже в минимальных количествах. Кроме того, при необходимости могут быть добавлены малые количества фосфата кальция, сульфата магния, ионы железа, ионы марганца и т.п.Cultivation (cultivation), isolation and purification of metabolites from the culture fluid can be carried out by methods similar to traditional methods of fermentation, in which an amino acid, higher alcohol or organic acid is produced by a microorganism. The nutrient medium used to produce beneficial metabolites may be a normal nutrient medium that contains sources of carbon, nitrogen, inorganic ions and other necessary organic components. Various carbohydrates can be used as a carbon source, such as glucose, lactose, galactose, fructose, arabinose, maltose, xylose, trehalose, ribose and starch hydrolysates; alcohols such as glycerin, mannitol and sorbitol; organic acids such as gluconic acid, fumaric acid, citric acid, malic acid and succinic acid; and the like. As a nitrogen source, various inorganic ammonium salts can be used, such as ammonium sulfate, ammonium chloride and ammonium phosphate; organic nitrogen such as soybean hydrolysates; aqueous ammonia; and the like. It is desirable that vitamins such as vitamin B 1 , essential substances, for example, organic additives, such as nucleic acids, adenine and RNA, or yeast extract and the like. could be present in appropriate or even minimal amounts. In addition, if necessary, small amounts of calcium phosphate, magnesium sulfate, iron ions, manganese ions and the like can be added.

Выращивание может быть выполнено в аэробных условиях в течение от 16 до 72 ч при температуре в интервале 30-45°C или в интервале 30-37°C при кислотности (pH) питательной среды в интервале 5-8 или 6,5-7,2. pH можно регулировать с использованием неорганических или органических кислот или оснований, таких как, например, газообразный аммиак. Обычно выращивание в течение от 1 до 5 дней приводит к накоплению целевой L-аминокислоты в культуральной жидкости.Cultivation can be performed under aerobic conditions for 16 to 72 hours at a temperature in the range of 30-45 ° C or in the range of 30-37 ° C with an acidity (pH) of the nutrient medium in the range of 5-8 or 6.5-7, 2. The pH can be adjusted using inorganic or organic acids or bases, such as, for example, gaseous ammonia. Typically, growing for 1 to 5 days leads to the accumulation of the target L-amino acid in the culture fluid.

После выращивания твердые остатки, такие как клетки и клеточный дебрис могут быть удалены из культуральной жидкости методом центрифугирования или фильтрацией через мембрану, а затем целевая L-аминокислота или органическая кислота может быть выделена и очищена с использованием любой комбинации традиционных методов, таких как ионообменная хроматография, концентрация и кристаллизация. Высшие спирты могут быть выделены из культуральной жидкости, например, дистилляцией с последующей очисткой повторной дистилляцией или хроматографией.After growth, solid residues such as cells and cell debris can be removed from the culture fluid by centrifugation or filtration through a membrane, and then the target L-amino acid or organic acid can be isolated and purified using any combination of traditional methods, such as ion exchange chromatography, concentration and crystallization. Higher alcohols can be isolated from the culture fluid, for example, by distillation followed by purification by repeated distillation or chromatography.

ПримерыExamples

Настоящее изобретение более подробно будет описано ниже со ссылкой на следующие не ограничивающие настоящее изобретение Примеры.The present invention will be described in more detail below with reference to the following non-limiting Examples.

Пример 1. Конструирование экспрессионной кассеты, регулируемой ацетогидроксикислотой, и анализ ее экспрессии с использованием гена-репортера lacZ при различных генетических окруженияхExample 1. Construction of an expression cassette regulated by acetohydroxy acid and analysis of its expression using the lacZ reporter gene in various genetic environments

Транскрипция генов ilvYC хорошо известна (Rhee К. et al., Proa. Natl. Acad. Sci. USA, 1999, 96(25):14294-14299; Opel M.L. and Hatfield G.W. Mol. Microbiol., 2001, 39(1):191-198). Авторами настоящего изобретения была изучена возможность использования промотора гена ilvC для метаболически регулируемой экспрессионной системы. С этой целью сначала вводили ген cat за геном ilvY на хромосоме штамма E.coli MG1655 (ATCC 47076) с использованием λRed-зависимой интеграции. Фрагмент ДНК, несущий кассету λattL-cat-λattR, получали методом ПЦР (полимеразная цепная реакция) с использованием олигонуклеотидных праймеров P1 (SEQ ID NO: 11) для участка ilvY-attL и P2 (SEQ ID NO: 12) для участка attR-ilvYn плазмиды pMW118-λattL-cat-λattR (Katashkina Zh.I. et al., Mol. Biol. (Mosk.), 2005, 39(5):823-831) в качестве матрицы. Полученный фрагмент ДНК вводили в штамм E.coli MG1655/pKD46 электротрансформацией с использованием электропоратора «Bio-Rad» (США) (№165-2098, версия 2-89) в соответствии с инструкциями производителя. В результате был получен трансформант E.coli MG1655cat-ilvY, содержащий на хромосоме выше гена ilvY маркер устойчивости к хлорамфениколу (λattL-cat-λattR, CmR). Рекомбинантная плазмида pKD46 (Datsenko K.A. and Wanner B.L., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97:6640-6645) с репликоном, обладающим температурной чувствительностью, была использована в качестве донора генов фага λ, ответственных за ARed-зависимую рекомбинационную систему. Штамм E.coli MG1655, содержащий рекомбинантную плазмиду pKD46, можно получить из E.coli Genetic Stock Center, Yale University, New Haven, USA, инвентарный номер CGSC7669. После интеграции плазмиды pKD46 в штамм E.coli MG1655 был получен штамм E.coli MG1655/pKD46.IlvYC gene transcription is well known (K. Rhee et al., Proa. Natl. Acad. Sci. USA, 1999, 96 (25): 14294-14299; Opel ML and Hatfield GW Mol. Microbiol., 2001, 39 (1) : 191-198). The authors of the present invention have studied the possibility of using the ilvC gene promoter for a metabolically regulated expression system. For this purpose, the cat gene was first introduced after the ilvY gene on the chromosome of E. coli strain MG1655 (ATCC 47076) using λRed-dependent integration. The DNA fragment carrying the λattL-cat-λattR cassette was obtained by PCR (polymerase chain reaction) using oligonucleotide primers P1 (SEQ ID NO: 11) for plot ilvY-attL and P2 (SEQ ID NO: 12) for plot attR-ilvYn plasmids pMW118-λattL-cat-λattR (Katashkina Zh.I. et al., Mol. Biol. (Mosk.), 2005, 39 (5): 823-831) as a matrix. The obtained DNA fragment was introduced into the E. coli strain MG1655 / pKD46 by electrotransformation using a Bio-Rad electroporator (USA) (No. 165-2098, version 2-89) in accordance with the manufacturer's instructions. As a result, the E. coli transformant MG1655cat-ilvY was obtained, which contained a chloramphenicol resistance marker (λattL-cat-λattR, Cm R ) on the chromosome above the ilvY gene. The recombinant plasmid pKD46 (Datsenko KA and Wanner BL, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97: 6640-6645) with a temperature-sensitive replicon was used as a donor of phage λ genes responsible for ARed-dependent recombination the system. The E. coli strain MG1655 containing the recombinant plasmid pKD46 can be obtained from E. coli Genetic Stock Center, Yale University, New Haven, USA, accession number CGSC7669. After integration of the plasmid pKD46 into the E. coli strain MG1655, the E. coli strain MG1655 / pKD46 was obtained.

