JP2013005764A - Method for producing organic substance from mixed sugar in escherichia coli - Google Patents
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Abstract
【課題】有用物質生産に有用なCCRが解除された大腸菌変異株、及び該変異株を用いた有用物質生産法の提供。
【解決手段】Mlcタンパク質を過剰に発現する遺伝子変異を導入することにより、炭素カタボライト抑制(CCR)が解除された大腸菌株、及び該大腸菌株を用いて混合糖より有用な有機物質を製造する方法。
【選択図】なしThe present invention provides an E. coli mutant strain in which CCR useful for the production of useful substances has been released, and a useful substance production method using the mutant strain.
An E. coli strain in which carbon catabolite suppression (CCR) is released by introducing a gene mutation that overexpresses Mlc protein, and a method for producing a useful organic substance from a mixed sugar using the E. coli strain .
[Selection figure] None
Description
本発明は、大腸菌において混合糖から効率よく有機物質を生産する方法に関する。中でも特に、2種類以上の糖が含まれる培地を原料として、アルコールや有機酸などの有機物質を生産する方法に関する。 The present invention relates to a method for efficiently producing an organic substance from mixed sugars in E. coli. Especially, it is related with the method of producing organic substances, such as alcohol and an organic acid, using the culture medium containing two or more types of sugars as a raw material.
アルコールや有機酸などは、有用な物質として様々な用途に使われる。これらは糖を微生物に代謝させることで生産することができるが、原材料たる糖は、安価であるなどの理由から、動植物から作られた再生可能な有機性資源、バイオマスに由来することが多い。バイオマス由来の糖では、ブドウ糖、キシロース、アラビノースなど他種類の糖が混ざった、混合糖であることが一般的である(非特許文献1)。しかし、微生物に混合糖を与えた場合、エネルギー効率の最も良いブドウ糖のみを選択的に消費し、ブドウ糖を消費し終えるまで、それ以外の糖の代謝をしないことがある。これは、炭素カタボライト抑制(CCR)と呼ばれる遺伝機構が微生物に存在しているために起こる現象である(非特許文献2)。この結果、バイオマス由来の混合糖のうち、ブドウ糖以外の糖が効率よく目的物質に変換されず、無駄になってしまうことがある(非特許文献3)。 Alcohol and organic acids are used for various purposes as useful substances. These can be produced by metabolizing sugars to microorganisms, but sugars as raw materials are often derived from renewable organic resources and biomass made from animals and plants for reasons such as being inexpensive. Biomass-derived sugar is generally a mixed sugar in which other types of sugars such as glucose, xylose, and arabinose are mixed (Non-Patent Document 1). However, when a mixed sugar is given to a microorganism, only the most energy-efficient glucose is selectively consumed, and other sugars may not be metabolized until the glucose is consumed. This is a phenomenon that occurs because a genetic mechanism called carbon catabolite repression (CCR) exists in microorganisms (Non-Patent Document 2). As a result, among the sugar-derived mixed sugars, sugars other than glucose are not efficiently converted into the target substance and may be wasted (Non-Patent Document 3).
CCR機構では、ブドウ糖の存在下では、ブドウ糖以外の糖の消費に関与する遺伝子群が発現抑制される。例えば、大腸菌のlacZYAはラクトースの消費に必要な遺伝子オペロンで、それぞれβガラクトシダーゼ、βガラクトシドパーミアーゼ、ガラクトシドアセチルトランスフェラーゼをコードしている。糖として、ブドウ糖とラクトースが培養液中に共存するとき、lacZYAの発現調節領域ではlacI遺伝子産物(ラクトースリプレッサー)およびcrp遺伝子産物(cAMP受容体タンパク質)が協調して、lacZYA mRNAが転写されないよう負に制御している。しかし、糖としてラクトースのみが培養液中に存在するときには、細胞内に取り込まれたラクトースが変化したアロラクトースによって、この負の制御は解除され、lacZYAのmRNAは盛んに転写される。これによって、ラクトースは大腸菌によって消費されるようになる。また、キシロース、アラビノースの消費に必要な遺伝子群も、これと同様な遺伝子発現調節を受けている(非特許文献4)。 In the CCR mechanism, the expression of genes involved in the consumption of sugars other than glucose is suppressed in the presence of glucose. For example, lacZYA of Escherichia coli is a gene operon required for lactose consumption and encodes β-galactosidase, β-galactoside permease, and galactoside acetyltransferase, respectively. When glucose and lactose coexist in the culture medium, lacI gene product (lactose repressor) and crp gene product (cAMP receptor protein) cooperate in the lacZYA expression regulatory region so that lacZYA mRNA is not transcribed. Negative control. However, when only lactose is present as a sugar in the culture solution, this negative control is released by allo- lactose in which the lactose incorporated into the cells has changed, and the lacZYA mRNA is actively transcribed. This causes lactose to be consumed by E. coli. Moreover, the gene group required for consumption of xylose and arabinose is also subjected to similar gene expression regulation (Non-patent Document 4).
大腸菌は、微生物による物質生産の宿主に最もよく使われるものの一つであるが、上述ようにCCR機構を有している。よって、CCRが解除された変異株を作成し、様々な糖を同時代謝させる工夫がなされている。例えば、ptsG遺伝子が破壊された株(DptsG)や、crp遺伝子の中の3塩基対に点突然変異の入った株(crp*)などが、CCRが解除された株として知られており、実際の物質生産に使われた例がある(特許文献1及び非特許文献5〜8)。
Escherichia coli is one of the most commonly used hosts for substance production by microorganisms, but has a CCR mechanism as described above. Therefore, a contrivance has been made to create a mutant strain in which CCR is released and to simultaneously metabolize various sugars. For example, strains in which the ptsG gene has been disrupted (DptsG) and strains that have point mutations in 3 base pairs in the crp gene (crp *) are known as CCR-released strains. There is an example used for substance production (
しかしptsG遺伝子は、細胞膜に局在し、ブドウ糖を細胞内に取り込む機能を担うブドウ糖パーミアーゼをコードしており、DptsG株ではブドウ糖の取り込み効率が下がり、目的物質の生産性が下がる場合がある。また、crp遺伝子はcAMP受容体タンパク質型の転写因子をコードしているが、相当数の遺伝子がCrpの制御下にあり、crp*株では大きく代謝経路が変化していることが考えられる。さらに、crp遺伝子破壊株(Dcrp)ではある種の有機溶媒に耐性を持つようになることが知られており、逆にcrp*株では有機溶媒に感受性になることも予想される(非特許文献9)。よって、crp*株では、有機溶媒の一種であるアルコールを生産した際、その毒性の問題から生産性が低下することも考えられる。 However, the ptsG gene is localized in the cell membrane and encodes a glucose permease responsible for the function of taking glucose into cells. In the DptsG strain, the glucose uptake efficiency is lowered, and the productivity of the target substance may be lowered. The crp gene encodes a cAMP receptor protein type transcription factor, but a considerable number of genes are under the control of Crp, and it is considered that the metabolic pathway is greatly changed in the crp * strain. Furthermore, the crp gene disruption strain (Dcrp) is known to be resistant to certain organic solvents, and conversely, the crp * strain is also expected to be sensitive to organic solvents (Non-Patent Documents). 9). Therefore, in the case of the crp * strain, when alcohol, which is a kind of organic solvent, is produced, productivity may decrease due to the toxicity problem.
以上のことから、本発明者は、有用物質生産に有用な新しいCCRが解除された変異株を分離することとした。また、そのような変異株を用いて、実際に有用物質生産を実証することとした。 From the above, the present inventor decided to isolate a mutant strain from which a new CCR useful for production of useful substances was released. In addition, it was decided to actually demonstrate useful substance production using such mutant strains.
大腸菌のlacZYAオペロンは、上述のようにCCRを受ける遺伝子であるが、これが発現しているかどうかは、5-クロロ-4-ブロモ-3-インドリル-β-D-ガラクトース(x-gal)を用いた青白選別によって簡単に知ることができる。これは、無色透明のx-galが、lacZ遺伝子産物であるβガラクトシダーゼによって分解されると、青色を呈することに基づいている。すなわち、野生株の大腸菌をブドウ糖、ラクトース、x-gal、その他適当な栄養源を含む寒天培地上で培養すると、白色のコロニーを形成する。これは、培地中にブドウ糖とラクトースが共存しており、CCRによってlacZ遺伝子の転写が抑制されているからである。しかし、何らかの変異によってCCRに異常が生じ、ブドウ糖、ラクトース共存下でもlacZ遺伝子が転写されるようになると、同培地上で青色のコロニーを形成することになる。 The lacZYA operon of Escherichia coli is a gene that undergoes CCR as described above. To determine whether it is expressed, use 5-chloro-4-bromo-3-indolyl-β-D-galactose (x-gal). You can easily know by the blue-white selection. This is based on the fact that colorless and transparent x-gal exhibits a blue color when it is degraded by β-galactosidase, which is a lacZ gene product. That is, when wild-type Escherichia coli is cultured on an agar medium containing glucose, lactose, x-gal and other suitable nutrient sources, white colonies are formed. This is because glucose and lactose coexist in the medium, and transcription of the lacZ gene is suppressed by CCR. However, if a mutation causes abnormalities in CCR and the lacZ gene is transcribed even in the presence of glucose and lactose, a blue colony will be formed on the same medium.
