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JP2013070675A - Method for culturing recombinant bacterium producing alkyl diol - Google Patents

Method for culturing recombinant bacterium producing alkyl diol Download PDF

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JP2013070675A
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propanediol
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Masanori Nakajima
賢則 中島
Tomohito Okabayashi
智仁 岡林
Hiroaki Yamamoto
浩明 山本
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Daicel Corp
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Daicel Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently producing a target compound by culturing a microorganism while regulating the condition of oxidation-reduction potential so as to promote the consumption of a raw carbon source and the production of an alkyl diol in a culturing process using a gene-recombinant microorganism having the ability to produce a polyol compound, especially an alkyl diol (e.g., 1,3-propanediol).SOLUTION: The 1,3-propanediol can be produced more efficiently than conventional methods when the aeration condition in the culture is regulated so that the oxidation-reduction potential value in a culture solution is from -10 to 100 mV.

Description

本発明は、アルキルジオール生産機能を付与された遺伝子組換え微生物を用いたアルキルジオールの製法方法に関する。特に、アルキルジオール生産機能を付与された遺伝子組換え微生物を培養する工程において、培地中の炭素源を原料として効率よくアルキルジオールを製造する方法に関する。     The present invention relates to a method for producing an alkyl diol using a genetically modified microorganism imparted with an alkyl diol production function. In particular, the present invention relates to a method for efficiently producing an alkyldiol using a carbon source in a medium as a raw material in the step of culturing a genetically modified microorganism imparted with an alkyldiol production function.

1,3−プロパンジオールは、繊維、エンプラ、フィルムなどの利用価値のあるポリトリメチレンテレフタレートに代表されるポリエステル及びポリウレタンの製造に使用されるモノマーとして、また環状化合物の合成用出発原料としてなど、広範な用途を有する化合物である。   1,3-propanediol is used as a monomer used in the production of polyesters and polyurethanes typified by polytrimethylene terephthalate, such as fibers, engineering plastics and films, and as a starting material for the synthesis of cyclic compounds. It is a compound with a wide range of uses.

1,3−プロパンジオールの製造方法としては、大別して、化学合成による方法と微生物を利用した発酵による方法が知られている。化学合成法としては、アクロレインを出発原料として水和反応を行うことによって1,3−プロパンジオールを製造する方法(下記式3)と、エチレンオキシサイドを出発原料とし、合成ガス(CO及びH)存在下、高温、高圧条件下でヒドロホルミル化する反応を行うことによって1,3−プロパンジオールを製造する方法(下記式4)などが挙げられる。 Methods for producing 1,3-propanediol are roughly classified into a method by chemical synthesis and a method by fermentation using microorganisms. As a chemical synthesis method, a method of producing 1,3-propanediol by carrying out a hydration reaction using acrolein as a starting material (the following formula 3), and a synthesis gas (CO and H 2 ) using ethyleneoxyside as a starting material. And a method for producing 1,3-propanediol (formula 4 below) by carrying out a reaction for hydroformylation in the presence of high temperature and high pressure.

(式3)

Figure 2013070675
(Formula 3)
Figure 2013070675

(式4)

Figure 2013070675
(Formula 4)
Figure 2013070675

一方、生物学的な方法としては、グリセロールから1,3−プロパンジオールを生産することができる微生物として、例えば、クレブシエラ(Klebsiella)属、クロストリジウム(Clostridium)属、シトロバクター(Citrobacter)属、エンテロバクター(Enterobacter)属などに属する嫌気性細菌を利用する方法が挙げられる。また、グリセロールから1,3−プロパンジオールを生産することができるように改良された遺伝子組み換え大腸菌を利用する方法が挙げられる。   On the other hand, as a biological method, microorganisms capable of producing 1,3-propanediol from glycerol include, for example, the genus Klebsiella, the genus Clostridium, the genus Citrobacter, and the enterobacter. A method using an anaerobic bacterium belonging to the genus (Enterobacter) and the like can be mentioned. Another example is a method using genetically modified E. coli that is improved so that 1,3-propanediol can be produced from glycerol.

嫌気性菌などを利用する方法としては、非特許文献1に代表されるように、クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)を培養する工程において、グリセロールを添加して酸素を遮断した嫌気的な条件下で生育させることによって、グリセロールを1,3−プロパンジオールに転換して、1,3−プロパンジオールを得る方法がある。また、非特許文献2に代表されるように、クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)を嫌気条件下で培養する工程におけるグリセロールから1,3−プロパンジオールを生産する嫌気発酵プロセスにおいて、嫌気状態をモニタリングするパラメーターとして酸化還元電位(ORP)を用い、ORP値を−190mVとした嫌気条件下で培養を制御することによる方法が記載されている。これらのグリセロールから1,3−プロパンジオールを生産することができる嫌気性細菌では、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを経由する2ステップの反応で1,3−プロパンジオールに転換され、この反応に関与する酵素として3つのサブユニットからなるグリセロールデヒドラターゼ(EC4.2.1.30)、及び、1,3−プロパンジオールオキシドレダクターゼ(EC1.1.1.202)が明らかにされている。これらのグリセロールからの1,3−プロパンジオール生産に関わる遺伝子はオペロン構造を形成していることが明らかにされており、2つのサブユニットからなるグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子、アデノシルトランスフェラーゼ(EC2.5.1.17)などをコードする遺伝子が含まれる(非特許文献3)。これらの一群の遺伝子によってコードされる酵素が作用する結果、グリセロールから1,3−プロパンジオールが生成し、培養液中に蓄積する。しかし、これらの嫌気性細菌を用いた嫌気発酵プロセスによるグリセロールからの1,3−プロパンジオールの生産においては、厳密に酸素を遮断する必要があり、工業生産には不向きである。   As a method of utilizing anaerobic bacteria, as represented by Non-Patent Document 1, in a step of culturing Klebsiella pneumoniae, it grows under anaerobic conditions in which glycerol is added to block oxygen. There is a method in which 1,3-propanediol is obtained by converting glycerol into 1,3-propanediol. In addition, as represented by Non-Patent Document 2, parameters for monitoring the anaerobic state in an anaerobic fermentation process for producing 1,3-propanediol from glycerol in the step of culturing Klebsiella pneumoniae under anaerobic conditions. Describes a method by controlling the culture under anaerobic conditions using an oxidation-reduction potential (ORP) as an ORP value of -190 mV. In anaerobic bacteria capable of producing 1,3-propanediol from these glycerols, the enzyme involved in this reaction is converted to 1,3-propanediol in a two-step reaction via 3-hydroxypropionaldehyde. Glycerol dehydratase (EC 4.2.1.30) consisting of three subunits and 1,3-propanediol oxidoreductase (EC 1.1.1.202) have been disclosed. These genes involved in 1,3-propanediol production from glycerol have been shown to form an operon structure, and a glycerol dehydratase reactivating factor consisting of two subunits, adenosyltransferase (EC2. 5.1.17) and the like are included (Non-patent Document 3). As a result of the action of enzymes encoded by these groups of genes, 1,3-propanediol is produced from glycerol and accumulates in the culture medium. However, in the production of 1,3-propanediol from glycerol by an anaerobic fermentation process using these anaerobic bacteria, it is necessary to strictly block oxygen, which is not suitable for industrial production.

グリセロールから1,3−プロパンジオールを生産することができるように改良された遺伝子組み換え大腸菌を利用する方法としては、特許文献1に代表されるように、出芽酵母(Sacchstomyces cerevisiae)から単離されたジヒドロキシアセトンリン酸からグリセロール−3−リン酸への転換を触媒するグリセロール−3−リン酸デヒドロゲナーゼ(G3PDH)をコードする遺伝子であるDAR1、及び、グリセロール−3−リン酸からグリセロールへの転換を触媒するG3Pホスファターゼをコードする遺伝子であるGPP2と、クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)から単離されたグリセロールデヒドラターゼの3つのサブユニットをコードする遺伝子dhaB1、dhaB2、dhaB3、及び、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子の2つのサブユニットをコードする遺伝子orfX、orfZ、及び、orfW、orfYなどを有するプラスミドが導入された大腸菌株を用いて、グルコースを原料としてグリセロールを生成させ、1,3−プロパンジオールへと転換することによる1,3−プロパンジオールを得る方法が記載されている。この方法はグルコースなどの糖類を出発物質とした1,3−プロパンジオールの製造方法であり、溶存酸素濃度(DO)を調節することによって培養が行われている。   As a method of using genetically modified E. coli improved so that 1,3-propanediol can be produced from glycerol, it was isolated from Saccharomyces cerevisiae as represented by Patent Document 1. DAR1, which is a gene encoding glycerol-3-phosphate dehydrogenase (G3PDH) that catalyzes the conversion of dihydroxyacetone phosphate to glycerol-3-phosphate, and catalyzes the conversion of glycerol-3-phosphate to glycerol A gene dhaB1 encoding three subunits of GPP2, which is a gene encoding G3P phosphatase, and glycerol dehydratase isolated from Klebsiella pneumoniae, Using an E. coli strain into which a plasmid containing genes orfX, orfZ, and orfW, orfY encoding two subunits of haB2, dhaB3, and glycerol dehydratase reactivation factor has been introduced, glycerol is produced using glucose as a raw material. A method for obtaining 1,3-propanediol by production and conversion to 1,3-propanediol is described. This method is a method for producing 1,3-propanediol using a saccharide such as glucose as a starting material, and culture is performed by adjusting the dissolved oxygen concentration (DO).

また、特許文献2では、クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)由来のジオールデヒドラターゼをコードする遺伝子、又は、グリセロールデヒドラターゼをコードする遺伝子を有するプラスミドとジオールデヒドラターゼ再活性化因子の2つのサブユニットをコードする遺伝子を有するプラスミドが導入された大腸菌株を用いて、その培養菌体から抽出した粗酵素液又はトルエン処理菌体を用いてグリセロールを脱水して3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドを得て、この3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドをパラジウムカーボンを触媒として用いた化学合成法により水素添加して、1,3−プロパンジオールを製造する方法が記載されている。すなわち、特許文献2に記載の方法では、菌体を予め処理する必要があり、生物学的方法と化学的合成方法の2段階の反応が必要となる。   Further, in Patent Document 2, a gene encoding a diol dehydratase derived from Klebsiella pneumoniae, or a gene encoding a diol dehydratase reactivation factor and a plasmid having a gene encoding a glycerol dehydratase is disclosed. Glycerol was dehydrated using the crude enzyme solution extracted from the cultured cells or the toluene-treated cells using an Escherichia coli strain into which the plasmid having the above was introduced to obtain 3-hydroxypropionaldehyde, and this 3-hydroxypropionaldehyde Describes a method for producing 1,3-propanediol by hydrogenation of a hydrogen atom by a chemical synthesis method using palladium carbon as a catalyst. That is, in the method described in Patent Document 2, it is necessary to treat bacterial cells in advance, and a two-step reaction is required, that is, a biological method and a chemical synthesis method.

近年、化石資源の枯渇問題や地球温暖化問題の観点から、再生可能資源としてバイオマス(植物資源)由来の原料からの化学品・エネルギー生産体系の確立に対して社会的に需要が高まってきている。例えば、バイオマス由来のエネルギーの一つとして、植物油由来のトリグリセリドとメタノールのエステル交換反応によって得られる長鎖脂肪酸メチルエステルであるバイオディーゼルが挙げられる。このエステル交換反応では原料のトリグリセリドに由来するグリセロールが副生するため、バイオマス由来燃料としてのバイオディーゼル進展の課題として副生グリセロールの新たな用途が望まれている。   In recent years, from the viewpoint of fossil resource depletion problems and global warming problems, there has been an increasing social demand for establishing chemical and energy production systems from raw materials derived from biomass (plant resources) as renewable resources. . For example, biodiesel, which is a long-chain fatty acid methyl ester obtained by a transesterification reaction between a triglyceride derived from vegetable oil and methanol, is one of the energy derived from biomass. In this transesterification reaction, glycerol derived from triglyceride as a raw material is by-produced. Therefore, a new use of by-product glycerol is desired as a problem of biodiesel development as a biomass-derived fuel.

WO2004−033646WO2004-033646 特開2005−102533号公報JP 2005-102533 A

Enzyme Microb.Tech.20,82−86(1997)Enzyme Microb. Tech. 20, 82-86 (1997) Appl. Microbiol. Biotechnol.69,554−563(2006)Appl. Microbiol. Biotechnol. 69,554-563 (2006) Biotechnol. Prog.19,263−272(2003)Biotechnol. Prog. 19, 263-272 (2003)

本発明は、ポリオール化合物、特にアルキルジオール(例えば1,3−プロパンジオール)生産能を有する遺伝子組換え微生物を用いた培養過程において、原料炭素源の消費及びアルキルジオール生産を促進する酸化還元電位条件下に調節した上で、当該微生物を培養することによって、目的の化合物をより効率的に生産する方法を提供することを課題とする。   The present invention relates to a redox potential condition that promotes consumption of a raw material carbon source and alkyldiol production in a culture process using a polyol compound, particularly a genetically modified microorganism having an ability to produce an alkyldiol (for example, 1,3-propanediol). It is an object of the present invention to provide a method for producing a target compound more efficiently by cultivating the microorganism after adjusting it downward.

本発明者は上記課題を解決するために、アルキルジオール生産能を有する遺伝子組換え微生物の培養条件に注目し、鋭意研究を行った。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has intensively studied paying attention to the culture conditions of genetically modified microorganisms capable of producing alkyldiol.

本発明者らは、再生可能資源であるバイオマス(炭素源)を原料としてアルキルジオールを製造するために、まず、アルキルジオール生産能を有する遺伝子組換え微生物の構築を行った。クレブシエラ ニューモニエ (Klebsiella pneumoniae)由来のグリセロールデヒドラターゼ遺伝子、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子、及び1,3-プロパンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子が導入された発現プラスミドベクターpSP-KGR1の構築を行った。さらに、クレブシエラ オキシトカ(Klebsiella oxytoca)由来のアデノシルトランスフェラーゼ遺伝子が導入されたプラスミドベクターpMU-KAT1の構築を行った。   In order to produce alkyldiol using biomass (carbon source), which is a renewable resource, as a raw material, the present inventors first constructed a genetically modified microorganism having an alkyldiol-producing ability. An expression plasmid vector pSP-KGR1 into which a glycerol dehydratase gene, a glycerol dehydratase reactivation factor gene, and a 1,3-propanediol dehydrogenase gene derived from Klebsiella pneumoniae were constructed was constructed. Furthermore, a plasmid vector pMU-KAT1 into which an adenosyltransferase gene derived from Klebsiella oxytoca was introduced was constructed.

次に、本発明者らは、得られたプラスミドベクターpSP-KGR1及びpMU-KAT1で形質転換されたE.coli W3110株を用いて、培養条件を調整することにより、より効率的な1,3-プロパンジオール生産方法の検討を行った。具体的には、培地中に存在するグリセロールを原料として1,3−プロパンジオールを生産させるための培養工程において、培養液の酸化還元電位(ORP)が生産菌の良好な生育、及び、1,3−プロパンジオール生産のために重要な因子であることを見出し、培養時の酸化還元電位(ORP)値の調整を行い、各条件における、原料炭素源の消費状況及びアルキルジオール生産状況の確認を行った。   Next, the present inventors adjusted the culture conditions by using E. coli W3110 strain transformed with the obtained plasmid vectors pSP-KGR1 and pMU-KAT1, thereby allowing more efficient 1,3 -Investigated propanediol production method. Specifically, in the culturing step for producing 1,3-propanediol using glycerol present in the medium as a raw material, the oxidation-reduction potential (ORP) of the culture solution shows good growth of the producing bacteria, Found to be an important factor for 3-propanediol production, adjusted the redox potential (ORP) value during culture, and confirmed the consumption status of raw carbon sources and the production status of alkyldiol under each condition went.