Фрагмент cat-ilvY-Puvc, содержащий λattL-cat-λattR, ген ilvY и межгенный участок ilvY-ilvC с промотором PilvC, получали методом ПЦР с использованием олигонуклеотидных праймеров P3 (SEQ ID NO: 13) для участка attL-lacZ и праймера P4 (SEQ ID NO: 14) для участка ilvCp-lacZ и хромосомной ДНК штамма Е.coli MG1655 cat-ilvY в качестве матрицы. Полученный фрагмент ДНК вставляли в хромосому штамма E.coli MG1655/pKD46 выше гена lacZ с использованием λRed-зависимой интеграции. В результате был получен штамм Е.coli MG1655 cat-ilvY-PilvC-lacZ. Устойчивые к хлорамфениколу (CmR) колонии отбирали на чашках, содержащих лизогенную среду (lysogenic broth, LB) (Sambrook, J. and Russell, D.W. (2001) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (3rd ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press), агар 1,5% и хлорамфеникол 40 мг/л.The cat-ilvY-Puvc fragment containing λattL-cat-λattR, the ilvY gene and the ilvY-ilvC intergenic region with the P ilvC promoter were obtained by PCR using oligonucleotide primers P3 (SEQ ID NO: 13) for the attL-lacZ region and P4 primer (SEQ ID NO: 14) for the plot of ilvCp-lacZ and chromosomal DNA of strain E. coli MG1655 cat-ilvY as a matrix. The resulting DNA fragment was inserted into the chromosome of E. coli strain MG1655 / pKD46 above the lacZ gene using λRed-dependent integration. As a result, the E. coli strain MG1655 cat-ilvY-P ilvC - lacZ was obtained. Chloramphenicol resistant (Cm R) colonies were selected on plates containing lysogenic medium (lysogenic broth, LB) (Sambrook , J. and Russell, DW ( 2001) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (3 rd ed) Cold Spring Harbor Laboratory. . Press), agar 1.5% and chloramphenicol 40 mg / L.

Вставку фрагмента проверяли методом ПЦР. Для этой цели колонии, которые выращивали в течение 24 ч, проверяли на наличие фрагмента cat-ilvY-PilvC-lacZ вместо нативного гена lacZ методом ПЦР с использованием олигонуклеотидных праймеров Р13 (SEQ ID NO: 23) и Р14 (SEQ ID NO: 24). Для этого свежую изолированную колонию суспендировали в 20 мкл воды, и 1 мкл полученной суспензии использовали для ПЦР. Температурный профиль был следующим: начальная денатурация ДНК в течение 5 мин при 94°C; затем 30 циклов: денатурация в течение 30 сек при 94°C, отжиг в течение 30 сек при 53°C, элонгация в течение 3 мин при 72°C; и финальная элонгация в течение 7 мин при 72°C. Несколько анализируемых CmR-колоний должны содержать необходимый фрагмент ДНК длиной 3053 п.н., что подтверждает присутствие фрагмента cat-ilvY-PilvC-lacZ вместо нативного гена lacZ длиной 288 п.н. Один из полученных штаммов был излечен от термочувствительной плазмиды pKD46 путем культивирования при 37°C. Так был получен штамм E.coli MG1655 cat-ilvY-PilvC-lacZ.The insertion of the fragment was checked by PCR. For this purpose, colonies that were grown for 24 h were checked for the presence of a cat-ilvY-P ilvC- lacZ fragment instead of the native lacZ gene by PCR using oligonucleotide primers P13 (SEQ ID NO: 23) and P14 (SEQ ID NO: 24 ) For this, a fresh isolated colony was suspended in 20 μl of water, and 1 μl of the resulting suspension was used for PCR. The temperature profile was as follows: initial denaturation of DNA for 5 min at 94 ° C; then 30 cycles: denaturation for 30 sec at 94 ° C, annealing for 30 sec at 53 ° C, elongation for 3 min at 72 ° C; and final elongation for 7 min at 72 ° C. Several analyzed Cm R colonies should contain the required DNA fragment 3053 bp long, which confirms the presence of the cat-ilvY-P ilvC - lacZ fragment instead of the native lacZ gene 288 bp long. One of the obtained strains was cured of the heat-sensitive plasmid pKD46 by culturing at 37 ° C. Thus, E. coli strain MG1655 cat-ilvY-P ilvC - lacZ was obtained.

Для того чтобы получить данные об уровне экспрессии генов ilvBN и ilvBNA, кодирующих AHAS I, оценивали уровень экспрессии гена-репортера lacZ под контролем промотора PilvC при различных генетических окружениях (Таблица 2). Также анализировали штаммы, дополнительно содержащие делецию генов ilvAYC. Модификацию ΔilvAYC-KmR вводили с помощью P1-трансдукции (Miller J.H. (1972) Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor).In order to obtain data on the expression level of the ilvBN and ilvBNA genes encoding AHAS I, the expression level of the lacZ reporter gene was evaluated under the control of the P ilvC promoter under various genetic environments (Table 2). Strains additionally containing a deletion of ilvAYC genes were also analyzed. The ΔilvAYC-Km R modification was introduced using P1 transduction (Miller JH (1972) Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor).

Все модификации комбинировали с помощью P1-трансдукции и полученные штаммы вылечивали от «вырезаемых» маркеров, как описано в EP 1942183.All modifications were combined using P1 transduction and the resulting strains were cured of “cut out” markers as described in EP 1942183.

Делецию ilvAYC конструировали в два этапа с использованием ARed-зависимой интеграции. Сначала получали ПЦР-фрагмент с использованием олигонуклеотидных праймеров P5 (SEQ ID NO: 15) и P6 (SEQ ID NO: 16) и плазмиды pMW118-λattL-kan-λattR (Katashkina Zh.I. (2002) Development of the methods for targeted modification of E.coli genetic loci for the construction of amino-acids-producing strains. PhD Thesis. Moscow) в качестве матрицы, содержащей маркер устойчивости к канамицину (λattL-kan-λattR, KmR). Затем полученный фрагмент вводили в E.coli MG1655/pKD46 электротрансформацией, как описано выше. Канамицин-устойчивые клоны с удаленными генами ilvAYC отбирали на содержащих канамицин чашках, как описано выше. Так был получен штамм E.coli MO1655ΔilvAYC::KmR.The ilvAYC deletion was constructed in two steps using ARed-dependent integration. First, a PCR fragment was prepared using oligonucleotide primers P5 (SEQ ID NO: 15) and P6 (SEQ ID NO: 16) and plasmids pMW118-λattL-kan-λattR (Katashkina Zh.I. (2002) Development of the methods for targeted modification of E. coli genetic loci for the construction of amino-acids-producing strains. PhD Thesis. Moscow) as a matrix containing a kanamycin resistance marker (λattL-kan-λattR, Km R ). Then, the resulting fragment was introduced into E. coli MG1655 / pKD46 by electrotransformation, as described above. Kanamycin-resistant ilvAYC gene clones were selected on kanamycin-containing plates as described above. Thus, the E. coli strain MO1655ΔilvAYC :: Km R was obtained.

Вставку фрагмента проверяли методом ПЦР. Для этой цели колонии, которые выращивали в течение 24 ч, проверяли на наличие фрагмента ΔilvAYC::KmR вместо нативных генов ilvAYC методом ПЦР с использованием праймеров P15 (SEQ ID NO: 25) и P16 (SEQ ID NO: 26). Для этой цели свежую изолированную колонию суспендировали в 20 мкл воды, и 1 мкл полученной суспензии использовали для ПЦР. Температурный профиль был следующим: начальная денатурация ДНК в течение 5 мин при 94°C; затем 30 циклов: денатурация в течение 30 сек при 94°C, отжиг в течение 30 сек при 57°C, элонгация в течение 2 мин при 72°C; и финальная элонгация в течение 7 мин при 72°C. Несколько анализируемых KmR-колоний должны содержать необходимый фрагмент ДНК длиной 1761 п.н., что подтверждает присутствие фрагмента ΔilvAYC::KmR вместо нативных генов ilvAYC длиной 2926 п.н. Один из полученных штаммов был излечен от термочувствительной плазмиды pKD46 путем культивирования при 37°C. Так был получен штамм E.coli MG1655 ΔilvAYC::KmR.The insertion of the fragment was checked by PCR. For this purpose, the colonies that were grown for 24 h were checked for the presence of the ΔilvAYC :: Km R fragment instead of native ilvAYC genes by PCR using primers P15 (SEQ ID NO: 25) and P16 (SEQ ID NO: 26). For this purpose, a fresh isolated colony was suspended in 20 μl of water, and 1 μl of the resulting suspension was used for PCR. The temperature profile was as follows: initial denaturation of DNA for 5 min at 94 ° C; then 30 cycles: denaturation for 30 sec at 94 ° C, annealing for 30 sec at 57 ° C, elongation for 2 min at 72 ° C; and final elongation for 7 min at 72 ° C. Several analyzed Km R colonies should contain the required 1761 bp DNA fragment, which confirms the presence of the ΔilvAYC :: Km R fragment instead of native ilvAYC genes 2926 bp long. One of the obtained strains was cured of the heat-sensitive plasmid pKD46 by culturing at 37 ° C. Thus, the E. coli strain MG1655 ΔilvAYC :: Km R was obtained.

