JP2007061024A - Organism excellent in resistance to lactic acid and method for preparing organism excellent in resistance to lactic acid - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
本発明は乳酸耐性に優れた微生物の作製方法、及び該方法により作製した乳酸耐性に優れた微生物に関する。 The present invention relates to a method for producing a microorganism excellent in lactic acid resistance, and a microorganism excellent in lactic acid resistance produced by the method.
乳酸発酵で生産された乳酸が蓄積すると、培地pHと細胞内pHが共に低下するが、微生物は細胞内のpHを一定にするためATPを消費して、細胞外へプロトンを汲み出そうとする。例えば、S.cerevisiaeの場合、細胞外pH3.0の時、細胞内pHは5.5〜5.75であり(非特許文献1=Imai,T. et al.Appl.Environ.Microbiol.61,3604−3608,1995)、細胞外pH6.0〜10.0のとき、細胞内pHは5.9〜6.75に維持されている(非特許文献2=Imai,T. et al.J.Biotechnol.38,165−172,1995)。微生物が細胞内のpH低下を維持できなかった場合、解糖系や糖新生経路のキー・エンザイムであるcAMPプロテインキナーゼの抑制、細胞内cAMP濃度低下、ヒートショックなどの他の生物反応のトリガーなどになり、最終的には増殖が抑制されると考えられている。 Accumulation of lactic acid produced by lactic acid fermentation decreases both the medium pH and intracellular pH, but microorganisms consume ATP to keep the intracellular pH constant and try to pump protons out of the cell. . For example, S.M. In the case of cerevisiae, when the extracellular pH is 3.0, the intracellular pH is 5.5 to 5.75 (Non-Patent Document 1 = Imai, T. et al. Appl. Environ. Microbiol. 61, 3604-3608, 1995), when the extracellular pH is 6.0 to 10.0, the intracellular pH is maintained at 5.9 to 6.75 (Non-Patent Document 2 = Imai, T. et al. J. Biotechnol. 38, 165-172, 1995). When microorganisms are unable to maintain intracellular pH reduction, cAMP protein kinase, which is a key enzyme in glycolysis and gluconeogenic pathway, suppression of intracellular cAMP concentration, trigger of other biological reactions such as heat shock, etc. In the end, it is thought that growth is suppressed.
Lactobacillusに代表される乳酸菌を用いて未利用バイオマスからの乳酸生産は各種試みがなされているが、その乳酸発酵の行われるpHは5.0〜5.5と高く、乳酸のpKa(〜3.8)以下での発酵が望まれている。その理由は、pKa(〜3.8)以下の乳酸は未解離の状態で存在し、発酵培養液から乳酸抽出で直接抽出することが可能だが、高いpHの培地中からの乳酸精製には乳酸を用いた直接抽出が出来ず、抽出精製コストが高くなることにある。乳酸発酵でより高濃度の乳酸を生産することは工業生産上非常に重要である。 Various attempts have been made to produce lactic acid from unused biomass using lactic acid bacteria represented by Lactobacillus, but the pH at which the lactic acid fermentation is carried out is as high as 5.0 to 5.5, and the pKa of lactic acid (˜3. 8) Fermentation in the following is desired. The reason is that lactic acid below pKa (up to 3.8) exists in an undissociated state and can be extracted directly from the fermentation broth by lactic acid extraction. This means that the direct extraction using can not be performed and the cost of extraction and purification becomes high. It is very important for industrial production to produce a higher concentration of lactic acid by lactic acid fermentation.
Lactococcus lactisの低pH下での細胞増殖には、挿入変異解析法を用いて18遺伝子座の関連が示唆され、多数の低pHに対する耐性機構が関与していると予想される(非特許文献3=Rallu,F.et al.Mol.Microbiolo.35,517−528,2000)。また、Lactobacillusの酸への適応のプロテオミクス解析の結果からは、63種のタンパク質の協調的発現誘導が起こることが報告されている(非特許文献4=DeAngelis,M.et al.Microbiology147,1863−1873,2001)。また、Lactobacillus acidophilus NCFMの全ゲノム解析の結果から、酸耐性に関連する遺伝子として2成分から構成される9種の調節システムが推定されている(非特許文献5=Altermann,E.et al.Proc.Natl.Acad.Sci.USA.102(11),3906−3912,2005)。 Lactococcus lactis cell growth under low pH is suggested to be related to 18 loci using insertion mutation analysis, and many resistance mechanisms against low pH are expected to be involved (Non-patent Document 3). = Rallu, F. et al. Mol. Microbiolo. 35, 517-528, 2000). Further, from the results of proteomic analysis of adaptation of Lactobacillus to acid, it has been reported that cooperative expression induction of 63 kinds of proteins occurs (Non-patent Document 4 = DeAngelis, M. et al. Microbiology 147, 1863- 1873, 2001). In addition, from the results of whole genome analysis of Lactobacillus acidophilus NCFM, nine kinds of regulatory systems composed of two components are estimated as genes related to acid resistance (Non-Patent Document 5 = Alternmann, E. et al. Proc). Natl.Acad.Sci.USA.102 (11), 3906-3912, 2005).
Lactobacillus sanfranciscensisの酸耐性の解析では、ヒートショックタンパク質4種の中でGrpEのみが選択的に発現上昇していた(非特許文献6=Maria DeAngelis et.al.Microbiol.147,1863−1873,2001)。以上の例にあるように、乳酸耐性機構は遺伝子レベルで検討の余地が多分に残されている。
現在、乳酸耐性を付与する、あるいは、乳酸産生能を維持する方法は以下のような方法が用いられている。第一の方法は、新規に乳酸耐性度の高い乳酸耐性菌株を分離する方法である。得られた乳酸耐性菌を宿主として高濃度の乳酸を生産するための遺伝仕組換えを実施するためにはベクター系の開発が必要で実用化までの道のりが遠い。第二の方法は、乳酸菌を化学突然変異誘発剤処理し突然変異を導入し、乳酸耐性変異体を作製する方法だが、大幅な乳酸耐性の付与には成功していない。第三の方法は、異なる性質の乳酸菌の細胞融合で乳酸耐性変異体を作製する方法である。具体例としてpH4.0にて野生株に比べ乳酸を3倍生産する乳酸耐性株を得ている(非特許文献7=Patnaik,R.et al.Nature Biotechnology 20.707−712,2002)が、更に乳酸に対する耐性度の高い株の作製が可能かどうかは不明である。第四の方法は、乳酸耐性菌から単離された乳酸耐性関連遺伝子を遺伝子組み換えで宿主菌に導入し、乳酸耐性を付与するものである。具体例としては、ワイン酵母Oenococcus oeniから単離された多剤耐性遺伝子ファミリーに属するorfC、LysRファミリーの推定上の転写調節因子orfB、低分子ヒートショックタンパク質Lo18の3遺伝子を大腸菌に導入し、酸耐性を付与した例がある(非特許文献8=Lett. Appl. Microbiol.33(2),126−130,2001)。この方法は、乳酸耐性を付与したい生物種に適用可能かどうかが不明である。また、仮に適用が可能な場合でも、乳酸耐性度を更に増強したい場合、乳酸耐性関連遺伝子の発現を増加させる以外に合理的手段がない。第五の方法は、ケモスタットを用いて酸に馴化させる方法である。具体例としては、菌の致死量以下の低pH(pH5.0、60分間)で前処理後、致死pH(pH3.0)処理し、耐性化遺伝子の発現を誘導し、乳酸耐性に馴化させる方法がある(非特許文献9=Lorca GL et.al.J.Mol.Microbiol.Biotechnol,4(6),525−532,2002)。この方法では、馴化して獲得させた形質が安定に保持されるのか、どの生物種に適用可能か、また、馴化可能な乳酸濃度がいくらなのか全く不明である。
その他に、乳酸発酵能を長期間維持する方法としては、培養後期における乳酸菌の乳酸発酵能の低下を防ぐために超伝導磁石で形成された磁場空間内で、静磁場を印加し乳酸菌を活性化する方法が原理的には考えられている(特許文献1=三浦靖、特開2005−34040)。しかし、工業生産する場面で、宿主菌を超伝導の磁場に置くことは、現実的には不可能である。
Currently, the following methods are used as methods for imparting lactic acid tolerance or maintaining lactic acid production ability. The first method is a method of newly isolating a lactic acid resistant strain having a high degree of lactic acid resistance. In order to carry out genetic recombination for producing a high concentration of lactic acid using the obtained lactic acid resistant bacteria as a host, it is necessary to develop a vector system, and there is a long way to practical use. The second method is a method in which a lactic acid bacterium is treated with a chemical mutagen and a mutation is introduced to produce a lactic acid resistant mutant, but it has not succeeded in conferring significant lactic acid resistance. The third method is a method for producing a lactate-resistant mutant by cell fusion of lactic acid bacteria having different properties. As a specific example, a lactic acid resistant strain that produces lactic acid three times as much as a wild strain at pH 4.0 has been obtained (Non-patent Document 7 = Patnaik, R. et al. Nature Biotechnology 20.707-712, 2002). Furthermore, it is unclear whether a strain having a high tolerance to lactic acid can be produced. In the fourth method, a lactic acid tolerance-related gene isolated from a lactic acid resistant bacterium is introduced into a host bacterium by gene recombination to impart lactic acid resistance. As a specific example, three genes of orfC belonging to the multidrug resistance gene family isolated from wine yeast Oenococcus oeni, putative transcriptional regulator orfB of LysR family, and low molecular weight heat shock protein Lo18 are introduced into Escherichia coli. There is an example of imparting resistance (Non-patent Document 8 = Lett. Appl. Microbiol. 33 (2), 126-130, 2001). It is unclear whether this method can be applied to species that want to confer lactic acid tolerance. Even if it can be applied, there is no rational means other than increasing the expression of lactic acid resistance-related genes when it is desired to further enhance the lactic acid resistance level. The fifth method is a method of acclimatizing to acid using a chemostat. As a specific example, after pretreatment at a low pH (pH 5.0, 60 minutes) less than the lethal amount of the bacterium, treatment with lethal pH (pH 3.0) is induced to induce expression of the resistance gene and acclimatize to lactate resistance. There is a method (Non-Patent Document 9 = Lorca GL et.al.J.Mol.Microbiol.Biotechnol, 4 (6), 525-532, 2002). In this method, it is completely unclear whether the trait acquired by habituation is stably maintained, to which species, and what lactic acid concentration can be acclimated.
In addition, as a method for maintaining the lactic acid fermentation ability for a long period of time, in order to prevent the lactic acid fermentation ability of the lactic acid bacteria from decreasing in the later stage of the culture, the lactic acid bacteria are activated by applying a static magnetic field in a magnetic field formed by a superconducting magnet. A method is considered in principle (Patent Document 1 = Akira Miura, JP-A-2005-34040). However, in an industrial production situation, it is practically impossible to place a host bacterium in a superconducting magnetic field.
本発明の目的は、乳酸耐性の低い実験微生物に対して、低コスト、短時間で、効率よく、さらに高濃度の乳酸に対して耐性に優れた形質を付与する方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for imparting a trait excellent in resistance to lactic acid at a high concentration at low cost, in a short time, and efficiently to an experimental microorganism having low lactic acid resistance.
また、本発明の別の目的は、乳酸耐性に優れた形質を付与した微生物を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a microorganism imparted with a trait excellent in lactic acid resistance.
本発明の上記目的は、鋭意検討の結果、遺伝子の複製において正確さにかける生物を用いて、通常では生育しない乳酸濃度存在下で培養し、生育する生物を単離することを特徴とする乳酸耐性微生物の作製方法によって達成された。 The above object of the present invention is to cultivate in the presence of a lactic acid concentration that does not normally grow using an organism subjected to accuracy in gene replication as a result of intensive studies, and to isolate the growing organism. This has been achieved by a method for producing resistant microorganisms.
各種の乳酸に対して、耐性に優れた微生物作製が可能となる。また、本発明は、乳酸耐性機構を解明するためのコストが不要で、これまでに解明された実験微生物のゲノム情報や開発されたベクター系が有効活用されることになる。本発明で作製した乳酸耐性酵母を宿主として乳酸を工業的に生産する場合、乳酸耐性度が増加した分の乳酸発酵が可能となり、コスト削減につながる。 It is possible to produce microorganisms with excellent resistance to various lactic acids. Further, the present invention does not require the cost for elucidating the lactate tolerance mechanism, and the genomic information of experimental microorganisms and the developed vector system that have been elucidated so far will be effectively utilized. When lactic acid is produced industrially using the lactic acid resistant yeast produced in the present invention as a host, lactic acid fermentation corresponding to the increased degree of lactic acid resistance becomes possible, leading to cost reduction.
本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。 Throughout this specification, it should be understood that the singular forms also include the plural concept unless specifically stated otherwise. In addition, it is to be understood that the terms used in the present specification are used in the meaning normally used in the art unless otherwise specified.
(用語)
以下に本明細書において特に使用される用語の定義を列挙する。
(the term)
Listed below are definitions of terms particularly used in the present specification.
本明細書において「生物」とは、当該分野における最も広義に用いられ、生命現象を営むものをいい、代表的には、細胞構造、増殖(自己再生産)、成長、調節性、物質代謝、修復能力など種々の特性を有し、通常、核酸のつかさどる遺伝と、タンパク質のつかさどる代謝の関与する増殖を基本的な属性として有する。生物には、ウイルス、原核生物、真核生物(酵母のような単細胞生物、植物、動物のような多細胞生物など)などが包含される。本発明の方法は、グラム陽性細菌、および真核生物などの高等生物を含む、どのような生物であっても適用され得ることが理解される。本明細書では、サイズの小さな生物を「微生物」とも呼ぶが、乳酸耐性という点では同一であるので、本明細書では、生物と微生物とは交換可能に使用され得ることが理解される。 In this specification, “living organism” is used in the broadest sense in the field and refers to a living phenomenon, typically cell structure, proliferation (self-reproduction), growth, regulation, substance metabolism, It has various characteristics such as repair ability, and usually has inheritance governed by nucleic acids and growth involved in metabolism governed by proteins as basic attributes. Organisms include viruses, prokaryotes, eukaryotes (unicellular organisms such as yeast, multicellular organisms such as plants, animals, etc.) and the like. It will be appreciated that the methods of the invention can be applied to any organism, including Gram positive bacteria and higher organisms such as eukaryotes. In the present specification, a small-sized organism is also referred to as “microorganism”, but it is understood that the organism and the microorganism can be used interchangeably in this specification because they are the same in terms of lactic acid resistance.
本明細書において「真核生物」とは、当該分野において通常用いられる意味と同様に用いられ、核膜のある、明確な核構造を持つ細胞からなる生物をいう。真核生物としては、例えば、酵母のような単細胞生物、イネ、コムギ、トウモロコシ、ダイズのような植物、マウス、ラット、ウシ、ウマ、ブタ、サルのような動物、ハエ、カイコなどの昆虫が挙げられるがそれらに限定されない。本明細書では、酵母、線虫、ショウジョウバエ、カイコ、イネ、コムギ、ダイズ、トウモロコシ、シロイヌナズナ、ヒト、マウス、ラット、ウシ、ウマ、ブタ、カエル、魚類(例えば、ゼブラフィッシュ)などがモデルとして使用され得るがそれらに限定されない。 As used herein, “eukaryotic organism” is used in the same manner as commonly used in the art, and refers to an organism composed of cells having a nuclear membrane and a distinct nuclear structure. Examples of eukaryotes include unicellular organisms such as yeast, plants such as rice, wheat, corn and soybeans, animals such as mice, rats, cows, horses, pigs and monkeys, and insects such as flies and silkworms. But not limited to. In this specification, yeast, nematode, fruit fly, silkworm, rice, wheat, soybean, corn, Arabidopsis, human, mouse, rat, cow, horse, pig, frog, fish (eg, zebrafish), etc. are used as models. Can be, but is not limited to.