そこで本発明者は、野生型大腸菌MG1655株をブドウ糖、ラクトース、x-gal、その他適当な栄養源を含む寒天培地上に塗布し、紫外線を照射して突然変異を誘発し、生育後のコロニーの色を判別することとした。これによって、CCRに異常(不全)が生じた(すなわち、CCRが解除された)変異株が分離されるはずである。 Therefore, the present inventor applied the wild-type E. coli MG1655 strain on an agar medium containing glucose, lactose, x-gal, and other appropriate nutrient sources, and induced mutations by irradiating ultraviolet rays, The color was determined. This should isolate mutants with CCR abnormalities (ie, CCR released).
次いで、任意の株でCCRを解除することができるように、分離した変異株の変異遺伝子の同定をすることとした。このためには、ショットガンクローニングを行う。この段階では、変異遺伝子が優性か劣性か判断できないので、野生株または変異株のゲノムを用いて作成したプラスミドゲノムライブラリ2種を、それぞれ変異株、野生株に導入し、青白選別を行う。この際、陽性クローンに混じって擬陽性クローンも多数分離されると思われるので、二次スクリーニングや塩基配列決定なども行い、変異遺伝子を同定する。変異遺伝子を同定できたならば次に、相同組換えによって人為的に変異遺伝子を野生株に導入する。この相同組換えによる変異株と、紫外線照射で分離した元の変異株とで糖消費速度などを比較し、同一の表現型を示すことを観察して、最終的な変異遺伝子の確認とする。 Subsequently, it was decided to identify the mutant gene of the isolated mutant so that CCR could be released in any strain. For this purpose, shotgun cloning is performed. At this stage, since it cannot be determined whether the mutated gene is dominant or recessive, two plasmid genome libraries prepared using the genome of the wild strain or the mutant strain are introduced into the mutant strain and the wild strain, respectively, and blue-white selection is performed. At this time, since many false positive clones are likely to be separated from the positive clones, secondary screening and base sequence determination are also performed to identify mutant genes. Once the mutant gene has been identified, the mutant gene is then artificially introduced into the wild type strain by homologous recombination. The mutant strain obtained by homologous recombination and the original mutant strain isolated by ultraviolet irradiation are compared in terms of sugar consumption rate, etc., and observed to show the same phenotype to confirm the final mutant gene.
さらに、上記の変異株を用いて、有用物質の実生産を行う。そのために、混合糖からイソブタノール(イソブチルアルコール)を生産し、野生型、DptsG株あるいはcrp*株よりも本発明の変異株の方がイソブタノールの生産性がよいことを実証する。なお、イソブタノールは近年、ガソリンあるいは軽油代替燃料として注目を浴びているアルコールの一種である。イソブタノール生産の方法は、現在知られている中で最も生産効率のよい、2ケト酸を経由する方法を用いる(Atsumi et al., Nature (2008) 451:86-89)。 Furthermore, actual production of useful substances is carried out using the above mutant strains. Therefore, isobutanol (isobutyl alcohol) is produced from the mixed sugar, and it is demonstrated that the mutant strain of the present invention has better isobutanol productivity than the wild type, DptsG strain or crp * strain. In addition, isobutanol is a kind of alcohol that has recently attracted attention as an alternative fuel for gasoline or light oil. The method of isobutanol production uses a method via 2-keto acid, which has the highest production efficiency among currently known methods (Atsumi et al., Nature (2008) 451: 86-89).
本発明者は、このように大腸菌において混合糖から有機物質を生産する方法を開発すべく鋭意検討を行い、本発明を完成させるに至った。 The present inventor has intensively studied to develop a method for producing an organic substance from a mixed sugar in E. coli, and has completed the present invention.
すなわち、本発明は以下の通りである。
[1] 遺伝子変異導入又は発現ベクターを使った過剰発現によって、Mlcタンパク質を過剰に発現することにより、炭素カタボライト抑制(CCR)が解除された大腸菌株。
[2] Mlcタンパク質を過剰に発現する遺伝子変異がmlcプロモーターにおける変異である、[1]の炭素カタボライト抑制(CCR)が解除された大腸菌株。
[3] mlcプロモーターにおける変異が、配列番号34に示すmlcプロモーターの塩基配列の31番目のcのtへの置換である、[1]又は[2]の炭素カタボライト抑制(CCR)が解除された大腸菌株。
[4] anmK、slyB、slyA、ydhI又はydhJ遺伝子の1つ、2つ、3つ、4つ又は5つの遺伝子の過剰発現によって、炭素カタボライト抑制(CCR)が解除された大腸菌株。
[5] さらに、有機物質の合成に関与する遺伝子が導入されている、[1]〜[4]のいずれかの大腸菌株。
[6] 外来のkivd遺伝子、Adh2遺伝子、alsS遺伝子、ilvC遺伝子及びilvD遺伝子が導入されている、[5]の大腸菌株。
[7] 大腸菌株にMlcタンパク質を過剰に発現する遺伝子変異を導入すること、又はMlcタンパク質を発現ベクターを使って過剰発現させることを含む、大腸菌株の炭素カタボライト抑制(CCR)を解除する方法。
[8] Mlcタンパク質を過剰に発現する遺伝子変異がmlcプロモーターにおける変異である、[7]の方法。
[9] mlcプロモーターにおける変異が、配列番号34に示すmlcプロモーターの塩基配列の31番目のcのtへの置換である、[7]又は[8]の方法。
[10] anmK、slyB、slyA、ydhI又はydhJ遺伝子の1つ、2つ、3つ、4つ又は5つの遺伝子を過剰発現させることを含む、大腸菌株の炭素カタボライト抑制(CCR)を解除する方法。
[11] [1]〜[4]のいずれかの炭素カタボライト抑制(CCR)が解除された大腸菌株を、ブドウ糖とブドウ糖以外の他の糖を含む混合糖の存在下で培養し、ブドウ糖とブドウ糖以外の他の糖を原料に有機物質を生産する方法。
[12] [1]〜[4]のいずれかの炭素カタボライト抑制(CCR)が解除された大腸菌株であって、さらに有機物質の合成に関与する遺伝子が導入された大腸菌株を、ブドウ糖とブドウ糖以外の他の糖を含む混合糖の存在下で培養し、ブドウ糖とブドウ糖以外の他の糖を原料に前記有機物質を生産する方法。
[13] 有機物質がアルコール又は有機酸である、[12]の方法。
[14] 有機物質がイソブチルアルコールであり、混合糖がブドウ糖及びキシロースを含む、[12]又は[13]の方法。
[15] 大腸菌株に、外来のkivd遺伝子、Adh2遺伝子、alsS遺伝子、ilvC遺伝子及びilvD遺伝子が導入された、[14]の方法。
That is, the present invention is as follows.
[1] An Escherichia coli strain in which carbon catabolite repression (CCR) is released by overexpression of Mlc protein by gene mutation introduction or overexpression using an expression vector.
[2] An E. coli strain in which carbon catabolite repression (CCR) in [1] is released, wherein the gene mutation that overexpresses Mlc protein is a mutation in the mlc promoter.
[3] The carbon catabolite repression (CCR) in [1] or [2], in which the mutation in the mlc promoter is a substitution of the 31st c to t in the base sequence of the mlc promoter shown in SEQ ID NO: 34 has been released E. coli strain.
[4] An Escherichia coli strain in which carbon catabolite repression (CCR) is released by overexpression of one, two, three, four or five genes of anmK, slyB, slyA, ydhI or ydhJ.
[5] The E. coli strain according to any one of [1] to [4], wherein a gene involved in the synthesis of an organic substance is further introduced.
[6] The Escherichia coli strain according to [5], wherein an exogenous kivd gene, Adh2 gene, alsS gene, ilvC gene and ilvD gene are introduced.
[7] A method for releasing carbon catabolite repression (CCR) of an E. coli strain, which comprises introducing a gene mutation that overexpresses the Mlc protein into an E. coli strain, or overexpressing the Mlc protein using an expression vector.
[8] The method according to [7], wherein the gene mutation that overexpresses Mlc protein is a mutation in the mlc promoter.
[9] The method according to [7] or [8], wherein the mutation in the mlc promoter is substitution of the 31st c in the mlc promoter nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 34 with t.
[10] A method for releasing carbon catabolite repression (CCR) of an Escherichia coli strain, comprising overexpressing one, two, three, four or five genes of anmK, slyB, slyA, ydhI or ydhJ .
[11] The E. coli strain from which carbon catabolite repression (CCR) has been released in any one of [1] to [4] is cultured in the presence of a mixed sugar containing glucose and other sugars other than glucose. A method of producing organic substances using other sugars as raw materials.
[12] An E. coli strain from which carbon catabolite repression (CCR) of any one of [1] to [4] is released, and further introduced with an E. coli strain into which a gene involved in the synthesis of an organic substance has been introduced. A method of culturing in the presence of a mixed sugar containing other sugars other than glucose and producing the organic substance from glucose and other sugars other than glucose.
[13] The method according to [12], wherein the organic substance is an alcohol or an organic acid.
[14] The method according to [12] or [13], wherein the organic substance is isobutyl alcohol, and the mixed sugar contains glucose and xylose.
[15] The method according to [14], wherein an exogenous kivd gene, Adh2 gene, alsS gene, ilvC gene and ilvD gene are introduced into an E. coli strain.