Модификации cat-ilvY-PilvC-lacZ, ΔilvAYC::KmR, ΔilvGM, ΔilvIH и ΔilvBN, PL-ilvBN и PL-ilvBN4 вводили в штамм E.coli К-12 (ВКПМ В-7) с помощью P1-трансдукции. Конструкция ΔilvBN, ΔilvGM, ΔilvH и PL-ilvBN описана в EP 1942183. Штамм ВКПМ В-7 (другое название B7) может быть замещен другим подштаммом K-12, таким как K-12 MG1655, который доступен из Американской коллекции типовых культур «American Type Culture Collection, (ATCC)» (P.O. Box 1549, Manassas, VA 20108, United States of America). Полученные штаммы приведены в Таблице 2.Modifications cat-ilvY-P ilvC- lacZ, ΔilvAYC :: Km R , ΔilvGM, ΔilvIH and ΔilvBN, P L -ilvBN and P L -ilvBN4 were introduced into E. coli strain K-12 (VKPM B-7) using P1- transduction. The construction of ΔilvBN, ΔilvGM, ΔilvH and P L -ilvBN is described in EP 1942183. The VKPM B-7 strain (also known as B7) can be replaced by another K-12 sub-strain, such as K-12 MG1655, which is available from the American Type Culture Collection " American Type Culture Collection, (ATCC) ”(PO Box 1549, Manassas, VA 20108, United States of America). The resulting strains are shown in Table 2.

Для измерения активности β-галактозидазы штаммы выращивали до средне-логарифмической фазы роста на среде M9:LB (9:1, об./об.), содержащей глюкозу (0,4%, вес/об). Среда для штаммов, имеющих делецию ilvAYC, и штаммов с недостаточным уровнем AHAS дополнительно содержала Ile (25 мг/л) и Val (25 мг/л). Активность β-галактозидазы измеряли в соответствии с методом Миллера (Miller J.H. (1972) Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor). Представленные в Таблице 2 данные указывают на то, что уровень экспрессии гена-репортера lacZ под промотором Pave изменяется в пределах более чем двух порядков в зависимости от генетического окружения. Максимальный уровень экспрессии достигается в штаммах E.coli, в которых сверхэкспрессированы гены ilvBN4, кодирующие устойчивую к ингибированию L-валином AHAS I, или содержащих инактивированную изомероредуктазу IlvC, кодируемую геном ilvC.To measure β-galactosidase activity, the strains were grown to the log average growth phase on M9: LB medium (9: 1, v / v) containing glucose (0.4%, weight / v). The medium for strains having a deletion of ilvAYC and strains with insufficient AHAS additionally contained Ile (25 mg / L) and Val (25 mg / L). Β-galactosidase activity was measured according to Miller's method (Miller J.H. (1972) Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor). The data presented in Table 2 indicate that the expression level of the lacZ reporter gene under the Pave promoter varies within more than two orders of magnitude depending on the genetic environment. The maximum expression level is achieved in E. coli strains in which ilvBN4 genes are overexpressed, encoding AHAS I resistant to L-valine inhibition, or containing inactivated IlvC isomereductase encoded by ilvC gene.

Пример 2. Конструирование мутантного штамма E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4Example 2. Construction of a mutant strain of E. coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -ilvBN4

Штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4 модифицировали так, чтобы штамм содержал фрагмент cat-ilvY-PilvC, полученный как описано в Примере 1. Фаговый промотор PL, расположенный перед генами ilvBN4, замещали на регуляторный участок cat-ilvY-PilvC с использованием λRed-зависимой интеграции в штамме E.coli B7 ΔilvIH ΔilvGM PL-ilvBN4 (конструирование этого штамма описано в ЕР 1942183). Для этой цели фрагмент ДНК, содержащий кассету экспрессии cat-ilvY-PilvC, фланкированную короткими участками, смежными с геном ilvB, получали методом ПЦР с использованием олигонуклеотидных праймеров P7 (SEQ ID NO: 17) и P8 (SEQ ID NO: 18) и хромосомной ДНК штамма Е.coli MG1655 cat-ilvY-PilvC-lacZ в качестве матрицы. Полученный ПЦР-фрагмент вводили в штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4/pKD46 электротрансформацией как описано выше. Так был получен штамм Е.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4, в котором λ-фаговый промотор PL, расположенный выше генов оперона ilvBN4, кодирующего устойчивую к ингибированию по типу обратной связи AHAS I, заменен на самоиндуцируемый промотор PilvC.The strain E. coli B7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4 was modified so that the strain contained the cat-ilvY-P ilvC fragment obtained as described in Example 1. The phage promoter P L located in front of the ilvBN4 genes was replaced by the cat-ilvY- regulatory region P ilvC using λRed-dependent integration in E. coli strain B7 ΔilvIH ΔilvGM P L -ilvBN4 (the construction of this strain is described in EP 1942183). For this purpose, a DNA fragment containing a cat-ilvY-P ilvC expression cassette flanked by short regions adjacent to the ilvB gene was obtained by PCR using oligonucleotide primers P7 (SEQ ID NO: 17) and P8 (SEQ ID NO: 18) and chromosomal DNA of E. coli strain MG1655 cat-ilvY-P ilvC- lacZ as a template. The obtained PCR fragment was introduced into the E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4 / pKD46 by electrotransformation as described above. Thus, E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -ilvBN4 was obtained in which the λ phage promoter P L located above the ilvBN4 operon genes encoding feedback resistance AHAS I is replaced by a self-induced P promoter ilvC .

Замену проверяли методом ПЦР. С этой целью свежую изолированную колонию суспендировали в 20 мкл воды, и 1 мкл полученной суспензии использовали для ПЦР. Температурный профиль был следующим: начальная денатурация ДНК в течение 5 мин при 94°C; затем 30 циклов: денатурация в течение 30 сек при 94°C, отжиг в течение 30 сек при 59°C, элонгация в течение 2 мин при 72°C; и финальная элонгация в течение 7 мин при 72°C. Несколько анализируемых CmR-колоний должны содержать необходимый фрагмент ДНК длиной 2865 п.н., что подтверждает присутствие фрагмента cat-ilvY-PilvC-ilvBN4 вместо исходного фрагмента PL-ilvBN4 длиной 382 п.н. Один из полученных штаммов был излечен от термочувствительной плазмиды pKD46 путем культивирования при 37°C. Так был получен штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4.Replacement was checked by PCR. To this end, a fresh, isolated colony was suspended in 20 μl of water, and 1 μl of the resulting suspension was used for PCR. The temperature profile was as follows: initial denaturation of DNA for 5 min at 94 ° C; then 30 cycles: denaturation for 30 sec at 94 ° C, annealing for 30 sec at 59 ° C, elongation for 2 min at 72 ° C; and final elongation for 7 min at 72 ° C. Several analyzed Cm R colonies should contain the required 2865 bp DNA fragment, which confirms the presence of the cat-ilvY-P ilvC - ilvBN4 fragment instead of the original 382 bp P L -ilvBN4 fragment. One of the obtained strains was cured of the heat-sensitive plasmid pKD46 by culturing at 37 ° C. Thus, E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC - ilvBN4 was obtained.

Пример 3. Свойства мутантного штамма E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4Example 3. Properties of the mutant strain of E. coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -ilvBN4

Клетки выращивали до средне-логарифмической фазы роста на среде M9:LB (9:1, об./об.), содержащей глюкозу (0,4%, вес/об). Активность AHAS I измеряли в неочищенных клеточных экстрактах с добавлением или без добавления 10 мМ L-Val, как описано в Stormer F. и Umbarger Н., Biochem. Biophys. Res. Commun., 1964, 17(5):587-592. Средние результаты трех экспериментов представлены в Таблице 3. Как следует из Таблицы 3, регуляторный участок cat-ilvY-PilvC положительно влияет на уровень экспрессии генов, кодирующих AHAS I.Cells were grown to the mid-logarithmic growth phase on M9: LB medium (9: 1, v / v) containing glucose (0.4%, weight / v). AHAS I activity was measured in crude cell extracts with or without 10 mM L-Val as described in Stormer F. and Umbarger N., Biochem. Biophys. Res. Commun., 1964, 17 (5): 587-592. The average results of the three experiments are presented in Table 3. As follows from Table 3, the cat-ilvY-PilvC regulatory region positively affects the expression level of genes encoding AHAS I.