その結果、本発明者らは、培養液中の酸化還元電位値が−10〜100mV(好ましくは−10〜50mV)となるように、培養時の酸化還元電位を調整した場合に、従来よりも効率よく1,3-プロパンジオールを製造できることを見出し、これにより本発明を完成するに至った。   As a result, the inventors of the present invention, when adjusting the oxidation-reduction potential at the time of culture so that the oxidation-reduction potential value in the culture solution becomes −10 to 100 mV (preferably −10 to 50 mV), than before. It has been found that 1,3-propanediol can be produced efficiently, and thus the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、アルキルジオール(例えば1,3−プロパンジオール)生産能を有する遺伝子組換え微生物を用いた、アルキルジオールの効率的な生産方法を提供する。   That is, the present invention provides an efficient method for producing an alkyl diol using a genetically modified microorganism having an ability to produce an alkyl diol (for example, 1,3-propanediol).

本発明は、より具体的には以下の〔1〕〜〔7〕を提供するものである。
〔1〕培養液中の炭素源を利用して下記式1で表されるアルキルジオールを生産するように改変された遺伝子組換え微生物を、培養液中の酸化還元電位値が-10〜100 mVの条件下で培養することを特徴とするアルキルジオールの製造方法。
〔式1〕

Figure 2013070675
(式中、Rは、1以上の水酸基を有する炭素数1から4個のアルキル基を表す。)
〔2〕遺伝子組換え微生物を好気条件下で培養した後に、〔1〕に記載の条件下で培養しアルキルジオールを生産させることを特徴とする、アルキルジオールの製造方法。
〔3〕遺伝子組換え微生物を好気条件下で培養し、培養液中の酸化還元電位が-10〜100 mVから選択される範囲であるときに、該前培養後に〔1〕に記載の条件下で培養しアルキルジオールを生産させることを特徴とするアルキルジオールの製造方法。
〔4〕前記培養液中の炭素源がグリセロール、グルコース、スクロース、フルクトース、マルトース、マンノース、キシロース、ガラクトース、酢酸、クエン酸、エタノール、メタノールから選択される少なくとも一つ以上の炭素源を含むことを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のアルキルジオールの製造方法。
〔5〕前記遺伝子組換え微生物の宿主がエシャリヒア(Escherichia)属の微生物であることを特徴とする〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のアルキルジオールの製造方法。
〔6〕前記アルキルジオールが1,3-プロパンジオールであることを特徴とする〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のアルキルジオールの製造方法。
〔7〕前記遺伝子組換え微生物が、下記(a)から(e)のいずれかに記載のタンパク質又は酵素を発現する遺伝子を少なくとも1つ以上有することを特徴とする、〔6〕に記載の1,3-プロパンジオールの製造方法;
(a)配列番号:2、4、6、8、10、12又は14に記載されたアミノ酸配列を有するタンパク質、
(b)配列番号:2、4、6、8、10、12又は14に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する酵素、
(c)配列番号:1、3、5、7、9、11又は13に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(d)配列番号:1、3、5、7、9、11又は13に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、及び
(e)配列番号:2、4、6、8、10、12又は14に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有する酵素。 More specifically, the present invention provides the following [1] to [7].
[1] A genetically modified microorganism modified so as to produce an alkyldiol represented by the following formula 1 using a carbon source in a culture solution has an oxidation-reduction potential value in the culture solution of -10 to 100 mV A method for producing an alkyl diol, comprising culturing under the conditions of
[Formula 1]
Figure 2013070675
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms having one or more hydroxyl groups.)
[2] A method for producing an alkyldiol, comprising culturing a genetically modified microorganism under an aerobic condition and then culturing the recombinant microorganism under the condition described in [1] to produce an alkyldiol.
[3] The condition described in [1] after the pre-culture when the genetically modified microorganism is cultured under aerobic conditions and the oxidation-reduction potential in the culture solution is in a range selected from −10 to 100 mV. A method for producing an alkyl diol, characterized by culturing under pressure to produce an alkyl diol.
[4] The carbon source in the culture medium contains at least one carbon source selected from glycerol, glucose, sucrose, fructose, maltose, mannose, xylose, galactose, acetic acid, citric acid, ethanol, and methanol. The method for producing an alkyl diol as described in any one of [1] to [3].
[5] The method for producing an alkyl diol according to any one of [1] to [4], wherein the host of the genetically modified microorganism is a microorganism belonging to the genus Escherichia.
[6] The method for producing an alkyl diol according to any one of [1] to [5], wherein the alkyl diol is 1,3-propanediol.
[7] The gene recombinant microorganism according to [6], wherein the genetically modified microorganism has at least one gene that expresses the protein or enzyme according to any of (a) to (e) below: A process for producing 1,3-propanediol;
(A) a protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, or 14,
(B) an enzyme having an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, or 14;
(C) an enzyme having an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, 11 or 13,
(D) an enzyme having an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, 11 or 13; and (E) an enzyme having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, or 14;

本発明によって、再生可能資源由来の原料であるグルコース、グリセロールなどの炭水化物原料から効率よくアルキルジオール(例えば1,3−プロパンジオール)を製造する方法が提供された。本発明の方法は、より安価な原料を利用してアルキルジオールを製造することができるという点で工業的に有利である。本発明によって、再生可能資源を原料としたアルキルジオールの生産が可能となった。   According to the present invention, a method for efficiently producing an alkyldiol (for example, 1,3-propanediol) from carbohydrate raw materials such as glucose and glycerol, which are raw materials derived from renewable resources, has been provided. The method of the present invention is industrially advantageous in that an alkyldiol can be produced using a less expensive raw material. The present invention makes it possible to produce alkyl diols using renewable resources as raw materials.

プラスミドpSP-KGR1及びpMU-KAT1の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of plasmid pSP-KGR1 and pMU-KAT1. E. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を用いた1,3-プロパンジオール生産の結果を示す図である。縦軸は残存グリセロール量(g/L)及び1,3-プロパンジオールの生成量(g/L)を、横軸は培養時間を示す。It is a figure which shows the result of 1, 3- propanediol production using E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1). The vertical axis represents the amount of residual glycerol (g / L) and the amount of 1,3-propanediol produced (g / L), and the horizontal axis represents the culture time. エアー通気を停止したときの酸化還元電位値(ORP値)及び生成した1,3-プロパンジオールの関係を示す図である。縦軸は最終1,3-プロパンジオール蓄積濃度、横軸は酸化還元電位値(mV)を示す。It is a figure which shows the relationship between the oxidation reduction potential value (ORP value) when air ventilation is stopped, and the produced | generated 1, 3- propanediol. The vertical axis represents the final 1,3-propanediol accumulation concentration, and the horizontal axis represents the oxidation-reduction potential value (mV). 酸化還元電位値(ORP値)が12mVにおいて、攪拌を200rpmとし、エアー通気を停止した場合の、E. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を用いた1,3-プロパンジオール生産の結果を示す図である。縦軸は残存グリセロール量(g/L)及び1,3-プロパンジオールの生成量(g/L)を、横軸は培養時間を示す。Results of 1,3-propanediol production using E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1) when the redox potential (ORP value) is 12 mV, stirring is 200 rpm, and air aeration is stopped FIG. The vertical axis represents the amount of residual glycerol (g / L) and the amount of 1,3-propanediol produced (g / L), and the horizontal axis represents the culture time. E. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を用いた1,3-プロパンジオール生産の結果を示す図である。好気条件下で培養を継続した場合(A)、及びDOが0%となった後、ORP約20 mVで攪拌を200 rpmとし、エアー通気を停止して更に培養を継続した場合(B)の結果をそれぞれ示す。縦軸は残存グリセロール量(g/L)及び1,3-プロパンジオールの生成量(g/L)を、横軸は培養時間を示す。It is a figure which shows the result of 1, 3- propanediol production using E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1). When culturing is continued under aerobic conditions (A), and after DO becomes 0%, stirring is set to 200 rpm with ORP of about 20 mV, air aeration is stopped, and further culturing is continued (B) The results are shown respectively. The vertical axis represents the amount of residual glycerol (g / L) and the amount of 1,3-propanediol produced (g / L), and the horizontal axis represents the culture time. E. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を用いた1,3-プロパンジオール生産の結果を示す図である。好気条件下で40時間培養した後、ORPを-20 mVで維持しながら培養を継続した場合(A)、及び、好気条件下で40時間培養した後、ORPを10-50 mVに調整するためにDOを2%制御しながら培養を継続した場合(B)の結果をそれぞれ示す。縦軸は残存グリセロール量(g/L)及び1,3-プロパンジオールの生成量(g/L)を、横軸は培養時間を示す。It is a figure which shows the result of 1, 3- propanediol production using E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1). After culturing for 40 hours under aerobic conditions, continue culturing while maintaining ORP at -20 mV (A), and after culturing for 40 hours under aerobic conditions, adjust ORP to 10-50 mV (B) shows the results when the culture is continued while controlling DO to 2%. The vertical axis represents the amount of residual glycerol (g / L) and the amount of 1,3-propanediol produced (g / L), and the horizontal axis represents the culture time.

本発明は、アルキルジオール(例えば1,3−プロパンジオール)生産能を有する遺伝子組換え微生物を利用したアルキルジオールの製造方法に関する。より具体的には、アルキルジオール生産に係る酵素活性を機能的に発現する遺伝子組換え微生物の培養物、菌体、およびその処理物からなる群から選択される少なくとも一つの活性物質と、炭素源を接触させる工程、及び、アルキルジオールを回収する工程を含む、アルキルジオールの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an alkyl diol using a genetically modified microorganism having an ability to produce an alkyl diol (for example, 1,3-propanediol). More specifically, at least one active substance selected from the group consisting of a culture, a fungus body, and a processed product of a genetically modified microorganism that functionally expresses an enzyme activity related to alkyldiol production, and a carbon source It is related with the manufacturing method of alkyl diol including the process of contacting and the process of collect | recovering alkyl diol.

本発明において、アルキルジオールは(式2)で表される反応を経て、(式1)で表されるアルキルジオールとして生成されることが好ましい。   In the present invention, the alkyl diol is preferably produced as an alkyl diol represented by (Formula 1) through a reaction represented by (Formula 2).

〔式2〕

Figure 2013070675
[Formula 2]
Figure 2013070675

〔式1〕

Figure 2013070675
(式中、Rは、1以上の水酸基を有する炭素数1から4個のアルキル基を表す。) [Formula 1]
Figure 2013070675
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms having one or more hydroxyl groups.)

本発明において、式1中、R基は少なくとも1つ以上の水酸基を有する炭素数1〜4個のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基又はtert-ブチル基)であることが好ましい。   In the present invention, in formula 1, the R group is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms having at least one hydroxyl group (methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group). , An isobutyl group or a tert-butyl group).

本発明において製造される好ましいアルキルジオールとしては、前記式1において、たとえばR基が少なくとも1つ以上の水酸基を有する炭素数1〜4個のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、あるいはイソプロピル基)である化合物を挙げることができる。   Preferred alkyl diols produced in the present invention include those represented by the above formula 1 wherein the R group has at least one hydroxyl group and has 1 to 4 carbon atoms (methyl group, ethyl group, propyl group, or isopropyl group). And a compound which is a group).

より具体的には、本発明において生成されるアルキルジオールとして、1,3-プロパンジオール(式1及び式2においてRが共にヒドロキシメチルの場合)を好ましい例として挙げることができる。本発明において生成される、1,3-プロパンジオールの光学活性は特に制限されるものではなく、炭素の1位及び3位が(R) 又は (S)(R体又はS体)の光学活性1,3-プロパンジオールが、本発明において生成される1,3-プロパンジオールに包含される。   More specifically, as the alkyl diol produced in the present invention, 1,3-propanediol (when R is both hydroxymethyl in Formula 1 and Formula 2) can be mentioned as a preferred example. The optical activity of 1,3-propanediol produced in the present invention is not particularly limited, and the optical activity of (R) or (S) (R-form or S-form) at the 1st and 3rd positions of carbon. 1,3-propanediol is included in the 1,3-propanediol produced in the present invention.

アルキルジオール生産に係る酵素活性を機能的に発現する遺伝子組換え微生物等を炭素源と接触させることにより、炭素源を遺伝子組換え微生物によって資化せしめ、目的とする酵素反応を行わせることによって、アルキルジオールの製造を行うことができる。なお、遺伝子組換え微生物と発酵性基質の接触形態としては、培養液中における培養方法を例示することができるが、これに限定されるものではない。炭素源は、遺伝子組換え微生物が発酵性基質を資化し、且つ、目的とする酵素活性の発現に望ましい環境を与える適当な溶媒に溶解したものである。   By contacting a genetically modified microorganism or the like that functionally expresses an enzyme activity related to alkyldiol production with a carbon source, by assimilating the carbon source by the genetically modified microorganism, An alkyl diol can be produced. In addition, as a contact form of a genetically modified microorganism and a fermentable substrate, the culture method in a culture solution can be illustrated, However, It is not limited to this. The carbon source is obtained by dissolving the genetically modified microorganism in a suitable solvent that assimilate the fermentable substrate and provides a desirable environment for the expression of the target enzyme activity.

アルキルジオール生産に係る酵素活性を機能的に発現する遺伝子組換え微生物、又はその処理物と炭素源を接触せしめてアルキルジオールを製造する際には、遺伝子組換え微生物の生育状況及びアルキルジオール生産に係る酵素活性にとって好ましい条件を選択することができる。   When producing an alkyldiol by contacting a carbon source with a genetically modified microorganism that functionally expresses an enzyme activity related to the production of alkyldiol, the growth status of the recombinant microorganism and the production of alkyldiol are considered. Conditions favorable for such enzyme activity can be selected.

本発明は、アルキルジオールを生産するように改変された遺伝子組換え微生物を、培養液中の酸化還元電位値が-10〜100 mVの条件下で培養することを特徴とするアルキルジオールの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an alkyldiol, characterized by culturing a genetically modified microorganism modified so as to produce an alkyldiol under conditions where the oxidation-reduction potential value in the culture solution is -10 to 100 mV. About.

本発明における、培養液中の酸化還元電位値は、−10〜100mVの範囲であれば特に限定されるものではないが、−10〜50mVの範囲がであることが好ましい。   In the present invention, the oxidation-reduction potential value in the culture solution is not particularly limited as long as it is in the range of −10 to 100 mV, but is preferably in the range of −10 to 50 mV.

本発明において、培養液中の酸化還元電位値は、エアー通気量、酸素や窒素などのガス比率、攪拌速度などを変化させることにより調節を行うことが可能である。また培養液中の酸化還元電位値は、酸化剤又は還元剤の添加等により調節をしてもよい。   In the present invention, the oxidation-reduction potential value in the culture solution can be adjusted by changing the air aeration rate, the ratio of gases such as oxygen and nitrogen, the stirring speed, and the like. The oxidation-reduction potential value in the culture solution may be adjusted by adding an oxidizing agent or a reducing agent.

本発明において、上記培養条件でアルキルジオールを遺伝子組換え微生物に生産させる前段階で、遺伝子組換え微生物を好気条件下で培養し、遺伝子組換え微生物を増殖させてもよい。本前段階の培養において、培養液中の酸化還元電位値を−10〜100mVに調節してもよい。   In the present invention, the genetically modified microorganism may be cultured under aerobic conditions to proliferate the genetically modified microorganism before the alkyldiol is produced by the genetically modified microorganism under the above culture conditions. In the previous stage of culture, the oxidation-reduction potential value in the culture solution may be adjusted to −10 to 100 mV.

本発明において、アルキルジオールを生産するための原料である「炭素源」とは、基質が少なくとも1つの炭素原子を含む微生物によって代謝され得る任意の炭素源を意味する。その種類は限られるものではないが、好ましくはグリセロール、グルコース、スクロース、フルクトース、マルトース、マンノース、ガラクトース、澱粉加水分解物、糖蜜等の糖類、及び、酢酸、クエン酸等の有機酸、エタノール等のアルコール類を、より好ましくはグリセロールを挙げることができる。これらの炭素源は、単一種類のものを用いてもよいし、または、複数種類のものを用いてもよい。   In the present invention, the “carbon source” which is a raw material for producing alkyldiol means any carbon source that can be metabolized by a microorganism whose substrate contains at least one carbon atom. The type is not limited, but preferably sugars such as glycerol, glucose, sucrose, fructose, maltose, mannose, galactose, starch hydrolysate, molasses, and organic acids such as acetic acid and citric acid, ethanol, etc. Alcohols, more preferably glycerol can be mentioned. These carbon sources may be a single type or a plurality of types.