実施例に示すように、混合糖を原料として大腸菌で物質生産をする場合、野生型株を用いるよりも、CCRの解除された株を用いるほうが生産性が高いことがわかる。CCRの解除された株の中でも、mlc*によるものが有利な場合もある。mlc*あるいは、mlc遺伝子の過剰発現によってCCRが解除され、ブドウ糖とそれ以外の糖を同時に消費するようになる、という報告はこれまでになく、新規性がある。また、mlc*あるいは、mlc遺伝子を過剰発現した株を用いて有機物質の生産を行った例もない。 As shown in the Examples, it can be seen that when a substance is produced in Escherichia coli using a mixed sugar as a raw material, it is more productive to use a CCR-released strain than to use a wild type strain. Among the CCR-released strains, those with mlc * may be advantageous. It has never been reported that mlc * or mlc gene overexpression releases CCR and consumes glucose and other sugars simultaneously. In addition, there is no example of producing organic substances using mlc * or a strain overexpressing the mlc gene.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明は大腸菌(E.coli)において混合糖から有機物質を生産する方法であって、炭素カタボライト抑制(CCR:carbon catabolite repression)が解除された変異体を用いて有機物質を製造する方法である。CCRは、培地中にブドウ糖などの優先的に代謝される炭素源があるとそれを消費するまで、それ以外の炭素源の分解系の遺伝子発現を抑制する機構である。自然界においては炭素源をより効率的に利用できるという利点があるが、微生物を用いて有用物質を生産しようとする場合には、ブドウ糖以外の糖を利用できなくなるという欠点を有する。本発明においては、大腸菌のCCRを解除することにより、ブドウ糖と他の糖が共存する混合糖を用いる培養条件下において、優先的に代謝される糖と該等以外の糖、例えば、ブドウ糖とブドウ糖以外の糖を同時に利用し、有用物質の生産が可能となる。ここで、CCRの解除とは、CCRの不全あるいはCCRの異常ともいい、大腸菌において、ブドウ糖等のCCRを誘導する糖と他の糖が混合された条件下で培養した場合に、ブドウ糖以外の糖の代謝の抑制が解除され、ブドウ糖だけでなく、ブドウ糖以外の他の糖も同時に代謝され、大腸菌体における有機物質の合成に利用し得るようになることをいう。 The present invention is a method for producing an organic substance from a mixed sugar in E. coli, and a method for producing an organic substance using a mutant from which carbon catabolite repression (CCR) is released. . CCR is a mechanism that suppresses gene expression in the degradation system of other carbon sources until there is a preferentially metabolized carbon source such as glucose in the medium until it is consumed. In nature, there is an advantage that a carbon source can be used more efficiently, but there is a disadvantage that sugars other than glucose cannot be used when producing useful substances using microorganisms. In the present invention, a sugar that is preferentially metabolized under a culture condition using a mixed sugar in which glucose and other sugars coexist by releasing CCR of Escherichia coli, and other sugars such as glucose and glucose. Use of other sugars simultaneously makes it possible to produce useful substances. Here, the release of CCR is also referred to as CCR insufficiency or CCR abnormality. In E. coli, sugars other than glucose are used when cultured under conditions where sugars such as glucose and other sugars are mixed with other sugars. This means that not only glucose but also other sugars are simultaneously metabolized and can be used for the synthesis of organic substances in the Escherichia coli body.
本発明において、CCRの解除は、例えばMlc(making large colonies)タンパク質の過剰発現により行うことができる。Mlcタンパク質は、炭化水素代謝の調節因子として、いくつかの遺伝子やオペロンの発現を調節することが知られている44kDaのDNA結合タンパク質である(Hosono, K., et al., Biosci, Biotechnol. Biochem., 59, 256-261 (1995))。一例として、ptsG遺伝子の発現はMlcタンパク質によって負に制御されていることが知られている(Plumbridge, J. Curr. Opin. Microbiol. 5:187-193(2002))。Mlcタンパク質の過剰発現は、PtsGタンパク質の不足を引き起こし、CCRが解除される。 In the present invention, CCR can be released by, for example, overexpression of Mlc (making large colonies) protein. Mlc protein is a 44 kDa DNA-binding protein known to regulate the expression of several genes and operons as a regulator of hydrocarbon metabolism (Hosono, K., et al., Biosci, Biotechnol. Biochem., 59, 256-261 (1995)). As an example, it is known that the expression of the ptsG gene is negatively regulated by Mlc protein (Plumbridge, J. Curr. Opin. Microbiol. 5: 187-193 (2002)). Overexpression of Mlc protein causes PtsG protein deficiency and CCR is released.
Mlcタンパク質の過剰発現は、例えば、mlc遺伝子が導入されMlcを発現し得るベクターを大腸菌に導入することにより行うことができる。また、mlcプロモーターDNAの塩基配列にmlcプロモーターが高活性型になるような変異を入れてもよい。このような変異として、例えば、mlcプロモーターの-10配列のcaccatからtattatへの変異が挙げられる。該変異は配列番号34に示すmlcプロモーター配列の第31番目のcのtへの置換である。 Overexpression of Mlc protein can be performed, for example, by introducing into Escherichia coli a vector into which mlc gene has been introduced and Mlc can be expressed. Further, a mutation that makes the mlc promoter highly active may be introduced into the base sequence of the mlc promoter DNA. As such a mutation, for example, a mutation from caccat to tattat of the -10 sequence of the mlc promoter can be mentioned. This mutation is a substitution of the 31st c in the mlc promoter sequence shown in SEQ ID NO: 34 to t.
さらに、anmK、slyB、slyA、ydhI又はydhJ遺伝子の1つ、2つ、3つ、4つ又は5つの遺伝子の過剰発現によっても部分的な又は完全なCCRの解除を行うことができる。ここで、部分的な解除とは、不完全なCCRの解除をいう。ただし、このようなCCRの解除であっても、優先的に代謝される糖とそれ以外の糖を同時に利用することが可能になるので、有用である。本発明において、CCRの解除とは完全な解除だけでなく、部分的な解除も含む。上記5つの遺伝子のうち、特にslyA遺伝子の過剰発現が好ましい。これらの遺伝子の過剰発現は、これらの遺伝子が導入されこれらの遺伝子を発現し得るベクターを大腸菌に導入することにより行うことができる。 Furthermore, partial or complete CCR release can also be achieved by overexpression of one, two, three, four or five genes of anmK, slyB, slyA, ydhI or ydhJ. Here, partial release means incomplete CCR release. However, even such cancellation of CCR is useful because it is possible to simultaneously use sugars that are preferentially metabolized and other sugars. In the present invention, CCR cancellation includes not only complete cancellation but also partial cancellation. Of the above five genes, overexpression of the slyA gene is particularly preferable. Overexpression of these genes can be performed by introducing a vector into which these genes are introduced and capable of expressing these genes into E. coli.
mlcプロモーターの塩基配列の変異がMlcタンパク質の過剰発現を引き起こし、CCRを解除するかどうかは、大腸菌のmlcプロモーターをUV照射等の物理的変異処理、ニトロソグアニジン等を用いた化学的変異処理を行い、人為的に変異を誘発し、該変異体について、ブドウ糖及びラクトースが共存する培地で培養した場合にlacZ遺伝子が発現するかどうかを調べればよい。さらに、mlc遺伝子の過剰発現又はanmK、slyB、slyA、ydhI又はydhJ遺伝子の過剰発現がCCRを解除するかどうかも同様の方法によりlacZ遺伝子の発現を調べればよい。CCRが正常な大腸菌においては、lacZ遺伝子は発現せず、一方、CCRが解除された大腸菌においては、lacZ遺伝子が発現する。lacZ遺伝子の発現は、ブドウ糖及びラクトースが共存する培地にさらに5-クロロ-4-ブロモ-3-インドリル-β-D-ガラクトース(x-gal)を添加し青白選別を行えばよい。CCRが解除された大腸菌においては、グルコースとラクトースの共存下でもlacZ遺伝子が発現し、lacZ遺伝子の発現産物であるβガラクトシダーゼが産生され、βガラクトシダーゼがx-galを分解し、コロニーが青色を呈する。従って、青色コロニーからCCRが解除された大腸菌を単離することができる。 Whether the mutation in the base sequence of the mlc promoter causes overexpression of the Mlc protein and cancels CCR, the Escherichia coli mlc promoter is subjected to physical mutagenesis such as UV irradiation and chemical mutagenesis using nitrosoguanidine. It is sufficient to artificially induce a mutation and examine whether the lacZ gene is expressed when the mutant is cultured in a medium in which glucose and lactose coexist. Furthermore, the expression of the lacZ gene may be examined by the same method to determine whether overexpression of the mlc gene or overexpression of the anmK, slyB, slyA, ydhI, or ydhJ gene releases CCR. In E. coli with normal CCR, the lacZ gene is not expressed, whereas in E. coli with CCR released, the lacZ gene is expressed. The expression of the lacZ gene may be performed by adding 5-chloro-4-bromo-3-indolyl-β-D-galactose (x-gal) to a medium in which glucose and lactose coexist, and performing blue-white selection. In Escherichia coli with CCR released, the lacZ gene is expressed even in the presence of glucose and lactose, β-galactosidase, which is the expression product of the lacZ gene, is produced, β-galactosidase degrades x-gal, and the colony is blue . Therefore, E. coli from which CCR is released can be isolated from the blue colonies.
このようにして、Mlcタンパク質の過剰発現を引き起こす変異を同定したならば、大腸菌のmlcプロモーターに該変異を導入することにより、大腸菌のCCRを解除することができる。また、部位特定的変異法や相同組換えにより特定の部位に変異を導入することもできる。このように特定の部位に変異を導入した大腸菌についても、上記の青白選別を行えばよい。 Thus, if a mutation causing overexpression of the Mlc protein is identified, the CCR of E. coli can be released by introducing the mutation into the mlc promoter of E. coli. In addition, mutation can be introduced into a specific site by site-specific mutagenesis or homologous recombination. As described above, E. coli having a mutation introduced at a specific site may be subjected to the above-described blue-white selection.