本明細書において「原核生物」とは、当該分野において通常用いられる意味と同様に用いられ、明確な核構造を持たない細胞からなる生物をいう。原核生物としては、例えば、大腸菌、サルモネラ菌のようなグラム陰性細菌、枯草菌、放線菌、ブドウ球菌のようなグラム陽性細菌、藍藻類、水素細菌などが挙げられるがそれらに限定されない。本明細書では、代表的に、大腸菌以外に、グラム陽性細菌、として使用され得るがそれに限定されない。 As used herein, “prokaryote” is used in the same manner as commonly used in the art, and refers to an organism composed of cells that do not have a clear nuclear structure. Examples of prokaryotes include, but are not limited to, gram-negative bacteria such as E. coli and Salmonella, Gram-positive bacteria such as Bacillus subtilis, actinomycetes, and staphylococci, cyanobacteria, and hydrogen bacteria. In this specification, it can typically be used as a gram positive bacterium other than E. coli, but is not limited thereto.
本明細書において「動物」は、当該分野において最も広義で用いられ、脊椎動物および無脊椎動物(例えば、節足動物)を含む。動物としては、哺乳綱、鳥綱、爬虫綱、両生綱、魚綱、昆虫綱、蠕虫綱などが挙げられるがそれらに限定されない。動物は、好ましくは、脊椎動物(例えば、メクラウナギ類、ヤツメウナギ類、軟骨魚類、硬骨魚類、両生類、爬虫類、鳥類、哺乳動物など)であり得るが、それらに限定されない。ある一つの実施形態では、動物は、哺乳動物(例えば、単孔類、有袋類、貧歯類、皮翼類、翼手類、食肉類、食虫類、長鼻類、奇蹄類、偶蹄類、管歯類、有鱗類、海牛類、クジラ目、霊長類、齧歯類、ウサギ目など)であり得るがそれらに限定されない。さらに好ましくは、霊長類(たとえば、チンパンジー、ニホンザル、ヒト)または他のモデル動物となり得る種(例えば、奇蹄類、偶蹄類、マウスなどの齧歯類、ウサギ目など)であり得るがそれらに限定されない。本発明の方法は、生物であればどのようなものであっても適用できることが本発明において初めて解明されたことから、どのような生物であっても、対象とされ得ることが理解されるべきである。 As used herein, “animal” is used in the broadest sense in the art, and includes vertebrates and invertebrates (eg, arthropods). Examples of animals include, but are not limited to, mammals, birds, reptiles, amphibians, fishes, insects, and worms. The animal may preferably be a vertebrate, such as, but not limited to, eel eels, lampreys, cartilaginous fish, teleosts, amphibians, reptiles, birds, mammals and the like. In one embodiment, the animal is a mammal (e.g. single pore, marsupial, rodent, winged, winged, carnivorous, carnivorous, long-nosed, odd-hoofed, Cloven hoofs, rodents, scales, marine cattle, cetaceans, primates, rodents, rabbits, etc.) More preferably, it can be a primate (for example, chimpanzee, Japanese monkey, human) or other species that can be a model animal (for example, odd-hoofed, cloven-hoofed, rodents such as mice, rabbit eyes, etc.) It is not limited. Since it was first clarified in the present invention that the method of the present invention can be applied to any organism, it should be understood that any organism can be targeted. It is.
本明細書において用いられる「植物」とは、植物界に属する生物の総称であり、クロロフィル、かたい細胞壁、豊富な永続性の胚的組織の存在,および運動する能力がない生物により特徴付けられる。代表的には、植物は、細胞壁の形成・クロロフィルによる同化作用をもつ顕花植物をいう。「植物」は、単子葉植物および双子葉植物のいずれも含む。好ましい植物としては、有用植物、例えば、コムギ、トウモロコシ、イネ、オオムギ、ソルガムなどのイネ科に属する単子葉植物が挙げられるがそれらに限定されない。好ましい植物のほかの例としては、タバコ、ピーマン、ナス、メロン、トマト、サツマイモ、キャベツ、ネギ、ブロッコリー、ニンジン、キウリ、柑橘類、白菜、レタス、モモ、ジャガイモおよびリンゴが挙げられる。好ましい植物は作物に限られず、花、樹木、芝生、雑草なども含まれる。特に他で示さない限り、植物は、植物体、植物器官、植物組織、植物細胞、および種子のいずれをも意味する。植物器官の例としては、根、葉、茎、および花などが挙げられる。植物細胞の例としては、カルスおよび懸濁培養細胞が挙げられる。本発明の方法は、生物であればどのようなものであっても適用できることが本発明において初めて解明されたことから、どのような生物であっても、対象とされ得ることが理解されるべきである。 As used herein, “plant” is a general term for organisms belonging to the plant kingdom, characterized by chlorophyll, hard cell walls, the presence of abundant permanent embryonic tissues, and organisms that are not capable of motility. . Typically, a plant refers to a flowering plant having cell wall formation and anabolism by chlorophyll. “Plant” includes both monocotyledonous and dicotyledonous plants. Preferred plants include, but are not limited to, useful plants such as monocotyledonous plants belonging to the family Gramineae such as wheat, corn, rice, barley and sorghum. Other examples of preferred plants include tobacco, pepper, eggplant, melon, tomato, sweet potato, cabbage, leek, broccoli, carrot, cucumber, citrus, Chinese cabbage, lettuce, peach, potato and apple. Preferred plants are not limited to crops, but also include flowers, trees, lawns, weeds and the like. Unless otherwise indicated, a plant means any plant, plant organ, plant tissue, plant cell, and seed. Examples of plant organs include roots, leaves, stems and flowers. Examples of plant cells include callus and suspension culture cells. Since it was first clarified in the present invention that the method of the present invention can be applied to any organism, it should be understood that any organism can be targeted. It is.
本明細書において、「遺伝子」とは、細胞中に存在する核酸の一定の長さの配列をいう。本発明において遺伝子は、遺伝形質を規定するものであっても規定しないものであってもよい。本明細書において、遺伝子は、通常ゲノムに存在するものをさすが、それに限定されず、染色体外の配列、ミトコンドリアの配列なども包含することが理解される。多くの遺伝子は、通常染色体上に一定の順序に配列している。タンパク質の一次構造を規定するものを構造遺伝子といい、その発現を左右するものを調節遺伝子(たとえば、プロモーター)という。本明細書では、遺伝子は、特に言及しない限り、構造遺伝子および調節遺伝子を包含する。したがって、例えば、DNAポリメラーゼ遺伝子というときは、通常、DNAポリメラーゼの構造遺伝子ならびにDNAポリメラーゼのプロモーターなどの転写および/または翻訳の調節配列の両方を包含する。本発明では、構造遺伝子のほか、転写および/または翻訳などの調節配列もまた、本発明が対象とする遺伝子として有用であることが理解される。本明細書では、「遺伝子」は、「ポリヌクレオチド」、「オリゴヌクレオチド」、「核酸」および「核酸分子」ならびに/または「タンパク質」、「ポリペプチド」、「オリゴペプチド」および「ペプチド」を指すことがある。本明細書においてはまた、「遺伝子産物」は、遺伝子によって発現された「ポリヌクレオチド」、「オリゴヌクレオチド」、「核酸」および「核酸分子」ならびに/または「タンパク質」「ポリペプチド」、「オリゴペプチド」および「ペプチド」を包含する。当業者であれば、遺伝子産物が何たるかはその状況に応じて理解することができる。 As used herein, “gene” refers to a sequence of a certain length of nucleic acid present in a cell. In the present invention, the gene may or may not define a genetic trait. In the present specification, a gene refers to a gene that is usually present in the genome, but is not limited thereto, and it is understood to include an extrachromosomal sequence, a mitochondrial sequence, and the like. Many genes are usually arranged in a certain order on the chromosome. Those that define the primary structure of a protein are called structural genes, and those that influence the expression are called regulatory genes (for example, promoters). In the present specification, genes include structural genes and regulatory genes unless otherwise specified. Thus, for example, a DNA polymerase gene usually includes both a structural gene for DNA polymerase and a transcriptional and / or translational regulatory sequence such as a promoter for DNA polymerase. In the present invention, it is understood that regulatory sequences such as transcription and / or translation as well as structural genes are also useful as the genes to which the present invention is directed. As used herein, “gene” refers to “polynucleotide”, “oligonucleotide”, “nucleic acid” and “nucleic acid molecule” and / or “protein”, “polypeptide”, “oligopeptide” and “peptide”. Sometimes. As used herein, “gene product” also refers to “polynucleotide”, “oligonucleotide”, “nucleic acid” and “nucleic acid molecule” and / or “protein” “polypeptide”, “oligopeptide” expressed by a gene. And “peptide”. A person skilled in the art can understand what a gene product is, depending on the situation.
本明細書において「遺伝子の複製」とは、遺伝物質であるDNAまたはRNAにおいて,親の核酸鎖を鋳型として,親核酸と同一の構造と機能を有する新しい核酸分子(DNAであればDNA、RNAであればRNA)を生成することをいう。真核細胞では,二本鎖DNA分子上にある多数の複製開始点に複製酵素(DNAポリメラーゼα)を含む複製開始複合体が形成されることによって複製が開始され、複製反応が複製開始点から両方向へ進行する。複製開始は、細胞周期によって制御される。酵母における自立複製配列(ARS=autonomously replicating sequence)は複製開始点とされる。大腸菌などの原核細胞では、ゲノムの二本鎖環状DNA分子に1個の複製開始点(ori)が存在し、oriに複製開始複合体が形成され、反応はoriから両方向に進行する。複製開始複合体は複製酵素(DNAポリメラーゼIII)を含む10種類以上のタンパク質因子を含む複雑な構造を有する。複製反応は、二本鎖DNAのらせん構造の部分的巻戻しに始まり、その後短いDNAプライマーが合成され、3’−OH基から新たなDNA鎖が伸長され、相補鎖鋳型において岡崎フラグメントが合成され、岡崎フラグメントの連結、鋳型と照らし合わせる校正(プルーフリーティング)などの多段階の反応によって複製反応が進行する。 As used herein, “gene replication” refers to a new nucleic acid molecule having the same structure and function as a parent nucleic acid in DNA or RNA, which is genetic material, using the parent nucleic acid strand as a template (DNA, DNA, RNA if DNA). Then RNA). In eukaryotic cells, replication is initiated by the formation of a replication initiation complex containing a replication enzyme (DNA polymerase α) at a large number of replication initiation sites on a double-stranded DNA molecule. Proceed in both directions. Replication initiation is controlled by the cell cycle. A self-replicating sequence (ARS = autonomously replicating sequence) in yeast is regarded as a replication origin. In prokaryotic cells such as E. coli, there is one replication origin (ori) in the double-stranded circular DNA molecule of the genome, a replication initiation complex is formed in ori, and the reaction proceeds in both directions from ori. The replication initiator complex has a complex structure including 10 or more protein factors including a replication enzyme (DNA polymerase III). The replication reaction begins with partial unwinding of the double-stranded DNA helical structure, after which a short DNA primer is synthesized, a new DNA strand is extended from the 3'-OH group, and an Okazaki fragment is synthesized in the complementary strand template. The replication reaction proceeds through multi-step reactions such as linking Okazaki fragments and proofreading against a template (plough frieting).
生物の遺伝情報であるゲノムDNAの複製機構は、Kornberg A.and Baker T.,“DNA Replication”,New York,Freeman,1992に詳述されている。代表的には、1つの1本鎖DNAを鋳型として相補的な鎖を合成し、その結果、1つの2本鎖DNAを生じる酵素(DNA複製を行う酵素)を、DNAポリメラーゼという。DNA複製には、少なくとも2つのDNAポリメラーゼが必要である。通常、リーディング鎖およびラギング鎖の合成を同時に行わなければならないからである。DNA複製は、DNA上の決まった位置から開始されるが、その位置を複製開始点(ori)という。例えば、細菌では、通常、環状ゲノムDNAに少なくとも1つの両方向性の複製開始点を有する。これらを総合すると、通常は、1つのゲノムDNA複製には、4つのDNAポリメラーゼが同時に作用する必要があることになる。本発明では、好ましくは、リーディング鎖およびラギング鎖の一方のみの複製誤りが調節されることが有利であり得、あるいは、二本の鎖のあいだの複製誤りの頻度が異なることが有利であり得る。 The mechanism of replication of genomic DNA, which is the genetic information of an organism, is described in Kornberg A. and Baker T .; "DNA Replication", New York, Freeman, 1992. Typically, an enzyme that synthesizes a complementary strand using one single-stranded DNA as a template and, as a result, produces one double-stranded DNA (an enzyme that performs DNA replication) is called a DNA polymerase. DNA replication requires at least two DNA polymerases. This is because usually the leading strand and the lagging strand must be synthesized simultaneously. DNA replication starts from a fixed position on DNA, and this position is called a replication start point (ori). For example, bacteria usually have at least one bi-directional origin of replication in circular genomic DNA. Taken together, usually one genomic DNA replication requires four DNA polymerases to act simultaneously. In the present invention, it may be advantageous that the replication error of only one of the leading strand and the lagging strand is preferably adjusted, or it may be advantageous that the frequency of replication errors between the two strands is different. .
本明細書において「複製誤り」とは、遺伝子(DNAなど)の複製の過程で生じるヌクレオチド取り込みの誤りをいう。複製誤りは、通常、生体では、その頻度は108〜1012回に1回程度できわめて低い。複製誤りの頻度が低い理由としては、ヌクレオチドの取り込みが鋳型DNAと取り込まれるヌクレオチドとが相補的な塩基対を形成することによって複製が起こること、DNAポリメラーゼδ、εなどの酵素の校正機能すなわち3’→5’エキソヌクレアーゼが,鋳型に相補性を示さないヌクレオチドが誤って取り込まれたときそれを察知し直ちに切り出す機能が存在することなどが挙げられる。従って、本発明において複製におけるエラープローン頻度の調節は、特異的塩基対形成の障害、校正機能の障害などによって行うことができる。 As used herein, “replication error” refers to an error in nucleotide incorporation that occurs in the process of gene (DNA, etc.) replication. In general, the frequency of replication errors is very low in a living body, about once every 10 8 to 10 12 times. The reason for the low frequency of replication errors is that the incorporation of nucleotides causes replication by forming complementary base pairs between the template DNA and the incorporated nucleotides, and the proofreading function of enzymes such as DNA polymerase δ and ε, ie 3 For example, there is a function that the '→ 5' exonuclease has a function of detecting and immediately cutting out a nucleotide that does not show complementarity to the template when it is mistakenly incorporated. Therefore, in the present invention, the frequency of error prone in replication can be adjusted by the failure of specific base pairing, the failure of the calibration function, or the like.
本明細書において「エラーフリー」とは、遺伝子(DNAなど)の複製にいて誤りがほとんどない、好ましくは実質的に全くない性質をいう。エラーフリーは、主に、校正機能を有する酵素(例えば、DNAポリメラーゼδ、εなど)の校正機能の精度によって影響を受ける。 In the present specification, “error-free” refers to a property in which there is almost no error in replication of a gene (DNA or the like), preferably substantially no error. Error free is mainly affected by the accuracy of the calibration function of an enzyme having a calibration function (for example, DNA polymerase δ, ε, etc.).
本明細書において「エラープローン」とは、遺伝子(DNAなど)の複製における誤り易い(すなわち、複製誤りの)性質をいう。エラープローンは、主に、校正機能を有する酵素(例えば、DNAポリメラーゼδ、εなど)の校正機能の精度によって影響を受ける。 As used herein, “error prone” refers to a property that is prone to error in replication of a gene (DNA or the like) (ie, replication error). Error prone is mainly affected by the accuracy of the calibration function of an enzyme having a calibration function (for example, DNA polymerase δ, ε, etc.).
本明細書においてエラープローンとエラーフリーとは、絶対的に(すなわち、エラープローン頻度のレベルなどで決定する)分類することができ、あるいは相対的(2種類以上の遺伝子の複製を担う因子(例えば、DNAポリメラーゼなど)におけるエラープローン頻度について多いほうをエラープローンとし、少ないほうをエラーフリーとする)に分類することができる。 In this specification, error-prone and error-free can be classified absolutely (that is, determined by the level of error-prone frequency, etc.) or relative (factors responsible for replication of two or more genes (eg, , DNA polymerase, etc.) can be classified into error prone with a higher error prone frequency and error free with a lower error prone frequency.