Пример 4. Продукция L-валина штаммом E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4Example 4. Production of L-valine by E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -ilvBN4

Модифицированный штамм E.coli B7 ΔlvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4 и контрольный штамм B7 ΔlvGM ΔluIH PL-ilvBN4 отдельно выращивали при 32°C в течение 18 часов в среде Luria-Bertani (также называемой лизогенная среда, как описано в Sambrook, J. and Russell, D.W. (2001) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (3rd ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press). Затем 0.2 мл полученной среды вносили в 2 мл ферментационной среды в пробирках 20×200 мм и выращивали при 30°C в течение 60 часов на роторной качалке при 250 об/мин.The modified E. coli strain B7 ΔlvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -ilvBN4 and the control strain B7 ΔlvGM ΔluIH P L -ilvBN4 were separately grown at 32 ° C for 18 hours in Luria-Bertani medium (also called lysogenic medium, as described in Sambrook, J. and Russell, DW (2001) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (3 rd ed.) Cold Spring Harbor Laboratory Press).. Then 0.2 ml of the obtained medium was introduced into 2 ml of fermentation medium in 20 × 200 mm test tubes and grown at 30 ° C for 60 hours on a rotary shaker at 250 rpm.

Состав ферментативной среды (г/л):The composition of the enzymatic medium (g / l):

ГлюкозаGlucose 60,060.0 (NH4)2SO4 (NH 4 ) 2 SO 4 15,015.0 KH2PO4 KH 2 PO 4 1,51,5 MgSO4×7H2OMgSO 4 × 7H 2 O 1,01,0 Тиамин-HClThiamine HCl 0,10.1 CaCO3 CaCO 3 25,25,

с добавлением среды LB: 10% (об./об.).with the addition of LB medium: 10% (v / v).

Ферментационную среду стерилизовали при 116°C в течение 30 мин, глюкозу и CaCO3 стерилизовали отдельно при следующих условиях: глюкозу - при 110°C в течение 30 мин, CaCO3 - при 116°C в течение 30 мин, pH поддерживали в районе 7.0 раствором KOH.The fermentation medium was sterilized at 116 ° C for 30 minutes, glucose and CaCO 3 were sterilized separately under the following conditions: glucose at 110 ° C for 30 minutes, CaCO 3 at 116 ° C for 30 minutes, the pH was maintained at 7.0 KOH solution.

После выращивания накопленный L-валин измеряли методом тонкослойной хроматографии (ТСХ). Пластинки ТСХ (10×20 см) были покрыты слоем (0.11 мм) силикагеля Sorbfil, содержащим нефлуоресцентный индикатор («Сорбполимер», Краснодар, Российская Федерация). Образцы наносили на пластины с помощью аппликатора Camag Linomat 5. В качестве подвижной фазы использовали смесь iso-пропанол: этилацетат: 25% водный аммиак: вода (16:16:5:10, об./об.). Для визуализации использовали раствор нингидрина (2%) в ацетоне. После прокрашивания пластинки высушивали и сканировали с помощью Camag TLC Scanner 3 в режиме абсорбции с детекцией при 520 нм, данные обрабатывали с помощью программы winCATS (версия 1.4.2).After growing, the accumulated L-valine was measured by thin layer chromatography (TLC). TLC plates (10 × 20 cm) were coated with a layer (0.11 mm) of Sorbfil silica gel containing a non-fluorescent indicator (Sorbpolymer, Krasnodar, Russian Federation). Samples were applied to the plates using a Camag Linomat 5 applicator. The iso-propanol: ethyl acetate: 25% aqueous ammonia: water mixture (16: 16: 5: 10, v / v) was used as the mobile phase. For visualization, a solution of ninhydrin (2%) in acetone was used. After staining, the plates were dried and scanned using Camag TLC Scanner 3 in the absorption mode with detection at 520 nm, the data were processed using winCATS software (version 1.4.2).

Средние результаты четырех независимых ферментации в пробирках приведены в Таблице 4. Как следует из Таблицы 4, модифицированный штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4 вызывал большее накопление L-валина по сравнению с исходным штаммом E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4.The average results of four independent in vitro fermentations are shown in Table 4. As follows from Table 4, the modified E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC- ilvBN4 caused a greater accumulation of L-valine compared to the original E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4.

Пример 5. Конструирование штамма E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvYinactive-PilvC-ilvBN4Example 5. Construction of a strain of E. coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY inactive -P ilvC -ilvBN4

Кассета экспрессии ilvY-PilvC-ilvBN4 содержит ген ilvY, кодирующий регуляторный белок типа LysR. Таким образом, штамм, содержащий эту кассету, имеет две копии гена ilvY: одна копия содержится в нативном локусе на хромосоме, а другая копия расположена перед опероном ilvBN4. Чтобы выяснить, связан ли положительный эффект от кассеты ilvY-PilvC-ilvBN4 с дупликацией гена ilvY, ген ilvY инактивировали в кассете экспрессии ilvY-PilvC-ilvBN4. Нуклеотидную последовательность гена ilvY модифицировали таким образом, чтобы при инактивации гена ilvY не затронуть регуляторный участок генов оперона ilvBN4. Более точно, фрагмент ДНК длиной 31 нуклеотид был вставлен в ген ilvY кассеты экспрессии ilvY-PilvC-ilvBN4 для замены пятого кодона (GAT) структурной части гена ilvY «стоп» - кодоном TGA.The expression cassette ilvY-P ilvC -ilvBN4 ilvY comprises a gene encoding a regulatory protein type LysR. Thus, the strain containing this cassette has two copies of the ilvY gene: one copy is contained in the native locus on the chromosome, and the other copy is located in front of the ilvBN4 operon. To find out whether the positive effect of the ilvY-P ilvC- ilvBN4 cassette is associated with duplication of the ilvY gene, the ilvY gene was inactivated in the ilvY-P ilvC- ilvBN4 expression cassette. The nucleotide sequence of the ilvY gene was modified so that upon inactivation of the ilvY gene, the regulatory region of the ilvBN4 operon genes was not affected. More precisely, a 31 nucleotide DNA fragment was inserted into the ilvY gene of the ilvY-P ilvC- ilvBN4 expression cassette to replace the fifth codon (GAT) of the structural part of the ilvY stop gene with the TGA codon.

Инактивацию гена ilvY проводили следующим образом. Сначала получали фрагмент ПЦР, содержащий кассету λattL-cat-λattR с участками, смежными с внутренней частью гена ilvY, используя олигонуклеотидные праймеры P9 (SEQ ID NO: 19) и P10 (SEQ ID NO: 20) и плазмиду pMIV5-JS в качестве матрицы. Плазмиду pMIV5-JS конструировали, как описано в EP 1942183. Клетки E.coli MG1655/pKD46 электротрансформировали полученным фрагментом ПЦР. Устойчивые к хлорамфениколу трансформанты отбирали, как описано выше. Так был получен штамм E.coli MG1655 ilvY::cat, содержащий маркер устойчивости к хлорамфениколу (CmR) в структурной части гена ilvY. Вставку фрагмента проверяли методом ПЦР.Inactivation of the ilvY gene was carried out as follows. First, a PCR fragment containing a λattL-cat-λattR cassette with regions adjacent to the interior of the ilvY gene was obtained using oligonucleotide primers P9 (SEQ ID NO: 19) and P10 (SEQ ID NO: 20) and plasmid pMIV5-JS as template . Plasmid pMIV5-JS was constructed as described in EP 1942183. E. coli MG1655 / pKD46 cells were electrotransformed with the obtained PCR fragment. Chloramphenicol resistant transformants were selected as described above. Thus, the E. coli strain MG1655 ilvY :: cat was obtained containing a chloramphenicol resistance marker (Cm R ) in the structural part of the ilvY gene. The insertion of the fragment was checked by PCR.