Mlcタンパク質の過剰発現を引き起こす、mlcプロモーターの変異を同定したら、該変異を大腸菌のmlcプロモーターに導入すればよい。大腸菌におけるmlcプロモーターの変異の導入の方法は、限定されないが、例えば部位特異的突然変異や相同組換えにより行うことができる。 Once a mutation in the mlc promoter that causes overexpression of the Mlc protein is identified, the mutation may be introduced into the mlc promoter of E. coli. The method for introducing the mutation of the mlc promoter in E. coli is not limited, but can be carried out by, for example, site-directed mutagenesis or homologous recombination.
本発明はMlcタンパク質を過剰に発現する遺伝子変異が導入され、CCRが解除された大腸菌変異株を包含する。また、発現ベクター等を用いて、野生型のMlcタンパク質を過剰に発現させた株も包含する。 The present invention includes an E. coli mutant strain into which a gene mutation that excessively expresses Mlc protein is introduced and CCR is released. In addition, a strain in which wild-type Mlc protein is excessively expressed using an expression vector or the like is also included.
CCRが解除された大腸菌を用いることにより、ブドウ糖と他の糖を含む混合糖を用いて有用な有機物質を生産することができる。ここで、CCRを解除した上で有機物質の生産に用いる大腸菌株としては、大腸菌(E.coli)に属しているあらゆる大腸菌が含まれる。例えば、大腸菌K-12株、B株、W株やそれらの変体が挙げられ、変異体としてはMG1655株(ATCC(American Type Culture Collection)47076)、W3110株(ATCC27325)等が挙げられる。これらの大腸菌に上記のMlcタンパク質を過剰生産する変異を導入すればよい。CCRが解除された大腸菌は元々有している有機物質の生産系により混合糖を原料として有機物質を産生することができる。また、CCRを解除した大腸菌に有機物質の合成に関与する遺伝子を導入して形質転換大腸菌を作製し有機物質の生産に用いることもできる。さらに、有機物質の合成に関与する遺伝子が導入された形質転換大腸菌株のCCRを解除して、該大腸菌を有機物質の生産に用いることもできる。有機物質の合成に関与する遺伝子が導入された大腸菌株として、例えば、エタノールを生産し得るKO11株(ATCC55124)等が挙げられる。 By using E. coli from which CCR is released, a useful organic substance can be produced using a mixed sugar containing glucose and other sugars. Here, Escherichia coli strains used for production of organic substances after releasing CCR include all E. coli belonging to E. coli. For example, Escherichia coli K-12 strain, B strain, W strain and variants thereof can be mentioned. Examples of the mutant include MG1655 strain (ATCC (American Type Culture Collection) 47076), W3110 strain (ATCC27325) and the like. A mutation that overproduces the above Mlc protein may be introduced into these E. coli cells. Escherichia coli from which CCR is released can produce organic substances using mixed sugar as a raw material by the organic substance production system that it originally has. In addition, a transformed E. coli can be produced by introducing a gene involved in the synthesis of an organic substance into E. coli from which CCR has been released and used for the production of the organic substance. Furthermore, CCR of a transformed E. coli strain into which a gene involved in the synthesis of an organic substance has been introduced can be released and the E. coli can be used for the production of the organic substance. Examples of E. coli strains into which genes involved in the synthesis of organic substances have been introduced include KO11 strain (ATCC55124) that can produce ethanol.
また、アルコール生産を目的とする場合、大腸菌のアルコール耐性を向上させてもよい。例えば、アルコールを含有する培地中で培養を行うか、あるいは紫外線の照射や化学的変異原処理によりランダム変異を誘発することにより、アルコール耐性株を得ることができる。 Moreover, when aiming at alcohol production, you may improve the alcohol tolerance of colon_bacillus | E._coli. For example, an alcohol-resistant strain can be obtained by culturing in a medium containing alcohol, or by inducing random mutation by ultraviolet irradiation or chemical mutagen treatment.
さらに、本発明の方法で生産しようとする有機物質の中間体からの代謝産物であって、目的の有機物質ではない有機物質を合成する経路を遮断してもよい。遮断は合成経路を遮断しようとする有機物質の合成に関連する酵素をコードする遺伝子をノックアウトすればよい。ノックアウトは例えば相同組換えにより行うことができる。例えば、アルコールを生産する場合、乳酸合成経路やコハク酸合成経路を遮断すればよい。 Furthermore, a pathway for synthesizing an organic substance that is a metabolite from an intermediate of an organic substance to be produced by the method of the present invention and is not the target organic substance may be blocked. Blocking may be achieved by knocking out a gene encoding an enzyme related to the synthesis of an organic substance that attempts to block the synthetic pathway. Knockout can be performed, for example, by homologous recombination. For example, when alcohol is produced, the lactic acid synthesis pathway or succinic acid synthesis pathway may be blocked.
有機物質を生産し得る形質転換大腸菌株は、上記の有機物質の合成に関与する酵素をコードする遺伝子を発現ベクターに挿入し、該発現ベクターを用いて大腸菌を形質転換することにより作製できる。用いる発現ベクターには、プロモーター、上記酵素をコードする遺伝子のほか、ターミネーター、所望によりエンハンサーなどのシスエレメント、イントロンの5’末端側に存在するスプライス供与部位及びイントロンの3’末端側に存在するスプライス受容部位からなるスプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)などを含有するものを作動可能に連結して用いればよい。なお、選択マーカーとしては、例えばジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。発現ベクターに酵素をコードする遺伝子を挿入するには、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入して発現ベクターに連結する方法などを用いればよい。また、1つの発現ベクターに2種類の酵素をコードする遺伝子を同時に挿入して、共発現させる場合、複数のマルチクローニングサイトを含む発現ベクターを用いてもよい。 A transformed Escherichia coli strain capable of producing an organic substance can be prepared by inserting a gene encoding an enzyme involved in the synthesis of the organic substance into an expression vector and transforming Escherichia coli using the expression vector. The expression vector to be used includes a promoter, a gene encoding the above enzyme, a terminator, a cis element such as an enhancer, if necessary, a splice donor site present at the 5 ′ end of the intron, and a splice present at the 3 ′ end of the intron. What contains a splicing signal consisting of a receptor site, a poly A addition signal, a selection marker, a ribosome binding sequence (SD sequence) and the like may be operably linked. Examples of the selection marker include dihydrofolate reductase gene, ampicillin resistance gene, neomycin resistance gene and the like. To insert an enzyme-encoding gene into an expression vector, first, the purified DNA is cleaved with an appropriate restriction enzyme, inserted into an appropriate vector DNA restriction enzyme site or multiple cloning site, and ligated to the expression vector. A method or the like may be used. In the case where genes encoding two kinds of enzymes are simultaneously inserted into one expression vector for co-expression, an expression vector containing a plurality of multiple cloning sites may be used.
大腸菌への組換えベクターの導入方法は、限定されず、例えばカルシウムイオンを用いる方法[Cohen, S.N.et al.:Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69:2110(1972)]、エレクトロポレーション法等が挙げられる。用いるベクターも限定されず、例えば、プラスミドDNA、ファージDNA等の公知の大腸菌用の発現ベクターを利用することができる。複数の遺伝子を別々のベクターに挿入して、大腸菌に導入してもよいし、複数の遺伝子を1つのベクターに挿入して、大腸菌に導入してもよい。 The method for introducing the recombinant vector into E. coli is not limited. For example, a method using calcium ions [Cohen, SNet al .: Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69: 2110 (1972)], electroporation For example. The vector to be used is not limited. For example, a known expression vector for Escherichia coli such as plasmid DNA or phage DNA can be used. Multiple genes may be inserted into separate vectors and introduced into E. coli, or multiple genes may be inserted into one vector and introduced into E. coli.
大腸菌を用いて有機物質を生産するときに原料として用いる混合糖としては、ブドウ糖に加え、5炭糖であるアラビノース、キシロース、6炭糖であるリボース、ガラクトース、マンノース等の単糖;ラクトース、マルハトース、スクロース等の二糖;各種オリゴ糖の少なくとも1つを含む糖が挙げられる。単糖はそのまま、二糖やオリゴ糖は大腸菌体内で単糖になり、代謝され、他の有機物質が合成される。好ましくは、ブドウ糖とキシロース及び/又はアラビノースを同時に用いる。また、バイオマス由来の糖混合物も用いることができる。バイオマス由来の糖混合物とは、植物や動物から得られる糖であり、グルコースを含む種々の糖が含まれる。バイオマス由来の糖は大量に安価で入手できるので、本発明のCCRが解除された大腸菌を用いて有機物質を生産するときの原料として好適に用いることができる。植物や動物としては、トウモロコシ、サトウキビ、小麦等が挙げられ、植物の根、茎、幹、枝、葉、花、種子等から得ることができる。また、木材チップやパルプを含む木質系バイオマスも利用することができる。植物由来のバイオマスには、セルロースやヘミセルロース等の多糖も含まれるが、これらの多糖はアルカリや酸により分解し、あるいは酵素的に又は微生物的に分解して、大腸菌が有機物質の生産に利用できる糖の含有量を高めればよい。 Mixed sugars used as raw materials when producing organic substances using E. coli include monosaccharides such as arabinose, xylose, hexose, ribose, galactose, mannose, etc. in addition to glucose; lactose, malhatose And disaccharides such as sucrose; sugars containing at least one of various oligosaccharides. Monosaccharides remain as they are, disaccharides and oligosaccharides become monosaccharides in the body of E. coli, metabolized, and other organic substances are synthesized. Preferably, glucose and xylose and / or arabinose are used simultaneously. Biomass-derived sugar mixtures can also be used. The biomass-derived sugar mixture is sugar obtained from plants and animals, and includes various sugars including glucose. Since sugar derived from biomass can be obtained in large quantities at low cost, it can be suitably used as a raw material for producing an organic substance using E. coli having the CCR released of the present invention. Examples of plants and animals include corn, sugar cane, wheat and the like, which can be obtained from plant roots, stems, trunks, branches, leaves, flowers, seeds and the like. Also, woody biomass including wood chips and pulp can be used. Plant-derived biomass includes polysaccharides such as cellulose and hemicellulose, but these polysaccharides can be decomposed by alkali or acid, or enzymatically or microbially decomposed so that E. coli can be used for the production of organic substances. What is necessary is just to raise content of sugar.