本明細書において「エラープローン頻度」とは、エラープローンの性質のレベルをいう。エラープローン頻度は、例えば、遺伝子配列における変異の絶対数(変異の数そのもの)または相対数(全長における変異の数の比率)で表現することができる。あるいは、ある生物または酵素について言及するとき、エラープローン頻度は、ある生物の生殖または分裂1回あたりの遺伝子配列における変異の絶対数または相対数で表現してもよい。特に言及しない場合、遺伝子配列における複製過程1回あたりの誤差の数で表される。エラープローン頻度は、逆の尺度として本明細書において「精度」ということがある。エラープローン頻度が均一であるとは、複数の遺伝子の複製を担う因子(ポリメラーゼなど)に言及するとき、互いのエラープローン頻度が実質的に等しいことをいう。他方、エラープローン頻度が不均一であるとは、有意な差異が複数の遺伝子の複製を担う因子(ポリメラーゼなど)に存在する場合をいう。 As used herein, “error-prone frequency” refers to the level of nature of error-prone. The error-prone frequency can be expressed by, for example, the absolute number of mutations in the gene sequence (the number of mutations themselves) or the relative number (ratio of the number of mutations in the full length). Alternatively, when referring to an organism or enzyme, the error-prone frequency may be expressed as the absolute or relative number of mutations in the gene sequence per reproduction or division of an organism. Unless otherwise stated, it is expressed as the number of errors per replication process in a gene sequence. Error-prone frequency is sometimes referred to herein as “accuracy” as an inverse measure. The error-prone frequency being uniform means that the error-prone frequencies are substantially equal to each other when referring to factors (polymerase or the like) responsible for the replication of a plurality of genes. On the other hand, when the error-prone frequency is non-uniform, it means that a significant difference exists in a factor (polymerase or the like) responsible for the replication of a plurality of genes.
本明細書において「エラープローン頻度の調節」とは、エラープローン頻度を変化させることをいう。そのようなエラープローン頻度の調節には、エラープローン頻度の上昇および低減が含まれる。エラープローン頻度の調節のための手法としては、例えば、校正機能を有するDNAポリメラーゼの改変、複製中に重合反応または伸長反応を阻害または抑制するような因子の挿入これらの反応を促進するような因子の阻害、抑制、単数または複数の塩基の欠損、DNA修復酵素の欠損、異常塩基の除去修復因子機能を有する酵素の改変、ミスマッチ塩基対修復因子の改変、複製自体の精度の低減などが挙げられるがそれらに限定されない。エラープローン頻度の調節は、DNAの二本鎖の両方に対して行われてもよいし、片方のみに対して行われてもよい。好ましくは、片方のみに対して行われることが有利であり得る。有害な変異誘発が低減されるからである。 In this specification, “adjustment of error-prone frequency” means changing the error-prone frequency. Such adjustment of error-prone frequency includes increasing and decreasing error-prone frequency. Examples of methods for adjusting the error-prone frequency include modification of a DNA polymerase having a proofreading function, insertion of a factor that inhibits or suppresses a polymerization reaction or extension reaction during replication, and a factor that promotes these reactions Inhibition, suppression, deletion of single or multiple bases, deletion of DNA repair enzyme, removal of abnormal base, modification of enzyme having repair factor function, modification of mismatch base pair repair factor, reduction of accuracy of replication itself, etc. Is not limited to them. The error-prone frequency may be adjusted for both DNA double strands or only one of them. Preferably, it may be advantageous to do it only on one side. This is because harmful mutagenesis is reduced.
本明細書において「DNAポリメラーゼ」またはPolとは、4種類のデオキシリボヌクレオシド5’−三リン酸からピロリン酸を遊離してDNAを重合する働きを有する酵素をいう。DNAポリメラーゼ反応には、鋳型となるDNA、プライマー分子、Mg2+などが必要とされる。プライマーの3’−OH末端に鋳型に相補的なヌクレオチドを順次付加し分子鎖を伸長する。 As used herein, “DNA polymerase” or Pol refers to an enzyme having a function of polymerizing DNA by releasing pyrophosphate from four types of deoxyribonucleoside 5′-triphosphates. For the DNA polymerase reaction, template DNA, primer molecules, Mg 2+ and the like are required. A nucleotide complementary to the template is sequentially added to the 3′-OH end of the primer to extend the molecular chain.
大腸菌にはDNAポリメラーゼI、II、IIIの少なくとも3種類の酵素が知られている。DNAポリメラーゼIはDNA傷害の修復,遺伝的組換えおよびDNA複製に関与する。DNAポリメラーゼIIおよびIIIは補助的機能を有するといわれる。この酵素は数種のタンパク質からなるサブユニット構造をとり,その構成からコア酵素およびホロ酵素の2つに分けられる。コア酵素は,α、εおよびθから構成され、ホロ酵素には、α、εおよびθサブユニットのほかに、τ、γ、δおよびβの成分がある。真核生物細胞も複数のDNAポリメラーゼをもつことが知られており、高等生物ではDNAポリメラーゼα、β、γ、δおよびεなど多種類存在する。動物では、DNAポリメラーゼα(核DNAの複製に関与、細胞増殖期のDNA複製に作用)、DNAポリメラーゼβ(核でのDNAの修復に関与、増殖期、停止期のDNA傷害の修復などの作用を有する)、DNAポリメラーゼγ(ミトコンドリアDNAの複製と修復に関与。エキソヌクレアーゼ活性をもつ)、DNAポリメラーゼδ(DNAの伸長に関与。エキソヌクレアーゼ活性をもつ)、DNAポリメラーゼε(ラギング鎖のすき間の複製に関与。エキソヌクレアーゼをもつ)などが知られている。 In Escherichia coli, at least three kinds of enzymes, DNA polymerases I, II and III are known. DNA polymerase I is involved in DNA damage repair, genetic recombination and DNA replication. DNA polymerases II and III are said to have auxiliary functions. This enzyme has a subunit structure composed of several kinds of proteins, and is divided into a core enzyme and a holoenzyme according to its structure. The core enzyme is composed of α, ε, and θ, and the holoenzyme has components of τ, γ, δ, and β in addition to the α, ε, and θ subunits. Eukaryotic cells are also known to have a plurality of DNA polymerases. In higher organisms, there are many types such as DNA polymerases α, β, γ, δ, and ε. In animals, DNA polymerase α (involved in replication of nuclear DNA, acts on DNA replication in cell growth phase), DNA polymerase β (involved in DNA repair in nucleus, repair of DNA damage in growth phase, arrest phase, etc.) ), DNA polymerase γ (involved in mitochondrial DNA replication and repair. Exonuclease activity), DNA polymerase δ (involved in DNA elongation. Exonuclease activity), DNA polymerase ε (lagging strand gap) Involved in replication. Has exonuclease).
校正機能を担うDNAポリメラーゼ(グラム陽性細菌、グラム陰性細菌、真核生物など)では、ExoI用のアミノ酸配列が3’→5’エキソヌクレアーゼ活性中心を担うとされており、この部位が校正機能の精度に影響すると考えられている。 In DNA polymerases responsible for the calibration function (Gram positive bacteria, Gram negative bacteria, eukaryotes, etc.), the amino acid sequence for ExoI is assumed to be responsible for the 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity center. It is believed to affect accuracy.
配列番号1:Pol III:317−IMSFDIECAGRI−328(Saccharomyces cerevisiae);
配列番号2:Pol II:286−VMAFDIETTKPP−297(Saccharomyces cerevisiae);
変異型pol−3遺伝子発現株(AMY128−1、以下pol−3変異株と略す)は、この配列を有しているものと推定される。AMY128−1の代表例は、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センター(〒292−0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8)に受託番号NITE P−130(変異型pol−3遺伝子発現株(1倍体株)(AMY128−1))(寄託日平成17年8月19日)として寄託済みである。また、変異型pol−3遺伝子発現株(2倍体株)(BYD5)は、受託番号 NITE P−131(寄託日平成17年8月19日)として寄託済みである。野生型pol−3遺伝子発現株(1倍体株)(AMY52−3D)は、受託番号 NITE P−129(寄託日平成17年8月19日)として寄託済みである。
SEQ ID NO: 1: Pol III: 317-IMSFDIECAGRI-328 (Saccharomyces cerevisiae);
SEQ ID NO: 2: Pol II: 286-VMAFDIETTKPP-297 (Saccharomyces cerevisiae);
A mutant pol-3 gene expression strain (AMY128-1, hereinafter abbreviated as pol-3 mutant) is presumed to have this sequence. A representative example of AMY128-1 is a patent biological deposit center (National Institute of Technology and Evaluation) (2-5-8 Kazusa-Kamashita, Kisarazu-shi, Chiba). It has been deposited as a 3-gene expression strain (haploid strain) (AMY128-1)) (date of deposit, August 19, 2005). In addition, the mutant pol-3 gene expression strain (diploid strain) (BYD5) has been deposited under the deposit number NITE P-131 (deposit date August 19, 2005). The wild-type pol-3 gene expression strain (haploid strain) (AMY52-3D) has been deposited under the deposit number NITE P-129 (deposit date August 19, 2005).
ここで明らかなように、校正機能を有するDNAポリメラーゼは、アスパラギン酸およびグルタミン酸がよく保存されている。本明細書において、このようなアスパラギン酸およびグルタミン酸を含む領域は、本明細書において校正機能活性部位ということがある。 As is clear here, aspartic acid and glutamic acid are well preserved in the DNA polymerase having a proofreading function. In the present specification, such a region containing aspartic acid and glutamic acid may be referred to herein as a proofreading functional active site.
1つの好ましい実施形態では、このような3’→5’エキソヌクレアーゼ活性が破壊されるような変異を、DNAポリメラーゼをコードする遺伝子(DNAポリメラーゼ遺伝子)に導入することにより、校正機能が低下した(すなわち、エラープローン頻度が増加した)DNAポリメラーゼをコードする核酸分子およびポリペプチドを産生することができる。なお、校正機能の3’→5’エキソヌクレアーゼ活性は、単一のDNAポリメラーゼ遺伝子(PolC,POL2,CDC2等)において、DNA重合活性を担う分子中に含まれる場合(例えば、真核生物、グラム陽性細菌等)と、DNA重合活性をコードする遺伝子(例えば、dnaE)とは異なる遺伝子(例えば、dnaQ)にコードされる場合(例えば、グラム陰性細菌等)があることが知られており(Kornberg A.and Baker T.,“DNA Replication ”,New York,Freeman,1992)、当業者は、それらの特性を理解したうえで、本発明におけるエラープローン頻度の調節を適宜行うことができる。例えば、真核生物などでは、校正機能は変化するが、DNA重合活性はほとんど変化させない変異をDNAポリメラーゼに導入することが好ましい。この場合、上述のような校正機能に関与する2つの酸性アミノ酸(Derbyshire et.al.,EMBO J.10,pp.17−24,Jan.1991; Fijalkowska and Schaaper,“Mutants in the Exo I motif of Escherichia coli dnaQ:Defective proofreading and inviability due to error catastrophe”,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.Vol.93,pp.2856−2861,Apr.1996)を改変すること(好ましくは、保存されない置換(例えば、アラニン、バリンなどへの置換))が挙げられるがそれらに限定されない。 In one preferred embodiment, the proofreading function is reduced by introducing such a mutation that disrupts the 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity into a gene encoding DNA polymerase (DNA polymerase gene) ( That is, it is possible to produce nucleic acid molecules and polypeptides encoding DNA polymerase (with increased error-prone frequency). Note that the 3 ′ → 5 ′ exonuclease activity of the proofreading function is contained in a molecule responsible for DNA polymerization activity in a single DNA polymerase gene (PolC, POL2, CDC2, etc.) (for example, eukaryote, gram It is known that there are cases (for example, gram-negative bacteria) encoded by a gene (for example, dnaQ) different from a gene (for example, dnaE) encoding a DNA polymerization activity (for example, positive bacteria). A. and Baker T., “DNA Replication”, New York, Freeman, 1992), those skilled in the art can appropriately adjust the error-prone frequency in the present invention after understanding these characteristics. For example, in eukaryotes and the like, it is preferable to introduce a mutation that changes the proofreading function but hardly changes the DNA polymerization activity into DNA polymerase. In this case, two acidic amino acids (Derbyshire et.al., EMBO J.10, pp. 17-24, Jan. 1991; Fijalkowski and Schaaper, “Mutants in the Exo I mofof of the proofreading function as described above). Escherichia coli dnaQ: Defective proofreading and inability due to error catastrophe ", Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Vol.93, pp. Non-conservative substitutions (eg, substitutions with alanine, valine, etc.)), but are not limited thereto.
本明細書において「校正機能」とは、細胞が受けたDNA損傷および/または誤りを検知し補修する機能をいう。そのような機能は、脱プリン、脱ピリミジンがある場合はそのまま塩基が挿入されることによるか、あるいは、A−Pエンドヌクレアーゼ(apurinic−apyrimidinic endonuclease)で一本鎖切断が入れられたのち5’→3’エキソヌクレアーゼで除去されることによって達成され得る。除去部分は、DNAポリメラーゼでDNA合成され補充され、正常DNAとの連結はDNAリガーゼが行う。このような反応は、除去修復といわれる。アルキル化剤による化学修飾,異常塩基,放射線,紫外線などによるDNA塩基傷害などは傷害部分をDNAグリコシダーゼで取り除かれた上で上記の反応で修復される(不定期DNA合成)。そのような校正機能を有するDNAポリメラーゼとしては、例えば、真核生物におけるDNAポリメラーゼδ、DNAポリメラーゼεなどが挙げられるがそれらに限定されない。本明細書では、校正機能の程度を表すために、忠実度という用語もまた用いられ得る。この忠実度との用語は、DNA複製の正確さを意味する。正常なDNAポリメラーゼは、通常、忠実度が高いDNAポリメラーゼであり、改変により校正機能が低下したDNAポリメラーゼは、忠実度が低いDNAポリメラーゼであり得る。 In the present specification, the “proofreading function” refers to a function for detecting and repairing DNA damage and / or errors received by cells. Such a function is due to the insertion of a base as it is in the presence of depurination or depyrimidine, or 5 ′ after single-strand breakage with an AP endonucleic acid endonuclease. → can be achieved by removal with 3 'exonuclease. The removed portion is synthesized and supplemented with DNA polymerase, and ligation with normal DNA is performed by DNA ligase. Such a reaction is called removal repair. Chemical modification by an alkylating agent, DNA base damage due to abnormal base, radiation, ultraviolet light, etc. are repaired by the above reaction after removing the damaged part with DNA glycosidase (irregular DNA synthesis). Examples of the DNA polymerase having such a proofreading function include, but are not limited to, DNA polymerase δ and DNA polymerase ε in eukaryotes. In this specification, the term fidelity may also be used to describe the degree of calibration function. The term fidelity refers to the accuracy of DNA replication. A normal DNA polymerase is usually a high-fidelity DNA polymerase, and a DNA polymerase whose proofreading function has been reduced by modification can be a low-fidelity DNA polymerase.