Колонии, выросшие в течение 24 ч, проверяли на наличие фрагмента ilvY::cat, интегрированного вместо нативного гена ilvY, с помощью ПЦР, используя олигонуклеотидные праймеры P11 (SEQ ID NO: 21) и P12 (SEQ ID NO: 22). С этой целью свежую изолированную колонию суспендировали в 20 мкл воды, и 1 мкл полученной суспензии использовали для ПЦР. Температурный профиль был следующим: начальная денатурация ДНК в течение 5 мин при 94°C; затем 30 циклов: денатурация при 94°C в течение 30 сек, отжиг при 55°C в течение 30 сек и элонгация при 72°C в течение 1 мин 30 сек; конечная элонгация в течение 7 мин при 72°C. Несколько анализируемых CmR-колоний должны содержать фрагмент ДНК длиной 1603 п.н., что подтверждает присутствие фрагмента ilvY::cat вместо нативного участка ilvY длиной 297 п.н. Один из полученных штаммов излечивали от термочувствительной плазмиды pKD46 путем культивирования при 37°C. Так был получен штамм E.coli MG1655 ilvY::cat.Colonies grown for 24 h were checked for the presence of the ilvY :: cat fragment, integrated instead of the native ilvY gene, by PCR using oligonucleotide primers P11 (SEQ ID NO: 21) and P12 (SEQ ID NO: 22). To this end, a fresh, isolated colony was suspended in 20 μl of water, and 1 μl of the resulting suspension was used for PCR. The temperature profile was as follows: initial denaturation of DNA for 5 min at 94 ° C; then 30 cycles: denaturation at 94 ° C for 30 sec, annealing at 55 ° C for 30 sec, and elongation at 72 ° C for 1 min 30 sec; final elongation for 7 min at 72 ° C. Several analyzed Cm R colonies should contain a 1603 bp DNA fragment, which confirms the presence of the ilvY :: cat fragment instead of the 297 bp native ilvY fragment. One of the obtained strains was cured of the heat-sensitive plasmid pKD46 by culturing at 37 ° C. Thus, the E. coli strain MG1655 ilvY :: cat was obtained.

Штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBM (см. Пример 2} избавляли от CmR-маркера (cat) введением переходной плазмиды pMWts-λInt/Xis (Katashkina Zh.I. et al., Mol. Biol. (Mosk.), 2005, 39(5):823-831). Так получили немаркированный штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY-PilvC-ilvBN4. Гены ilvAYC удаляли из штамма E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY-PilvC-ilvBN4 с помощью P1-трансдукции с использованием E.coli MG1655 ΔilvAYC::Km (см. Пример 1) в качестве донора, как описано выше. После клонирования λRed-генов на плазмиду pKD46 штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY-PilvC-ilvBN4 ΔilvAYC::KmR электротрансформировали фрагментом ПЦР, содержащим кассету λattL-cat-λattR с участками, смежными с внутренней частью гена ilvY. Этот фрагмент был получен методом ПЦР с использованием олигонуклеотидных праймеров P11 (SEQ ID NO: 21) и Р12 (SEQ ID NO: 22) и хромосомной ДНК штамма E.coli MG1655 ilvY::cat в качестве матрицы. Так был получен штамм E.coli B7 ΔilvIH ΔilvIH ΔilvAYC::KmR ilvY::cat-PilvC-ilvBN4, который использовали в дальнейшем в качестве донорного штамма для трансдукции кассеты ilvY::cat-PilvC-ilvBN4 в штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY-PilvC-ilvBN4. P1-Трансдукцию проводили как описано выше.The strain E. coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC- ilvBM (see Example 2} was removed from the Cm R marker (cat) by introducing the transition plasmid pMWts-λInt / Xis (Katashkina Zh.I. et al., Mol. Biol. (Mosk.), 2005, 39 (5): 823-831) Thus, an unlabelled strain of E. coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY-P ilvC - ilvBN4 was obtained. IlvAYC genes were removed from strain E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY-P ilvC- ilvBN4 by P1 transduction using E. coli MG1655 ΔilvAYC :: Km (see Example 1) as a donor as described above After cloning the λRed genes onto plasmid pKD46, E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY-P ilvC- ilvBN4 ΔilvAYC :: Km R was electrotransformed with a PCR fragment containing a λattL-cat-λattR cassette with regions adjacent to the inner part of the ilvY gene.This fragment was obtained by PCR using oligonucleotide primers P11 (SEQ ID NO: 21) and P12 (SEQ ID NO: 22) and the chromosomal DNA of E. coli strain MG1655 ilvY :: cat as a matrix. the E. coli strain B7 ΔilvIH ΔilvIH ΔilvAYC :: Km R ilvY :: cat-P ilvC - ilvBN4 was obtained, which was further used as a donor strain for transduction of the cassette ilvY :: cat-P ilvC- ilvBN4 into E.coli B7 ΔilvGM strain ΔilvIH ilvY-P ilvC -ilvBN4. P1 transduction was performed as described above.

Проверку вставки кассеты ilvY::cat-PilvC-ilvBN4 проводили методом ПЦР. С этой целью колонии, выросшие в течение 24 ч, проверяли на наличие фрагмента ДНК, интегрированного вместо кассеты ilvY-PilvC-ilvBN4, с помощью ПЦР, используя праймеры P11 (SEQ ID NO: 21) и P19 (SEQ ID NO: 29). С этой целью свежую изолированную колонию суспендировали в 20 мкл воды, и 1 мкл полученной суспензии использовали для ПЦР. Температурный профиль был следующим: начальная денатурация ДНК в течение 5 мин при 94°C; затем 30 циклов: денатурация при 94°C в течение 30 сек, отжиг при 58°C в течение 30 сек и элонгация при 72°C в течение 2 мин; конечная элонгация в течение 7 мин при 72°C. Несколько анализируемых CmR-колоний должны содержать фрагмент ДНК длиной 1654 п.н., что подтверждает присутствие фрагмента ilvY::cat-PilvC-ilvBN4 вместо исходной конструкции ilvY-PilvC-ilvBN4 длиной 339 п.н. Один из полученных штаммов излечивали от термочувствительной плазмиды pKD46 путем культивирования при 37°C. Так был получен штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ΔilvAYC::KmR ilvY::cat-PilvC-ilvBN4. Этот штамм использовали в дальнейшем в качестве донора для трансдукции кассеты ilvY::cat-PilvC-iluBN4 в штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY-PilvC-ilvBN4, как описано выше. Так был получен штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY::cat-PilvC-ilvBN4, обладающий только одной копией гена ilvY, расположенной в его нативном локусе благодаря инактивации копии гена ilvY в кассете ilvY::cat-PilvC-ilvBN4. Ген cat удаляли введением переходной плазмиды pMWts-λInt/Xis. Так был получен немаркированный штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvYinactive-PilvC-ilvBN4.The insert insert test ilvY :: cat-P ilvC- ilvBN4 was tested by PCR. To this end, colonies grown for 24 hours were checked for the presence of a DNA fragment integrated instead of the ilvY-P ilvC- ilvBN4 cassette using PCR using primers P11 (SEQ ID NO: 21) and P19 (SEQ ID NO: 29) . To this end, a fresh, isolated colony was suspended in 20 μl of water, and 1 μl of the resulting suspension was used for PCR. The temperature profile was as follows: initial denaturation of DNA for 5 min at 94 ° C; then 30 cycles: denaturation at 94 ° C for 30 sec, annealing at 58 ° C for 30 sec, and elongation at 72 ° C for 2 min; final elongation for 7 min at 72 ° C. Several analyzed Cm R colonies should contain a 1654 bp DNA fragment, which confirms the presence of the ilvY :: cat-P ilvC - ilvBN4 fragment instead of the original 339 bp ilvY-P ilvC - ilvBN4 construct. One of the obtained strains was cured of the heat-sensitive plasmid pKD46 by culturing at 37 ° C. Thus, E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH ΔilvAYC :: Km R ilvY :: cat-P ilvC -ilvBN4 was obtained. This strain was further used as a donor for transduction of the ilvY :: cat-P ilvC - iluBN4 cassette into the E. coli B7 strain ΔilvGM ΔilvIH ilvY-P ilvC- ilvBN4 as described above. Thus, the E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY :: cat-P ilvC -ilvBN4 was obtained, possessing only one copy of the ilvY gene located at its native locus due to inactivation of the copy of the ilvY gene in the cassette ilvY :: cat-P ilvC -ilvBN4. The cat gene was removed by introducing the transition plasmid pMWts-λInt / Xis. Thus, an unmarked strain of E. coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY inactive -P ilvC -ilvBN4 was obtained.