本発明において、アルキルジオールを生産するための原料である炭素源の濃度に特に制限はないが、通常0.1〜30%程度、好ましくは0.5〜15%、より好ましくは1〜10%の濃度が用いられる。   In the present invention, the concentration of the carbon source that is a raw material for producing the alkyl diol is not particularly limited, but is usually about 0.1 to 30%, preferably 0.5 to 15%, more preferably 1 to 10%. Is used.

また、炭素源は培養開始時に一括して添加することも可能であるが、培養液中に連続的、もしくは間欠的に添加することも可能である。   The carbon source can be added all at once at the start of culture, but can also be added continuously or intermittently to the culture solution.

上記方法に好適に使用される遺伝子組換え微生物としては、式2で示される反応を触媒する好適な酵素を機能的に発現する形質転換体を上げることができる。   As a genetically modified microorganism suitably used in the above method, a transformant that functionally expresses a suitable enzyme that catalyzes the reaction represented by Formula 2 can be raised.

1つ以上の遺伝子の宿主への導入には、不和合性を避けるために複製起源のことなる複数のベクターに別々に遺伝子を導入した組み換えベクターにより宿主を形質転換する方法や、単一のベクターに各遺伝子を導入する方法、一つ、もしくは、それ以上の遺伝子を染色体中に導入する方法などを利用することができる。   In order to introduce one or more genes into a host, a method of transforming the host with a recombinant vector in which genes are separately introduced into a plurality of vectors different from the origin of replication to avoid incompatibility, or a single vector A method of introducing each gene into the gene, a method of introducing one or more genes into the chromosome, and the like can be used.

単一のベクター中に複数の遺伝子を導入する場合には、プロモーター、ターミネーターなど発現制御に関わる領域をそれぞれの遺伝子に連結する方法やラクトースオペロンのような複数のシストロンを含むオペロンとして発現させることも可能である。   When introducing multiple genes into a single vector, methods such as linking promoter- and terminator-related regions related to expression control to each gene, or expressing as an operon containing multiple cistrons such as the lactose operon. Is possible.

本発明における式2で示される反応を触媒する好適な酵素活性が増強された形質転換体の処理物には、具体的には界面活性剤やトルエンなどの有機溶媒処理によって細胞膜の透過性を変化させた微生物、凍結乾燥やスプレードライなどにより調製した乾燥菌体、あるいはガラスビーズや酵素処理によって菌体を破砕した無細胞抽出液やそれを部分精製したもの、精製酵素、形質転換体や酵素を固定化した固定化酵素、固定化微生物などが含まれる。   In the transformant treated with a suitable enzyme activity that catalyzes the reaction represented by Formula 2 in the present invention, specifically, the permeability of the cell membrane is changed by treatment with an organic solvent such as a surfactant or toluene. Microorganisms, dried cells prepared by freeze-drying or spray-drying, cell-free extracts obtained by crushing cells by glass beads or enzyme treatment, partially purified products, purified enzymes, transformants and enzymes Examples include immobilized immobilized enzymes and immobilized microorganisms.

また、本発明の遺伝子組換え微生物は、好ましくは、式2で示される反応を触媒する酵素遺伝子を単離した後、エシャリヒア(Escherichia)属の微生物(例えば大腸菌)などを宿主として活性を増強させた遺伝子組換え大腸菌を用いることができる。本目的のために用いられる遺伝子組換え大腸菌は、一般的に大腸菌の培養に用いられる培地で培養することができ、公知の方法によって発現誘導することによって高発現させることができる。例えば、当該酵素活性が増強された大腸菌を2×YT培地(2.0%バクト−トリプトン、1.0%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)中で培養し、イソプロピル−チオ−β−D−ガラクトピラノシド(IPTG)によって発現誘導させ、十分に増殖させた後に、培養液をそのまま、もしくは、菌体を回収してアルキルジオール生産に用いることができる。   In the genetically modified microorganism of the present invention, preferably, an enzyme gene that catalyzes the reaction represented by Formula 2 is isolated, and then the activity is enhanced using a microorganism belonging to the genus Escherichia (for example, Escherichia coli) as a host. Recombinant E. coli can be used. The genetically modified E. coli used for this purpose can be cultured in a medium generally used for culturing E. coli, and can be highly expressed by inducing expression by a known method. For example, E. coli having enhanced enzyme activity is cultured in 2 × YT medium (2.0% bacto-tryptone, 1.0% bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2), and isopropyl After induction of expression with -thio-β-D-galactopyranoside (IPTG) and sufficient growth, the culture solution can be used as it is, or the cells can be recovered and used for alkyldiol production.

アルキルジオール生産に使用する本発明の遺伝子組換え微生物は、炭素源を含むアルキルジオール生産用培養液で生育させながらアルキルジオールを生産させても良く、予め培養して増殖させた培養液、もしくは、回収した菌体を用いても良い。   The genetically modified microorganism of the present invention used for alkyldiol production may produce alkyldiol while growing in a culture solution for producing alkyldiol containing a carbon source, or a culture solution grown in advance by culture, or You may use the collect | recovered microbial cell.

予め培養して増殖させた培養液、もしくは、回収した菌体の量は、通常は、発酵性基質を含むアルキルジオール生産用発培養液量に対して0.1〜100%、好ましくは0.5〜50%、より好ましくは1〜20%程度用いることができる(ここで言う「%」は、アルキルジオール生産用培養液に対する植菌率を示しており、「[予め増殖させた培養液]/[アルキルジオール生産用発酵液](v/v)」を意味する)。   The amount of the culture broth that has been cultured and proliferated in advance, or the amount of the collected cells is usually 0.1 to 100%, preferably 0. 0% with respect to the amount of the culture broth for producing alkyldiol containing the fermentable substrate. 5 to 50%, more preferably about 1 to 20% can be used ("%" mentioned here indicates the inoculation rate relative to the alkyldiol-producing culture solution, and "[previously grown culture solution] / [Fermented liquor for producing alkyldiol] (v / v) ”).

アルキルジオール生産用培地液は、アルキルジオールを生産するための炭素源以外にも、必要に応じてアルキルジオールの生産を促進するものが含まれていることが好ましく、本目的のために用いられる遺伝子組換え大腸菌の栄養源となる培地成分を含んでいてもよい。具体的には、大腸菌の培養に用いられる培地であるLB(1.0%バクト−トリプトン、0.5%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)、2×YT(2.0%バクト−トリプトン、1.0%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)にアルキルジオールを生産するための炭素源を添加したものや、M9G培地(60g/Lグリセロール、6.8g/L NaHPO、3.0g/L KHPO、0.5g/L NaCl、1.0g/L NHCl、0.493g/L MgSO・7HO、14.7mg/L CaCl・2HO、pH7.5)などを挙げることができ、適宜、好ましい炭素源の種類、量の培地を用いることができる。予め培養して十分量の菌体をアルキルジオール生産用培地液に供する場合は、より高濃度の発酵性基質の存在下でアルキルジオールの生産を行うことができ、上記培地を除くこともできる。また、必要に応じて培地液中のpHを、アルキルジオール生産に適したpHに維持させるための成分、例えば緩衝剤を10mM〜800mM、好ましくは、50〜500mM、より好ましくは100〜250mM含んでいてもよく、具体的には、MOPS緩衝液、HEPES緩衝液、MES緩衝液、Tris緩衝液、リン酸緩衝液などを挙げることができる。発酵温度は本発明の遺伝子組換え微生物が炭素源の資化能力を発現でき、且つ、式2で示される反応を触媒する酵素活性を発現でき、アルキルジオールを生成できる温度であれば良く、通常5〜60℃、好ましくは10〜50℃、より好ましくは20〜40℃で行うことができる。またpHも、式2で示される反応を触媒する酵素活性を発現でき、アルキルジオールを生成できるpHであれば良く、通常はpH4〜12、好ましくは、pH5〜11、より好ましくはpH6〜9で行うことができる。また、発酵は攪拌下、あるいは静置下で行うことができる。 It is preferable that the medium for producing alkyl diol contains a substance that promotes the production of alkyl diol as necessary, in addition to the carbon source for producing alkyl diol, and the gene used for this purpose. A medium component that serves as a nutrient source for the recombinant Escherichia coli may be included. Specifically, LB (1.0% bacto-tryptone, 0.5% bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2), which is a medium used for culturing Escherichia coli, 2 × YT (2 0.0% bacto-tryptone, 1.0% bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2) with a carbon source added to produce alkyldiol, or M9G medium (60 g / L glycerol) 6.8 g / L Na 2 HPO 4 , 3.0 g / L KH 2 PO 4 , 0.5 g / L NaCl, 1.0 g / L NH 4 Cl, 0.493 g / L MgSO 4 .7H 2 O, 14 0.7 mg / L CaCl 2 · 2H 2 O, pH 7.5) and the like, and a medium of a preferable carbon source type and amount can be appropriately used. When a sufficient amount of cells are cultured in advance and used in a medium for producing alkyldiol, the alkyldiol can be produced in the presence of a higher concentration of fermentable substrate, and the medium can be removed. Further, it contains 10 mM to 800 mM, preferably 50 to 500 mM, more preferably 100 to 250 mM of a component for maintaining the pH in the culture medium at a pH suitable for alkyldiol production, if necessary. Specific examples include a MOPS buffer, a HEPES buffer, a MES buffer, a Tris buffer, and a phosphate buffer. The fermentation temperature may be any temperature at which the genetically modified microorganism of the present invention can express the ability to assimilate the carbon source, can express the enzyme activity that catalyzes the reaction represented by Formula 2, and can produce an alkyldiol. The reaction can be performed at 5 to 60 ° C, preferably 10 to 50 ° C, more preferably 20 to 40 ° C. Moreover, pH should just be pH which can express the enzyme activity which catalyzes reaction shown by Formula 2, and can produce | generate alkyldiol, Usually, pH 4-12, Preferably it is pH 5-11, More preferably, it is pH 6-9. It can be carried out. Moreover, fermentation can be performed under stirring or standing still.

本発明のアルキルジールの製造は、水中もしくは水に溶解しにくい有機溶媒、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、クロロホルム、n−ヘキサン、メチルイソブチルケトン、メチルターシャリーブチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどの有機溶媒中、もしくは、水性媒体との2相系、もしくは水に溶解する有機溶媒、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトニトリル、アセトン、ジメチルスルホキシドなどとの混合系により行うことができる。本発明の反応は、バッチ式、流加式、連続式のいずれの生産方式で行うことも可能であり、固定化菌体、固定化酵素、膜リアクターなどを利用して行うことも可能である。   The production of the alkyl dial of the present invention is an organic solvent that is difficult to dissolve in water or water, for example, an organic solvent such as ethyl acetate, butyl acetate, toluene, chloroform, n-hexane, methyl isobutyl ketone, methyl tertiary butyl ether, and diisopropyl ether. It can be carried out in a medium or in a two-phase system with an aqueous medium, or in a mixed system with an organic solvent that dissolves in water, for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetonitrile, acetone, dimethyl sulfoxide and the like. The reaction of the present invention can be carried out by any of batch, fed-batch, and continuous production methods, and can also be carried out using immobilized cells, immobilized enzymes, membrane reactors, and the like. .

反応により生成したアルキルジオールの精製は、遠心分離や濾過などによる分離、有機溶媒による抽出、イオン交換クロマトグラフィーなどの各種クロマトグラフィー、吸着剤による吸着、凝集剤、脱水剤による脱水もしくは凝集、晶析、蒸留、などを適宜組み合わせることにより行うことができる。   Purification of the alkyldiol produced by the reaction includes separation by centrifugation or filtration, extraction with an organic solvent, various chromatographies such as ion exchange chromatography, adsorption with an adsorbent, dehydration or agglomeration with a dehydrating agent, crystallization , Distillation, etc., can be performed as appropriate.

たとえば、微生物菌体を含む発酵液を遠心分離や膜濾過等によって微生物菌体を除去、タンパク質を除去した後、水溶液中から、濃縮、蒸留などの公知の方法によりアルキルジオールを精製することができる。   For example, after removing microbial cells and removing proteins from a fermentation broth containing microbial cells by centrifugation or membrane filtration, alkyldiol can be purified from an aqueous solution by a known method such as concentration or distillation. .

本発明の遺伝子組換え微生物は、アルキルジオール生産に係る酵素、すなわち式2で示される反応を触媒する好適な酵素を発現する遺伝子を有している。   The genetically modified microorganism of the present invention has a gene that expresses an enzyme related to alkyldiol production, that is, a suitable enzyme that catalyzes the reaction represented by Formula 2.

本発明において、式2に表される通り、ヒドロキシアルキルジオールからヒドロキシアルキルアルデヒドを生成する酵素としては、IUBMB(INTERNATIONAL UNION OF BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY)により、脱水反応を触媒するグリセロールデヒドラターゼ(glycerol dehydratase、EC 4.2.1.30)及びジオールデヒドラターゼ(diol dehydratase、EC4.2.1.28)等の酵素を挙げることができる(http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/)。 In the present invention, as shown in Formula 2, as an enzyme that produces hydroxyalkyl aldehyde from hydroxyalkyl diol, glycerol dehydratase (EC) that catalyzes a dehydration reaction by IUBMB (INTERNATIONAL UNION OF BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY). And enzymes such as diol dehydratase (EC 4.2.1.28) ( http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/ ).

EC番号とは、酵素を反応形式に従って系統的に分類するための4組の数字より成る番号で、国際生化学分子生物学連合の酵素委員会によって定義づけられている酵素の番号である。具体的には、グリセロールから3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドの生成を触媒する酵素(例えばグリセロールデヒドラターゼ)を挙げることができる。   The EC number is a number consisting of four sets of numbers for systematically classifying enzymes according to the reaction format, and is an enzyme number defined by the Enzyme Committee of the International Union of Biochemical and Molecular Biology. Specific examples include enzymes that catalyze the production of 3-hydroxypropionaldehyde from glycerol (for example, glycerol dehydratase).

より具体的には、クレブシエラ(Klebsiella)属細菌由来の酵素が挙げられ、例えば、クレブシエラ ニューモニエ (Klebsiella pneumoniae)など由来のグリセロールデヒドラターゼ遺伝子産物が挙げられる。   More specifically, an enzyme derived from a bacterium belonging to the genus Klebsiella can be mentioned, for example, a glycerol dehydratase gene product derived from Klebsiella pneumoniae or the like.

本発明においてグリセロールデヒドラターゼ活性を有する酵素としては、下記(a)から(e)のいずれかに記載の酵素を挙げることができる。
(a)配列番号:2、4又は6のいずれかに記載されたアミノ酸配列を有するタンパク質、
(b)配列番号:2、4又は6のいずれかに記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数(2以上、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜5)のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する酵素、
(c)配列番号:1、3又は5のいずれかに記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(d)配列番号:1、3又は5のいずれかに記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(e)配列番号:2、4又は6のいずれかに記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質。
In the present invention, examples of the enzyme having glycerol dehydratase activity include the enzymes described in any one of (a) to (e) below.
(A) a protein having the amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 2, 4, or 6;
(B) In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 4 or 6, one or more (2 or more, preferably 2 to 20, more preferably 2 to 5) amino acids are substituted, deleted or inserted. Or an enzyme having an added amino acid sequence,
(C) an enzyme having an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence set forth in any one of SEQ ID NOs: 1, 3 and 5;
(D) an enzyme having an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 1, 3 or 5;
(E) A protein having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 4 or 6.