このようなDNAポリメラーゼの校正機能については、例えば、Kunkel,T.A.:J Biol.Chem.,260,12866−12874(1985);Kunkel,T.A.,Sabotino,R.D.& Bambara,R.A.:Proc.Natl.Acad.Sci.USA,84,4865−4869(1987);Wu,C.I.& Maeda,N.:Nature,327,167−170(1987);Roberts,J.D.& Kunkel,T.Al:Proc.Natl.Acad.Sci.USA,85,7064−7068(1988);Thomas,D.C.,Fitzgerald,M.P.& Kunkel,T.A.:Basic Life Sciences,52,287−297(1990);Trinh,T.Q.& Siden,R.R.Nature,352,544−547(1991);Weston−Hafer,K.,& Berg,D.E.Genetics,127,649−655(1991);Veaute,X.& Fuchs,R.p.p.:Science,261,598−600(1993);Roberts,J.D.,Izuta,S.,Thomas,D.C.& Kunkel,T.A.:J Biol Chem.,269,1711−1717(1994);Roche,W.A.,Trinh,T.Q.& Siden,R.R.J.Bacteriol.,177,4385−4391(1995);Kang,S.,Jaworski,A.,Ohshirna,K.& Wells,Nat.Genet.,10,213−218(1995);Fijalkowska,I.J.,Jonczyk,P.,Maliszewska−Tkaczyk,M.,Bialoskorska,M.& Schaaper,R.M.Proc.NatJ.Acad.Sci.USA.95,10020−10025(1998);Maliszewska−Tkaczyk,M.,Jonezyk,P.,Bialoskorska,M.,Schaaper,M.& Fijalkowska,I.:Proc.Natl.Acad.Sci.USA,97,12678− 12683(2000);Gwel,D.,Jonezyk,P.,Bialoskorska,M.,Schaaper,R.M.& Fijalkowska,I.J.:Mutation Research,501,129−136(2002).Negative;Roberts,J.D.,Thomas,D.C.& Kunkel,T.A.:Proc Nat].Acad Sci.USA,88,3465−3469(1991);Roberts,J.D.,Nguyen,D.& Kunkel,T.A.:Biochemistry;32,4083−4089(1993);Francino,M.P.,Chac,L.,Riley,M.A.& Ochman,H.:Science,272,107−109(1996);A Boulet,M.Simon,G.Faye,GA Bauer & PM Burgers.EMBO J,8,1849−1854,(1989);Morrison A,Araki H,Clark AB,Hamatake RK,& Sugino A.Cell,62(6),1143−1151,(1990)などを参照のこと。 For the calibration function of such a DNA polymerase, see, for example, Kunkel, T .; A. : J Biol. Chem. 260, 12866-12874 (1985); Kunkel, T .; A. , Sabotino, R .; D. & Bambara, R.A. A. : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84, 4865-4869 (1987); I. & Maeda, N .; : Nature, 327, 167-170 (1987); Roberts, J. et al. D. & Kunkel, T .; Al: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85, 7064-7068 (1988); Thomas, D .; C. Fitzgerald, M .; P. & Kunkel, T .; A. : Basic Life Sciences, 52, 287-297 (1990); Trinh, T .; Q. & Siden, R .; R. Nature, 352, 544-547 (1991); Weston-Hafer, K .; , & Berg, D.M. E. Genetics, 127, 649-655 (1991); Beaute, X. et al. & Fuchs, R.A. p. p. Science, 261, 598-600 (1993); Roberts, J .; D. Izuta, S .; , Thomas, D .; C. & Kunkel, T .; A. : J Biol Chem. , 269, 1711-1717 (1994); Roche, W. et al. A. Trinh, T .; Q. & Siden, R .; R. J. et al. Bacteriol. , 177, 4385-4391 (1995); , Jawski, A .; Ohshirna, K .; & Wells, Nat. Genet. , 10, 213-218 (1995); Fijalkowska, I .; J. et al. Jonczyk, P .; Maliszewska-Tkaczzyk, M .; Bialoskorska, M .; & Schaper, R.A. M.M. Proc. NatJ. Acad. Sci. USA. 95, 10020-10025 (1998); Maliszewska-Tkaczzyk, M .; Jonezyk, P .; Bialoskorska, M .; Schaper, M .; & Fijalkowska, I .; : Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 12678-12683 (2000); Gwel, D .; Jonezyk, P .; Bialoskorska, M .; Schaper, R .; M.M. & Fijalkowska, I .; J. et al. : Mutation Research, 501, 129-136 (2002). Negative; Roberts, J .; D. , Thomas, D .; C. & Kunkel, T .; A. : Proc Nat]. Acad Sci. USA, 88, 3465-3469 (1991); Roberts, J. et al. D. Nguyen, D .; & Kunkel, T .; A. : Biochemistry; 32, 4083-4089 (1993); Francino, M .; P. , Chac, L .; Riley, M .; A. & Ochman, H .; : Science, 272, 107-109 (1996); A Boulet, M .; Simon, G.M. Faye, GA Bauer & PM Burgers. EMBO J, 8, 1849-1854 (1989); Morrison A, Araki H, Clark AB, Hamake RK, & Sugino A. See Cell, 62 (6), 1143-1151, (1990).
本明細書において「DNAポリメラーゼδ」とは、真核生物のものをさす場合、DNAの伸長に関与する酵素であって、エキソヌクレアーゼ活性をもち、これに起因して校正機能を有するといわれる。このDNAポリメラーゼδの校正機能の調節は、上記の校正機能に関連するアミノ酸配列に改変を導入することによって達成することができる。代表的なDNAポリメラーゼδは、核酸配列およびアミノ酸配列として、polδ:X61920 gi/171411/gb/M61710.1/YSCDPB2[171411]に記載されている配列を有する。DNAポリメラーゼδは、Simon,M.et al.、EMBO J.10,2163−2170,1991に記載されており、その内容は本明細書において参考として援用される。 In this specification, “DNA polymerase δ” refers to an eukaryotic enzyme that is involved in DNA elongation, has exonuclease activity, and is therefore said to have a proofreading function. The regulation of the proofreading function of DNA polymerase δ can be achieved by introducing a modification into the amino acid sequence related to the proofreading function. A typical DNA polymerase δ has a sequence described in pol δ: X61920 gi / 171411 / gb / M61710.1 / YSCDPB2 [171411] as a nucleic acid sequence and an amino acid sequence. DNA polymerase δ is described in Simon, M .; et al. , EMBO J. et al. 10, 2163-2170, 1991, the contents of which are incorporated herein by reference.
本明細書において「DNAポリメラーゼε」とは、真核生物のものをさす場合、ラギング鎖のすき間の複製に関与する酵素であって、エキソヌクレアーゼ活性をもち、これに起因して校正機能を有するといわれる。代表的なDNAポリメラーゼεは、核酸配列およびアミノ酸配列として、polε:M60416 gi/171408/gb/M60416.1/YSCDNAPOL[171408]に記載されている配列を有する。 In this specification, “DNA polymerase ε” refers to an enzyme involved in replication of a gap in a lagging strand when referring to a eukaryotic organism, and has an exonuclease activity and has a proofreading function due to this. It is said. A typical DNA polymerase ε has a sequence described in pol ε: M60416 gi / 171408 / gb / M60416.1 / YSC DNAPOL [171408] as a nucleic acid sequence and an amino acid sequence.
DNAポリメラーゼδおよびεの分類は、HUGO分類によると別名はデルタがPOLD1/POL3,イプシロンがPOLE/POL2となっており、本明細書では、どの命名法をも用い得る。 According to the HUGO classification, DNA polymerases δ and ε are classified as POL1 / POL3 for epsilon and POLE / POL2 for epsilon, and any nomenclature can be used herein.
その他DNAポリメラーゼの説明については、例えば、Lawrence C.W.et al.,J.Mol.Biol.122,1−21,1978、Lawrence C.W.et al.,Genetics 92,397−408、Lawrence C.W.et al.MGG,195,487−490,1984、Lawrence C.W.et al.MGG.200,86−91,1985(DNAポリメラーゼβおよびDNAポリメラーゼζ);Maher V.M.et al.Nature 261,593−595,1976、McGregor,W.G.et al.,Mol.Cell.Biol.19,147−154、1999(DNAポリメラーゼη);Strand M.et al.,Nature 365,275−276,1993、Prolla T.A.,et al.,Mol.Cell.Biol.15,407−415,1994、Kat A.,et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90,6424−6428、Bhattacharyya N.P.,et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91,6319−6323,1994、Faber F.A.,et al.,Hum.Mol.Genet.3,253−256,1994、Eshleman,J.R.,et al.,Oncogene 10,33−37,1995、Morrison A.,et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 88,9473−9477,1991、Morrison A.,et al.,EMBO J.12,1467−1473,1993、Foury F.,et al.,EMBO J.11,2717−2726,1992(DNAポリメラーゼλ、DNAポリメラーゼμなど)などに記載されており、その内容は本明細書において参考として援用される。 For other DNA polymerases, see, for example, Lawrence C. et al. W. et al. , J .; Mol. Biol. 122, 1-21, 1978, Lawrence C.I. W. et al. , Genetics 92, 397-408, Lawrence C .; W. et al. MGG, 195, 487-490, 1984, Lawrence C.I. W. et al. MGG. 200, 86-91, 1985 (DNA polymerase β and DNA polymerase ζ); M.M. et al. Nature 261, 593-595, 1976, McGregor, W .; G. et al. Mol. Cell. Biol. 19, 147-154, 1999 (DNA polymerase η); et al. , Nature 365, 275-276, 1993, Prolla T. et al. A. , Et al. Mol. Cell. Biol. 15, 407-415, 1994, Kat A. et al. , Et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 6424-6428, Bhattacharya N .; P. , Et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 6319-6323, 1994, Faber F. et al. A. , Et al. , Hum. Mol. Genet. 3,253-256, 1994, Eshleman, J. et al. R. , Et al. Oncogene 10, 33-37, 1995, Morrison A. et al. , Et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88, 9473-9477, 1991, Morrison A. et al. , Et al. , EMBO J. et al. 12, 1467-1473, 1993, Foury F. et al. , Et al. , EMBO J. et al. 11, 2717-2726, 1992 (DNA polymerase λ, DNA polymerase μ, etc.) and the like, the contents of which are incorporated herein by reference.
本明細書においてDNAポリメラーゼなどの遺伝子および酵母などの生物の「野生型」は、もっとも広汎な定義では、天然に存在するDNAポリメラーゼなどの遺伝子および酵母などの生物を含み、通常、天然に存在するDNAポリメラーゼなどの遺伝子および酵母などの生物のうち、由来となる生物種においてもっとも広汎に存在するものをいう。従って、通常、ある種において最初に同定されるDNAポリメラーゼなどの遺伝子および酵母などの生物の種は野生型といえる。野生型はまた、「天然標準型」ともいう。生物であれば、野生型は、酵素活性が正常であり得、形質が正常であり得、行動が正常であり得、生理が正常であり得、繁殖が正常であり得、ゲノムが正常であり得る。 As used herein, a “wild type” of a gene such as a DNA polymerase and an organism such as yeast, in its broadest definition, includes a gene such as a naturally occurring DNA polymerase and an organism such as yeast, and usually exists in nature. Among the genes such as DNA polymerase and organisms such as yeast, the most widely present in the species of origin. Therefore, genes such as DNA polymerases and organism species such as yeast that are first identified in a certain species are usually wild-type. The wild type is also referred to as “natural standard type”. If it is an organism, wild type can have normal enzyme activity, normal traits, normal behavior, normal physiology, normal reproduction, normal genome obtain.
本明細書において校正機能が「野生型のものよりも低い」とは、ある校正機能を有する酵素などについて言及するとき、その酵素の野生型よりも校正機能が低いこと(すなわち、その酵素での校正処理の後に残留する変異の数が野生型による校正処理の後に残留する変異の数よりも多いこと)をいう。そのような野生型との比較は、相対的または絶対的な表示によって行うことができる。そのような比較はまた、エラープローン頻度などによって行うことができる。 In this specification, when the proofreading function is “lower than that of the wild type”, when referring to an enzyme or the like having a certain proofreading function, the proofreading function is lower than that of the wild type of the enzyme (that is, The number of mutations remaining after the calibration process is larger than the number of mutations remaining after the wild type calibration process). Comparison with such wild type can be done by relative or absolute indications. Such a comparison can also be made, such as by error-prone frequency.
本明細書において「変異」とは、遺伝子について言及するとき、その遺伝子の配列の変化を生じることまたはその変化によって生じた遺伝子の(核酸またはアミノ酸)配列の状態をいう。本明細書では、例えば、変異は、校正機能について生じる遺伝子配列の変化について用いられる。本明細書では、特に言及しない場合は、変異は、改変と同義で用いられる。 As used herein, “mutation” refers to a state of a gene (nucleic acid or amino acid) sequence that causes a change in the sequence of the gene or a gene caused by the change. As used herein, for example, mutations are used for gene sequence changes that occur for the proofreading function. In this specification, unless otherwise stated, mutation is used synonymously with modification.
有用な変異体を作製するためには、生物において変異誘発を行うことがもっとも一般的である。変異とは、通常、遺伝子をコードする塩基配列の変化をいい、DNA配列の変化が包含される。変異は、それが発生した個体に与える影響により、大きく次の3種類に分けられる:A)中立変異(neutral mutation):この変異は、ほとんどの変異が該当し、生物の成育および代謝にほとんど影響がない。B)有害変異(deleterious mutation):この変異は、中立変異よりは頻度は少ない。生物の成長または代謝を阻害する。有害変異には、生育に必須な遺伝子を破壊するような致死変異(lethal mutation)も含まれる。微生物の場合、種によっても異なるが、通常全変異に占める有害変異の割合は、約1/10〜1/100とされている。C)有益変異(beneficial mutation):この変異は、生物の育種に有益な変異である。その発生頻度は中立変異と比較して極めて低い。したがって、有益変異が導入された生物個体を得るためには、大きな生物集団と、長い時間が必要となる。また、生物の育種の十分な効果は、単一の変異だけで現れることはまれであり、複数の有益変異の蓄積が必要であることが多い。従って、本発明は、乳酸耐性のみを付与する技術としては初めて提供されたことになる。 It is most common to perform mutagenesis in an organism to create useful mutants. The mutation usually means a change in the base sequence encoding the gene, and includes a change in the DNA sequence. Mutations can be broadly divided into the following three types according to the effects on the individuals in which they occur: A) Neutral mutations: This mutation applies to most mutations and has almost no effect on the growth and metabolism of organisms. There is no. B) deleterious mutation: This mutation is less frequent than the neutral mutation. Inhibit the growth or metabolism of an organism. The harmful mutation includes a lethal mutation that destroys a gene essential for growth. In the case of microorganisms, although it varies depending on the species, the ratio of harmful mutations to all mutations is usually about 1/10 to 1/100. C) Beneficial mutation: This mutation is beneficial for the breeding of organisms. Its frequency of occurrence is very low compared to neutral mutations. Therefore, in order to obtain an organism individual into which a beneficial mutation has been introduced, a large organism population and a long time are required. In addition, a sufficient effect of breeding an organism rarely appears with only a single mutation, and it is often necessary to accumulate a plurality of beneficial mutations. Therefore, the present invention has been provided for the first time as a technique for imparting only lactic acid resistance.
本明細書において「成長(または生長)」とは、ある生物について言及するとき、その生物の個体としての量的増大をいう。成長は、具体的には体長(身長)、体重などの計測値の増加で個体の量的増大を認識することができる。個体の量的増大は細胞の増大および細胞数の増加に依存する。 As used herein, “growth (or growth)” refers to a quantitative increase of an organism as an individual when referring to the organism. More specifically, the growth can recognize the quantitative increase of the individual by the increase in the measured values such as the body length (height) and the body weight. An individual's quantitative increase depends on cell growth and cell number increase.
本明細書において「実質的に同じ成長(または生長)」とは、生物について言及するとき、その生物が、比較対象となる生物(例えば、遺伝形質の変換前の生物)と比較して、成長速度がほとんど変化しないことをいう。そのような成長速度がほとんど変化しない範囲には、例えば、通常の成長の統計分布における1偏差分以内に入ることなどが挙げられるがそれに限定されない。また、本発明の生物では、例えば、(1)子供の数が変わらない;(2)形態は変化するが、通常の人為的突然変異と違って、障害的ではなく、変異率が極めて高いにも拘わらず、見た目が“美しい”と予想される。(成長とは直接関係しないが、本発明の方法により創出された変異体の特徴だと考えられる);(3)一度獲得した形質あるいは遺伝型あるいは表現型は後もどりしないなどの効果が得られる。 As used herein, “substantially the same growth (or growth)” refers to an organism in which the organism grows compared to the organism to be compared (eg, the organism before genetic trait conversion). It means that the speed hardly changes. Examples of such a range in which the growth rate hardly changes include, but are not limited to, entering within one deviation in the normal statistical distribution of growth. In the organism of the present invention, for example, (1) the number of children does not change; (2) the form changes, but unlike normal artificial mutations, it is not disabling and has a very high mutation rate. Nevertheless, it is expected to be “beautiful”. (It is not directly related to growth, but is considered to be a feature of the mutant created by the method of the present invention); (3) The acquired trait or genotype or phenotype does not return. .