本発明の方法により生産される有機物質の種類は限定されないが、天然の大腸菌株が元々生産する能力のある有機物質に限らず、遺伝子組換え技術や菌の育種などによって新たに生産するようになった有機物質も含まれる。有機物質としては、アルコール、有機酸、タンパク質、アミノ酸等が挙げられる。アルコールとしては、エタノール、1-ブタノール、イソブタノール(イソブチルアルコールともいう)、2-メチル-1-ブタノール、3-メチル-1-ブタノール、プロパノール、イソプロパノール等が挙げられる。有機酸としては乳酸、コハク酸、酪酸、プロピオン酸、酢酸等が挙げられる。 The type of organic substance produced by the method of the present invention is not limited, but it is not limited to organic substances originally produced by natural E. coli strains, but may be newly produced by genetic recombination techniques or fungal breeding. Also included are organic substances. Examples of organic substances include alcohols, organic acids, proteins, amino acids and the like. Examples of the alcohol include ethanol, 1-butanol, isobutanol (also referred to as isobutyl alcohol), 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, propanol, isopropanol and the like. Examples of the organic acid include lactic acid, succinic acid, butyric acid, propionic acid, and acetic acid.
大腸菌株に目的の有機物質の生産に関与する遺伝子を導入する場合、上記のアルコールや有機酸等の生体内における代謝経路及び合成に関与する遺伝子は公知であり、当業者ならば、適切な外来の遺伝子を大腸菌に導入することにより、大腸菌に有機物質合成系を導入することができる。また、導入する遺伝子は好ましくは大腸菌での発現用にコドンを最適化する。例えば、エタノールを生産する場合、ピルベート脱水素酵素(PDC)及びアルコール脱水素酵素(ADH)をコードする遺伝子を大腸菌に導入すればよい。また、イソブタノールを生産する場合、分枝α-ケト酸脱炭酸酵素(KIVD)、アルコール脱水素酵素(ADH2)、アセト乳酸シンターゼ(ALSS)、ケトール酸レダクトイソメラーゼ(ILVC)、ジヒドロキシ酸デヒドラターゼ(ILVD)をコードする遺伝子を導入すればよい。この場合、2ケト酸を経由して効率的にイソブタノールを生産することができる。 When introducing a gene involved in the production of a desired organic substance into an Escherichia coli strain, the above-mentioned genes involved in metabolic pathways and synthesis in vivo such as alcohols and organic acids are known, and those skilled in the art can use appropriate foreign By introducing this gene into E. coli, an organic substance synthesis system can be introduced into E. coli. Moreover, the gene to be introduced is preferably codon optimized for expression in E. coli. For example, when ethanol is produced, genes encoding pyruvate dehydrogenase (PDC) and alcohol dehydrogenase (ADH) may be introduced into E. coli. When producing isobutanol, branched α-keto acid decarboxylase (KIVD), alcohol dehydrogenase (ADH2), acetolactate synthase (ALSS), ketolate reductoisomerase (ILVC), dihydroxy acid dehydratase ( A gene encoding ILVD) may be introduced. In this case, isobutanol can be efficiently produced via 2-keto acid.
CCRが解除された大腸菌を上記混合糖を含む培地で培養することにより、混合糖に含まれる複数種の糖を同時に代謝して、有用物質を効率的に生産することができる。 By culturing Escherichia coli from which CCR has been released in a medium containing the above mixed sugar, a plurality of types of sugars contained in the mixed sugar can be simultaneously metabolized to effectively produce useful substances.
上記のようにして得られたCCRが解除された大腸菌又はCCRが解除されさらに有機物質合成系を導入した大腸菌を混合糖を添加した培地で培養することにより有機物質を生産することができる。 An organic substance can be produced by culturing E. coli obtained by the above-described release of CCR or E. coli introduced with an organic substance synthesis system after the release of CCR in a medium supplemented with mixed sugar.
大腸菌の培養は公知の方法に従い行うことができる。例えば、培養液として、DMEM、MEM、RPMI1640、IMDM等を使用することができ、牛胎児血清(FCS)等の血清補液やその他野サプリメント試薬等を添加して用いればよい。さらに、形質転換した大腸菌を固定化して、有機物質を生産することもできる。固定化は、包括法、架橋法、担体結合法等により行うことができ、固定化に用いられる固定化担体としては、ガラスビーズ、シリカゲル、ポリウレタン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、カラギーナン、アルギン酸、寒天、ゼラチン等がある。 E. coli can be cultured according to a known method. For example, DMEM, MEM, RPMI1640, IMDM, or the like can be used as a culture solution, and a serum supplement such as fetal calf serum (FCS), other field supplement reagents, or the like may be added. Furthermore, the transformed E. coli can be immobilized to produce organic substances. The immobilization can be carried out by a comprehensive method, a crosslinking method, a carrier binding method, etc., and as the immobilization carrier used for immobilization, glass beads, silica gel, polyurethane, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, carrageenan, alginic acid, agar, There are gelatin and the like.
有機物質が大腸菌菌体外に生成、蓄積した場合には、培養終了後、培養物から菌体などの沈殿物を除去し、公知の方法を単独で又は組合わせて、培養物から有機物質を単離、精製することができる。また、有機物質が大腸菌菌体内に生成、蓄積される場合には、培養終了後、培養物から菌体を回収した後、機械的または化学的方法等の適切な方法で菌体を破砕し、該菌体破砕物から、公知の方法を単独で又は組合わせて有機物質を単離、精製することができる。有機物質がアルコールである場合、例えば蒸留により回収することができる。 When organic substances are generated and accumulated outside the Escherichia coli cells, after completion of the culture, precipitates such as the cells are removed from the culture, and the organic substances are removed from the culture by a known method alone or in combination. It can be isolated and purified. In addition, when organic substances are produced and accumulated in E. coli cells, after culturing, after collecting the cells from the culture, the cells are disrupted by an appropriate method such as a mechanical or chemical method, An organic substance can be isolated and purified from the crushed cells by known methods alone or in combination. When the organic substance is alcohol, it can be recovered, for example, by distillation.
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例にその技術的範囲が限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to these examples.
〔実施例1〕
実験手法
以下に記載の実施例において、大腸菌の培養、遺伝子組換え操作、タンパク質の活性測定等は、本発明者らの論文および特許(Nakashima and Tamura, Biotechnol. Bioeng. (2004) 86:136-148、Nakashima and Tamura, Appl. Environ. Microbiol. (2004) 70:5557-5568、Nakashima et al., Nucleic Acids Res. (2006)34:e138、Nakashima and Tamura, Nucleic Acids Res. (2009) 37:e103、特許第3793812号、特許3944577号)に基づいて行った。特に断りがない限り、大腸菌の培養はLB(1% Difco Bacto Tryptone、0.5% Difco Yeast Extract、1%塩化ナトリウム)を用いて37℃で行った。寒天培地による培養の場合、寒天濃度は1.7%で、9 cm直径のプラスチックシャーレに入れたものを使った。また、プラスミドを含む大腸菌を培養する場合は対応する抗生物質を加えて行った。抗生物質の終濃度は、アンピシリン:50μg/mL、クロラムフェニコール:24μg/mL(原液は100%エタノールを溶媒として34 mg/mLの濃度で作成)、カナマイシン:15μg/mL、アプラマイシン:35μg/mLである。LB以外の培地の組成は以下の通りである。M9YM:17 mg/mL Na2HPO4-12H2O, 3 mg/mL KH2PO4, 0.5 mg/mL NaCl, 1 mg/mL NH4Cl, 2 mM MgSO4, 0.1 mM CaCl2, 0.25% Difco Yeast Extract, 50 mM MOPS buffer (pH 7.0)、M9Y:17 mg/mL Na2HPO4-12H2O, 3 mg/mL KH2PO4, 0.5 mg/mL NaCl, 1 mg/mL NH4Cl, 2 mM MgSO4, 0.1 mM CaCl2, 0.5% Difco Yeast Extract。用いた菌株の一覧を表1に示す。
[Example 1]
Experimental Method In the examples described below, the cultivation of E. coli, gene recombination, protein activity measurement, etc., were conducted according to the papers and patents of the present inventors (Nakashima and Tamura, Biotechnol. Bioeng. (2004) 86: 136- 148, Nakashima and Tamura, Appl. Environ. Microbiol. (2004) 70: 5557-5568, Nakashima et al., Nucleic Acids Res. (2006) 34: e138, Nakashima and Tamura, Nucleic Acids Res. (2009) 37: e103, Japanese Patent No. 3793812, Japanese Patent No. 3944577). Unless otherwise specified, E. coli was cultured at 37 ° C. using LB (1% Difco Bacto Tryptone, 0.5% Difco Yeast Extract, 1% sodium chloride). In the case of culturing on an agar medium, the agar concentration was 1.7%, and the one in a 9 cm diameter plastic dish was used. In addition, when culturing Escherichia coli containing a plasmid, the corresponding antibiotic was added. The final concentrations of antibiotics are ampicillin: 50 μg / mL, chloramphenicol: 24 μg / mL (stock solution made at a concentration of 34 mg / mL with 100% ethanol as solvent), kanamycin: 15 μg / mL, apramycin: 35 μg / mL. The composition of the medium other than LB is as follows. M9YM: 17 mg / mL Na 2 HPO 4 -12H 2 O, 3 mg / mL KH 2 PO 4 , 0.5 mg / mL NaCl, 1 mg / mL NH 4 Cl, 2 mM MgSO 4 , 0.1 mM CaCl 2 , 0.25% Difco Yeast Extract, 50 mM MOPS buffer (pH 7.0), M9Y: 17 mg / mL Na 2 HPO 4 -12H 2 O, 3 mg / mL KH 2 PO 4 , 0.5 mg / mL NaCl, 1 mg / mL NH 4 Cl , 2 mM MgSO 4 , 0.1 mM CaCl 2 , 0.5% Difco Yeast Extract. A list of strains used is shown in Table 1.