本発明において、「ある特定の配列番号に記載されたアミノ酸配列からなる酵素」のホモログは、「ある特定の配列番号に記載されたアミノ酸配列において、1若しくは複数(2以上、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜5)のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する酵素」と表すことができる。当該ホモログは、特定の配列番号に記載されたアミノ酸配列からなる酵素と機能的に同等なタンパク質を意味する。本発明において「機能的に同等」とは、本明細書に記載する、各酵素の酵素活性(触媒反応、化学反応等)と同じ機能を有することを意味する。   In the present invention, a homologue of “an enzyme consisting of an amino acid sequence described in a specific SEQ ID NO” is one or more (two or more, preferably 2-20 in the amino acid sequence described in a specific SEQ ID NO. , More preferably 2 to 5) an enzyme having an amino acid sequence substituted, deleted, inserted or added. The homolog means a protein functionally equivalent to an enzyme consisting of the amino acid sequence described in a specific SEQ ID NO. In the present invention, “functionally equivalent” means having the same function as the enzyme activity (catalytic reaction, chemical reaction, etc.) of each enzyme described in the present specification.

ある特定の配列番号に記載のアミノ酸配列において、たとえば100以下、通常50以下、好ましくは30以下、より好ましくは15以下、更に好ましくは10以下、あるいは5以下のアミノ酸残基の変異は許容される。一般にタンパク質の機能の維持のためには、置換するアミノ酸は、置換前のアミノ酸と類似の性質を有するアミノ酸であることが好ましい。このようなアミノ酸残基の置換は、保存的置換と呼ばれている。例えば、Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Met、Phe、Trpは、共に非極性アミノ酸に分類されるため、互いに似た性質を有する。また、非荷電性としては、Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn、Glnが挙げられる。また、酸性アミノ酸としては、AspおよびGluが挙げられる。また、塩基性アミノ酸としては、Lys、Arg、Hisが挙げられる。これらの各グループ内のアミノ酸置換は許容される。 In the amino acid sequence described in a specific SEQ ID NO, for example, mutation of amino acid residues of 100 or less, usually 50 or less, preferably 30 or less, more preferably 15 or less, more preferably 10 or less, or 5 or less is allowed. . In general, in order to maintain the function of a protein, the amino acid to be substituted is preferably an amino acid having properties similar to the amino acid before substitution. Such substitution of amino acid residues is called conservative substitution. For example, Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Met, Phe, and Trp are all classified as nonpolar amino acids, and thus have similar properties to each other. Further, examples of the non-chargeability include Gly, Ser, Thr, Cys, Tyr, Asn, and Gln. Moreover, Asp and Glu are mentioned as an acidic amino acid. Examples of basic amino acids include Lys, Arg, and His. Amino acid substitutions within each of these groups are allowed.

当業者であれば、本明細書において開示された塩基配列からなる各酵素のDNAに部位特異的変異導入法(Nucleic Acid Res. 10,pp.6487 (1982), Methods in Enzymol.100,pp.448 (1983), Molecular Cloning 2ndEdt., Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989) , PCR A Practical Approach IRL Press pp.200 (1991) )などを用いて、適宜置換、欠失、挿入、および/または付加変異を導入することにより各酵素のホモログをコードするポリヌクレオチドを得ることができる。各酵素のホモログをコードするポリヌクレオチドを宿主に導入して発現させることにより、各酵素のホモログを得ることが可能である。   Those skilled in the art will be able to introduce site-directed mutagenesis into the DNA of each enzyme comprising the nucleotide sequence disclosed in the present specification (Nucleic Acid Res. 10, pp. 6487 (1982), Methods in Enzymol. 100, pp. 448 (1983), Molecular Cloning 2ndEdt., Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989), PCR A Practical Approach IRL Press pp.200 (1991)), etc., as appropriate substitution, deletion, insertion, and / or addition mutation A polynucleotide encoding a homologue of each enzyme can be obtained. By introducing a polynucleotide encoding the homologue of each enzyme into a host and expressing it, it is possible to obtain a homologue of each enzyme.

さらに、本発明の各酵素のホモログとは、各酵素に対応した配列番号に示されるアミノ酸配列と少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%、より好ましくは80%、より好ましくは85%、より好ましくは90%、さらにより好ましくは95%以上(例えば、95%、96%、97%、98%、又は99%以上)の同一性を有するタンパク質をいう。タンパク質の同一性検索は、例えばSWISS-PROT, PIR, DADなどのタンパク質のアミノ酸配列に関するデータベースやDDBJ、EMBL、あるいはGene-BankなどのDNA配列に関するデータベース、DNA配列を元にした予想アミノ酸配列に関するデータベースなどを対象に、BLAST、FASTAなどのプログラムを利用して、例えば、インターネットを通じて行うことができる。   Furthermore, the homologue of each enzyme of the present invention is at least 50%, preferably at least 70%, more preferably 80%, more preferably 85%, more preferably the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: corresponding to each enzyme. A protein having 90%, even more preferably 95% or more (eg, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99% or more) identity. Protein identity searches include databases related to amino acid sequences of proteins such as SWISS-PROT, PIR, and DAD, databases related to DNA sequences such as DDBJ, EMBL, and Gene-Bank, and databases related to predicted amino acid sequences based on DNA sequences. For example, it can be performed through the Internet using programs such as BLAST and FASTA.

本発明に記載の各酵素は、当該酵素と機能的に同等な活性を有する限り、付加的なアミノ酸配列を結合することができる。たとえば、ヒスチジンタグやHAタグのような、タグ配列を付加することができる。あるいは、他のタンパク質との融合タンパク質とすることもできる。また本発明の各酵素あるいはそのホモログは、各酵素と機能的に同等な活性を有する限り、断片であってもよい。   Each enzyme described in the present invention can bind an additional amino acid sequence as long as it has a functionally equivalent activity to the enzyme. For example, tag sequences such as histidine tags and HA tags can be added. Alternatively, it can be a fusion protein with another protein. Each enzyme of the present invention or a homologue thereof may be a fragment as long as it has an activity functionally equivalent to each enzyme.

本発明に記載された各酵素をコードするポリヌクレオチドは、以下のような方法によって単離することができる。例えば、各酵素に対応した配列番号に示される塩基配列を元にPCR用のプライマーを設計し、酵素生産株の染色体DNAもしくは、cDNAライブラリーを鋳型としてPCRを行うことにより本発明のDNAを得ることができる。さらに、得られたDNA断片をプローブとして、酵素生産株の染色体DNAの制限酵素消化物をファージ、プラスミドなどに導入し、大腸菌を形質転換して得られたライブラリーやcDNAライブラリーを利用して、コロニーハイブリダイゼーション、プラークハイブリダイゼーションなどにより、各酵素のポリヌクレオチドを得ることができる。   The polynucleotide encoding each enzyme described in the present invention can be isolated by the following method. For example, a primer for PCR is designed based on the base sequence represented by the sequence number corresponding to each enzyme, and the DNA of the present invention is obtained by performing PCR using the chromosomal DNA or cDNA library of the enzyme production strain as a template. be able to. Furthermore, using the obtained DNA fragment as a probe, restriction enzyme digests of chromosomal DNA of enzyme production strains are introduced into phages, plasmids, etc., and E. coli is transformed to obtain libraries and cDNA libraries. The polynucleotide of each enzyme can be obtained by colony hybridization, plaque hybridization, or the like.

また、PCRにより得られたDNA断片の塩基配列を解析し、得られた配列から、既知のDNAの外側に伸長させるためのPCRプライマーを設計し、酵素生産株の染色体DNAを適当な制限酵素で消化後、自己環化反応によりDNAを鋳型として逆PCRを行うことにより(Genetics 120, 621-623 (1988))、また、RACE法(Rapid Amplification of cDNA End、「PCR実験マニュアル」p25-33, HBJ出版局)などにより各酵素のポリヌクレオチドを得ることも可能である。   In addition, the base sequence of the DNA fragment obtained by PCR is analyzed, and from the obtained sequence, a PCR primer for extending outside the known DNA is designed, and the chromosomal DNA of the enzyme production strain is expressed with an appropriate restriction enzyme. After digestion, reverse PCR is performed using DNA as a template by self-cyclization reaction (Genetics 120, 621-623 (1988)). Also, RACE method (Rapid Amplification of cDNA End, “PCR Experiment Manual” p25-33, It is also possible to obtain polynucleotides of each enzyme by HBJ Publishing Bureau).

なお本発明において、各酵素のポリヌクレオチドとしては、以上のような方法によってクローニングされたゲノムDNA、あるいはcDNAの他、合成によって得られたDNAが含まれる。   In the present invention, the polynucleotide of each enzyme includes genomic DNA cloned by the method as described above, or cDNA, as well as DNA obtained by synthesis.

ハイブリダイゼーションにおいては、各酵素に対応した配列番号に示される塩基配列の相補配列またはその部分配列からなる核酸(DNAまたはRNA)をプローブとして、対象とする核酸に対してハイブリダイゼーションを行い、ストリンジェントな条件下で洗浄後にプローブが対象とする核酸に有意にハイブリダイズしているかを確認する。プローブの長さは例えば連続した20塩基以上、好ましくは25塩基以上、さらに好ましくは30塩基以上、さらに好ましくは40塩基以上、さらに好ましくは80塩基以上、さらに好ましくは100塩基以上(例えば各酵素に対応した配列番号に示される塩基配列の全長)を用いる。プローブに各酵素に対応した配列番号に示される塩基配列またはその相補配列以外の無関係な配列(ベクター由来の配列など)が含まれる場合には、ネガティブコントロールとしてその配列だけをプローブにして同様にハイブリダイゼーションを行い、同様の条件下で洗浄後にそのプローブが対象とする配列に有意にハイブリダイズしないことを確認してもよい。ハイブリダイゼーションは、ニトロセルロース膜またはナイロン膜などを用いて慣用の方法にて実施することができる(Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratories; Ausubel, F.M. et al. (1994) Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishe Associates/ John Wiley and Sons, New York. NY)。   In hybridization, the target nucleic acid is hybridized using a nucleic acid (DNA or RNA) consisting of a complementary sequence of the base sequence indicated by the sequence number corresponding to each enzyme or a partial sequence thereof as a probe, and stringent. After washing under various conditions, it is confirmed whether the probe is significantly hybridized to the target nucleic acid. The length of the probe is, for example, 20 consecutive bases or more, preferably 25 bases or more, more preferably 30 bases or more, more preferably 40 bases or more, more preferably 80 bases or more, more preferably 100 bases or more (for example, for each enzyme). The total length of the base sequence shown in the corresponding SEQ ID NO) is used. If the probe contains an unrelated sequence (such as a vector-derived sequence) other than the base sequence shown in the SEQ ID NO corresponding to each enzyme or its complementary sequence, only that sequence is used as a negative control as a negative control. Hybridization may be performed to confirm that the probe does not significantly hybridize to the target sequence after washing under the same conditions. Hybridization can be performed by a conventional method using a nitrocellulose membrane or nylon membrane (Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratories; Ausubel, FM et al. (1994) Current. Protocols in Molecular Biology, Greene Publisher Associates / John Wiley and Sons, New York. NY).

ハイブリダイゼーションのストリンジェントな条件を具体的に例示すれば、例えば6×SSC、0.5%(W/V) SDS、100μg/ml 変性サケ精子DNA、5×デンハルト溶液(1×デンハルト溶液は0.2%ポリビニールピロリドン、0.2%牛血清アルブミン、および0.2%フィコールを含む)を含む溶液中、45℃、好ましくは55℃、より好ましくは60℃、さらに好ましくは65℃で一晩ハイブリダイゼーションを行い、ハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて、4×SSC、0.5% SDS、20分を3回行う条件である。より好ましくはハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて 4×SSC、0.5% SDS、20分を2回、2×SSC、0.5% SDS、20分を1回行う条件である。より好ましくはハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて 4×SSC、0.5% SDS、20分を2回、続いて 1×SSC、0.5% SDS、20分を1回行う条件である。より好ましくはハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて 2×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 1×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 0.5×SSC、0.5% SDS、20分を1回行う条件である。より好ましくはハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて 2×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 1×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 0.5×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 0.1×SSC、0.5% SDS、20分を1回行う条件である。   Specific examples of hybridization stringent conditions include, for example, 6 × SSC, 0.5% (W / V) SDS, 100 μg / ml denatured salmon sperm DNA, 5 × Denhardt solution (1 × Denhardt solution is 0.2% poly In a solution containing vinylpyrrolidone, 0.2% bovine serum albumin, and 0.2% ficoll), hybridization is performed overnight at 45 ° C, preferably 55 ° C, more preferably 60 ° C, and even more preferably 65 ° C. The subsequent washing is performed under the same conditions as in hybridization, 4 × SSC, 0.5% SDS, and 20 minutes three times. More preferably, the conditions are such that washing after hybridization is performed twice at 4 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes, and once at 2 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes at the same temperature as hybridization. More preferably, the conditions are such that washing after hybridization is performed twice at 4 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes, followed by 1 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes at the same temperature as hybridization. . More preferably, post-hybridization washing is performed at the same temperature as the hybridization, 2 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, followed by 1 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, then 0.5 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once. More preferably, post-hybridization washing is performed at the same temperature as the hybridization, 2 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, followed by 1 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, then 0.5 This is a condition in which × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, followed by 0.1 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once.

本発明において、式2に表される通りNADH及び/又はNADPHを補酵素として、3−ヒドロキシアルキルアルデヒドを還元し、アルキルジオール(1,3−アルキルジオール)を生成する酵素としては、IUBMB(INTERNATIONAL UNION OF BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY)により、アルデヒドを還元する反応を触媒する1,3-プロパンジオールデヒドロゲナーゼ(遺伝子名dhaT、EC1.1.1.202)、又はアルコールデヒドロゲナーゼ(遺伝子名がyqhD、EC1.1.-.-)等の酵素を挙げることができる(http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/)。 In the present invention, as shown in formula 2, NADH and / or NADPH is used as a coenzyme to reduce 3-hydroxyalkyl aldehyde to produce alkyldiol (1,3-alkyldiol). UNION OF BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY), 1,3-propanediol dehydrogenase (gene name dhaT, EC1.1.1.202) or alcohol dehydrogenase (gene name is yqhD, EC1.1.-) .-) and the like ( http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/ ).

具体的には、3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドから1,3−プロパンジオールの生成を触媒する酵素(例えば1,3−プロパンジオールデヒドロゲナーゼ)を挙げることができる。本酵素もしくは類似の反応を触媒する酵素をコードする遺伝子は例えばdhaT、yqhDなどが挙げられる。   Specific examples include enzymes that catalyze the production of 1,3-propanediol from 3-hydroxypropionaldehyde (for example, 1,3-propanediol dehydrogenase). Examples of the gene encoding this enzyme or an enzyme that catalyzes a similar reaction include dhaT and yqhD.

より具体的には、クレブシエラ(Klebsiella)属細菌由来の酵素が挙げられ、例えば、クレブシエラ ニューモニエ (Klebsiella pneumoniae)など由来の1,3−プロパンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子産物が挙げられる。   More specifically, an enzyme derived from a bacterium belonging to the genus Klebsiella can be mentioned, for example, a 1,3-propanediol dehydrogenase gene product derived from Klebsiella pneumoniae or the like.

本発明において1,3−プロパンジオールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素としては、下記(a)から(e)のいずれかに記載の酵素を挙げることができる。
(a)配列番号:12に記載されたアミノ酸配列を有するタンパク質、
(b)配列番号:12に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数(2以上、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜5)のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する酵素、
(c)配列番号:11に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(d)配列番号:11に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(e)配列番号:12に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質。
In the present invention, examples of the enzyme having 1,3-propanediol dehydrogenase activity include the enzymes described in any of (a) to (e) below.
(A) a protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 12;
(B) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 12, one or more (2 or more, preferably 2 to 20, more preferably 2 to 5) amino acids are substituted, deleted, inserted or added. Having an enzyme,
(C) an enzyme having an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(D) an enzyme having an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(E) a protein having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 12.