本明細書において生物の「生産」とは、ある生物について言及するとき、その生物の個体を作り出すことをいう。 As used herein, “production” of an organism refers to the creation of an individual of the organism when referring to the organism.
本明細書において生物の「再生産」とは、ある生物について言及するとき、親個体から次の世代の新たな個体を作り出すことをいう。再生産には、生殖、繁殖など天然現象によるもの、クローン(核移植)技術などの人工技術などによるものが包含されるがそれらに限定されない。再生産に用いられる技術としては、例えば、植物の場合、1培養細胞から個体ができる;接木、挿し木などが挙げられるがそれらに限定されない。再生産によって生産された生物は、通常、親に由来する遺伝形質を有する。有性生殖によって再生産される生物では、再生産された生物は、通常2つの性にそれぞれ由来する遺伝形質を有する。通常、そのような由来遺伝形質は、2つの性に由来するものをほぼ等しい割合で有する。無性生殖によって再生される生物では、通常再生産された生物は、親に由来する遺伝形質を有する。 As used herein, “reproduction” of an organism refers to the creation of a new individual of the next generation from a parent individual when referring to an organism. Reproduction includes, but is not limited to, those due to natural phenomena such as reproduction and reproduction, and those due to artificial techniques such as clone (nuclear transfer) technology. As a technique used for reproduction, for example, in the case of a plant, an individual can be made from one cultured cell; Organisms produced by reproduction usually have a genetic trait derived from the parent. In an organism that is reproduced by sexual reproduction, the reproduced organism usually has genetic traits derived from two sexes, respectively. Usually, such inherited traits have approximately equal proportions from two sexes. In organisms that are regenerated by asexual reproduction, the normally regenerated organism has a genetic trait derived from the parent.
本明細書において使用される「細胞」は、当該分野において用いられる最も広義の意味と同様に定義され、多細胞生物の組織の構成単位であって、外界を隔離する膜構造に包まれ、内部に自己再生能を備え、遺伝情報およびその発現機構を有する生命体をいう。本明細書において使用される細胞は、天然に存在する細胞であっても、人工的に改変された細胞(例えば、融合細胞、遺伝子改変細胞)であってもよい。細胞の供給源としては、例えば、単一の細胞培養物であり得、あるいは、正常に成長したトランスジェニック動物の胚、血液、または体組織、または正常に成長した細胞株由来の細胞のような細胞混合物が挙げられるがそれらに限定されない。 As used herein, a “cell” is defined in the same way as the broadest meaning used in the art, and is a structural unit of a tissue of a multicellular organism that is enclosed in a membrane structure that isolates the outside world, Refers to a living organism having self-regenerative ability and having genetic information and its expression mechanism. The cells used herein may be naturally occurring cells or artificially modified cells (eg, fusion cells, genetically modified cells). The source of cells can be, for example, a single cell culture, or such as cells from a normally grown transgenic animal embryo, blood, or body tissue, or a normally grown cell line Examples include but are not limited to cell mixtures.
本発明において使用される細胞は、どの生物由来の細胞(たとえば、任意の種類の単細胞生物(例えば、細菌、酵母)または多細胞生物(例えば、動物(たとえば、脊椎動物、無脊椎動物)、植物(たとえば、単子葉植物、双子葉植物など)など))でもよい。例えば、脊椎動物(たとえば、メクラウナギ類、ヤツメウナギ類、軟骨魚類、硬骨魚類、両生類、爬虫類、鳥類、哺乳動物など)由来の細胞が用いられ、より詳細には、哺乳動物(例えば、単孔類、有袋類、貧歯類、皮翼類、翼手類、食肉類、食虫類、長鼻類、奇蹄類、偶蹄類、管歯類、有鱗類、海牛類、クジラ目、霊長類、齧歯類、ウサギ目など)由来の細胞が用いられる。1つの実施形態では、霊長類(たとえば、チンパンジー、ニホンザル、ヒト)由来の細胞、特にヒト由来の細胞が用いられるがそれに限定されない。本発明において用いられる細胞は、上記細胞は、幹細胞であってもよく体細胞であってもよい。そのような細胞は、移植目的に使用されるものであってもよい。あるいは、植物細胞としては、好ましくは、顕花植物(単子葉または双子葉)由来の細胞が用いられ、より好ましくは双子葉植物細胞が用いられ、より好ましくはイネ科、ナス科、ウリ科、アブラナ科、セリ科、バラ科、マメ科、ムラサキ科の植物由来の細胞が用いられる。さらに好ましくは、コムギ、トウモロコシ、イネ、オオムギ、ソルガム、タバコ、ピーマン、ナス、メロン、トマト、イチゴ、サツマイモ、アブラナ、キャベツ、ネギ、ブロッコリー、ダイズ、アルファルファ、アマ、ニンジン、キウリ、柑橘類、ハクサイ、レタス、モモ、ジャガイモ、ムラサキ、オウレン、ポプラおよびリンゴ由来の細胞が用いられる。植物細胞は、植物体の一部、器官、組織、培養細胞などであり得る。細胞、組織、器官または個体の形質転換法は、当該分野で周知である。そのような技術は、本発明において引用した文献などに十分記載されている。核酸分子の生物細胞への導入は、一過的であっても恒常的であってもよい。一過性または恒常性の遺伝子導入の技術はそれぞれ当該分野において周知である。本発明において用いられる細胞を分化させて形質転換植物を作出する技術もまた当該分野において周知であり、そのような技術は、本発明において引用した文献などに十分記載されていることが理解される。形質転換植物から種子を得る技術もまた、当該分野において周知であり、そのような技術は、本発明において引用した文献などに記載されている。 The cells used in the present invention can be cells from any organism (eg any type of unicellular organism (eg bacteria, yeast) or multicellular organism (eg animals (eg vertebrates, invertebrates), plants). (For example, monocotyledonous plants, dicotyledonous plants, etc.))). For example, cells derived from vertebrates (eg, larvae, lampreys, cartilaginous fish, teleosts, amphibians, reptiles, birds, mammals, etc.) are used, and more particularly mammals (eg, single pores, Marsupials, rodents, wings, wings, carnivores, carnivores, long noses, odd hoofs, even hoofs, rodents, scales, sea cattle, cetaceans, primates , Rodents, rabbit eyes, etc.). In one embodiment, cells derived from primates (eg, chimpanzees, Japanese monkeys, humans), particularly cells derived from humans, are used, but are not limited thereto. The cells used in the present invention may be stem cells or somatic cells. Such cells may be used for transplantation purposes. Alternatively, as a plant cell, a cell derived from a flowering plant (monocotyledonous or dicotyledonous) is preferably used, more preferably a dicotyledonous plant cell is used, and more preferably a grass family, solanaceae, cucurbitaceae, Cells derived from plants of the Brassicaceae, Aceraceae, Rosaceae, Legumes, and Muraceae are used. More preferably, wheat, corn, rice, barley, sorghum, tobacco, bell pepper, eggplant, melon, tomato, strawberry, sweet potato, rape, cabbage, leek, broccoli, soybean, alfalfa, flax, carrot, cucumber, citrus, Chinese cabbage, Cells derived from lettuce, peach, potato, purple, auren, poplar and apple are used. Plant cells can be plant parts, organs, tissues, cultured cells, and the like. Methods for transforming cells, tissues, organs or individuals are well known in the art. Such techniques are sufficiently described in the literature cited in the present invention. Introduction of a nucleic acid molecule into a biological cell may be transient or constitutive. Transient or homeostatic gene transfer techniques are each well known in the art. Techniques for producing transformed plants by differentiating cells used in the present invention are also well known in the art, and it is understood that such techniques are well described in the literature cited in the present invention. . Techniques for obtaining seeds from transformed plants are also well known in the art, and such techniques are described in the literature cited in the present invention.
本明細書において「単離された」とは、通常の環境において天然に付随する物質が少なくとも低減されていること、好ましくは実質的に含まないをいう。従って、単離された細胞とは、天然の環境において付随する他の物質(たとえば、他の細胞、タンパク質、核酸など)を実質的に含まない細胞をいう。核酸またはポリペプチドについていう場合、「単離された」とは、たとえば、組換えDNA技術により作製された場合には細胞物質または培養培地を実質的に含まず、化学合成された場合には前駆体化学物質またはその他の化学物質を実質的に含まない、核酸またはポリペプチドを指す。単離された核酸は、好ましくは、その核酸が由来する生物において天然に該核酸に隣接している(flanking)配列(即ち、該核酸の5’末端および3’末端に位置する配列)を含まない。 As used herein, “isolated” refers to a substance that is at least reduced, preferably substantially free of naturally associated substances in a normal environment. Thus, an isolated cell refers to a cell that is substantially free of other substances (eg, other cells, proteins, nucleic acids, etc.) that accompany it in its natural environment. When referring to a nucleic acid or polypeptide, “isolated” means, for example, substantially free of cellular material or culture medium when made by recombinant DNA technology, and precursor when chemically synthesized. Refers to a nucleic acid or polypeptide that is substantially free of somatic or other chemicals. An isolated nucleic acid preferably includes sequences that are naturally flanking in the organism from which the nucleic acid is derived (ie, sequences located at the 5 'and 3' ends of the nucleic acid). Absent.
本明細書において、「樹立された」または「確立された」細胞とは、特定の性質(例えば、多分化能)を維持し、かつ、細胞が培養条件下で安定に増殖し続けるようになった状態をいう。 As used herein, “established” or “established” cells maintain certain properties (eg, pluripotency) and the cells continue to grow stably under culture conditions. State.
本明細書において「乳酸」とは、α-ヒドロキシプロピオン酸のことであり、L型は、解糖の最終生成物であり,乳酸脱水素酵素の作用によりピルビン酸の還元によって生成される。 In this specification, “lactic acid” is α-hydroxypropionic acid, and L-form is a final product of glycolysis, which is produced by reduction of pyruvic acid by the action of lactate dehydrogenase.
本明細書において「乳酸耐性」とは、乳酸に対して耐性を有することをいう。そのような耐性とは、微量の乳酸の存在に対して、死滅しないことを少なくとも意味するが、より好ましくは、乳酸の存在下で成長することを意味し得る。 As used herein, “lactic acid resistance” refers to resistance to lactic acid. Such resistance means at least not killing in the presence of trace amounts of lactic acid, but more preferably may mean growing in the presence of lactic acid.
本明細書において使用され得る、乳酸としては、L型、D型、ラセミ体など、自然界に存在し得る任意の形態を挙げることができるが、好ましくはL型である。これらはそれぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of lactic acid that can be used in the present specification include L form, D form, racemic form and the like, which can exist in nature, but L form is preferred. These may be used alone or in combination of two or more.
乳酸耐性は以下のようにして決定する。乳酸耐性度を評価したい微生物を、乳酸を含まない培地で培養し、一晩培養液を準備する。各種濃度の乳酸を含む培地を準備し、一晩培養液を0.1〜10%(v/v)添加し、一晩培養する。加える菌の体積は目的や菌の種類によって決める。一晩培養後の菌濃度を吸光光度計をもいる方法、寒天プレート法、トリパンブルー染色による生存率測定などで決定する。中性付近の培地を用いた場合と同等の増殖性が認められた乳酸濃度の数値を、その濃度の乳酸耐性を持つと評価する。 Lactic acid resistance is determined as follows. A microorganism whose lactic acid tolerance is to be evaluated is cultured in a medium not containing lactic acid, and an overnight culture is prepared. A medium containing various concentrations of lactic acid is prepared, and an overnight culture is added at 0.1 to 10% (v / v) and cultured overnight. The volume of bacteria to be added depends on the purpose and type of bacteria. The bacterial concentration after overnight culture is determined by a method using an absorptiometer, an agar plate method, viability measurement by trypan blue staining, and the like. The value of the lactic acid concentration at which the growth ability equivalent to that in the case of using a medium near neutrality is evaluated as having the lactic acid resistance at that concentration.
本発明の方法において、微生物に乳酸を加えて選択培養する工程は、寒天培地上に変異処理した乳酸感受性微生物を塗布した上に乳酸を目的の濃度比率で重層しても良く又は液体培養において変異処理した乳酸感受性菌及び目的乳酸を一緒に入れて培養しても良い。また、pH、温度及び通気の割合(通気する場合)等の条件も当業者によって容易に設定され得るが、好ましくは、その微生物が成育する条件が良いことは言うまでもない。 In the method of the present invention, the step of selectively culturing microorganisms by adding lactic acid may be carried out by coating lactic acid-sensitive microorganisms that have been subjected to mutation treatment on an agar medium, and laminating lactic acid at a desired concentration ratio, or in liquid culture. The treated lactic acid sensitive bacteria and the target lactic acid may be put together and cultured. In addition, conditions such as pH, temperature, and aeration rate (when aerated) can be easily set by those skilled in the art. However, it is needless to say that conditions under which the microorganisms grow are preferable.
(一般生化学・分子生物学)
(一般技術)
本明細書において用いられる分子生物学的手法、生化学的手法、微生物学的手法は、当該分野において周知であり慣用されるものであり、例えば、Sambrook J.et al.(1989).Molecular Cloning:A Laboratory Manual,Cold Spring Harborおよびその3rd Ed.(2001);Ausubel,F.M.(1987).Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates and Wiley−Interscience;Ausubel,F.M.(1989).Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associat ES and Wiley−Interscience;Innis,M.A.(1990).PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications,Academic Press;Ausubel,F.M.(1992).Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates;Ausubel,F.M.(1995).Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Greene Pub.Associates;Innis,M.A.et al.(1995).PCR Strategies,Academic Press;Ausubel,F.M.(1999).Short Protocols in Molecular Biology:A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology,Wiley,and annual updates;Sninsky,J.J.et al.(1999).PCR Applications:Protocols for Functional Genomics,Academic Press、別冊実験医学「遺伝子導入&発現解析実験法」羊土社、1997などに記載されており、これらは本明細書において関連する部分(全部であり得る)が参考として援用される。
(General biochemistry / molecular biology)
(General technology)
Molecular biological techniques, biochemical techniques, and microbiological techniques used in this specification are well known and commonly used in the art, and are described in, for example, Sambrook J. et al. et al. (1989). Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor and its 3rd Ed. (2001); Ausubel, F .; M.M. (1987). Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates and Wiley-Interscience; Ausubel, F .; M.M. (1989). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associate ES and Wiley-Interscience; A. (1990). PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Academic Press; Ausubel, F .; M.M. (1992). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates; Ausubel, F .; M.M. (1995). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates; Innis, M .; A. et al. (1995). PCR Strategies, Academic Press; Ausubel, F .; M.M. (1999). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Wiley, and annual updates; J. et al. et al. (1999). PCR Applications: Protocols for Functional Genomics, Academic Press, “Experimental Methods for Gene Transfer and Expression Analysis”, Yodosha, 1997, etc., which are related parts in this specification (may be all) Is incorporated by reference.
人工的に合成した遺伝子を作製するためのDNA合成技術および核酸化学については、例えば、Gait,M.J.(1985).Oligonucleotide Synthesis:A Practical Approach,IRLPress;Gait,M.J.(1990).Oligonucleotide Synthesis:A Practical Approach,IRL Press;Eckstein,F.(1991).Oligonucleotides and Analogues:A Practical Approach,IRL Press;Adams,R.L.etal.(1992).The Biochemistry of the Nucleic Acids,Chapman&Hall;Shabarova,Z.et al.(1994).Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids,Weinheim;Blackburn,G.M.et al.(1996).Nucleic Acids in Chemistry and Biology,Oxford University Press;Hermanson,G.T.(I996).Bioconjugate Techniques,Academic Pressなどに記載されており、これらは本明細書において関連する部分が参考として援用される。 For DNA synthesis technology and nucleic acid chemistry for producing artificially synthesized genes, see, for example, Gait, M. et al. J. et al. (1985). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRLPpress; Gait, M .; J. et al. (1990). Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; Eckstein, F .; (1991). Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, IRL Press; Adams, R .; L. etal. (1992). The Biochemistry of the Nucleic Acids, Chapman &Hall; Shabarova, Z. et al. et al. (1994). Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids, Weinheim; Blackburn, G .; M.M. et al. (1996). Nucleic Acids in Chemistry and Biology, Oxford University Press; Hermanson, G .; T. T. et al. (I996). Bioconjugate Technologies, Academic Press, etc., which are incorporated herein by reference in the relevant part.