〔実施例2〕
CCRが解除された変異株の分離
野生型大腸菌、MG1655株を一晩培養した。これを新鮮なLBで5000倍に希釈して、うち20μLを10 g/Lブドウ糖、8 g/Lラクトース、0.125 mg/mL x-galを含むLB寒天培地50枚に塗布した。直後に、XL-1000 UV crosslinker(Spectronics社製)を用いて、10-12 mJ/cm2の紫外線を照射した。これらを一晩培養したところ、計約30000個のコロニーが出現し、うち1コロニーのみが青色を呈していた。この変異株をgen株(glucose effect not observed)と暫定的に名付けた。
[Example 2]
Isolation of CCR-cancelled mutant strain Wild-type Escherichia coli, MG1655 strain was cultured overnight. This was diluted 5000 times with fresh LB, and 20 μL was applied to 50 LB agar media containing 10 g / L glucose, 8 g / L lactose, and 0.125 mg / mL x-gal. Immediately afterwards, ultraviolet rays of 10-12 mJ / cm 2 were irradiated using XL-1000 UV crosslinker (Spectronics). When these were cultured overnight, a total of about 30,000 colonies appeared, of which only one colony was blue. This mutant strain was provisionally named gen strain (glucose effect not observed).
次いで、二次スクリーニングとして以下の実験を行った。野生株とgen株をそれぞれ10 g/Lブドウ糖あるいは、10 g/Lブドウ糖と8 g/Lラクトースあるいは、8 g/Lラクトースを含む4 mLの液体培地で中期対数増殖期まで培養し、菌体を遠心分離機によって回収した。菌体を500μLのPBS(0.14 M NaCl、2.7 mM KCl、10.1 mM Na2HPO4、1.8 mM KH2PO4)に懸濁し、そこに直径 0.1 mmのガラスビーズ(安井機械社製)0.1 gを混合した。これを安井機械社製ビーズショッカーにかけ、菌体を破砕した後、20000×g、4℃、15分遠心することで上清を得た。これが粗タンパク質液となる。粗タンパク質液を用いて、βガラクトシダーゼの活性を測定したところ(Nakashima et al., Nucleic Acids Res. (2006)34:e138)、野生株では、含ラクトース培地の時のみ活性が認められたのに対して、gen株では、含ブドウ糖ラクトース培地と含ラクトース培地の時にほぼ同程度の活性が認められた。なお、gen株であっても、含ブドウ糖培地では活性が認められなかった。この結果から、gen株は予想通り、CCRが解除された変異体である可能性が示唆された。 Next, the following experiment was performed as a secondary screening. Wild strains and gen strains are cultured in a 4 mL liquid medium containing 10 g / L glucose or 10 g / L glucose and 8 g / L lactose or 8 g / L lactose until the mid-logarithmic growth phase. Was collected by a centrifuge. The cells are suspended in 500 μL of PBS (0.14 M NaCl, 2.7 mM KCl, 10.1 mM Na 2 HPO 4 , 1.8 mM KH 2 PO 4 ), and 0.1 g of glass beads with a diameter of 0.1 mm (manufactured by Yasui Kikai Co., Ltd.) are added thereto. Mixed. This was subjected to a bead shocker manufactured by Yasui Machinery Co., Ltd., and the cells were crushed, and then centrifuged at 20000 × g, 4 ° C. for 15 minutes to obtain a supernatant. This becomes a crude protein solution. When the activity of β-galactosidase was measured using the crude protein solution (Nakashima et al., Nucleic Acids Res. (2006) 34: e138), the wild type showed activity only in the lactose-containing medium. On the other hand, in the gen strain, almost the same activity was observed in the glucose-containing lactose medium and the lactose-containing medium. Even in the case of the gen strain, no activity was observed in the glucose-containing medium. From this result, it was suggested that the gen strain may be a mutant with CCR released as expected.
さらに、gen株では、ラクトース以外の糖でも同様のCCR解除がみられるかを検討した。まず、プラスミドpHN171(Nakashima and Tamura, Biotechnol. Bioeng. (2004) 86:136-148)からレポーターとなるpip遺伝子(プロリンイミノペプチダーゼをコード)をNcoIとSpeIで切り出し、pHN540uベクター(Nakashima et al., Nucleic Acids Res. (2006)34:e138)の同部位にサブクローニングした。このプラスミドにpHN1325と名前をつけた。pHN1325では、L-アラビノース誘導性badプロモーター(Pbad)の下流にpip遺伝子が連結されている。Pbadからの転写は、L-アラビノースによって誘導されるが、L-アラビノースとブドウ糖が共存するときは転写はほとんど起こらない。すなわち、CCRが正常に働いている事を意味する。pHN1325を野生株とgen株にそれぞれ導入し、その形質転換体をそれぞれ10 g/Lブドウ糖あるいは、10 g/Lブドウ糖と8 g/L L-アラビノースあるいは、8 g/L L-アラビノースを含む4 mLの液体培地で培養した。培養した菌体から、粗タンパク質液をβガラクトシダーゼの時と同様に作成し、PIPの活性を測定した。測定は以下のように行なった。まず、2μLの粗タンパク質液と56 mLのPBSを混合したものを60℃で10分保持し、ここに2 mLの10 mM H-Pro-AMC(Bachem Holding AG製)を入れそのまま10分保持した。うち50μLを取り出し、そこに25μLの10%硫酸ドデシルナトリウム溶液を加え、混合後、黒色96穴プレート(Costar社製; product no.3915)に入れた。この蛍光をSafire reader(Tecan社製)で excitation, 380 nm; emission, 460 nm; excitation and emission bandwidths, 12 nm; gain, 80; number of flashes, 10; Z-position 11019 mm; and integration time, 500μsの設定で測定した。 Furthermore, in the gen strain, it was examined whether sugars other than lactose show similar CCR release. First, a pip gene (encoding proline iminopeptidase) serving as a reporter was excised from plasmid pHN171 (Nakashima and Tamura, Biotechnol. Bioeng. (2004) 86: 136-148) with NcoI and SpeI, and the pHN540u vector (Nakashima et al., (Nucleic Acids Res. (2006) 34: e138). This plasmid was named pHN1325. In pHN1325, the pip gene is linked downstream of the L-arabinose-inducible bad promoter (Pbad). Transcription from Pbad is induced by L-arabinose, but transcription hardly occurs when L-arabinose and glucose coexist. In other words, it means that CCR is working normally. pHN1325 was introduced into wild and gen strains respectively, and transformants containing 10 g / L glucose or 10 g / L glucose and 8 g / L L-arabinose or 8 g / L L-arabinose, respectively. Cultured in mL liquid medium. From the cultured cells, a crude protein solution was prepared in the same manner as for β-galactosidase, and the activity of PIP was measured. The measurement was performed as follows. First, a mixture of 2 μL of crude protein solution and 56 mL of PBS was held at 60 ° C. for 10 minutes, and then 2 mL of 10 mM H-Pro-AMC (manufactured by Bachem Holding AG) was added and held there for 10 minutes. . Of this, 50 μL was taken out, 25 μL of 10% sodium dodecyl sulfate solution was added thereto, and after mixing, it was placed in a black 96-well plate (Costar, product no. 3915). Excitation, 380 nm; emission, 460 nm; excitation and emission bandwidths, 12 nm; gain, 80; number of flashes, 10; Z-position 11019 mm; and integration time, 500μs Measured with the setting.
その結果、野生株では、含L-アラビノース培地の時のみ活性が認められたのに対して、gen株では、含ブドウ糖L-アラビノース培地と含L-アラビノース培地の時にほぼ同程度の活性が認められた。なお、gen株であっても、含ブドウ糖培地では活性が認められなかった。
以上のことから、gen株は、CCRが解除された変異体であることが示された。
As a result, the wild strain showed activity only in the L-arabinose medium, while the gen strain had almost the same activity in the glucose-containing L-arabinose medium and the L-arabinose medium. It was. Even in the case of the gen strain, no activity was observed in the glucose-containing medium.