更に、式2で示される反応を触媒する好適な酵素を機能的に発現する形質転換体に、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子若しくはジオールデヒドラターゼ再活性化因子(Accession No. AF017781の遺伝子)、及び/又は、アデノシルトランスフェラーゼ遺伝子(EC2.5.1.17に分類される数種類の酵素)を同時に導入することによって、より効率的なアルキルジオールの生産を行うことも可能である。   Further, a transformant that functionally expresses a suitable enzyme that catalyzes the reaction represented by the formula 2, a glycerol dehydratase reactivation factor gene or a diol dehydratase reactivation factor (accession No. AF017781 gene), and / or Alternatively, more efficient alkyldiol production can be achieved by simultaneously introducing an adenosyltransferase gene (several types of enzymes classified into EC2.5.1.17).

グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子としては、より具体的には、クレブシエラ(Klebsiella)属細菌由来の酵素が挙げられ、例えば、クレブシエラ ニューモニエ (Klebsiella pneumoniae)など由来のグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子が挙げられる。   More specifically, examples of the glycerol dehydratase reactivating factor gene include enzymes derived from bacteria belonging to the genus Klebsiella, such as a glycerol dehydratase reactivating factor gene derived from Klebsiella pneumoniae. .

本発明においてグリセロールデヒドラターゼ再活性化活性を有する酵素としては、下記(a)から(e)のいずれかに記載の酵素を挙げることができる。
(a)配列番号:8又は10に記載されたアミノ酸配列を有するタンパク質、
(b)配列番号:8又は10に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数(2以上、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜5)のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する酵素、
(c)配列番号:7又は9に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(d)配列番号:7又は9に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(e)配列番号:8又は10に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質。
In the present invention, examples of the enzyme having glycerol dehydratase reactivation activity include the enzymes described in any of (a) to (e) below.
(A) a protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 8 or 10,
(B) In the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 8 or 10, one or more (two or more, preferably 2 to 20, more preferably 2 to 5) amino acids are substituted, deleted, inserted, or added. An enzyme having an amino acid sequence,
(C) an enzyme having an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 7 or 9,
(D) an enzyme having an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 7 or 9;
(E) a protein having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or 10.

アデノシルトランスフェラーゼ遺伝子としては、より具体的には、クレブシエラ(Klebsiella)属細菌由来の酵素が挙げられ、例えば、クレブシエラ オキシトカ(Klebsiella oxytoca)など由来のアデノシルトランスフェラーゼ遺伝子が挙げられる。   More specifically, examples of the adenosyltransferase gene include enzymes derived from bacteria belonging to the genus Klebsiella, such as an adenosyltransferase gene derived from Klebsiella oxytoca.

本発明においてアデノシルトランスフェラーゼ活性を有する酵素としては、下記(a)から(e)のいずれかに記載の酵素を挙げることができる。
(a)配列番号:14に記載されたアミノ酸配列を有するタンパク質、
(b)配列番号:14に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数(2以上、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜5)のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する酵素、
(c)配列番号:13に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(d)配列番号:13に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(e)配列番号:14に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質。
Examples of the enzyme having adenosyltransferase activity in the present invention include the enzymes described in any of (a) to (e) below.
(A) a protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14;
(B) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14, one or more (2 or more, preferably 2 to 20, more preferably 2 to 5) amino acids are substituted, deleted, inserted or added. Having an enzyme,
(C) an enzyme having an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
(D) an enzyme having an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
(E) a protein having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14.

本発明において少なくとも各酵素を発現させるために、形質転換の対象となる微生物は、各酵素を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含む組換えベクターにより形質転換され、各酵素活性を発現することができる生物であれば特に制限はない。利用可能な微生物としては、例えば以下のような微生物を示すことができる。
エシェリヒア(Escherichia)属
バチルス(Bacillus)属
シュードモナス(Pseudomonas)属
セラチア(Serratia)属
ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属
コリネバクテリイウム(Corynebacterium)属
ストレプトコッカス(Streptococcus)属
ラクトバチルス(Lactobacillus)属など宿主ベクター系の開発されている細菌
ロドコッカス(Rhodococcus)属
ストレプトマイセス(Streptomyces)属等宿主ベクター系の開発されている放線菌
サッカロマイセス(Saccharomyces)属
クライベロマイセス(Kluyveromyces)属
シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属
チゴサッカロマイセス(Zygosaccharomyces)属
ヤロウイア(Yarrowia)属
トリコスポロン(Trichosporon)属
ロドスポリジウム(Rhodosporidium)属
ピキア(Pichia)属
キャンディダ(Candida)属等宿主ベクター系の開発されている酵母
ノイロスポラ(Neurospora)属
アスペルギルス(Aspergillus)属
セファロスポリウム(Cephalosporium)属
トリコデルマ(Trichoderma)属等宿主ベクター系の開発されているカビ
In order to express at least each enzyme in the present invention, a microorganism to be transformed is transformed with a recombinant vector containing a polynucleotide encoding a polypeptide having each enzyme, and expresses each enzyme activity. There is no particular limitation as long as it is a living organism. Examples of the microorganisms that can be used include the following microorganisms.
Host vector system such as Escherichia genus Bacillus genus Pseudomonas genus Serratia genus Brevibacterium genus Corynebacterium genus Streptococcus genus Lactobacillus genus Bacteria Rhodococcus spp. Streptomyces spp. Host vector systems such as Streptomyces spp. Saccharomyces spp. Kluyveromyces spp. Schizosaccharomyces spp. Saccharomyces (Zygosaccharomyces) genus Yarrowia genus Trichosporon genus Rhodosporidium genus Pichia genus Candida genus Yeast neurospora (Neur Ospora, Aspergillus, Cephalosporium, and Trichoderma

形質転換体の作製のための手順および宿主に適合した組み換えベクターの構築は、分子生物学、生物工学、遺伝子工学の分野において慣用されている技術に準じて行うことができる(例えば、Sambrookら、モレキュラー・クローニング、Cold Spring Harbor Laboratories)。   The procedure for producing transformants and the construction of a recombinant vector suitable for the host can be performed according to techniques commonly used in the fields of molecular biology, biotechnology, and genetic engineering (for example, Sambrook et al., Molecular cloning, Cold Spring Harbor Laboratories).

微生物菌体内などにおいて、本発明の各酵素遺伝子を発現させるためには、まず微生物中で安定に存在するプラスミドベクターまたはファージベクターへ本発明のDNAを導入し、その遺伝情報を転写・翻訳させる。そのためには、転写・翻訳を制御するユニットにあたるプロモーターを本発明のDNA鎖の5'-側上流に、より好ましくはターミネーターを3'-側下流に、それぞれ組み込めばよい。このプロモーター、ターミネーターとしては、宿主として利用する微生物中において機能することが知られているプロモーター、ターミネーターを用いる。これら各種微生物において利用可能なベクター、プロモーター、ターミネータ−等に関しては、例えば「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」、特に酵母に関しては、Adv. Biochem. Eng. 43, 75-102 (1990)、Yeast 8, 423-488 (1992)、等に詳細に記載されている。   In order to express each enzyme gene of the present invention in a microorganism or the like, first, the DNA of the present invention is introduced into a plasmid vector or a phage vector stably existing in the microorganism, and the genetic information is transcribed and translated. For that purpose, a promoter corresponding to a unit controlling transcription / translation may be incorporated upstream of the 5′-side of the DNA strand of the present invention, more preferably a terminator downstream of the 3′-side. As the promoter and terminator, a promoter and terminator known to function in a microorganism used as a host is used. Regarding vectors, promoters, terminators and the like that can be used in these various microorganisms, for example, “Basic Course of Microbiology 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”, especially regarding yeast, Adv. Biochem. Eng. 43, 75-102 (1990) , Yeast 8, 423-488 (1992), etc.

エシェリヒア属、特に大腸菌エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)においては、プラスミドベクターとして、例えばpBR、pUC系プラスミドを利用でき、lac(β−ガラクトシダーゼ)、trp(トリプトファンオペロン)、tac、trc (lac、trpの融合)、λファージ PL、PR等に由来するプロモーター等が利用できる。また、ターミネーターとしては、trpA由来、ファージ由来、rrnBリボソーマルRNA由来のターミネーター等を用いることができる。   In the genus Escherichia, especially Escherichia coli, for example, pBR and pUC plasmids can be used as plasmid vectors, and lac (β-galactosidase), trp (tryptophan operon), tac, trc (lac, trp) Fusion), promoters derived from λ phage PL, PR, etc. can be used. Moreover, as the terminator, a terminator derived from trpA, phage, or rrnB ribosomal RNA can be used.

バチルス属においては、ベクターとしてpUB110系プラスミド、pC194系プラスミド等が利用可能であり、染色体にインテグレートさせることも可能である。また、プロモーターまたはターミネーターとしてapr(アルカリプロテアーゼ)、 npr(中性プロテアーゼ)、またはamy(α−アミラーゼ)等が利用できる。   In the genus Bacillus, pUB110 series plasmids, pC194 series plasmids and the like can be used as vectors, and can be integrated into chromosomes. Moreover, apr (alkaline protease), npr (neutral protease), amy (α-amylase), or the like can be used as a promoter or terminator.

シュードモナス属においては、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス・セパシア(Pseudomonas cepacia)等の宿主ベクター系が開発されている。トルエン化合物の分解に関与するプラスミドTOLプラスミドを基本にした広宿主域ベクター(RSF1010等に由来する自律的複製に必要な遺伝子を含む)pKT240等が利用可能である。プロモーターまたはターミネーターとしては、リパーゼ(特開平5-284973)遺伝子等が利用できる。   In the genus Pseudomonas, host vector systems such as Pseudomonas putida and Pseudomonas cepacia have been developed. A broad host range vector (including genes necessary for autonomous replication derived from RSF1010) pKT240 based on the plasmid TOL plasmid involved in the degradation of toluene compounds can be used. As the promoter or terminator, a lipase (Japanese Patent Laid-Open No. 5-284973) gene or the like can be used.

ブレビバクテリウム属、特にブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)においては、pAJ43(Gene 39, 281 (1985))等のプラスミドベクターが利用可能である。プロモーターまたはターミネーターとしては、大腸菌で使用されているプロモーター、ターミネーターがそのまま利用可能である。   In the genus Brevibacterium, especially Brevibacterium lactofermentum, plasmid vectors such as pAJ43 (Gene 39, 281 (1985)) can be used. As the promoter or terminator, promoters and terminators used in E. coli can be used as they are.

コリネバクテリウム属、特にコリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)においては、pCS11(特開昭57-183799)、pCB101(Mol. Gen. Genet. 196, 175 (1984)等のプラスミドベクターが利用可能である。   In the genus Corynebacterium, especially Corynebacterium glutamicum, plasmid vectors such as pCS11 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-183799) and pCB101 (Mol. Gen. Genet. 196, 175 (1984) are available. is there.

ストレプトコッカス(Streptococcus)属においては、pHV1301(FEMS Microbiol. Lett. 26, 239 (1985)、pGK1(Appl. Environ. Microbiol. 50, 94 (1985))等がプラスミドベクターとして利用可能である。   In the genus Streptococcus, pHV1301 (FEMS Microbiol. Lett. 26, 239 (1985), pGK1 (Appl. Environ. Microbiol. 50, 94 (1985)), etc. can be used as a plasmid vector.

ラクトバチルス(Lactobacillus)属においては、ストレプトコッカス属用に開発されたpAMβ1(J. Bacteriol. 137, 614 (1979))等が利用可能であり、プロモーターとして大腸菌で利用されているものが利用可能である。   In the genus Lactobacillus, pAMβ1 (J. Bacteriol. 137, 614 (1979)) developed for Streptococcus can be used, and those used in Escherichia coli as promoters can be used. .

ロドコッカス(Rhodococcus)属においては、ロドコッカス・ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous)から単離されたプラスミドベクター等が利用可能である (J. Gen. Microbiol. 138,1003 (1992))。   In the genus Rhodococcus, plasmid vectors isolated from Rhodococcus rhodochrous can be used (J. Gen. Microbiol. 138, 1003 (1992)).

ストレプトマイセス(Streptomyces)属においては、HopwoodらのGenetic Manipulation of Streptomyces: A Laboratory Manual Cold Spring Harbor Laboratories (1985)に記載の方法に従って、プラスミドを構築することができる。特に、ストレプトマイセス・リビダンス(Streptomyces lividans)においては、pIJ486 (Mol. Gen. Genet. 203, 468-478, 1986)、pKC1064(Gene 103,97-99 (1991) )、pUWL-KS (Gene 165,149-150 (1995) )等が使用できる。また、ストレプトマイセス・バージニア(Streptomyces virginiae)においても、同様のプラスミドを使用することができる(Actinomycetol. 11, 46-53 (1997) )。   In the genus Streptomyces, plasmids can be constructed according to the method described in Hopwood et al., Genetic Manipulation of Streptomyces: A Laboratory Manual Cold Spring Harbor Laboratories (1985). In particular, in Streptomyces lividans, pIJ486 (Mol. Gen. Genet. 203, 468-478, 1986), pKC1064 (Gene 103,97-99 (1991)), pUWL-KS (Gene 165,149) -150 (1995)) can be used. The same plasmid can also be used in Streptomyces virginiae (Actinomycetol. 11, 46-53 (1997)).

サッカロマイセス(Saccharomyces)属、特にサッカロマイセス・セレビジアエ(Saccharomyces cerevisiae) においては、YRp系、YEp系、YCp系、YIp系プラスミド等が利用可能であり、染色体内に多コピー存在するリボソームDNAとの相同組み換えを利用したインテグレーションベクター(EP 537456など)は、多コピーで遺伝子を導入でき、かつ安定に遺伝子を保持できるため極めて有用である。また、ADH(アルコール脱水素酵素)、GAPDH(グリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素)、PHO(酸性フォスファターゼ)、GAL(β−ガラクトシダーゼ)、PGK(ホスホグリセレートキナーゼ)、ENO(エノラーゼ)等のプロモーターおよびターミネーターが利用可能である。   In the genus Saccharomyces (especially Saccharomyces cerevisiae), YRp, YEp, YCp, and YIp plasmids can be used, and homologous recombination with multiple copies of ribosomal DNA in the chromosome can be performed. The integration vector used (EP 537456, etc.) is extremely useful because it can introduce a gene in multiple copies and can stably hold the gene. ADH (alcohol dehydrogenase), GAPDH (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase), PHO (acid phosphatase), GAL (β-galactosidase), PGK (phosphoglycerate kinase), ENO (enolase) And other promoters and terminators are available.

クライベロマイセス属、特にクライベロマイセス・ラクティス(Kluyveromyces lactis)においては、サッカロマイセス・セレビジアエ由来2μm系プラスミド、pKD1系プラスミド(J. Bacteriol. 145, 382-390 (1981))、キラー活性に関与するpGKl1由来プラスミド、クライベロマイセス属における自律増殖遺伝子KARS系プラスミド、リボソームDNA等との相同組み換えにより染色体中にインテグレート可能なベクタープラスミド(EP 537456など)などが利用可能である。また、ADH、PGK等に由来するプロモーター、ターミネーターが利用可能である。   In Kluyveromyces genus, especially Kluyveromyces lactis, 2μm plasmid derived from Saccharomyces cerevisiae, pKD1 plasmid (J. Bacteriol. 145, 382-390 (1981)), involved in killer activity A plasmid derived from pGKl1, an autonomously proliferating gene KARS plasmid in the genus Kleberomyces, a vector plasmid (EP 537456 etc.) that can be integrated into the chromosome by homologous recombination with ribosomal DNA and the like can be used. In addition, promoters and terminators derived from ADH, PGK and the like can be used.

シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属においては、シゾサッカロマイセス・ポンベ由来のARS (自律複製に関与する遺伝子)、およびサッカロマイセス・セレビジアエ由来の栄養要求性を相補する選択マーカーを含むプラスミドベクター等が利用可能である(Mol. Cell. Biol. 6, 80 (1986))。また、シゾサッカロマイセス・ポンベ由来のADHプロモーターなどが利用できる(EMBO J. 6, 729 (1987))。特に、pAUR224は、宝酒造から市販されており容易に利用できる。   In the genus Schizosaccharomyces, plasmid vectors containing ARS (genes involved in autonomous replication) derived from Schizosaccharomyces pombe and selection markers that complement auxotrophy derived from Saccharomyces cerevisiae are available. (Mol. Cell. Biol. 6, 80 (1986)). Moreover, the ADH promoter derived from Schizosaccharomyces pombe can be used (EMBO J. 6, 729 (1987)). In particular, pAUR224 is commercially available from Takara Shuzo and can be easily used.