Пример 6. Продукция L-валина штаммом E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvYinactive-PilvC-ilvBN4Example 6. Production of L-valine by E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY inactive -P ilvC -ilvBN4

Модифицированный штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvYinactive-PilvC-ilvBN4 и контрольный штамм B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4 отдельно выращивали при 32°C в течение 18 часов в среде Luria-Bertani (также называемой лизогенная среда, как описано в Sambrook, J. and Russell, D.W. (2001) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (3rd ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press). Затем 0,2 мл полученной среды вносили в 2 мл ферментационной среды в пробирках 20×200 мм и выращивали при 30°C в течение 60 часов на роторной качалке при 250 об/мин.The modified E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY inactive -P ilvC- ilvBN4 and the control strain B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC- ilvBN4 were separately grown at 32 ° C for 18 hours in Luria-Bertani medium (also called lys medium as described in Sambrook, J. and Russell, DW (2001) Molecular Cloning: a Laboratory Manual (3 rd ed.) Cold Spring Harbor Laboratory Press).. Then 0.2 ml of the obtained medium was introduced into 2 ml of fermentation medium in 20 × 200 mm test tubes and grown at 30 ° C for 60 hours on a rotary shaker at 250 rpm.

Состав ферментативной среды (г/л):The composition of the enzymatic medium (g / l):

ГлюкозаGlucose 60,060.0 (NH4)2SO4 (NH 4 ) 2 SO 4 15,015.0 KH2PO4 KH 2 PO 4 1,51,5 MgSO4×7H2OMgSO 4 × 7H 2 O 1,01,0 Тиамин-HClThiamine HCl 0,10.1 CaCO3 CaCO 3 25,25,

с добавлением среды LB: 10% (об./об.).with the addition of LB medium: 10% (v / v).

Ферментационную среду стерилизовали при 116°C в течение 30 мин, глюкозу и CaCO3 стерилизовали отдельно при следующих условиях: глюкозу - при 110°C в течение 30 мин, CaCO3 - при 116°C в течение 30 мин. pH поддерживали в районе 7,0 раствором КОН.The fermentation medium was sterilized at 116 ° C for 30 minutes, glucose and CaCO 3 were sterilized separately under the following conditions: glucose at 110 ° C for 30 minutes, CaCO 3 at 116 ° C for 30 minutes. The pH was maintained in the region of 7.0 with a KOH solution.

После выращивания накопленный L-валин измеряли методом тонкослойной хроматографии (ТСХ). Пластинки ТСХ (10×20 см) были покрыты слоем (0,11 мм) силикагеля Sorbfil, содержащим нефлуоресцентный индикатор («Сорбполимер», Краснодар, Российская Федерация). Образцы наносили на пластины с помощью аппликатора Camag Linomat 5. В качестве подвижной фазы использовали смесь iso-пропанол: этилацетат: 25% водный аммиак: вода (16:16:5:10, об./об.). Для визуализации использовали раствор нингидрина (2%) в ацетоне. После прокрашивания пластинки высушивали и сканировали с помощью Camag TLC Scanner 3 в режиме абсорбции с детекцией при 520 нм, данные обрабатывали с помощью программы winCATS (версия 1.4.2).After growing, the accumulated L-valine was measured by thin layer chromatography (TLC). TLC plates (10 × 20 cm) were coated with a layer (0.11 mm) of Sorbfil silica gel containing a non-fluorescent indicator (Sorbpolymer, Krasnodar, Russian Federation). Samples were applied to the plates using a Camag Linomat 5 applicator. The iso-propanol: ethyl acetate: 25% aqueous ammonia: water mixture (16: 16: 5: 10, v / v) was used as the mobile phase. For visualization, a solution of ninhydrin (2%) in acetone was used. After staining, the plates were dried and scanned using Camag TLC Scanner 3 in the absorption mode with detection at 520 nm, the data were processed using winCATS software (version 1.4.2).

Средние результаты четырех независимых ферментации в пробирках приведены в Таблице 5. Как видно из Таблицы 5, модифицированный штамм E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvYinactive-PilvC-ilvBN4 вызывал большее накопление L-валина по сравнению с исходным штаммом E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4. Кроме того, инактивация гена ilvY в штамме E.coli B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4 не сказывалась отрицательно на продукции L-валина штаммом.The average results of four independent in vitro fermentations are shown in Table 5. As can be seen from Table 5, the modified E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY inactive -P ilvC- ilvBN4 caused a greater accumulation of L-valine compared to the original E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4. In addition, inactivation of the ilvY gene in E. coli strain B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC- ilvBN4 did not adversely affect the production of L-valine strain.

Хотя указанное изобретение описано в деталях со ссылкой на наилучшие способы 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. Каждому из упомянутых выше документов соответствует ссылка, и все цитируемые документы являются частью описания настоящего изобретения.Although the invention has been described in detail with reference to the best methods of 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 outside the scope of the present invention. Each of the above documents has a link, and all cited documents are part of the description of the present invention.

Таблица 1Table 1 Регуляторные белки типа LysR.Regulatory proteins of the LysR type. ОрганизмOrganism Регуляторный белокRegulatory protein КоиндукторCo-inductor KEGG, No.KEGG, No. Биосинтетический путьBiosynthetic pathway E.coliE.coli IlvYIlvY 2-Ацетолактат,2-Acetolactate, В3773B3773 Биосинтез валина, лейцина, изолейцинаThe biosynthesis of valine, leucine, isoleucine 2-Ацето-2-гидроксибутаноат2-Aceto-2-hydroxybutanoate E.coliE.coli LysRLysr Диаминопимелиновая кислотаDiaminopimelic acid В2839B2839 Биосинтез лизинаLysine biosynthesis E.coli, Salmonella typhimuriumE.coli, Salmonella typhimurium CysBCysb O-Ацетил-L-серин O-Acetyl-L-Serine В1275,B1275, Биосинтез цистеинаCysteine biosynthesis N-Ацетил-L-серинN-Acetyl-L-Serine STM1713STM1713 E.coli, S. typhimuriumE. coli, S. typhimurium MetRMetr L-ГомоцистеинL-homocysteine В3828,B3828 Биосинтез метионинаMethionine biosynthesis STM3964STM3964 Pseudomonas putida, Pseudomonas putida, TrpITrpi Индолглицерол-фосфатIndol glycerol phosphate PP_0084,PP_0084, Биосинтез триптофанаTryptophan biosynthesis P. aeruginosa,P. aeruginosa, РА0037,RA0037, P. syringaeP. syringae PSPTC_0157PSPTC_0157

Таблица 2table 2 Влияние различного генетического окружения на Puvc-зависимую транскрипцию. Активность β-галактозидазы LacZ.The influence of different genetic environments on Puvc-dependent transcription. Activity of β-galactosidase LacZ. ШтаммStrain Специфическая активность β-галактозидазы, в единицах МиллераThe specific activity of β-galactosidase, in Miller units B7 (+IPTG, 1 мМ)B7 (+ IPTG, 1 mm) 12001200 B7 ΔilvBN ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-lacZB7 ΔilvBN ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -lacZ 1010 B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN cat-ilvY-PilvC-lacZB7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN cat-ilvY-P ilvC -lacZ 940940 B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4 cat-ilvY-PilvC-lacZB7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4 cat-ilvY-P ilvC -lacZ 37003700 B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN ΔilvAYC-KmR cat-ilvY-PilvC-lacZB7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN ΔilvAYC-Km R cat-ilvY-P ilvC -lacZ 44004400 B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4 ΔilvAYC-KmR cat-ilvY-PilvC-lacZB7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4 ΔilvAYC-Km R cat-ilvY-P ilvC -lacZ 44004400

Таблица 3Table 3 Активность AHAS I, измеренная в штаммах, содержащих кассету cat-ilvY-PilvC-ilvBN4.AHAS I activity measured in strains containing a cat-ilvY-P ilvC - ilvBN4 cassette. ШтаммStrain Активность AHAS I, нмоль/мин*мгThe activity of AHAS I, nmol / min * mg без L-Valwithout L-Val с L-Val, 10 мМ (процент значения, измеренного без добавления L-Val)with L-Val, 10 mM (percentage of value measured without adding L-Val) B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4 (контроль)B7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4 (control) 5959 51 (86%)51 (86%) B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-BN4, клон 1B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -BN4, clone 1 9191 80 (88%)80 (88%) B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4, клон 4B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -ilvBN4, clone 4 121121 106 (88%)106 (88%)