以下に好ましい実施形態の説明を記載するが、この実施形態は本発明の例示であり、本発明の範囲はそのような好ましい実施形態に限定されないことが理解されるべきである。 The description of the preferred embodiment is described below, but it should be understood that this embodiment is an illustration of the present invention and that the scope of the present invention is not limited to such a preferred embodiment.
1つの局面において、本発明は、乳酸耐性を有する生物であって、該生物は、該生物の天然型が有する耐性よりも高い耐性を有する、生物を提供する。 In one aspect, the present invention provides an organism having lactic acid resistance, wherein the organism has a higher tolerance than that of the natural form of the organism.
1つの実施形態において、本発明において対象となる乳酸は、L型乳酸、D型乳酸、L型・D型乳酸のラセミ体からなる群より選択されるタイプであり得る。 In one embodiment, the lactic acid targeted in the present invention may be a type selected from the group consisting of L-type lactic acid, D-type lactic acid, and racemic isomers of L-type and D-type lactic acid.
1つの実施形態において、本発明は、乳酸に対して少なくとも1%の濃度の耐性を有する生物を提供する。これまで、乳酸に対して多くとも1%未満の濃度までしか耐性がある生物がほとんど存在していなかった。特に乳酸菌以外では、1%未満程度の耐性しか報告されておらず、特に2%以上の耐性を持つ生物を生産することは不可能と考えられていた。また、交叉によっても乳酸耐性が得られたとの報告は皆無である。従って、本発明は、従来存在しなかった生物を提供するという顕著な効果を奏する。好ましい実施形態では、本発明は、乳酸に対して少なくとも2%の、好ましくは、少なくとも3%の、より好ましくは少なくとも4%の、より好ましくは少なくとも5%の、さらに好ましくは少なくとも6%の、さらに好ましくは少なくとも7%の、さらに好ましくは少なくとも8%の、さらに好ましくは少なくとも9%の、さらにより好ましくは少なくとも10%の、さらに好ましくは少なくとも15%の、最も好ましくは少なくとも20%の濃度の耐性を有する生物を提供する。ここで、乳酸に対する耐性は、その耐性とすべき環境中に少なくとも18時間、通常、少なくとも1日間、好ましくは2日間、好ましくは3日間、好ましくは4日間、好ましくは4日間、さらに好ましくは6日間生存している(少なくとも生存率が10%以上であり、好ましくは少なくとも生存率が20%である。本発明は、生存率は、概して80%以上であり、優れた生存率を示す。)ことを意味する。 In one embodiment, the present invention provides an organism having a concentration of at least 1% resistance to lactic acid. To date, there have been few organisms that are resistant to lactic acid to concentrations of at most 1%. In particular, other than lactic acid bacteria, only resistance of less than 1% has been reported, and it was considered impossible to produce organisms having resistance of 2% or more. In addition, there is no report that lactate tolerance was obtained by crossover. Therefore, the present invention has a remarkable effect of providing an organism that has not existed conventionally. In a preferred embodiment, the present invention provides at least 2%, preferably at least 3%, more preferably at least 4%, more preferably at least 5% and even more preferably at least 6% of lactic acid, More preferably at a concentration of at least 7%, more preferably at least 8%, more preferably at least 9%, even more preferably at least 10%, more preferably at least 15%, most preferably at least 20%. Provide organisms that are resistant. Here, the tolerance to lactic acid is at least 18 hours, usually at least 1 day, preferably 2 days, preferably 3 days, preferably 4 days, preferably 4 days, more preferably 6 days in the environment to be resistant. Surviving for a day (at least survival rate is 10% or more, preferably at least survival rate is 20%. The present invention generally has survival rate of 80% or more and exhibits excellent survival rate.) Means that.
別の実施形態において、本発明の生物は、任意の微生物であり、さらに好ましくは、真核生物であり、さらにより好ましくは酵母である。特に、Saccharomyces俗の生物が好ましく、さらに好ましくはSaccharomyces cervisiaeが選択される。別の実施形態では、本発明の生物は、原核生物であり得る。酵母については、乳酸1%でも耐性が獲得できていなかった。 In another embodiment, the organism of the present invention is any microorganism, more preferably a eukaryote, even more preferably a yeast. In particular, Saccharomyces common organisms are preferred, and Saccharomyces cerevisiae is more preferred. In another embodiment, the organism of the present invention may be a prokaryotic organism. For yeast, tolerance could not be obtained even with 1% lactic acid.
本発明で得られた株の代表例は、〒292−0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8 独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センターに受領番号NITE P−122号(寄託日平成17年7月29日;7%乳酸を含むYPD培地中で増殖可能)として寄託済みである。 A representative example of the strain obtained in the present invention is 2-5-8 Kazusa Kamashichi, Kisarazu City, Chiba Prefecture 292-0818, Japan. Dated July 29, 2005; can be grown in YPD medium containing 7% lactic acid).
別の局面において、本発明は、乳酸に対する耐性が改善された生物を作製するための方法を提供する。この方法は:A)目的の生物を、該乳酸について、正常状態での最大許容濃度で、好ましくは1日程度培養する工程;B)該目的の生物を、該乳酸について、改善について所望の濃度で培養する工程;およびC)生存する生物を選択し再生産する工程を包含する。このような再生産の方法には、当該分野において公知の技術を応用できることが理解される。一度最大許容濃度よりも低い濃度で培養しておき、その後、所網の最大許容濃度より高い濃度で培養することによって、より効率所望の濃度で耐性を有する生物を効率よく獲得することができたことに特徴がある。より具体的にいうと、本発明の1つの実施形態では、本発明の方法は、A)正常状態での最大許容濃度で1日間培養する工程、B)Aより1%高い乳酸濃度で1日間培養する工程、C)Bより1%高い乳酸濃度で1日間培養する工程、B)〜C)を繰り返して、最終的に耐性を付与したい乳酸濃度で1日間培養することによって、より効率所望の濃度で耐性を有する生物を効率よく獲得することができたことに特徴がある。表3、図4に示されているように、5%乳酸耐性株は同じ乳酸濃度で継代を繰り返すと増殖速度が早くなっていく。培養工程A)と培養工程B)との間にA’)最大許容濃度より1%高い濃度の乳酸中で培養する工程、および必要に応じてA’’)該培養工程A’)における濃度より1%高い濃度の乳酸中で培養する工程を行い、必要に応じてA’’)において1%ずつ高い濃度の乳酸中での培養工程を繰り返して行って所望の濃度での培養を達成することを包含する
好ましい実施形態では、本発明の方法は、D)生物の遺伝子の複製におけるエラープローン頻度を調節する工程をさらに包含する。
In another aspect, the present invention provides a method for making an organism with improved resistance to lactic acid. This method includes: A) culturing the target organism for the lactic acid at a maximum allowable concentration in the normal state, preferably about 1 day; B) the target organism for the lactic acid, for the desired concentration for improvement. And C) selecting and reproducing a living organism. It is understood that a technique known in the art can be applied to such a reproduction method. By culturing once at a concentration lower than the maximum permissible concentration, and then culturing at a concentration higher than the maximum permissible concentration of the network, it was possible to efficiently obtain a resistant organism at a desired concentration more efficiently. There is a special feature. More specifically, in one embodiment of the present invention, the method of the present invention comprises: A) culturing for 1 day at the maximum allowable concentration in a normal state; B) 1 day at a lactic acid concentration 1% higher than A. The step of culturing, C) the step of culturing for 1 day at a lactic acid concentration 1% higher than B, and the steps of B) to C) are repeated for 1 day at the concentration of lactic acid to be finally given resistance. It is characterized by the ability to efficiently acquire organisms that are resistant at concentrations. As shown in Table 3 and FIG. 4, the growth rate of the 5% lactic acid resistant strain increases with repeated passage at the same lactic acid concentration. Between the culture step A) and the culture step B), A ′) a step of culturing in lactic acid at a concentration 1% higher than the maximum allowable concentration, and if necessary, A ″) from the concentration in the culture step A ′) Perform a step of culturing in 1% higher concentration of lactic acid, and repeat the step of culturing in 1% higher concentration of lactic acid in A ″) as necessary to achieve culturing at the desired concentration. In a preferred embodiment, the method of the invention further comprises the step of D) adjusting the error prone frequency in the replication of the organism's genes.
別の実施形態において、本発明において使用されるエラープローン頻度を調節する工程は、生物のDNAポリメラーゼのエラープローン頻度を調節することを包含することが好ましい。本発明において使用されるDNAポリメラーゼは、真核細胞におけるDNAポリメラーゼα、DNAポリメラーゼβ、DNAポリメラーゼγ、DNAポリメラーゼδおよびDNAポリメラーゼεならびにそれらに対応するDNAポリメラーゼからなる群より選択される少なくとも1つのポリメラーゼを含む。 In another embodiment, the step of adjusting the error-prone frequency used in the present invention preferably includes adjusting the error-prone frequency of the DNA polymerase of the organism. The DNA polymerase used in the present invention is at least one selected from the group consisting of DNA polymerase α, DNA polymerase β, DNA polymerase γ, DNA polymerase δ and DNA polymerase ε and their corresponding DNA polymerases in eukaryotic cells. Contains a polymerase.
好ましい実施形態において、本発明において使用されるDNAポリメラーゼは、真核細胞におけるDNAポリメラーゼδおよびDNAポリメラーゼεならびにそれに対応するDNAポリメラーゼからなる群より選択される少なくとも1つのポリメラーゼを包含する。 In a preferred embodiment, the DNA polymerase used in the present invention includes at least one polymerase selected from the group consisting of DNA polymerase δ and DNA polymerase ε and its corresponding DNA polymerase in eukaryotic cells.
好ましい実施形態では、本発明において用いられる生物は、真核生物(例えば、動物、植物、真菌または酵母の細胞)であり、より好ましくは酵母である。酵母は、種々の環境因子に対して耐性を獲得しにくいという特徴があり、本発明では、これを乳酸に対する耐性獲得という形で従来不可能であった酵母の生産に結び付けたという点で顕著である。 In a preferred embodiment, the organism used in the present invention is a eukaryote (eg, an animal, plant, fungus or yeast cell), more preferably a yeast. Yeast has a feature that it is difficult to acquire resistance to various environmental factors, and the present invention is remarkable in that it is linked to the production of yeast, which was impossible in the past in the form of acquiring resistance to lactic acid. is there.
別の実施形態では、本発明において用いられる生物は、分離した細胞の状態で存在する。 In another embodiment, the organism used in the present invention exists in a state of separated cells.
好ましい実施形態では、本発明において得られる生物は、所望の形質の変換後も、野生型と実質的に同じ成長を示す。古典的な変異誘発方法では、野生型と実施的に同じ成長を示すものはほとんど取れなかった。従って、本発明は、乳酸に対する耐性を持ちながら、かつ、野生型と実施的に同じ成長を呈する(正常型とほぼ同じ)性質を有する生物を提供するという点で従来技術では提供し得なかった生物を提供するという効果を奏する。 In a preferred embodiment, the organism obtained in the present invention shows substantially the same growth as the wild type even after transformation of the desired trait. Classical mutagenesis methods rarely yielded the same growth as wild-type. Therefore, the present invention could not be provided in the prior art in that it provides a living organism having a resistance to lactic acid and having the same growth characteristics as the wild type (substantially the same as the normal type). There is an effect of providing living creatures.
別の実施形態では、本発明の方法において用いられる所望の濃度は、最大許容濃度よりも高い濃度であることが好ましい。最大許容濃度は、本発明の方法を実施する直前に実際に測定してもよく、あるいは、文献などから既知の数値を入手して使用してもよい。 In another embodiment, the desired concentration used in the methods of the present invention is preferably a concentration that is higher than the maximum allowable concentration. The maximum allowable concentration may be actually measured immediately before carrying out the method of the present invention, or a known numerical value may be obtained from the literature and used.
別の局面では、本発明は、本発明の方法によって生産された生物に関する。このような生物は、乳酸に対する耐性が従来技術にも増して増大しており、従来技術では入手できなかった乳酸耐性を有する生物であり得る。 In another aspect, the present invention relates to an organism produced by the method of the present invention. Such an organism has an increased resistance to lactic acid compared to the prior art, and may be an organism having lactic acid resistance that was not available in the prior art.
別の局面において、本発明は、生物の乳酸耐性能を評価する方法を提供する。この方法は、A)該生物を、該生物が通常生育する条件下で生育させる工程;B)該乳酸存在下または不存在下で該生物を生育させる工程;およびC)該生物が死滅する該乳酸の濃度を決定する工程、を包含する。 In another aspect, the present invention provides a method for evaluating the lactic acid tolerance performance of an organism. The method comprises: A) growing the organism under conditions in which the organism normally grows; B) growing the organism in the presence or absence of the lactic acid; and C) killing the organism. Determining the concentration of lactic acid.
1つの実施形態において、生物が死滅しているか否かの決定は、その細胞が形を維持している細胞かどうかを判定基準として用いることができる。形を維持しているだけの細胞は、生存しているかどうかが不明であることから、トリパンブルー染色などにより従来はさらなる測定をする必要があったが、本発明において、乳酸中では、形を維持すること自体が生存の重要な指標であることが明らかになった。従って、この形の維持を指標とする評価方法は、従来技術に比して顕著に簡便な判定方法を提供する。 In one embodiment, determining whether an organism is dead can be used as a criterion based on whether the cell remains in shape. Since it is unclear whether cells that only maintain their shape are alive or not, it has been conventionally necessary to perform further measurement by trypan blue staining or the like. It has become clear that maintaining itself is an important indicator of survival. Therefore, the evaluation method using the maintenance of this shape as an index provides a remarkably simple determination method as compared with the prior art.
ここで、形を維持しているかどうかの判定は、形を維持している(細胞が生存している)と判断する基準は、きれいな球形で細胞の輪郭が明確な場合である。形を維持できていないと判断する基準は、きれいな球形でなく輪郭が薄くしわがよって、細胞内が薄く透けている場合である。 Here, in determining whether or not the shape is maintained, the criterion for determining that the shape is maintained (the cell is alive) is a case where the cell outline is clear and the cell outline is clear. The criterion for determining that the shape cannot be maintained is a case where the inside of the cell is thin and transparent due to a thin outline and a wrinkle rather than a beautiful spherical shape.
別の局面において、本発明は、生物の乳酸耐性能を評価する方法を提供する。この方法は、A)該生物を、該生物が通常生育する条件下で生育させる工程;B)該乳酸存在下または不存在下で該生物を生育させる工程;およびC)該生物が死滅する該乳酸の濃度を決定する工程、を包含する。 In another aspect, the present invention provides a method for evaluating the lactic acid tolerance performance of an organism. The method comprises: A) growing the organism under conditions in which the organism normally grows; B) growing the organism in the presence or absence of the lactic acid; and C) killing the organism. Determining the concentration of lactic acid.
1つの実施形態において、上記生物が死滅しているか否かの決定は、その細胞が形を維持している細胞かどうかを判定基準として用いてもよい。 In one embodiment, the determination of whether or not the organism is dead may use as a criterion whether or not the cell maintains its shape.
別の局面では、本発明はまた、菌学的性質は、乳酸耐性以外は野生型と同じである生物を提供する。このような生物は、古典的な変異方法では、入手不可能であった。 In another aspect, the invention also provides an organism whose bacteriological properties are the same as the wild type except for lactate resistance. Such organisms were not available with classical mutation methods.
本明細書において引用された、科学文献、特許、特許出願などの参考文献は、その全体が、各々具体的に記載されたのと同じ程度に本明細書において参考として援用される。 References such as scientific literature, patents and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety to the same extent as if each was specifically described.