チゴサッカロマイセス属(Zygosaccharomyces)においては、チゴサッカロマイセス・ロウキシ (Zygosaccharomyces rouxii)由来の pSB3(Nucleic Acids Res. 13, 4267 (1985))などに由来するプラスミドベクター等が利用可能であり、サッカロマイセス・セレビジアエ由来 PHO5 プロモーター、およびチゴサッカロマイセス・ロウキシ由来 GAP-Zr(グリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素)のプロモーター(Agri. Biol. Chem. 54, 2521 (1990))等が利用可能である。   In the genus Zygosaccharomyces, plasmid vectors derived from pSB3 (Nucleic Acids Res. 13, 4267 (1985)) derived from Zygosaccharomyces rouxii are available, and PHO5 derived from Saccharomyces cerevisiae Promoters and GAP-Zr (Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) promoters (Agri. Biol. Chem. 54, 2521 (1990)) derived from Tigo Saccharomyces rouxi can be used.

ピキア(Pichia)属においては、ピキア・アンガスタ(Pichia angusta、旧名:ハンゼヌラ・ポリモルファ(Hansenula polymorpha))において宿主ベクター系が開発されている。ベクターとしては、ピキア・アンガスタ由来自律複製に関与する遺伝子(HARS1、HARS2)も利用可能であるが、比較的不安定であるため、染色体への多コピーインテグレーションが有効である(Yeast 7, 431-443 (1991))。また、メタノールなどで誘導されるAOX(アルコールオキシダーゼ)、FDH(ギ酸脱水素酵素)のプロモーター等が利用可能である。また、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)などにピキア由来自律複製に関与する遺伝子 (PARS1、PARS2)等を利用した宿主ベクター系が開発されており(Mol. Cell. Biol. 5, 3376 (1985))、高濃度培養とメタノールで誘導可能なAOXなど強いプロモーターが利用できる(Nucleic Acids Res. 15, 3859 (1987))。   In the genus Pichia, a host vector system has been developed in Pichia angusta (former name: Hansenula polymorpha). As vectors, genes involved in autonomous replication derived from Pichia Angusta (HARS1, HARS2) can be used, but because they are relatively unstable, multicopy integration into the chromosome is effective (Yeast 7, 431- 443 (1991)). In addition, AOX (alcohol oxidase), FDH (formic acid dehydrogenase) promoters induced by methanol, etc. can be used. In addition, host vector systems using Pichia pastoris and other genes involved in Pichia-derived autonomous replication (PARS1, PARS2) have been developed (Mol. Cell. Biol. 5, 3376 (1985)). Strong promoters such as high concentration culture and methanol-inducible AOX can be used (Nucleic Acids Res. 15, 3859 (1987)).

キャンディダ(Candida)属においては、キャンディダ・マルトーサ(Candida maltosa)、キャンディダ・アルビカンス(Candida albicans)、キャンディダ・トロピカリス(Candida tropicalis)、キャンディダ・ウチルス (Candida utilis) 等において宿主ベクター系が開発されている。キャンディダ・マルトーサにおいてはキャンディダ・マルトーサ由来ARSがクローニングされ(Agri. Biol. Chem. 51, 51, 1587 (1987))、これを利用したベクターが開発されている。また、キャンディダ・ウチルスにおいては、染色体インテグレートタイプのベクターの強力なプロモーターが開発されている(特開平08-173170)。   In the genus Candida, host vector systems in Candida maltosa, Candida albicans, Candida tropicalis, Candida utilis, etc. Has been developed. In Candida maltosa, ARS derived from Candida maltosa has been cloned (Agri. Biol. Chem. 51, 51, 1587 (1987)), and vectors using this have been developed. In Candida utilis, a strong promoter for a chromosome integration type vector has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 08-173170).

アスペルギルス(Aspergillus)属においては、アスペルギルス・ニガー (Aspergillus niger) 、アスペルギルス・オリジー (Aspergillus oryzae) 等がカビの中で最もよく研究されており、プラスミド、および染色体へのインテグレーションの利用が可能であり、菌体外プロテアーゼやアミラーゼ由来のプロモーターが利用可能である(Trends in Biotechnology 7, 283-287 (1989))。   In the genus Aspergillus, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, etc. are the most studied among molds, and integration into plasmids and chromosomes is possible, Promoters derived from extracellular proteases or amylases are available (Trends in Biotechnology 7, 283-287 (1989)).

トリコデルマ(Trichoderma)属においては、トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reesei)を利用したホストベクター系が開発され、菌体外セルラーゼ遺伝子由来プロモーター等が利用できる(Biotechnology 7, 596-603 (1989))。   In the genus Trichoderma, a host vector system using Trichoderma reesei has been developed, and an extracellular cellulase gene-derived promoter or the like can be used (Biotechnology 7, 596-603 (1989)).

また、微生物以外でも、植物、動物において様々な宿主・ベクター系が開発されており、特に蚕を用いた昆虫(Nature 315, 592-594 (1985))、菜種、トウモロコシ、またはジャガイモ等の植物中に大量に異種タンパク質を発現させる系が開発されており好適に利用できる。   In addition to microorganisms, various host and vector systems have been developed in plants and animals, especially in plants such as insects using moths (Nature 315, 592-594 (1985)), rapeseed, corn, or potatoes. A system for expressing a large amount of heterologous protein has been developed and can be suitably used.

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to this.

〔実施例1〕グリセロールデヒドラターゼ遺伝子高発現プラスミドpSU-KGD1の構築
クレブシエラ ニューモニエ (Klebsiella pneumoniae)より、Nucleic. Acids Res. 8, 4321 (1980)の方法に従ってゲノムDNAを精製した。
クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)由来グリセロールデヒドラターゼ遺伝子の塩基配列をもとに、gldA遺伝子の上流部位より、対応するオリゴヌクレオチドプライマーKpGLDA-A1 (5’-gtctcATGAAACGTTCAAAACGTTTTGCAGTACTGGC-3’、配列番号:15)を合成し、gldC遺伝子の下流部位より、対応するオリゴヌクレオチドプライマーKpGLDC-T1 (5’-gactctagaTTAGCTTCCTTTACGCAGCTTATGACGCTGCTG-3’、配列番号:16)を合成した。 クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)のゲノムDNAを鋳型として、各10 pmolのプライマーセット、0.2 mMのdNTP、AmpliTaq DNAポリメラーゼ用緩衝液(パーキンエルマー社製)、2.5 UのAmpliTaq DNAポリメラーゼ(パーキンエルマー社製)を含む50 μLの反応液を用い、変性(94℃、30秒)、アニ−ル(50℃、30秒)、伸張(72℃、1分)を30サイクル、PCR iCycle サーマルサイクラー (BIO-RAD製)を用いてPCRを行った。増幅DNA断片を制限酵素BspHI及びXbaIを用いて2重消化し、NcoI及びXbaIを用いて2重消化したpSE420U(WO 2006-132145)にMighty Mix Ligation Kit(タカラバイオ製)を用いてライゲーションした。ライゲーションしたDNAによって大腸菌JM109株を形質転換し、アンピシリン(50 mg/L)を含むLB培地で生育させ、得られた形質転換株よりプラスミドをQIAprep spin Miniprep Kit (QIAGEN製)により精製した。結果として、グリセロールデヒドラターゼ遺伝子をもつプラスミドであるpSU-KGD1を得た。
[Example 1] Construction of glycerol dehydratase gene high expression plasmid pSU-KGD1 Genomic DNA was purified from Klebsiella pneumoniae according to the method of Nucleic. Acids Res. 8, 4321 (1980).
Based on the nucleotide sequence of the glycerol dehydratase gene derived from Klebsiella pneumoniae, the corresponding oligonucleotide primer KpGLDA-A1 (5'-gtctcATGAAACGTTCAAAACGTTTTGCAGTACTGGC-3 ', SEQ ID NO: 15) is synthesized from the upstream site of the gldA gene. The corresponding oligonucleotide primer KpGLDC-T1 (5′-gactctagaTTAGCTTCCTTTACGCAGCTTATGACGCTGCTG-3 ′, SEQ ID NO: 16) was synthesized from the downstream site of the gldC gene. Using Klebsiella pneumoniae genomic DNA as a template, 10 pmol of each primer set, 0.2 mM dNTP, AmpliTaq DNA polymerase buffer (PerkinElmer), 2.5 U AmpliTaq DNA polymerase (PerkinElmer) PCR reaction cycle (BIO-RAD) using a 50 μL reaction solution containing 30 cycles of denaturation (94 ° C, 30 seconds), annealing (50 ° C, 30 seconds), extension (72 ° C, 1 minute). PCR was performed using The amplified DNA fragment was double-digested using restriction enzymes BspHI and XbaI, and ligated using Mighty Mix Ligation Kit (manufactured by Takara Bio) to pSE420U (WO 2006-132145) double-digested using NcoI and XbaI. Escherichia coli JM109 was transformed with the ligated DNA, grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and the plasmid was purified from the resulting transformant by QIAprep spin Miniprep Kit (manufactured by QIAGEN). As a result, pSU-KGD1, which is a plasmid having a glycerol dehydratase gene, was obtained.

〔実施例2〕グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子高発現プラスミドpSU-KGR1の構築
クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)由来グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子の塩基配列をもとに、orf2b(gdrB)遺伝子の上流部位及び下流部位より、それぞれ対応するオリゴヌクレオチドプライマーKpGDRB-A1 (5’-gaggaattcatacATGTCACTTTCACCTCCAGGTGTACGC-3’、配列番号:17)及びプライマーKpGDRB-T1 (5’-tttagaattcctctagaTCAGTTTCTCTCACTTAACGGCAGGAC-3’、配列番号:18)を合成し、dhaB4(gdrA)遺伝子の上流部位及び下流部位より、それぞれ対応するオリゴヌクレオチドプライマーKpGDRA-A1 (5’-tctagaggaattctaaaATGCCGTTAATAGCCGGGATTGATATC-3’、配列番号:19)及びプライマーKpGDRA-T1 (5’- gacaagcttctagaTTAATTAGCTTGACCAGCCAGTAGCAG-3’、配列番号:20)を合成した。クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)のゲノムDNAを鋳型として、各10 pmolのプライマーセット、0.2 mMのdNTP、AmpliTaq DNAポリメラーゼ用緩衝液(パーキンエルマー社製)、2.5 UのAmpliTaq DNAポリメラーゼ(パーキンエルマー社製)を含む50 μLの反応液を用い、変性(94℃、30秒)、アニ−ル(50℃、30秒)、伸張(72℃、1分)を30サイクル、PCR iCycle サーマルサイクラー (BIO-RAD製)を用いてPCRを行い、orf2b(gdrB)及びdhaB4(gdrA)を含むDNA断片を調製した。更に、これらのDNA断片を用いてPrimer KpGdrB-A1及びPrimer KpGdrA-T1のプライマーセットを用いて同様にPCRを行い、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子を含むDNA断片を得た。増幅DNA断片を制限酵素EcoRI及びHindIIIを用いて2重消化し、同様に2重消化したpSE420U(WO 2006-132145)にMighty Mix Ligation Kit(タカラバイオ製)を用いてライゲーションした。ライゲーションしたDNAによって大腸菌JM109株を形質転換し、アンピシリン(50 mg/L)を含むLB培地で生育させ、得られた形質転換株よりプラスミドをQIAprep spin Miniprep Kit (QIAGEN製)により精製した。結果として、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子をもつプラスミドであるpSU-KGR1を得た。
[Example 2] Construction of glycerol dehydratase reactivation factor gene high expression plasmid pSU-KGR1 Upstream site of orf2b (gdrB) gene based on the base sequence of glycerol dehydratase reactivation factor gene derived from Klebsiella pneumoniae And a corresponding oligonucleotide primer KpGDRB-A1 (5′-gaggaattcatacATGTCACTTTCACCTCCAGGTGTACGC-3 ′, SEQ ID NO: 17) and primer KpGDRB-T1 (5′-tttagaattcctctagaTCAGTTTCTCTCACTTAACGGCAGGAC-3 ′, SEQ ID NO: 18), respectively. From the upstream and downstream sites of the dhaB4 (gdrA) gene, the corresponding oligonucleotide primer KpGDRA-A1 (5'-tctagaggaattctaaaATGCCGTTAATAGCCGGGATTGATATC-3 ', SEQ ID NO: 19) and primer KpGDRA-T1 (5'-gacaagcttctagaTTAATTAGCTTGACCAGCCAGTAG SEQ ID NO: 20) was synthesized. Using Klebsiella pneumoniae genomic DNA as a template, 10 pmol of each primer set, 0.2 mM dNTP, AmpliTaq DNA polymerase buffer (PerkinElmer), 2.5 U AmpliTaq DNA polymerase (PerkinElmer) PCR reaction cycle (BIO-RAD) using a 50 μL reaction solution containing 30 cycles of denaturation (94 ° C, 30 seconds), annealing (50 ° C, 30 seconds), extension (72 ° C, 1 minute). And a DNA fragment containing orf2b (gdrB) and dhaB4 (gdrA) was prepared. Furthermore, PCR was similarly performed using the primer sets of Primer KpGdrB-A1 and Primer KpGdrA-T1 using these DNA fragments to obtain DNA fragments containing a glycerol dehydratase reactivation factor gene. The amplified DNA fragment was double-digested using restriction enzymes EcoRI and HindIII, and ligated using the Mighty Mix Ligation Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) in the same double-digested pSE420U (WO 2006-132145). Escherichia coli JM109 was transformed with the ligated DNA, grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and the plasmid was purified from the resulting transformant by QIAprep spin Miniprep Kit (manufactured by QIAGEN). As a result, pSU-KGR1, which is a plasmid having a glycerol dehydratase reactivation factor gene, was obtained.

〔実施例3〕1,3-プロパンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子高発現プラスミドpSU-KPD1の構築
クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)由来1,3-プロパンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子の塩基配列をもとに、dhaT遺伝子の上流部位及び下流部位より、それぞれ対応するオリゴヌクレオチドプライマーKpPDH-A1 (5’-ctgcatATGTCATATCGTATGTTTGATTATCTGGTG-3’、配列番号:21)及びプライマーKpPDH-T1 (5’-gtcttaaTTAAAATGCTTGACGGAAAATCGCGGCAA-3’、配列番号:22)を合成した。クレブシエラ ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)のゲノムDNAを鋳型として、各10 pmolのプライマーセット、0.2 mMのdNTP、AmpliTaq DNAポリメラーゼ用緩衝液(パーキンエルマー社製)、2.5 UのAmpliTaq DNAポリメラーゼ(パーキンエルマー社製)を含む50 μLの反応液を用い、変性(94℃、30秒)、アニ−ル(50℃、30秒)、伸張(72℃、1分)を30サイクル、PCR iCycle サーマルサイクラー (BIO-RAD製)を用いてPCRを行った。増幅DNA断片を制限酵素NdeI及びPacIを用いて2重消化し、同様に2重消化したpSE420U(WO 2006-132145)にMighty Mix Ligation Kit(タカラバイオ製)を用いてライゲーションした。ライゲーションしたDNAによって大腸菌JM109株を形質転換し、アンピシリン(50 mg/L)を含むLB培地で生育させ、得られた形質転換株よりプラスミドをQIAprep spin Miniprep Kit (QIAGEN製)により精製した。結果として、1,3-プロパンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子をもつプラスミドであるpSU-KPD1を得た。
[Example 3] Construction of 1,3-propanediol dehydrogenase gene high expression plasmid pSU-KPD1 Based on the nucleotide sequence of 1,3-propanediol dehydrogenase gene derived from Klebsiella pneumoniae, From the downstream site, corresponding oligonucleotide primers KpPDH-A1 (5′-ctgcatATGTCATATCGTATGTTTGATTATCTGGTG-3 ′, SEQ ID NO: 21) and primer KpPDH-T1 (5′-gtcttaaTTAAAATGCTTGACGGAAAATCGCGGCAA-3 ′, SEQ ID NO: 22) were synthesized. Using Klebsiella pneumoniae genomic DNA as a template, 10 pmol of each primer set, 0.2 mM dNTP, AmpliTaq DNA polymerase buffer (PerkinElmer), 2.5 U AmpliTaq DNA polymerase (PerkinElmer) PCR reaction cycle (BIO-RAD) using a 50 μL reaction solution containing 30 cycles of denaturation (94 ° C, 30 seconds), annealing (50 ° C, 30 seconds), extension (72 ° C, 1 minute). PCR was performed using The amplified DNA fragment was double-digested using restriction enzymes NdeI and PacI, and ligated to pSE420U (WO 2006-132145), which was similarly double-digested, using Mighty Mix Ligation Kit (manufactured by Takara Bio). Escherichia coli JM109 was transformed with the ligated DNA, grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and the plasmid was purified from the resulting transformant by QIAprep spin Miniprep Kit (manufactured by QIAGEN). As a result, pSU-KPD1, which is a plasmid having a 1,3-propanediol dehydrogenase gene, was obtained.