From the above, it was shown that the gen strain is a mutant in which CCR is released.
〔実施例3〕
gen株の変異遺伝子クローニング
gen株で起こっている、CCRを解除する変異が、もし優性変異であるならば、以下の実験で変異した遺伝子がわかるはずである。まず、gen株ゲノムライブラリーを作成するために以下の作業を行った。gen株を一晩培養し、それを用いてゲノムDNAを精製した(Nakashima et al., Nucleic Acids Res. (2006)34:e138)。ゲノムDNAをSau3AIで部分消化し、アガロース電気泳動に供し、10-6 kb程度の断片をアガロースゲルから回収した。それを精製し、ベクターpSPT18(Roche Applied Science社)のBamHI部位にライゲーションした。ライゲーション産物を大腸菌XL1-blueに形質転換し、約30000コロニーからなるゲノムライブラリーを得た。次いで、擬陽性クローンを極力減らすために以下のプラスミドpHN1629を作成した。sSN1481(aaccatggtaagccgatacgtacccgata(配列番号1))とsSN1482(aaactagtctacccaatcagtacgttaatt(配列番号2))の2つのオリゴヌクレオチドプライマーを作成し、野生型MG1655株のゲノムを鋳型としてPCR反応を行った。これによって、mazF遺伝子と呼ばれる遺伝子のORFが増幅されが(0.3 kb)、この遺伝子は、過剰発現させると大腸菌が増殖できなくなることが知られている。このPCR断片の両末端をNcoIとSpeIで切断し、pHN540uベクターの同部位にクローニングした。このプラスミドにpHN1629と名前をつけた。pHN1629では、Pbadの下流にmazF遺伝子が連結されている。よって、野生株にpHN1629を導入して、ブドウ糖とL-アラビノースを両方含む培地で培養しても菌は増殖するが、CCRが解除された株では、菌は増殖しない。実際に、pHN1629でgen株を形質転換し、ブドウ糖のみを含む寒天培地で培養したところ増殖し、ブドウ糖とL-アラビノースを両方含む寒天培地上だと増殖しないことを確認した。
Example 3
Mutant gene cloning of gen strain
If the mutation occurring in the gen strain that cancels CCR is a dominant mutation, the following experiment should show the mutated gene. First, the following work was performed to create a gen strain genomic library. The gen strain was cultured overnight, and genomic DNA was purified using it (Nakashima et al., Nucleic Acids Res. (2006) 34: e138). Genomic DNA was partially digested with Sau3AI and subjected to agarose electrophoresis, and a fragment of about 10-6 kb was recovered from an agarose gel. It was purified and ligated into the BamHI site of vector pSPT18 (Roche Applied Science). The ligation product was transformed into E. coli XL1-blue to obtain a genomic library consisting of about 30000 colonies. Subsequently, in order to reduce false positive clones as much as possible, the following plasmid pHN1629 was prepared. Two oligonucleotide primers, sSN1481 (aaccatggtaagccgatacgtacccgata (SEQ ID NO: 1)) and sSN1482 (aaactagtctacccaatcagtacgttaatt (SEQ ID NO: 2)) were prepared, and PCR reaction was performed using the genome of the wild type MG1655 strain as a template. As a result, the ORF of a gene called mazF gene is amplified (0.3 kb), and it is known that when this gene is overexpressed, E. coli cannot grow. Both ends of this PCR fragment were cleaved with NcoI and SpeI and cloned into the same site of pHN540u vector. This plasmid was named pHN1629. In pHN1629, the mazF gene is linked downstream of Pbad. Therefore, even if pHN1629 is introduced into a wild strain and cultured in a medium containing both glucose and L-arabinose, the fungus grows, but the strain does not grow in the strain in which CCR is released. Actually, the gen strain was transformed with pHN1629, and when it was cultured on an agar medium containing only glucose, it was confirmed that it grew on an agar medium containing both glucose and L-arabinose.
まず、pHN1629を用いて野生型MG1655株を形質転換し、次いで上述のgen株ゲノムライブラリーでさらに二重形質転換した。その二重形質転換体を10 g/Lブドウ糖、8 g/Lラクトース、0.125 mg/mL x-galを含む寒天培地上で生育させたところ、約40000コロニーのうち、9コロニーが青色を呈した。さらに、9コロニーを10 g/Lブドウ糖と2 g/L L-アラビノースを含む寒天培地上で生育させた。すると、うち6コロニーについて、コントロールのpSTP18(空ベクター)とpHN1629の二重形質転換体と比較して生育が顕著に阻害されていた。 First, the wild type MG1655 strain was transformed with pHN1629, and then further double transformed with the above-described gen strain genomic library. When the double transformant was grown on an agar medium containing 10 g / L glucose, 8 g / L lactose, and 0.125 mg / mL x-gal, 9 out of about 40,000 colonies were blue. . Furthermore, 9 colonies were grown on an agar medium containing 10 g / L glucose and 2 g / L L-arabinose. As a result, the growth of 6 colonies was significantly inhibited as compared with the double transformant of control pSTP18 (empty vector) and pHN1629.
この6コロニーの持つgen株ゲノムライブラリーについて、プラスミドを回収、精製し、DNA配列を一部決定したところ、4つがmlc遺伝子を含む重複する断片(図1a)、2つがanmK、slyB、slyA、ydhI、ydhJ遺伝子を含む重複する断片(図1b)を持つプラスミドであった。 For the gen strain genomic library of these 6 colonies, the plasmid was recovered and purified, and the DNA sequence was partially determined. As a result, 4 overlapping fragments (Fig. 1a) containing the mlc gene, 2 anmK, slyB, slyA, This was a plasmid having overlapping fragments (FIG. 1b) containing ydhI and ydhJ genes.
まず、後者プラスミド2つについて、共に野生型MG1655株に再導入し、実施例2と同様に液体培地で培養した後、βガラクトシダーゼの活性を測定した。しかし、どちらのプラスミドにおいてでも、含ブドウ糖ラクトース培地での培養時では活性が見られず、含ラクトース培地の時にのみ活性が認められた。さらに、プラスミド内のゲノム断片のDNA配列を全て決定し、発表されているMG1655株のDNA配列(GenBank登録番号U00096.2)と比較したところ、全く同一の配列であった。よって、これらは擬陽性クローンか、過剰発現により不完全なCCR解除を起こすクローンであると結論した。 First, both of the two plasmids were reintroduced into the wild-type MG1655 strain, cultured in a liquid medium in the same manner as in Example 2, and then the activity of β-galactosidase was measured. However, in any of the plasmids, no activity was observed when cultured in a glucose-containing lactose medium, and the activity was observed only in a lactose-containing medium. Furthermore, when all the DNA sequences of the genomic fragments in the plasmid were determined and compared with the published DNA sequence of MG1655 strain (GenBank accession number U00096.2), they were completely identical. Therefore, it was concluded that these were false positive clones or clones that caused incomplete CCR release due to overexpression.
次いで、前者プラスミド4つについても同じくβガラクトシダーゼの活性を測定した。すると、含ブドウ糖ラクトース培地と含ラクトース培地での培養時に、ほぼ同程度の活性が認められた。すなわち、このプラスミドに含まれる、gen株由来ゲノム断片の中に変異が入っている可能性が高いことが示唆された。この断片のうち最も短い断片について、全てのDNA配列を決定したところ、野生株由来のものと比較して、1塩基に突然変異があることが認められた。その変異箇所が図1aに示してある。この変異は、どのオープンリーディングフレーム(ORF)の内部でもなく、mlc遺伝子のプロモーター部位と予測されるところに存在していた。 Next, the activity of β-galactosidase was also measured for the four former plasmids. Then, substantially the same activity was recognized at the time of culture | cultivation in a glucose-containing lactose culture medium and a lactose-containing culture medium. That is, it was suggested that there is a high possibility that the gen strain-derived genomic fragment contained in this plasmid contains a mutation. As a result of determining the entire DNA sequence of the shortest fragment among these fragments, it was found that there was a mutation at one base as compared with those derived from the wild type. The mutation site is shown in FIG. 1a. This mutation was present within the predicted site of the mlc gene, not within any open reading frame (ORF).
大腸菌プロモーターにおいては、-10配列と呼ばれる共通配列があり、その配列はtataatであるときに、最も効率の高いプロモーターになると考えられている(de Boer et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1983) 80:21-25)。野生型のmlc遺伝子では、これがcaccatであり、共通配列とは相同性がかなり低い。しかし、本発明者の取得した変異型では、taccatと共通配列と相同性が高くなるような変異が入っている。よって、この変異mlc遺伝子では、プロモーターが高活性型となっていると予測される。そして、その結果、Mlcタンパク質が過剰発現されているものと予測される。 In the E. coli promoter, there is a common sequence called -10 sequence, which is considered to be the most efficient promoter when it is tataat (de Boer et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1983) 80: 21-25). In the wild type mlc gene, this is caccat, which is much less homologous to the consensus sequence. However, the mutants obtained by the present inventor contain mutations that increase homology with taccat and common sequences. Therefore, it is predicted that the promoter is highly active in this mutant mlc gene. As a result, it is predicted that the Mlc protein is overexpressed.