以上、本発明を、理解の容易のために好ましい実施形態を示して説明してきた。以下に、実施例に基づいて本発明を説明するが、上述の説明および以下の実施例は、例示の目的のみに提供され、本発明を限定する目的で提供したのではない。従って、本発明の範囲は、本明細書に具体的に記載された実施形態にも実施例にも限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。 The present invention has been described with reference to the preferred embodiments for easy understanding. In the following, the present invention will be described based on examples, but the above description and the following examples are provided only for the purpose of illustration, not for the purpose of limiting the present invention. Accordingly, the scope of the present invention is not limited to the embodiments or examples specifically described in the present specification, but is limited only by the scope of the claims.
以下に実施例を示して本発明をさらに詳しく説明するが、この発明は以下の例に限定されるものではない。以下の実施例において用いられる試薬類、例外を除き、Sigma(St.Louis,USA、和光純薬(大阪、日本)などから市販されるものを用いた。以下において使用した動物は、日本の大学において規定される飼育規準を遵守して飼育および実験した。以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples. With the exception of the reagents and reagents used in the following examples, those commercially available from Sigma (St. Louis, USA, Wako Pure Chemical (Osaka, Japan), etc. were used. In the following, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(実施例1:乳酸添加による培地pHの変化と細胞増殖への影響の検討)
(酵母株と試薬)
大阪市立大学の下田らから供与された変異型pol−3遺伝子発現株(BYD5、以下pol−3変異株と略す。BYD5は、受託番号 NITE P−131(寄託日平成17年8月19日)として〒292−0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8 独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センターに寄託済みである)と野生型pol−3遺伝子発現株(AMY52−3D、以下、野生株と略す。AMY52−3Dは、受託番号 NITE P−129(寄託日平成17年8月19日)として〒292−0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8 独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センターに寄託済みである。)を用いた。BYD5の遺伝子型は、〔pol3−01/pol3−01、MATa/MATα、lys1−1/lys1−1〕であり、AMY52−3Dの遺伝子型は、〔MATα、ura3−52、leu2−1、lys1−1、ade2−1、his1−7、hom3−10、trp1−289、canR〕である。
(Example 1: Examination of change in pH of medium and effect on cell growth by addition of lactic acid)
(Yeast strains and reagents)
Mutant pol-3 gene expression strain (BYD5, hereinafter abbreviated as pol-3 mutant strain) donated by Shimoda et al., Osaka City University. BYD5 is accession number NITE P-131 (date of deposit August 19, 2005) 2-5-8, Kazusa Kamashichi, Kisarazu City, Chiba Prefecture 292-0818, and the wild-type pol-3 gene expression strain (AMY52-3D, below) AMY52-3D has the deposit number NITE P-129 (date of deposit: August 19, 2005) 2-5-8 Kazusa Kamashi, Kisarazu City, Chiba Prefecture 292-0818 It has been deposited at the Japan Patent Organism Depositary. The genotype of BYD5 is [pol3-01 / pol3-01, MATa / MATα, lys1-1 / lys1-1], and the genotype of AMY52-3D is [MATα, ura3-52, leu2-1, lys1]. -1, ade2-1, his1-7, hom3-10, trp1-289, canR].
試験に用いた液体培地のYPD medium(cat.#630409)および寒天培地のYPD agar medium(cat.#630410)はBD Biosciences Clontechから購入し、オートクレーブ(120℃、15分)により滅菌した。添加したL−乳酸(以下、乳酸と略す。cat.# 129−02666)は和光純薬から購入した。 The liquid medium YPD medium (cat. # 630409) and the agar medium YPD agar medium (cat. # 630410) were purchased from BD Biosciences Clontech and sterilized by autoclaving (120 ° C., 15 minutes). The added L-lactic acid (hereinafter abbreviated as lactic acid, cat. # 129-02666) was purchased from Wako Pure Chemical Industries.
(方法)
液体培地に乳酸濃度が0%〜20%(v/v)となるように添加し、それぞれのpHを測定した。
(Method)
The solution was added to the liquid medium so that the lactic acid concentration was 0% to 20% (v / v), and each pH was measured.
寒天培地プレートに展開したpol−3変異株および野生株のコロニーを白金耳で掻きとり、YPD培地4mLを入れた試験管(直径18mm)に植菌した。これらを30℃、180 rpmで一晩(16時間以上)振とう培養した。 The pol-3 mutant and wild type colonies developed on the agar plate were scraped with a platinum loop and inoculated into a test tube (diameter 18 mm) containing 4 mL of YPD medium. These were cultured with shaking at 30 ° C. and 180 rpm overnight (16 hours or longer).
それぞれの培養液の一部をとり、血球計算盤を用いて細胞密度を測定し、両株の細胞密度が等しくなるように液体培地で希釈した。 A part of each culture solution was taken, the cell density was measured using a hemocytometer, and diluted with a liquid medium so that the cell densities of both strains were equal.
培養開始時の細胞密度が約2.0×106 cells/mLとなるように各培養液をマイクロチューブにとり、5000xgで3分間遠心して細胞を回収した。 Each culture solution was placed in a microtube so that the cell density at the start of culture was about 2.0 × 10 6 cells / mL, and the cells were collected by centrifugation at 5000 × g for 3 minutes.
乳酸濃度1%、3%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、13%、15%、17%、19%、20%(v/v)の液体培地4mLに回収した細胞を再懸濁し、30℃、180 rpmで18時間振とう培養した。なお、培養は直径18mmの試験管を使用した。 Liquid with lactic acid concentration of 1%, 3%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 13%, 15%, 17%, 19%, 20% (v / v) The cells collected in 4 mL of the medium were resuspended and cultured with shaking at 30 ° C. and 180 rpm for 18 hours. In addition, the culture tube used the test tube of diameter 18mm.
培養後、血球計算盤を用いて細胞密度を測定し、乳酸添加により細胞増殖に与える影響を比較した。 After culturing, the cell density was measured using a hemocytometer, and the influence of lactic acid addition on cell proliferation was compared.
(結果)
乳酸添加による培地pHの検討
乳酸を液体培地に添加したときのpHの変化(表1・図2)および培地の変化(図1)を以下に記す。
(result)
Examination of medium pH by addition of lactic acid Changes in pH (Table 1 and FIG. 2) and changes in the medium (FIG. 1) when lactic acid is added to the liquid medium are described below.
乳酸を添加することによりYPD培地のpHが著しく低下することが明らかになった(表1)。 It was revealed that the pH of the YPD medium was significantly reduced by adding lactic acid (Table 1).
表1 乳酸添加によるYPD培地のpH変化 Table 1 Changes in pH of YPD medium by addition of lactic acid
。
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乳酸を添加することにより培地成分の一部が析出し、培地が濁ることが分かった(図1)。 It was found that by adding lactic acid, some of the medium components were precipitated and the medium became cloudy (FIG. 1).
乳酸添加による細胞増殖に与える影響の検討
野生株およびpol−3変異株を乳酸含有培地で18時間培養したときの細胞密度を測定した結果を以下に記す(表2および図2)。
Examination of the influence which it has on the cell growth by the addition of lactic acid The result of measuring the cell density when the wild strain and the pol-3 mutant strain were cultured in a lactic acid-containing medium for 18 hours is shown below (Table 2 and FIG. 2).
表2 乳酸添加による野生株およびpol−3変異株の細胞密度の比較(18時間培養) Table 2 Comparison of cell density of wild-type and pol-3 mutants with lactic acid addition (18 hours culture)
。
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野生株のおよびpol−3変異株の細胞密度は乳酸添加によって低下した。特に、乳酸の添加量が5%を超えるとほとんど増殖できないことが明らかになった。 The cell density of the wild strain and the pol-3 mutant was reduced by the addition of lactic acid. In particular, it became clear that when the amount of lactic acid added exceeds 5%, almost no growth was possible.
乳酸添加による培地pHの変化および両株の細胞増殖に相関が認められることから、培地のpH低下により両株の細胞増殖が阻害されていることが示された。 A correlation was observed between the change in the pH of the medium due to the addition of lactic acid and the cell growth of both strains, indicating that the cell growth of both strains was inhibited by a decrease in the pH of the medium.
(実施例2:乳酸耐性酵母の作製方法)
本実施例では、pol−3変異株に乳酸耐性を付与した方法を以下に記す。
(Example 2: Method for producing lactate-resistant yeast)
In this example, a method for imparting lactic acid resistance to the pol-3 mutant is described below.
(使用した酵母株)
実施例1に同じく、pol−3変異株(BYD5)を使用した。
(Yeast strain used)
Similarly to Example 1, a pol-3 mutant (BYD5) was used.
(方法)
(1)pol−3変異株のコロニーをかきとり、液体培地4mL を入れた試験管(直径18mm)に植菌し、30℃、180 rpmで一晩培養した。
(Method)
(1) A colony of the pol-3 mutant strain was scraped off, inoculated into a test tube (diameter 18 mm) containing 4 mL of a liquid medium, and cultured overnight at 30 ° C. and 180 rpm.
(2)培養液を15mL容の遠沈管(cat.#430791/コーニング)にとり、1000xgで5分間遠心して全ての細胞を回収した。 (2) The culture solution was placed in a 15 mL centrifuge tube (cat. # 430791 / Corning) and centrifuged at 1000 × g for 5 minutes to collect all cells.
(3)液体培地100mLを入れた300mL容三角フラスコに回収した全ての細胞を再懸濁し、30℃、180 rpmで一晩培養した。 (3) All the cells collected in a 300 mL Erlenmeyer flask containing 100 mL of liquid medium were resuspended and cultured overnight at 30 ° C. and 180 rpm.
(4)培養液を50mL容遠沈管(cat.#430829/コーニング)にとり、1000xgで5分間遠心して全ての細胞を回収した。 (4) The culture solution was placed in a 50 mL centrifuge tube (cat. # 4300829 / Corning) and centrifuged at 1000 × g for 5 minutes to collect all cells.
(5)3%(v/v)乳酸培地150mLを入れた300mL容三角フラスコに回収した全ての細胞を懸濁し、30℃、180 rpmで一晩培養した。 (5) All the collected cells were suspended in a 300 mL Erlenmeyer flask containing 150 mL of 3% (v / v) lactic acid medium, and cultured overnight at 30 ° C. and 180 rpm.
(6)3%乳酸培養液の一部をとり、等量の0.1%トリパンブルー溶液(cat.# 345−07421/DOJINDO)と混合して細胞を染色した。青色に染まった細胞は死滅細胞、染まっていない細胞は生存細胞であるため、生存細胞の割合を観察した。 (6) A part of the 3% lactic acid culture solution was taken and mixed with an equal amount of 0.1% trypan blue solution (cat. # 345-07421 / DOJINDO) to stain the cells. Since the cells stained blue were dead cells and the cells not stained were viable cells, the ratio of viable cells was observed.
(7)生存細胞の存在を確認した後、3%乳酸培養液の1/3量(50mL)を50mL容遠沈管にとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。 (7) After confirming the presence of viable cells, 1/3 volume (50 mL) of 3% lactic acid culture solution was placed in a 50 mL centrifuge tube, and centrifuged at 1000 × g for 5 minutes to collect the cells.
(8)4%(v/v)乳酸培地150mLを入れた300mL容三角フラスコに回収した細胞を懸濁し、30℃、180 rpmで一晩培養した。 (8) The collected cells were suspended in a 300 mL Erlenmeyer flask containing 150 mL of 4% (v / v) lactic acid medium, and cultured overnight at 30 ° C. and 180 rpm.
(9)4%乳酸培養液の一部をとり、トリパンブルー染色により細胞を観察した。生存細胞を確認した後、1/3量(50mL)の培養液を50mL容遠沈管にとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。 (9) A part of the 4% lactic acid culture solution was taken and the cells were observed by trypan blue staining. After confirming the viable cells, 1/3 volume (50 mL) of the culture solution was placed in a 50 mL centrifuge tube and centrifuged at 1000 × g for 5 minutes to collect the cells.
(10)5%(v/v)乳酸培地150mLを入れた300mL容三角フラスコに回収した細胞を懸濁し、30℃、180 rpmで一晩培養した。 (10) The collected cells were suspended in a 300 mL Erlenmeyer flask containing 150 mL of 5% (v / v) lactic acid medium, and cultured overnight at 30 ° C. and 180 rpm.
(11)5%乳酸培養液の一部をとり、トリパンブルー染色により生存細胞の確認を行った。 (11) A part of 5% lactic acid culture solution was taken, and viable cells were confirmed by trypan blue staining.
(12)5%乳酸培養液1/10量(15mL)をとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。5%乳酸培地70mLを入れた200mL容振とうフラスコ(cat.# 4070FK 200/IWAKI)に回収した細胞を懸濁した後、細胞密度を測定した。測定後、これらの培養液は30℃、180 rpmで振とう培養した。 (12) A 1/10 volume (15 mL) of 5% lactic acid culture solution was taken, and the cells were collected by centrifugation at 1000 × g for 5 minutes. The cells collected were suspended in a 200 mL shake flask (cat. # 4070FK 200 / IWAKI) containing 70 mL of 5% lactic acid medium, and then the cell density was measured. After the measurement, these cultures were cultured with shaking at 30 ° C. and 180 rpm.
(13)24時間ごとに培養液の細胞密度を測定し、培養開始直後の細胞密度に対して約5〜10倍になるまで培養を行った。 (13) The cell density of the culture solution was measured every 24 hours, and the cells were cultured until the cell density was about 5 to 10 times the cell density immediately after the start of the culture.
(14)5%乳酸培地で増殖が確認された培養液から1/10量(7mL)をとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。これらを再び5%乳酸培地に懸濁し、30℃、180 rpmで振とう培養した。 (14) A 1/10 volume (7 mL) was taken from the culture medium in which growth was confirmed in a 5% lactic acid medium, and the cells were collected by centrifugation at 1000 × g for 5 minutes. These were again suspended in 5% lactic acid medium and cultured with shaking at 30 ° C. and 180 rpm.
(11)〜(14)の操作を繰り返すことで継代培養を行った。なお、継代培養の基準として、1.トリパンブルー染色により、生存細胞を確認すること 2.培養開始直後の細胞密度に対して約5〜10倍増殖していること、以上の2点を設定した。 Subculture was performed by repeating the operations (11) to (14). As a reference for subculture, 1. 1. Confirm viable cells by trypan blue staining. The above two points were set such that the cells grew about 5 to 10 times the cell density immediately after the start of culture.
(結果)
培地の乳酸濃度を徐々に上げ、最終的に5%(v/v)乳酸培地で継代培養を行ったときの細胞密度を以下に記す(表3・図4)。
(result)
The cell density when the lactic acid concentration of the medium is gradually increased and finally subcultured in a 5% (v / v) lactic acid medium is shown below (Table 3 and FIG. 4).
(1)pol−3変異株を3%乳酸培地で培養した結果、細胞密度が増大し、また、生存細胞も多く認められた。 (1) As a result of culturing the pol-3 mutant strain in a 3% lactic acid medium, the cell density increased and many viable cells were observed.
(2)3%乳酸培養で増殖した株を4%乳酸培地へ移植した結果、細胞密度の増大および生存細胞が認められた。 (2) As a result of transplanting a strain grown in 3% lactic acid culture to 4% lactic acid medium, an increase in cell density and viable cells were observed.
(3)4%乳酸培養で増殖した株を5%乳酸培地へ移植した結果、培養開始から4日目に細胞密度の増大が認められた。 (3) As a result of transplanting a strain grown in 4% lactic acid culture to a 5% lactic acid medium, an increase in cell density was observed on the fourth day from the start of the culture.
(4)トリパンブルー染色の結果、5%乳酸培養において多くの生存細胞が確認された(図3)。 (4) As a result of trypan blue staining, many viable cells were confirmed in 5% lactic acid culture (FIG. 3).
(5)5%乳酸培養で増殖した株を再び5%乳酸培地へ移植し、同培地で継代培養を繰り返した。この結果、継代回数が増すごとに細胞増殖の速度が高まる傾向が認められた(表3・図4)。
以上の結果、本方法によりpol−3変異株に5%乳酸耐性を付与することができることが示された。
表3 5%乳酸培養におけるpol−3変異株の細胞増殖
(5) The strain grown in 5% lactic acid culture was transplanted again into 5% lactic acid medium, and subculture was repeated in the same medium. As a result, it was recognized that the rate of cell proliferation increased as the number of passages increased (Table 3 and FIG. 4).