〔実施例4〕グリセロールデヒドラターゼ及びグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子遺伝子高発現プラスミドpSD-KGR1の構築
実施例2で得られたプラスミドpSU-KGR1を制限酵素EcoRI及びHindIIIを用いて2重消化し、エタノール沈殿後、アガロース電気泳動を行い、KpGDR遺伝子を含む約2.2 bpのバンドを切り出し、GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (GE Healthcare製)により精製、回収した。得られたDNA断片と、同制限酵素で消化し、フェノール抽出、フェノール-クロロホルム抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿したプラスミドpSU-KGD1(実施例1)をMighty Mix Ligation Kit(タカラバイオ製)を用いてライゲーションした。ライゲーションしたDNAによって大腸菌JM109株を形質転換し、アンピシリン(50 mg/L)を含むLB培地で生育させ、得られた形質転換株よりプラスミドをQIAprep spin Miniprep Kit (QIAGEN製)により精製した。結果として、グリセロールデヒドラターゼ及びグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子を同時に発現可能なプラスミドであるpSD-KGR1を得た。
[Example 4] Construction of glycerol dehydratase and glycerol dehydratase reactivator gene high expression plasmid pSD-KGR1 Plasmid pSU-KGR1 obtained in Example 2 was double digested with restriction enzymes EcoRI and HindIII, and ethanol precipitated. Thereafter, agarose electrophoresis was performed, and a band of about 2.2 bp containing the KpGDR gene was excised and purified and recovered by GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (manufactured by GE Healthcare). Using the Mighty Mix Ligation Kit (manufactured by Takara Bio), the obtained DNA fragment and the plasmid pSU-KGD1 (Example 1) digested with the same restriction enzymes, phenol extracted, phenol-chloroform extracted, chloroform extracted and ethanol precipitated were used. Ligated. Escherichia coli JM109 was transformed with the ligated DNA, grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and the plasmid was purified from the resulting transformant by QIAprep spin Miniprep Kit (manufactured by QIAGEN). As a result, pSD-KGR1, which is a plasmid capable of simultaneously expressing glycerol dehydratase and glycerol dehydratase reactivation factor, was obtained.

〔実施例5〕グリセロールデヒドラターゼ、グリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及び1,3-プロパンジオールデヒドロゲナーゼ遺伝子高発現プラスミドpSP-KGR1の構築
実施例3で得られたプラスミドpSU-KPD1を制限酵素SacI及びPacIを用いて2重消化し、エタノール沈殿後、アガロース電気泳動を行い、KpPDH遺伝子を含む約1.3 bpのバンドを切り出し、GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (GE Healthcare製)により精製、回収した。得られたDNA断片と、同制限酵素で消化し、フェノール抽出、フェノール-クロロホルム抽出、クロロホルム抽出、エタノール沈殿したプラスミドpSD-KGR1(実施例4)をMighty Mix Ligation Kit(タカラバイオ製)を用いてライゲーションした。ライゲーションしたDNAによって大腸菌JM109株を形質転換し、アンピシリン(50 mg/L)を含むLB培地で生育させ、得られた形質転換株よりプラスミドをQIAprep spin Miniprep Kit (QIAGEN製)により精製した。結果として、グリセロールデヒドラターゼ及びグリセロールデヒドラターゼ再活性化因子及び1,3-プロパンジオールデヒドロゲナーゼを同時に発現可能なプラスミドであるpSP-KGR1(図1)を得た。
[Example 5] Construction of glycerol dehydratase, glycerol dehydratase reactivating factor and 1,3-propanediol dehydrogenase gene high expression plasmid pSP-KGR1 Plasmid pSU-KPD1 obtained in Example 3 was used with restriction enzymes SacI and PacI. Then, after ethanol digestion and agarose electrophoresis, a band of about 1.3 bp containing the KpPDH gene was excised and purified and collected by GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (GE Healthcare). Using the Mighty Mix Ligation Kit (manufactured by Takara Bio), the obtained DNA fragment and the plasmid pSD-KGR1 (Example 4) digested with the same restriction enzymes, phenol extracted, phenol-chloroform extracted, chloroform extracted and ethanol precipitated were used. Ligated. Escherichia coli JM109 was transformed with the ligated DNA, grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and the plasmid was purified from the resulting transformant by QIAprep spin Miniprep Kit (manufactured by QIAGEN). As a result, pSP-KGR1 (FIG. 1), which is a plasmid capable of simultaneously expressing glycerol dehydratase, glycerol dehydratase reactivating factor and 1,3-propanediol dehydrogenase, was obtained.

〔実施例6〕アデノシルトランスフェラーゼ遺伝子高発現プラスミドpMU-KAT1の構築
クレブシエラ オキシトカ(Klebsiella oxytoca)由来アデノシルトランスフェラーゼ遺伝子の塩基配列をもとに、pduO遺伝子の上流部位及び下流部位より、それぞれ対応するオリゴヌクレオチドプライマーKoADT-A1 (5’- agtacatATGGCaATTTATACCCGtACGGGCGACGC-3’、配列番号:23)及びプライマーKoADT-T1 (5’- atgattaattaaTtATTGATGAGTTCCCACGTTAATGG-3’、配列番号:24)を合成した。クレブシエラ オキシトカ(Klebsiella oxytoca)のゲノムDNAを鋳型として、各10 pmolのプライマーセット、0.2 mMのdNTP、AmpliTaq DNAポリメラーゼ用緩衝液(パーキンエルマー社製)、2.5 UのAmpliTaq DNAポリメラーゼ(パーキンエルマー社製)を含む50 μLの反応液を用い、変性(94℃、30秒)、アニ−ル(50℃、30秒)、伸張(72℃、1分)を30サイクル、PCR iCycle サーマルサイクラー (BIO-RAD製)を用いてPCRを行った。
[Example 6] Construction of high-expression plasmid pMU-KAT1 of adenosyltransferase gene Based on the base sequence of the adenosyltransferase gene derived from Klebsiella oxytoca, the corresponding oligos were respectively detected from the upstream and downstream sites of the pduO gene. The nucleotide primer KoADT-A1 (5′-agtacatATGGCaATTTATACCCGtACGGGCGACGC-3 ′, SEQ ID NO: 23) and the primer KoADT-T1 (5′-atgattaattaaTtATTGATGAGTTCCCACGTTAATGG-3 ′, SEQ ID NO: 24) were synthesized. Using Klebsiella oxytoca genomic DNA as a template, each 10 pmol primer set, 0.2 mM dNTP, AmpliTaq DNA polymerase buffer (Perkin Elmer), 2.5 U AmpliTaq DNA polymerase (Perkin Elmer) PCR reaction cycle (BIO-RAD) using a 50 μL reaction solution containing 30 cycles of denaturation (94 ° C, 30 seconds), annealing (50 ° C, 30 seconds), extension (72 ° C, 1 minute). PCR was performed using

オリゴヌクレオチドプライマーSE420U-F (5'-CGTGAGCTATGAGAAGTCGACGTTTTTTGCGCCGACATCATAACG-3'、配列番号:25)及びプライマーSE420U-R (5'-GGAAAACTGTCCATAACGCGTAAGAGTTTGTAGAAACGCAAAAAGGCCA-3'、配列番号:26)を合成し、pSE420U(WO 2006-132145)を鋳型として各10 pmolのプライマーセット、0.2 mMのdNTP、AmpliTaq DNAポリメラーゼ用緩衝液(パーキンエルマー社製)、2.5 UのAmpliTaq DNAポリメラーゼ(パーキンエルマー社製)を含む50 μLの反応液を用い、変性(94℃、30秒)、アニ−ル(50℃、30秒)、伸張(72℃、1分)を30サイクル、PCR iCycle サーマルサイクラー (BIO-RAD製)を用いてPCRを行った。また、オリゴヌクレオチドプライマーMW219-F (5'-TTCTCATAGCTCACGCTGTAGGTA-3'、配列番号:27)及びプライマーMW219-R (5'-TATGGACAGTTTTCCCTTTGATATGTAACG -3'、配列番号:28)を合成し、pMW219(Nippon gene製)を鋳型として各10 pmolのプライマーセット、0.2 mMのdNTP、AmpliTaq DNAポリメラーゼ用緩衝液(パーキンエルマー社製)、2.5 UのAmpliTaq DNAポリメラーゼ(パーキンエルマー社製)を含む50 μLの反応液を用い、変性(94℃、30秒)、アニ−ル(50℃、30秒)、伸張(72℃、1分)を30サイクル、PCR iCycle サーマルサイクラー (BIO-RAD製)を用いてPCRを行った。pME420Uより増幅したDNA断片とpMW219を鋳型として増幅したDNA断片をライゲーションすることによりプラスミドpMW219Uを構築した。   Oligonucleotide primer SE420U-F (5′-CGTGAGCTATGAGAAGTCGACGTTTTTTGCGCCGACATCATAACG-3 ′, SEQ ID NO: 25) and primer SE420U-R (5′-GGAAAACTGTCCATAACGCGTAAGAGTTTGTAGAAACGCAAAAAGGCCA-3 ′, SEQ ID NO: 26) were synthesized and pSE420U (WO 2006-132) Using 50 μL of each reaction solution containing 10 pmol of each primer set, 0.2 mM dNTP, AmpliTaq DNA polymerase buffer (Perkin Elmer), 2.5 U AmpliTaq DNA polymerase (Perkin Elmer) PCR was performed using denaturation (94 ° C., 30 seconds), annealing (50 ° C., 30 seconds), extension (72 ° C., 1 minute) for 30 cycles and a PCR iCycle thermal cycler (manufactured by BIO-RAD). Furthermore, oligonucleotide primer MW219-F (5′-TTCTCATAGCTCACGCTGTAGGTA-3 ′, SEQ ID NO: 27) and primer MW219-R (5′-TATGGACAGTTTTCCCTTTGATATGTAACG-3 ′, SEQ ID NO: 28) were synthesized and pMW219 (manufactured by Nippon gene) )) As a template, 50 μL of the reaction solution containing 10 pmol of each primer set, 0.2 mM dNTP, AmpliTaq DNA polymerase buffer (Perkin Elmer), 2.5 U AmpliTaq DNA polymerase (Perkin Elmer) Denaturation (94 ° C, 30 seconds), annealing (50 ° C, 30 seconds), extension (72 ° C, 1 minute) for 30 cycles, PCR was performed using PCR iCycle Thermal Cycler (BIO-RAD) . Plasmid pMW219U was constructed by ligating the DNA fragment amplified from pME420U and the DNA fragment amplified using pMW219 as a template.

クレブシエラ オキシトカ(Klebsiella oxytoca)のゲノムDNAよりPCR増幅したDNA断片を制限酵素NdeI及びPacIを用いて2重消化し、同様に2重消化したpMW219UにMighty Mix Ligation Kit(タカラバイオ製)を用いてライゲーションした。ライゲーションしたDNAによって大腸菌JM109株を形質転換し、アンピシリン(50 mg/L)を含むLB培地で生育させ、得られた形質転換株よりプラスミドをQIAprep spin Miniprep Kit (QIAGEN製)により精製した。結果として、アデノシルトランスフェラーゼ遺伝子をもつプラスミドであるpMU-KAT1(図1)を得た。   A DNA fragment amplified by PCR from the genomic DNA of Klebsiella oxytoca was double-digested using restriction enzymes NdeI and PacI, and ligated using the Mighty Mix Ligation Kit (manufactured by Takara Bio Inc.) to pMW219U that was also double-digested. did. Escherichia coli JM109 was transformed with the ligated DNA, grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and the plasmid was purified from the resulting transformant by QIAprep spin Miniprep Kit (manufactured by QIAGEN). As a result, pMU-KAT1 (FIG. 1), which is a plasmid having an adenosyltransferase gene, was obtained.

〔実施例7〕E. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を用いた1,3-プロパンジオール生産-1
実施例5及び6で得られたプラスミドpSP-KGR1及びpMU-KAT1で形質転換されたE. coli W3110株を、アンピシリン(50 mg/L)及びカナマイシン(50 mg/L)を含む液体LB培地(1.0%バクト−トリプトン、0.5%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH 7.2)に植菌し、試験管中、33℃で終夜振とう培養した。この培養菌体14 mLを、アンピシリン(50 mg/L)、カナマイシン(50 mg/L)、0.02 mM IPTG、20 mg/L CN-Cblを含む1.2 LのM9G培地(60g/Lグリセロール、6.8g/L NaHPO、3.0g/L KHPO、0.5g/L NaCl、1.0g/L NHCl、0.493g/L MgSO・7HO、14.7mg/L CaCl・2HO、pH7.5)に植菌し、33℃、pH 7.5に維持し、0.5 vvmでエアー通気下、580 rpmで攪拌することによって好気条件下で培養を開始した。培養中、DO(溶存酸素)が0%となり、OD600が約10に達したところで攪拌を200 rpm、エアー通気を停止し、さらに培養を継続して計136時間培養した。培養液の遠心分離上清中のグリセロール及び1,3-プロパンジオールを、HPLCを用いて以下の条件により分析した。その結果、残存グリセロールは22.5 g/L、生成1,3-プロパンジオールは6.62 g/Lであり、グリセロール転換率62.5%、1,3-プロパンジオール モル収率13.4%であった(図2)。
[Example 7] Production of 1,3-propanediol using E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1) -1
The E. coli W3110 strain transformed with the plasmids pSP-KGR1 and pMU-KAT1 obtained in Examples 5 and 6 was added to a liquid LB medium containing ampicillin (50 mg / L) and kanamycin (50 mg / L). 1.0% bacto-tryptone, 0.5% bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2) and inoculated overnight at 33 ° C. in a test tube. 14 mL of this cultured microbial cell was added to 1.2 L of M9G medium (60 g / L glycerol, 6. g) containing ampicillin (50 mg / L), kanamycin (50 mg / L), 0.02 mM IPTG, and 20 mg / L CN-Cbl. 8 g / L Na 2 HPO 4 , 3.0 g / L KH 2 PO 4 , 0.5 g / L NaCl, 1.0 g / L NH 4 Cl, 0.493 g / L MgSO 4 .7H 2 O, 14.7 mg / L CaCl 2 · 2H 2 O (pH 7.5) was inoculated, maintained at 33 ° C. and pH 7.5, and cultured under aerobic conditions by stirring at 580 rpm under air aeration at 0.5 vvm. During the culture, when DO (dissolved oxygen) became 0% and OD600 reached about 10, stirring was performed at 200 rpm, air aeration was stopped, and the culture was further continued for a total of 136 hours. Glycerol and 1,3-propanediol in the culture supernatant were analyzed using HPLC under the following conditions. As a result, the residual glycerol was 22.5 g / L, the produced 1,3-propanediol was 6.62 g / L, the glycerol conversion was 62.5%, and the 1,3-propanediol molar yield was 13.4% (FIG. 2). .