Таблица 4Table 4 Продукция L-валина с помощью модифицированного штамма E.coli. Значения приведены как среднее ±SD, где SD - стандартное отклонение.Production of L-valine using a modified E. coli strain. Values are given as mean ± SD, where SD is the standard deviation. ШтаммStrain OD540нм OD 540nm L-Val, г/лL-Val, g / l B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4 (контроль)B7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4 (control) 5959 4,2±0,44.2 ± 0.4 B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -ilvBN4 5353 5,7±0,55.7 ± 0.5

Таблица 5Table 5 Продукция L-валина модифицированным штаммом E.coli. Значения приведены как среднее ±SD, где SD - стандартное отклонение.L-valine production by a modified E. coli strain. Values are given as mean ± SD, where SD is the standard deviation. ШтаммStrain OD540HMOD540HM L-Val, г/лL-Val, g / l B7 ΔilvGM ΔilvIH PL-ilvBN4 (контроль)B7 ΔilvGM ΔilvIH P L -ilvBN4 (control) 5959 3,7±0,43.7 ± 0.4 B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-PilvC-ilvBN4 (контроль)B7 ΔilvGM ΔilvIH cat-ilvY-P ilvC -ilvBN4 (control) 5252 5,5±0,25.5 ± 0.2 B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvYinactive-PilvC-ilvBN4B7 ΔilvGM ΔilvIH ilvY inactive -P ilvC -ilvBN4 5656 5,7±0,55.7 ± 0.5

Claims (23)

1. Генетическая экспрессионная система, включающая:
транскрипционный аппарат, регулируемый белком типа LysR, который включает промотор и оператор, экспрессия которых положительно регулируется регуляторным белком типа LysR и коиндуктором, и
целевой(ые) ген(ы), с которым(и) указанный транскрипционный аппарат функционально связан, причем целевой(ые) ген(ы) кодирует(ют) белок(ки), вовлеченный(е) в биосинтез указанного коиндуктора, субстрата или предшественника указанного коиндуктора,
характеризующаяся тем, что самоиндуцируемая положительная регуляция по типу обратной связи указанной экспрессионной системы опосредована коиндуктором.
1. Genetic expression system, including:
a transcriptional apparatus regulated by a LysR-type protein, which includes a promoter and an operator, the expression of which is positively regulated by a LysR-type regulatory protein and a co-inductor, and
the target gene (s) with which the indicated transcriptional apparatus is operably linked, the target gene (s) encoding (s) the protein (s) involved in the biosynthesis of the indicated co-inductor, substrate or precursor said co-inductor,
characterized in that the self-induced positive regulation by feedback type of the indicated expression system is mediated by a co-inductor.
2. Экспрессионная система согласно п.1, отличающаяся тем, что указанная система из бактерии, принадлежащей к семейству Enterobacteriaceae или Pseudomonadaceae.2. The expression system according to claim 1, characterized in that the said system is from a bacterium belonging to the family Enterobacteriaceae or Pseudomonadaceae. 3. Экспрессионная система согласно п.1, отличающаяся тем, что указанная система из бактерии, принадлежащей к семейству Enterobacteriaceae.3. The expression system according to claim 1, characterized in that said system is from a bacterium belonging to the Enterobacteriaceae family. 4. Экспрессионная система согласно п.3, отличающаяся тем, что указанная система из бактерии, принадлежащей к роду Escherichia.4. The expression system according to claim 3, characterized in that the said system is from a bacterium belonging to the genus Escherichia. 5. Экспрессионная система согласно п.4, отличающаяся тем, что указанная бактерия принадлежит к виду Escherichia coli.5. The expression system according to claim 4, characterized in that said bacterium belongs to the species Escherichia coli. 6. Экспрессионная система согласно любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что указанная система из биосинтетического пути L-аминокислоты, выбранной из группы, состоящей из разветвленных L-аминокислот, L-лизина, L-цистеина, L-метионина и L-триптофана.6. An expression system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said system is from a biosynthetic pathway of an L-amino acid selected from the group consisting of branched L-amino acids, L-lysine, L-cysteine, L-methionine and L tryptophan. 7. Экспрессионная система согласно п.6, отличающаяся тем, что указанная система из биосинтетического пути L-аминокислот с разветвленной цепью.7. The expression system according to claim 6, characterized in that said system is a branched chain L-amino acid biosynthetic pathway. 8. Экспрессионная система согласно любому из п.п.1-5 и 7, отличающаяся тем, что промотор есть промотор PilvC, указанный регуляторный белок типа LysR есть белок IlvY и коиндуктор есть 2-ацетомолочная кислота, 2-ацето-2-гидроксимаслянная кислота или их соли.8. The expression system according to any one of claims 1 to 5 and 7, characterized in that the promoter is a P ilvC promoter, said regulatory protein of the LysR type is IlvY protein, and the co-inductor is 2-aceto-lactic acid, 2-aceto-2-hydroxybutyric acid or their salts. 9. Экспрессионная система согласно п.8, отличающаяся тем, что коиндуктор есть 2-ацетомолочная кислота или ее соль.9. The expression system according to claim 8, characterized in that the co-inductor is 2-acetolactic acid or its salt. 10. Экспрессионная система согласно любому из п.п.1-5 и 7, отличающаяся тем, что целевой(ые) ген(ы) кодирует(ют) ацетогидроксикислотасинтетазу.10. The expression system according to any one of claims 1 to 5 and 7, characterized in that the target gene (s) encodes (s) acetohydroxyacid synthetase. 11. Экспрессионная система согласно п.10, отличающаяся тем, что указанные целевые гены кодируют белки, выбранные из группы, состоящей из:
(A) комбинации из п.п.A1 и A2:
(A1) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 2, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 2, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком A2; и
(A2) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 4, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 4, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком A1;
(B) комбинации из п.п.B1 и B2:
(B1) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 6, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 6, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком B2; и
(B2) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 8, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 8, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком B1; и
(C) комбинации из п.п.C1 и C2:
(C1) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 32, или белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 32, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком C2; и
(C2) белка, включающего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 34, или белка, включающего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 34, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и обладающего активностью ацетолактатсинтазы с белком C1.
11. The expression system according to claim 10, characterized in that said target genes encode proteins selected from the group consisting of:
(A) combinations of items A1 and A2:
(A1) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein A2; and
(A2) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein A1;
(B) combinations of items B1 and B2:
(B1) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein B2; and
(B2) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein B1; and
(C) combinations of items C1 and C2:
(C1) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32, or a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 32, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein C2; and
(C2) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 34, or a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 34, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having the activity of acetolactate synthase with protein C1.
12. Экспрессионная система согласно п.11, отличающаяся тем, что указанная ацетогидроксикислотасинтетаза является мутантной ацетолактатсинтазой I, устойчивой к ингибированию по типу обратной связи L-валином.12. The expression system according to claim 11, characterized in that said acetohydroxy acid synthetase is a mutant acetolactate synthase I, which is resistant to feedback inhibition by L-valine. 13. Экспрессионная система согласно любому из п.п.1-5 и 7, отличающаяся тем, что указанный оператор включает участок, с которым связывается указанный регуляторный белок типа LysR.13. The expression system according to any one of claims 1 to 5 and 7, characterized in that said operator includes a site to which said regulatory protein of the LysR type binds. 14. Экспрессионная система согласно п.13, отличающаяся тем, что указанный регуляторный белок типа LysR выбран из группы, состоящей из:
(D) белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 10; и
(E) варианта белка, содержащего аминокислотную последовательность SEQ ID NO: 10, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких аминокислотных остатков, и имеющего активность регуляторного белка типа LysR.
14. The expression system according to item 13, wherein the specified regulatory protein of the LysR type is selected from the group consisting of:
(D) a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10; and
(E) a variant of a protein containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 10, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acid residues, and having an activity of a regulatory protein of the LysR type.
15. Экспрессионная система согласно любому из п.п.1-5 и 7, отличающаяся тем, что указанный промотор включает:
(F) ДНК, содержащую нуклеотидную последовательность SEQ ID NO: 30; или
(G) вариант ДНК, содержащий нуклеотидную последовательность SEQ ID NO: 30, которая содержит замену, делецию, вставку или добавление одного или нескольких нуклеотидных остатков, и имеющий активность нуклеотидной последовательности SEQ ID NO: 30.
15. The expression system according to any one of claims 1 to 5 and 7, characterized in that said promoter includes:
(F) DNA containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 30; or
(G) a DNA variant containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 30, which contains the substitution, deletion, insertion or addition of one or more nucleotide residues, and having the activity of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 30.
16. Бактерия-продуцент L-аминокислоты, принадлежащая к семейству Enterobacteriaceae, отличающаяся тем, что указанная бактерия модифицирована таким образом, что она содержит экспрессионную систему согласно любому из п.п.1-15.16. A bacterium-producer of L-amino acids belonging to the family Enterobacteriaceae, characterized in that the bacterium is modified so that it contains an expression system according to any one of claims 1 to 15. 17. Бактерия согласно п.16, отличающаяся тем, что указанная бактерия содержит ген, кодирующий регуляторный белок типа LysR.17. The bacterium according to clause 16, wherein said bacterium contains a gene encoding a regulatory protein of the LysR type. 18. Бактерия согласно п.16, отличающаяся тем, что указанная бактерия принадлежит к роду Escherichia.18. The bacterium according to clause 16, wherein said bacterium belongs to the genus Escherichia. 19. Бактерия согласно п.18, отличающаяся тем, что указанная бактерия принадлежит к виду Escherichia coli.19. The bacterium according to p. 18, characterized in that the bacterium belongs to the species Escherichia coli. 20. Бактерия согласно любому из п.п.16-19, отличающаяся тем, что указанная L-аминокислота есть L-аминокислота с разветвленной цепью и указанная бактерия модифицирована таким образом, что она содержит экспрессионную систему согласно п.7.20. A bacterium according to any one of claims 16-19, characterized in that said L-amino acid is a branched chain L-amino acid and said bacterium is modified so that it contains an expression system according to claim 7. 21. Бактерия согласно п.20, отличающаяся тем, что L-аминокислота с разветвленной цепью выбрана из группы, состоящей из L-валина, L-лейцина и L-изолейцина.21. The bacterium according to claim 20, characterized in that the branched chain L-amino acid is selected from the group consisting of L-valine, L-leucine and L-isoleucine. 22. Способ получения L-аминокислоты с разветвленной цепью, включающий:
(i) выращивание бактерии согласно п.20 в питательной среде, так что указанная L-аминокислота с разветвленной цепью накапливается в культуральной жидкости; и
(ii) выделение указанной L-аминокислоты с разветвленной цепью из культуральной жидкости.
22. A method of producing a branched chain L-amino acid, comprising:
(i) growing the bacterium according to claim 20 in a nutrient medium such that said branched chain L-amino acid accumulates in the culture fluid; and
(ii) isolating said branched chain L-amino acid from the culture fluid.
23. Способ получения L-аминокислоты с разветвленной цепью согласно п.22, отличающийся тем, что указанная L-аминокислота с разветвленной цепью выбрана из группы, состоящей из L-валина, L-лейцина и L-изолейцина. 23. The method for producing the branched-chain L-amino acid according to claim 22, wherein said branched-chain L-amino acid is selected from the group consisting of L-valine, L-leucine and L-isoleucine.
RU2013114731/10A 2013-04-02 2013-04-02 SELF-INDUCED EXPRESSION SYSTEM AND ITS APPLICATION FOR OBTAINING USEFUL METABOLITES BY MEANS OF BACTERIA OF Enterobacteriaceae FAMILY RU2549708C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114731/10A RU2549708C2 (en) 2013-04-02 2013-04-02 SELF-INDUCED EXPRESSION SYSTEM AND ITS APPLICATION FOR OBTAINING USEFUL METABOLITES BY MEANS OF BACTERIA OF Enterobacteriaceae FAMILY