As a result, it was shown that 5% lactic acid resistance can be imparted to the pol-3 mutant by this method.
Table 3 Cell growth of pol-3 mutant in 5% lactic acid culture
(実施例3:5%乳酸耐性株の培養特性)
5%乳酸に対して耐性を獲得したpol−3変異株(5%乳酸耐性株と記す)の培養特性を検討した方法を以下に記す。
(Example 3: Culture characteristics of 5% lactic acid resistant strain)
A method for examining the culture characteristics of a pol-3 mutant strain that has acquired resistance to 5% lactic acid (referred to as a 5% lactic acid resistant strain) is described below.
(使用した酵母株)
実施例1に同じく、野生株および、実施例2によって獲得した5%乳酸耐性株を使用した。
(Yeast strain used)
Similarly to Example 1, the wild type strain and the 5% lactic acid resistant strain obtained in Example 2 were used.
(方法)
実施例2によって獲得した5%乳酸耐性株は、5%乳酸培地70mLを入れた200mL容バッフル付き三角フラスコで継代培養を行っている。培養は30℃、200 rpmで行い、前培養液の1/10程度の細胞を継代している。
(Method)
The 5% lactic acid resistant strain obtained in Example 2 is subcultured in a 200 mL baffled Erlenmeyer flask containing 70 mL of 5% lactic acid medium. The culture is performed at 30 ° C. and 200 rpm, and about 1/10 of the preculture solution is passaged.
(1)野生株のコロニーをかきとり、液体培地4mLを入れた試験管(φ18mm)に植菌し、30℃、180 rpmで一晩培養した。 (1) A colony of a wild strain was scraped, inoculated into a test tube (φ18 mm) containing 4 mL of a liquid medium, and cultured overnight at 30 ° C. and 180 rpm.
(2)野生株の培養液を5000xg、3分間遠心して細胞を回収し、液体培地70mLを入れた200mL容バッフル付き三角フラスコに懸濁した。これを30℃、200 rpmで回転振とう培養した。 (2) The culture solution of the wild strain was centrifuged at 5000 × g for 3 minutes to recover the cells, and suspended in a 200 mL baffled Erlenmeyer flask containing 70 mL of liquid medium. This was cultured with shaking at 30 ° C. and 200 rpm.
(3)5%乳酸培地で継代している5%乳酸耐性株、および前培養した野生株を50mL容遠沈管にとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。 (3) A 5% lactic acid resistant strain passaged in a 5% lactic acid medium and a precultured wild strain were placed in a 50 mL centrifuge tube, and centrifuged at 1000 × g for 5 minutes to collect cells.
(4)回収した細胞を数mLの乳酸無添加の液体培地に再懸濁した後、血球計算盤で細胞密度を測定した。 (4) The collected cells were resuspended in a few mL of liquid medium without lactic acid, and the cell density was measured with a hemocytometer.
(5)測定した細胞密度をもとに、野生株および5%乳酸耐性株の細胞密度が等しくなるように乳酸無添加の液体培地で希釈した。 (5) Based on the measured cell density, the cells were diluted with a liquid medium without addition of lactic acid so that the cell densities of the wild strain and the 5% lactic acid resistant strain were equal.
(6)最終細胞密度が約2.0×107cells/mLとなるように細胞希釈液を15mL容の遠沈管にとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。5%、6%および7%の乳酸培地70mLを入れた200mL容バッフル付き三角フラスコに回収した細胞を懸濁し、30℃、200 rpmで回転振とう培養した。なお、野生株については5%のみ培養を行った。また、これらの乳酸培地は0.45μmの滅菌フィルター(ADVANTEC/cat.# 25CS045AS)で濾過して使用した。 (6) The cell dilution was placed in a 15 mL centrifuge tube so that the final cell density was about 2.0 × 10 7 cells / mL, and the cells were collected by centrifugation at 1000 × g for 5 minutes. The collected cells were suspended in a 200 mL baffled Erlenmeyer flask containing 70 mL of 5%, 6% and 7% lactic acid medium, and cultured with shaking at 30 ° C. and 200 rpm. Note that only 5% of the wild strain was cultured. These lactic acid media were used after being filtered with a 0.45 μm sterilizing filter (ADVANTEC / cat. # 25CS045AS).
(7)懸濁直後を0日目とし、24時間ごとに3日間の細胞密度を測定した。なお、血球計算盤による測定は、1測定につき3回行い、平均値および標準偏差を算出した。 (7) The cell density for 3 days was measured every 24 hours on the 0th day immediately after suspension. The measurement with a hemocytometer was performed 3 times per measurement, and the average value and standard deviation were calculated.
(結果)
野生株および5%乳酸耐性株を各乳酸培地で培養したときの細胞密度の変化を以下に記す(図5および表4・図6)。
(result)
Changes in cell density when wild strains and 5% lactic acid resistant strains are cultured in each lactic acid medium are described below (FIG. 5 and Tables 4 and 6).
(1)5%乳酸培養の結果、5%乳酸耐性株は野生株に比べて顕著な増殖が認められ、また、野生株はほとんど増殖していないことが分かった(図5)。 (1) As a result of 5% lactic acid culture, it was found that the 5% lactic acid resistant strain showed remarkable growth compared to the wild strain, and the wild strain hardly grew (FIG. 5).
(2)5%乳酸耐性株は、5%および6%乳酸を含む培養条件において速やかに増殖し、培養3日目では約10倍に増殖した(表4、図6)。 (2) The 5% lactic acid resistant strain proliferated rapidly under the culture conditions containing 5% and 6% lactic acid, and grew about 10 times on the third day of culture (Table 4, FIG. 6).
(3)5%乳酸耐性株を7%乳酸培地で3日間培養したが顕著な増殖は認められなかった(表4、図6)。 (3) A 5% lactic acid resistant strain was cultured in a 7% lactic acid medium for 3 days, but no significant growth was observed (Table 4, FIG. 6).
以上の結果、pol−3変異株を乳酸に馴化させることによって取得した5%乳酸耐性株は、5%および6%乳酸に対して耐性を獲得していることが分かった。
表4 野生株および5%乳酸耐性株の乳酸添加による細胞増殖への影響
As a result, it was found that the 5% lactic acid resistant strain obtained by acclimatizing the pol-3 mutant strain to lactic acid has acquired resistance to 5% and 6% lactic acid.
Table 4 Effect of lactic acid addition on cell growth of wild strain and 5% lactic acid resistant strain
(実施例4:7%乳酸耐性株の作製)
実施例2および3に記した5%乳酸耐性株に7%乳酸への耐性を付与した方法と結果を以下に記す。
(Example 4: Production of 7% lactic acid resistant strain)
The methods and results of imparting resistance to 7% lactic acid to the 5% lactic acid resistant strains described in Examples 2 and 3 are described below.
(方法)
実施例2および3によって取得した5%乳酸耐性株(pol−3変異株)は、5%(v/v)乳酸培地70mLを入れた200mL容バッフル付き三角フラスコを用いて30℃、200 rpmで継代培養を行っている。新しい培地への継代は2〜3日ごとに行い、全培養液に対して1/10量の細胞を回収し、移植している。
(Method)
The 5% lactic acid resistant strain (pol-3 mutant strain) obtained by Examples 2 and 3 was prepared at 30 ° C. and 200 rpm using a 200 mL baffled Erlenmeyer flask containing 70 mL of 5% (v / v) lactic acid medium. Subculture is performed. Passage to a new medium is performed every 2 to 3 days, and 1/10 amount of cells are collected and transplanted with respect to the whole culture solution.
(1)5%乳酸耐性株の継代培養から全培養液の1/5量をとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。7%(v/v)乳酸培地70mLを入れた200mL容バッフル付き三角フラスコに回収した細胞を懸濁し、30℃、200 rpmで一晩培養した。(継代1回目)
(2)全培養液の1/5量をとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。新鮮な7%乳酸培地70mLに回収した細胞を懸濁し、30℃、200 rpmで5日間培養した。(継代2回目)
(3)全培養液の1/10量をとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。新鮮な7%乳酸培地70mLに回収した細胞を懸濁し、30℃、200 rpmで5日間培養した。(継代3回目)
(4)全培養液の1/10量をとり、1000xgで5分間遠心して細胞を回収した。新鮮な7%乳酸培地70mLに回収した細胞を懸濁し、30℃、200 rpmで4日間培養した。(継代4回目)
(5)4回目の継代培養株および液体培地で一晩前培養した野生株の一部を7%乳酸培地に移植し、30℃、200 rpmで一晩回転振とう培養した。これらの細胞についてトリパンブルー染色を行い、生存細胞を顕微鏡観察することによって7%乳酸への耐性を確認した。
(1) A 1/5 volume of the whole culture solution was taken from the subculture of a 5% lactic acid resistant strain, and the cells were collected by centrifugation at 1000 × g for 5 minutes. The recovered cells were suspended in a 200 mL baffled Erlenmeyer flask containing 70 mL of 7% (v / v) lactic acid medium, and cultured overnight at 30 ° C. and 200 rpm. (First passage)
(2) A 1/5 volume of the whole culture solution was taken, and the cells were collected by centrifugation at 1000 × g for 5 minutes. The collected cells were suspended in 70 mL of fresh 7% lactic acid medium and cultured at 30 ° C. and 200 rpm for 5 days. (Second passage)
(3) A 1/10 volume of the whole culture solution was taken and centrifuged at 1000 × g for 5 minutes to collect cells. The collected cells were suspended in 70 mL of fresh 7% lactic acid medium and cultured at 30 ° C. and 200 rpm for 5 days. (3rd passage)
(4) A 1/10 volume of the whole culture was taken and centrifuged at 1000 × g for 5 minutes to collect cells. The collected cells were suspended in 70 mL of fresh 7% lactic acid medium, and cultured at 30 ° C. and 200 rpm for 4 days. (4th passage)
(5) A part of the fourth subculture strain and a wild strain pre-cultured overnight in a liquid medium were transplanted into a 7% lactic acid medium and cultured with shaking at 30 ° C. and 200 rpm overnight. These cells were stained with trypan blue, and the survival cells were observed under a microscope to confirm resistance to 7% lactic acid.
(結果)
5%乳酸耐性株を7%乳酸培地で継代培養したときの細胞密度の変化を以下に記す(表5・図7)。
(result)
Changes in cell density when a 5% lactic acid resistant strain is subcultured in a 7% lactic acid medium are shown below (Table 5, FIG. 7).
(1)継代培養2回目において5日間培養したところ、継代直後に比べて約6.7倍の増殖が認められた(表5・図7)。 (1) After culturing for 5 days in the second subculture, about 6.7 times the proliferation was observed compared to immediately after the subculture (Table 5, FIG. 7).
(2)継代培養3回目において5日間培養したところ、継代直後に比べて約66.9倍の増殖が認められた(表5・図7)。 (2) When cultured for 5 days in the third passage, the growth was about 66.9 times that immediately after the passage (Table 5, FIG. 7).
(3)継代培養4回目において4日間培養したところ、継代直後に比べて約310倍の増殖が認められた(表5・図7)。 (3) When cultured for 4 days in the 4th subculture, about 310-fold proliferation was observed compared to immediately after the subculture (Table 5 and FIG. 7).
(4)トリパンブルー染色の結果、野生株はほぼ全ての細胞が死滅したにも関わらず、乳酸耐性株では多くの生存細胞が観察された(図8)。 (4) As a result of trypan blue staining, although almost all cells were killed in the wild strain, many viable cells were observed in the lactic acid resistant strain (FIG. 8).
上記の結果、pol−3変異株から取得した5%乳酸耐性株は7%乳酸培養に馴化させることにより、速やかに増殖することが可能となった。すなわち、本株は7%乳酸に対して耐性を獲得した。
表5 5%乳酸耐性株を7%乳酸培地で継代培養したときの細胞密度の変化
As a result, the 5% lactic acid resistant strain obtained from the pol-3 mutant strain was able to grow rapidly by acclimatization to 7% lactic acid culture. That is, this strain acquired resistance to 7% lactic acid.
Table 5 Changes in cell density when 5% lactic acid resistant strains were subcultured in 7% lactic acid medium
本実施例で得られた株の代表例は、〒292−0818 千葉県木更津市かずさ鎌足2−5−8 独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センターに受領番号NITE P−122(乳酸耐性株(BYD5-LA7)受託番号 7%乳酸を含むYPD培地中で増殖可能)として寄託済み(平成17年7月29日)である。
A representative example of the strain obtained in this example is 2-5-8 Kazusa Kamashi, Kisarazu City, Chiba Prefecture 292-0818, Japan. It has been deposited (July 29, 2005) as a resistant strain (BYD5-LA7) accession number that can be grown in a YPD medium containing 7% lactic acid.
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, it is understood that the scope of this invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
乳酸耐性酵母は高濃度の乳酸を産生させるための宿主として利用する。乳酸や乳酸ナトリウム、乳酸カルシウムは、すでに輸液等の医薬品原料・食品添加物・化粧品原料として使用されている。また、乳酸の重合体であるポリ乳酸は、生分解性を有するポリマーとして注目され、フィルム・樹脂製品・医療材料その他多くの分野で用途開発が進められている。 Lactic acid resistant yeast is used as a host for producing a high concentration of lactic acid. Lactic acid, sodium lactate, and calcium lactate are already used as raw materials for pharmaceuticals such as infusions, food additives, and cosmetics. In addition, polylactic acid, which is a polymer of lactic acid, has attracted attention as a biodegradable polymer, and applications are being developed in many fields such as films, resin products, medical materials, and the like.
また、微生物の乳酸耐性を増強する本発明手法を乳酸菌に適用し、経口摂取後、胃酸で死滅せず小腸もしくは結腸に生きたまま到達する酸耐性を増強させる。その結果、腸管病原菌感染に対する防御機能と免疫応答に対する効果のプロバイオテイック特性(欧州、No.92810516−2)を高めた機能性食品として利用できる。その他に、乳酸菌は潰瘍性大腸炎予防の可能性、糖尿病予防の可能性、感染症の低減効果、インフルエンザ抗体価上昇の増強作用、ピロリ菌の抑制効果などの医学的応用が期待されている。 In addition, the method of the present invention that enhances the lactic acid resistance of microorganisms is applied to lactic acid bacteria to enhance the acid resistance that reaches the small intestine or colon without being killed by gastric acid after oral ingestion. As a result, it can be used as a functional food with an enhanced probiotic characteristic (Europe, No. 9281516-2) of a protective function against intestinal pathogen infection and an effect on immune response. In addition, lactic acid bacteria are expected to have medical applications such as the possibility of preventing ulcerative colitis, the possibility of preventing diabetes, the effect of reducing infectious diseases, the effect of increasing the influenza antibody titer, and the effect of suppressing Helicobacter pylori.
Claims (31)
A)目的の生物を、該乳酸について、正常状態での最大許容濃度で培養する工程;
B)該目的の生物を、該乳酸について、改善について所望の濃度で培養する工程;および
C)生存する生物を選択し再生産する工程、
を包含する、方法。 A method for producing an organism with improved resistance to lactic acid, the method comprising:
A) culturing the target organism with the maximum allowable concentration in the normal state for the lactic acid;
B) culturing the organism of interest with the lactic acid at a desired concentration for improvement; and C) selecting and regenerating a living organism;
Including the method.
A)該生物を、該生物が通常生育する条件下で生育させる工程;
B)該乳酸存在下または不存在下で該生物を生育させる工程;および
C)該生物が死滅する該乳酸の濃度を決定する工程、
を包含する、方法。 A method for evaluating the lactic acid resistance of a living organism
A) growing the organism under conditions under which the organism normally grows;
B) growing the organism in the presence or absence of the lactic acid; and C) determining the concentration of the lactic acid at which the organism dies.
Including the method.
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| WO2008105175A1 (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-04 | Neo-Morgan Laboratory Incorporated | Method of preparing yeast, the yeast and method of producing lactic acid |
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-
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