HPLC分析条件:
カラム:Shodex Ionpak KC-811 (8.0 mm×300 mm) (昭和電工製)
溶離液:10mM 硫酸水溶液
流速:0.7 mL/min
カラム温度:40℃
検出:RI
HPLC analysis conditions:
Column: Shodex Ionpak KC-811 (8.0 mm x 300 mm) (made by Showa Denko)
Eluent: 10 mM sulfuric acid aqueous solution Flow rate: 0.7 mL / min
Column temperature: 40 ° C
Detection: RI

〔実施例8〕E. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を用いた1,3-プロパンジオール生産-2
実施例7と同様の方法によって得られたE. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を、アンピシリン(50 mg/L)及びカナマイシン(50 mg/L)を含む液体LB培地(1.0%バクト−トリプトン、0.5%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH 7.2)に植菌し、試験管中、33℃で終夜振とう培養した。この培養菌体14 mLを、アンピシリン(50 mg/L)、カナマイシン(50 mg/L)、0.02 mM IPTG、20 mg/L CN-Cblを含む1.2 LのM9G培地に植菌し、33℃、pH 7.5に維持し、0.5 vvmでエアー通気下、580 rpmで攪拌することによって好気条件下で培養を開始した。培養中、DO(溶存酸素)が0%となった前後で攪拌を200 rpm、エアー通気を停止して更に培養を継続し、計136時間培養した。実施例7と同様の方法により、培養液の遠心分離上清中のグリセロール及び1,3-プロパンジオールを分析した。その結果、攪拌を200 rpm、エアー通気を停止したときの酸化還元電位値(ORP値)及び生成した1,3-プロパンジオールの関係を図3に示した。図4に示すように、ORP 12 mVで攪拌を200 rpm、エアー通気を停止した場合に最も高い濃度で1,3-プロパンジオールが生成し、残存グリセロールは17.6 g/L、生成1,3-プロパンジオールは13.6 g/Lであり、グリセロール転換率70.7%、1,3-プロパンジオール モル収率27.6%であった。
[Example 8] 1,3-propanediol production using E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1) -2
E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1) obtained by the same method as in Example 7 was added to a liquid LB medium (1.0% Bacto) containing ampicillin (50 mg / L) and kanamycin (50 mg / L). -Tryptone, 0.5% Bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2) and inoculated in a test tube at 33 ° C overnight. 14 mL of this cultured bacterial cell was inoculated into 1.2 L of M9G medium containing ampicillin (50 mg / L), kanamycin (50 mg / L), 0.02 mM IPTG, 20 mg / L CN-Cbl, Cultivation was started under aerobic conditions by maintaining at pH 7.5 and stirring at 580 rpm under air aeration at 0.5 vvm. During the culture, the agitation was stopped at 200 rpm before and after the DO (dissolved oxygen) became 0%, the air aeration was stopped, and the culture was further continued for a total of 136 hours. In the same manner as in Example 7, glycerol and 1,3-propanediol were analyzed in the supernatant of the culture broth. As a result, the relationship between the redox potential value (ORP value) when stirring was 200 rpm and air aeration was stopped and the generated 1,3-propanediol was shown in FIG. As shown in FIG. 4, 1,3-propanediol was produced at the highest concentration when stirring was 200 rpm with ORP 12 mV and air aeration was stopped, the residual glycerol was 17.6 g / L, and the production 1,3- Propanediol was 13.6 g / L, glycerol conversion was 70.7%, and 1,3-propanediol molar yield was 27.6%.

〔実施例9〕E. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を用いた1,3-プロパンジオール生産-3
実施例7と同様の方法によって得られたE. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を、アンピシリン(50 mg/L)及びカナマイシン(50 mg/L)を含む液体LB培地(1.0%バクト−トリプトン、0.5%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH 7.2)に植菌し、試験管中、33℃で終夜振とう培養した。この培養菌体14 mLを、アンピシリン(50 mg/L)、カナマイシン(50 mg/L)、0.02 mM IPTG、20 mg/L CN-Cblを含む1.2 LのM9G培地に植菌し、33℃、pH 7.5に維持し、0.5 vvmでエアー通気下、580 rpmで攪拌することによって好気条件下で培養を開始した。好気条件下(即ち、ORPが100 mVよりも十分に高い条件下)で培養を継続して1,3-プロパンジオール生産を行い、62時間培養した結果、残存グリセロールは27.9 g/L、生成1,3-プロパンジオールは3.59 g/Lであり、グリセロール転換率53.5%、1,3-PDモル収率7.24%であった(図5A)。一方、ORP約20 mVで攪拌を200 rpm、エアー通気を停止して更に培養を継続して1,3-プロパンジオール生産を行い、計62時間培養した。実施例7と同様の方法により、培養液の遠心分離上清中のグリセロール及び1,3-プロパンジオールを分析した。その結果、残存グリセロールは31.7 g/L、生成1,3-プロパンジオールは5.76 g/Lであり、グリセロール転換率47.2%、1,3-PDモル収率11.6%であった(図5B)。
[Example 9] 1,3-propanediol production using E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1) -3
E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1) obtained by the same method as in Example 7 was added to a liquid LB medium (1.0% Bacto) containing ampicillin (50 mg / L) and kanamycin (50 mg / L). -Tryptone, 0.5% Bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2) and inoculated in a test tube at 33 ° C overnight. 14 mL of this cultured bacterial cell was inoculated into 1.2 L of M9G medium containing ampicillin (50 mg / L), kanamycin (50 mg / L), 0.02 mM IPTG, 20 mg / L CN-Cbl, Cultivation was started under aerobic conditions by maintaining at pH 7.5 and stirring at 580 rpm under air aeration at 0.5 vvm. Continued cultivation under aerobic conditions (ie, ORP is sufficiently higher than 100 mV) to produce 1,3-propanediol and cultured for 62 hours. As a result, 27.9 g / L of residual glycerol was produced. The 1,3-propanediol was 3.59 g / L, the glycerol conversion was 53.5%, and the 1,3-PD molar yield was 7.24% (FIG. 5A). On the other hand, stirring was carried out at 200 rpm with an ORP of about 20 mV, air aeration was stopped, and the culture was further continued to produce 1,3-propanediol. In the same manner as in Example 7, glycerol and 1,3-propanediol were analyzed in the supernatant of the culture broth. As a result, the residual glycerol was 31.7 g / L, the produced 1,3-propanediol was 5.76 g / L, the glycerol conversion was 47.2%, and the 1,3-PD molar yield was 11.6% (FIG. 5B).

〔実施例10〕E. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を用いた1,3-プロパンジオール生産-4
実施例7と同様の方法によって得られたE. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を、アンピシリン(50 mg/L)及びカナマイシン(50 mg/L)を含む液体LB培地(1.0%バクト−トリプトン、0.5%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH 7.2)に植菌し、試験管中、33℃で終夜振とう培養した。この培養菌体14 mLを、アンピシリン(50 mg/L)、カナマイシン(50 mg/L)、0.02 mM IPTG、20 mg/L CN-Cblを含む1.2 LのM9G培地に植菌し、33℃、pH 7.5に維持し、0.5 vvmでエアー通気下、580 rpmで攪拌することによって好気条件下で培養を開始した。好気条件下で培養を継続し、培養中、それぞれDO(溶存酸素)が所定の値となった後、DOを2%、10%、20%で維持しながら培養を継続した。実施例7と同様の方法により、培養液の遠心分離上清中のグリセロール及び1,3-プロパンジオールを分析した。86時間後の残存グリセロール、生成1,3-プロパンジオール、グリセロール転換率、1,3-PDモル収率を表1に示す。DOを2%で制御したときのORPは33 mVであった。一方、DOを10%、20%で制御したときのORPは何れも100 mVより高い値であった。
[Example 10] Production of 1,3-propanediol using E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1) -4
E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1) obtained by the same method as in Example 7 was added to a liquid LB medium (1.0% Bacto) containing ampicillin (50 mg / L) and kanamycin (50 mg / L). -Tryptone, 0.5% Bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2) and inoculated in a test tube at 33 ° C overnight. 14 mL of this cultured bacterial cell was inoculated into 1.2 L of M9G medium containing ampicillin (50 mg / L), kanamycin (50 mg / L), 0.02 mM IPTG, 20 mg / L CN-Cbl, Cultivation was started under aerobic conditions by maintaining at pH 7.5 and stirring at 580 rpm under air aeration at 0.5 vvm. The culture was continued under aerobic conditions, and during the culture, after each DO (dissolved oxygen) reached a predetermined value, the culture was continued while maintaining DO at 2%, 10%, and 20%. In the same manner as in Example 7, glycerol and 1,3-propanediol were analyzed in the supernatant of the culture broth. Table 1 shows the residual glycerol after 86 hours, the produced 1,3-propanediol, the glycerol conversion, and the 1,3-PD molar yield. The ORP was 33 mV when DO was controlled at 2%. On the other hand, ORP when DO was controlled at 10% and 20% was higher than 100 mV.

Figure 2013070675
Figure 2013070675

〔実施例11〕E. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を用いた1,3-PD生産-4(嫌気度側バージョン)
実施例7と同様の方法によって得られたE. coli W3110 (pSP-KGR1/pMU-KAT1)を、アンピシリン(50 mg/L)及びカナマイシン(50 mg/L)を含む液体LB培地(1.0%バクト−トリプトン、0.5%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH 7.2)に植菌し、試験管中、33℃で終夜振とう培養した。この培養菌体14 mLを、アンピシリン(50 mg/L)、カナマイシン(50 mg/L)、0.02 mM IPTG、20 mg/L CN-Cblを含む1.2 LのM9G培地に植菌し、33℃、pH 7.5に維持し、0.5 vvmでエアー通気下、580 rpmで攪拌することによって好気条件下で培養を開始した。好気条件下で40時間培養した後、ORPを-20 mVで維持しながら培養を継続した。実施例7と同様の方法により、培養液の遠心分離上清中のグリセロール及び1,3-プロパンジオールを分析した。その結果、生育、グリセロール消費、1,3-プロパンジオール生産は停止し、計86時間培養した結果、残存グリセロールは42.1 g/L、生成1,3-プロパンジオールは5.0 g/Lであり、グリセロール転換率29.8%、1,3-PDモル収率10.1%であった(図6A)。一方、好気条件下で40時間培養した後、ORPを0-50 mVに調整するためにDOを2%制御しながら培養を継続し、計86時間培養した結果、グリセロールは完全に消費され、生成1,3-プロパンジオールは12.0 g/Lであり、グリセロール転換率100%、1,3-PDモル収率24.2%であった(図6B)。
[Example 11] 1,3-PD production-4 (anaerobic side version) using E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1)
E. coli W3110 (pSP-KGR1 / pMU-KAT1) obtained by the same method as in Example 7 was added to a liquid LB medium (1.0% Bacto) containing ampicillin (50 mg / L) and kanamycin (50 mg / L). -Tryptone, 0.5% Bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2) and inoculated in a test tube at 33 ° C overnight. 14 mL of this cultured bacterial cell was inoculated into 1.2 L of M9G medium containing ampicillin (50 mg / L), kanamycin (50 mg / L), 0.02 mM IPTG, 20 mg / L CN-Cbl, Cultivation was started under aerobic conditions by maintaining at pH 7.5 and stirring at 580 rpm under air aeration at 0.5 vvm. After culturing for 40 hours under aerobic conditions, the culture was continued while maintaining ORP at -20 mV. In the same manner as in Example 7, glycerol and 1,3-propanediol were analyzed in the supernatant of the culture broth. As a result, growth, glycerol consumption, and 1,3-propanediol production stopped, and the total glycerol was 42.1 g / L, and the resulting 1,3-propanediol was 5.0 g / L. The conversion rate was 29.8%, and the 1,3-PD molar yield was 10.1% (FIG. 6A). On the other hand, after culturing for 40 hours under aerobic conditions, culturing was continued while controlling 2% of DO to adjust ORP to 0-50 mV, and as a result of culturing for a total of 86 hours, glycerol was completely consumed, The produced 1,3-propanediol was 12.0 g / L, the glycerol conversion was 100%, and the 1,3-PD molar yield was 24.2% (FIG. 6B).

Claims (7)

培養液中の炭素源を利用して下記式1で表されるアルキルジオールを生産するように改変された遺伝子組換え微生物を、培養液中の酸化還元電位値が-10〜100 mVの条件下で培養することを特徴とするアルキルジオールの製造方法。
〔式1〕
Figure 2013070675
(式中、Rは、1以上の水酸基を有する炭素数1から4個のアルキル基を表す。)
A genetically modified microorganism modified so as to produce an alkyldiol represented by the following formula 1 using a carbon source in a culture solution under a condition that the redox potential value in the culture solution is -10 to 100 mV A method for producing an alkyl diol characterized by comprising culturing in a cell.
[Formula 1]
Figure 2013070675
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms having one or more hydroxyl groups.)
遺伝子組換え微生物を好気条件下で培養した後に、請求項1に記載の条件下で培養しアルキルジオールを生産させることを特徴とする、アルキルジオールの製造方法。   A method for producing an alkyldiol, comprising culturing a genetically modified microorganism under an aerobic condition and then culturing the recombinant microorganism under the condition according to claim 1 to produce an alkyldiol. 遺伝子組換え微生物を好気条件下で培養し、培養液中の酸化還元電位が-10〜100 mVから選択される範囲であるときに、該前培養後に請求項1に記載の条件下で培養しアルキルジオールを生産させることを特徴とするアルキルジオールの製造方法。   When the genetically modified microorganism is cultured under aerobic conditions, and the oxidation-reduction potential in the culture solution is in a range selected from -10 to 100 mV, the microorganisms are cultured under the conditions according to claim 1 after the preculture. A method for producing an alkyl diol characterized by producing an alkyl diol. 前記培養液中の炭素源がグリセロール、グルコース、スクロース、フルクトース、マルトース、マンノース、キシロース、ガラクトース、酢酸、クエン酸、エタノール、メタノールから選択される少なくとも一つ以上の炭素源を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアルキルジオールの製造方法。   The carbon source in the culture solution contains at least one carbon source selected from glycerol, glucose, sucrose, fructose, maltose, mannose, xylose, galactose, acetic acid, citric acid, ethanol, and methanol. The manufacturing method of the alkyldiol in any one of Claims 1-3. 前記遺伝子組換え微生物の宿主がエシャリヒア(Escherichia)属の微生物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のアルキルジオールの製造方法。   The method for producing an alkyldiol according to any one of claims 1 to 4, wherein the host of the genetically modified microorganism is a microorganism belonging to the genus Escherichia. 前記アルキルジオールが1,3-プロパンジオールであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のアルキルジオールの製造方法。   6. The method for producing an alkyl diol according to claim 1, wherein the alkyl diol is 1,3-propanediol. 前記遺伝子組換え微生物が、下記(a)から(e)のいずれかに記載のタンパク質又は酵素を発現する遺伝子を少なくとも1つ以上有することを特徴とする、請求項6に記載の1,3-プロパンジオールの製造方法;
(a)配列番号:2、4、6、8、10、12又は14に記載されたアミノ酸配列を有するタンパク質、
(b)配列番号:2、4、6、8、10、12又は14に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する酵素、
(c)配列番号:1、3、5、7、9、11又は13に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、
(d)配列番号:1、3、5、7、9、11又は13に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列を有する酵素、及び
(e)配列番号:2、4、6、8、10、12又は14に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有する酵素。
The 1,3-gene according to claim 6, wherein the genetically modified microorganism has at least one gene that expresses the protein or enzyme according to any one of (a) to (e) below. A method for producing propanediol;
(A) a protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, or 14,
(B) an enzyme having an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, or 14;
(C) an enzyme having an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, 11 or 13,
(D) an enzyme having an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1, 3, 5, 7, 9, 11 or 13; and (E) an enzyme having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, 4, 6, 8, 10, 12, or 14;
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