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114731/10A RU2549708C2 (en) 2013-04-02 2013-04-02 SELF-INDUCED EXPRESSION SYSTEM AND ITS APPLICATION FOR OBTAINING USEFUL METABOLITES BY MEANS OF BACTERIA OF Enterobacteriaceae FAMILY

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012112651/10A Substitution RU2012112651A (en) 2012-04-02 2012-04-02 SELF-INDUCED EXPRESSION SYSTEM AND ITS APPLICATION FOR PRODUCING USEFUL METABOLITES USING THE Enterobacteriaceae Family Bacteria

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013114731A RU2013114731A (en) 2014-10-10
RU2549708C2 true RU2549708C2 (en) 2015-04-27

Family

ID=53289943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013114731/10A RU2549708C2 (en) 2013-04-02 2013-04-02 SELF-INDUCED EXPRESSION SYSTEM AND ITS APPLICATION FOR OBTAINING USEFUL METABOLITES BY MEANS OF BACTERIA OF Enterobacteriaceae FAMILY

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2549708C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794946C1 (en) * 2019-09-02 2023-04-26 СиДжей ЧеилДжеданг Корпорейшн New promoter and method for obtaining the desired substance using it

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2355763C2 (en) * 2006-09-13 2009-05-20 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ) Mutant acetolactase synthase and method of producing branched l-amino acids
WO2010136897A2 (en) * 2009-05-28 2010-12-02 Novartis Ag Expression of recombinant proteins

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2355763C2 (en) * 2006-09-13 2009-05-20 Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт Аджиномото-Генетика" (ЗАО АГРИ) Mutant acetolactase synthase and method of producing branched l-amino acids
WO2010136897A2 (en) * 2009-05-28 2010-12-02 Novartis Ag Expression of recombinant proteins

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NISTALA GJ et.al. A modular positive feedback-based gene amplifier, J Biol Eng. 2010 Feb 26;4:4. doi: 10.1186/1754-1611-4-4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794946C1 (en) * 2019-09-02 2023-04-26 СиДжей ЧеилДжеданг Корпорейшн New promoter and method for obtaining the desired substance using it

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013114731A (en) 2014-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6327152B2 (en) Self-inducible expression system and its use to produce useful metabolites using Enterobacteriaceae bacteria
Park et al. Metabolic pathways and fermentative production of L‐aspartate family amino acids
US9279137B2 (en) Mutant acetolactate synthase and a method for producing branched-chain L-amino acids
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
RU2571932C2 (en) Method of producing l-ornithine using lyse overexpressing bacteria
EP2486123B1 (en) A METHOD FOR PRODUCING AN L-CYSTEINE, L-CYSTINE, A DERIVATIVE OR PRECURSOR THEREOF OR A MIXTURE THEREOF USING A BACTERIUM OF Enterobacteriaceae FAMILY
Yamamoto et al. Branched-chain amino acids
US10526586B2 (en) Pyruvate dehydrogenase variants, a microorganism comprising the same and a method for producing L-amino acid using the same
JP6341907B2 (en) Feedback resistant alpha-isopropylmalate synthase
EP1913128A1 (en) Process for the preparation of aspartate and derived amino acids like lysine, threonine, isoleucine, methionine, or homoserine employing a microorganism with enhanced isocitrate lyase and/or malate synthase expression
US9896704B2 (en) Method for producing L-isoleucine using a bacterium of the family Enterobacteriaceae having overexpressed the cycA gene
US10253339B2 (en) Gluconate repressor variant, microorganism containing the same producing L-lysine, and method for producing L-lysine
Zhao et al. Overexpression of ribosome elongation factor G and recycling factor increases L-isoleucine production in Corynebacterium glutamicum
JP2013000064A (en) Recombinant microorganism, and method for producing alanine using the recombinant microorganism
WO2014027702A1 (en) Method for producing l-arginine using bacterium of the family enterobacteriaceae having n-acetylornithine deacetylase with downregulated activity
Tsujimoto et al. L-Lysine biosynthetic pathway of Methylophilus methylotrophus and construction of an L-lysine producer
JP2005073696A (en) METHOD FOR PRODUCING L-AMINO ACID USING BACTERIUM OF ENTEROBACTERIACEAE FAMILY, HAVING nir OPERON INACTIVATED
RU2549708C2 (en) SELF-INDUCED EXPRESSION SYSTEM AND ITS APPLICATION FOR OBTAINING USEFUL METABOLITES BY MEANS OF BACTERIA OF Enterobacteriaceae FAMILY
JP4314897B2 (en) Method for producing L-leucine
JP2008109924A (en) Method for producing 4-hydroxy-l-isoleucine or its salt
RU2458982C2 (en) Method of producing l-cysteine, l-cystine, s-sulphocysteine or l-cysteine thiazolidine derivative, or mixture thereof using bacteria of enterobacteriaceae family
JP5504608B2 (en) Method for producing 1,5-pentanediamine