そこで、野生型mlcプロモーターと変異型mlcプロモーターをそれぞれPCRにて分離し、それらの下流にpip遺伝子をクローニングしたプラスミドを作成した。次いで、それらプラスミドをMG1655株に導入、培養し、それぞれのPip活性を測定したところ、変異型mlcプロモーターの方が17倍高かった。すなわち、配列情報から予想されたとおり、変異型mlcプロモーターは高活性型であることが示唆された。 Therefore, the wild-type mlc promoter and the mutant-type mlc promoter were each separated by PCR, and a plasmid was prepared by cloning the pip gene downstream thereof. Subsequently, these plasmids were introduced into the MG1655 strain, cultured, and each Pip activity was measured. The mutant mlc promoter was 17 times higher. That is, as predicted from the sequence information, it was suggested that the mutant mlc promoter is highly active.
なお、その機構から考えて、このmlc遺伝子変異は優性であると考えられる。実際に、この変異が劣性であることを仮定して行った、野生株ゲノムライブラリーをgen株に導入する実験では、擬陽性クローンしか分離されなかった。 In view of the mechanism, this mlc gene mutation is considered to be dominant. In fact, only false positive clones were isolated in experiments in which a wild-type genomic library was introduced into a gen strain, assuming that this mutation was recessive.
以上の結果から、gen株でCCR機構の解除を引き起こしていた変異は、mlc遺伝子の高活性型プロモーター変異であると言うことができ、以降gen遺伝子変異をmlc*変異と呼ぶこととする。 From the above results, it can be said that the mutation causing the cancellation of the CCR mechanism in the gen strain is a highly active promoter mutation of the mlc gene, and hereinafter the gen gene mutation will be referred to as the mlc * mutation.
野生型mlcと変異型mlc*遺伝子をプラスミドpHN1242(Nakashima and Tamura, Nucleic Acids Res. (2009) 37:e103)を用いて野生型MG1655株で過剰発現させたところ、いずれも場合もCCRが解除されることが分かった。ただしこの場合、変異型mlc*遺伝子ではほぼ完全にCCRを解除できたのに対し、野生型mlcではCCRの解除は部分的であった。このことから、mlc遺伝子あるいはそのプロモーターに変異が入っていなくとも、Mlcタンパク質が過剰発現さえされれば、少なくとも部分的にはCCRが解除されることが分かった。 When wild-type mlc and mutant-type mlc * genes were overexpressed in wild-type MG1655 strain using plasmid pHN1242 (Nakashima and Tamura, Nucleic Acids Res. (2009) 37: e103), CCR was canceled in both cases I found out. In this case, however, CCR was almost completely released by the mutant mlc * gene, whereas CCR was partially released by wild-type mlc. This indicates that even if the mlc gene or its promoter is not mutated, as long as the Mlc protein is overexpressed, CCR is at least partially released.
〔実施例4〕
mlc*変異の野生型株への導入
相同組換えを利用して、元のMG1655株にmlc*遺伝子を導入するために、以下のプラスミドを作成した。
Example 4
Introduction of mlc * mutation into wild type strain In order to introduce the mlc * gene into the original MG1655 strain using homologous recombination, the following plasmid was prepared.
pMW118(ニッポンジーン社製)を鋳型、sSN1097(taagctagctatggacagttttccctttgatatgta(配列番号5))とsSN1097R(gatgatgaacatcagtagggaaaatgc(配列番号6))をプライマーして用いて、pSC101 ori配列の一部をPCR増幅した。なお、このPCRに先立って、sSN1097RはT4 DNAキナーゼ(New England Biolab社製)を用いて5’末端をリン酸化した。一方で、pMW118を鋳型、sSN1098(aaactgcaggttgatgataccgctgccttactg(配列番号7))とsSN1098R(tgaacgtattggttataagtgaacgatacc(配列番号8))をプライマーとして用いて、pSC101 ori配列の別の一部をPCR増幅した。前者断片をNheI、後者断片をPstIで切断し、両断片を同時にpHN540uのNheI、PstI部位にクローニングした。出来たプラスミドにpHN1092と名前をつけた。pHN1092はpSC101 oriをもつプラスミドであるが、一箇所の点突然変異(GenBank登録番号X01654の、5439番目の塩基がシトシンからチミンに変化)により、温度感受性のプラスミドとなっており、37℃を越える温度で培養されると、プラスミドとして細胞内で維持されない(Armstrong et al., J. Mol. Biol. (1984) 175:331-347)。よって、37℃を越える温度では、プラスミドは脱落するか大腸菌のゲノム内に挿入されるかのどちらかとなる。この性質と、大腸菌が天然に持つ相同組換え能を利用して、ゲノムの特定の場所を操作する(Hamilton et al., J. Bacteriol. (1989) 171:4617-4622、Emmerson et al., Biol. Proced. Online (2006) 8:153-162)。 Using pMW118 (manufactured by Nippon Gene) as a template, sSN1097 (taagctagctatggacagttttccctttgatatgta (SEQ ID NO: 5)) and sSN1097R (gatgatgaacatcagtagggaaaatgc (SEQ ID NO: 6)) were used as primers to amplify a part of the pSC101 ori sequence. Prior to this PCR, sSN1097R was phosphorylated at the 5 'end using T4 DNA kinase (New England Biolab). On the other hand, another portion of the pSC101 ori sequence was PCR amplified using pMW118 as a template, sSN1098 (aaactgcaggttgatgataccgctgccttactg (SEQ ID NO: 7)) and sSN1098R (tgaacgtattggttataagtgaacgatacc (SEQ ID NO: 8)) as primers. The former fragment was cleaved with NheI and the latter fragment with PstI, and both fragments were simultaneously cloned into the NheI and PstI sites of pHN540u. The resulting plasmid was named pHN1092. pHN1092 is a plasmid with pSC101 ori, but it is a temperature-sensitive plasmid due to a point mutation (GenBank accession number X01654, the 5439th base changed from cytosine to thymine), which exceeds 37 ° C. When cultured at temperature, it is not maintained intracellularly as a plasmid (Armstrong et al., J. Mol. Biol. (1984) 175: 331-347). Thus, at temperatures above 37 ° C, the plasmid either drops off or is inserted into the E. coli genome. Using this property and the natural homologous recombination ability of Escherichia coli, a specific site of the genome is manipulated (Hamilton et al., J. Bacteriol. (1989) 171: 4617-4622, Emmerson et al., Biol. Proced. Online (2006) 8: 153-162).
pHN1092を鋳型、sSN1098(上述)とsSN1173(ggggtacctgagcaaactggcctca(配列番号9))をプライマーとして用いて、温度感受性pSC101 ori配列とクロラムフェニコール耐性遺伝子をPCR増幅した。なお、このPCRに先立って、sSN1173はT4 DNAキナーゼを用いて5’末端をリン酸化した。一方、pK18mobsacB(GenBank登録番号、FJ437239)を鋳型として、sSN1172(aactgcagttctagaaggcctggatccccatggccgttcactattatttagtgaaatgag(配列番号10))とsSN1108(aaagctagcattttcttttgcgtttttatttgttaac(配列番号11))をプライマーとして用いて、sacB配列をPCR増幅した。なお、このPCRに先立って、sSN1108はT4 DNAキナーゼを用いて5’末端をリン酸化した。増幅した両断片をT4 DNAリガーゼによって連結し、pHN1234を得た。 The temperature sensitive pSC101 ori sequence and the chloramphenicol resistance gene were PCR amplified using pHN1092 as a template and sSN1098 (described above) and sSN1173 (ggggtacctgagcaaactggcctca (SEQ ID NO: 9)) as primers. Prior to this PCR, sSN1173 was phosphorylated at the 5 'end using T4 DNA kinase. On the other hand, sSN1172 (aactgcagttctagaaggcctggatccccatggccgttcactattatttagtgaaatgag (sequence number 10)) and sSN1108 (aaagctagcattttctctttttgcgtttttatttgcactt (sequence number 11) and PCR using sSN1108 (sequence number 11) and PCR as sg1) Prior to this PCR, sSN1108 was phosphorylated at the 5 'end using T4 DNA kinase. Both amplified fragments were ligated with T4 DNA ligase to obtain pHN1234.
pHN1234のNheI部位に、pHN267(Nakashima and Tamura, Appl. Environ. Microbiol. (2004) 70:5557-5568)からXbaIとSpeIで切り出したカナマイシン耐性遺伝子(1.4 kb)をサブクローニングした。これにpHN1516と名付けた。pHN1516を鋳型、sSN1415(tccatggggatcctcgcgaggccgttcactattatttagtgaaatgag(配列番号12))とsSN1421(tatgcattctagagatatcttagttgctctccaggtgacccaggtgacc(配列番号13))をプライマーとして用いて、PCR増幅を行った。なお、このPCRに先立って、sSN1415とsSN1421はT4DNAキナーゼを用いて5’末端をリン酸化した。一方、pHN1234を鋳型、sSN1173(上述)とsSN1098(上述)をプライマーとして用いて、PCR増幅を行った。増幅した両断片をT4 DNAリガーゼによって連結し、pHN1534を得た。 A kanamycin resistance gene (1.4 kb) excised from pHN267 (Nakashima and Tamura, Appl. Environ. Microbiol. (2004) 70: 5557-5568) with XbaI and SpeI was subcloned into the NheI site of pHN1234. This was named pHN1516. PCR amplification was performed using pHN1516 as a template, sSN1415 (tccatggggatcctcgcgaggccgttcactattatttagtgaaatgag (SEQ ID NO: 12)) and sSN1421 (tatgcattctagagatatcttagttgctctccaggtgacccaggtgacc (SEQ ID NO: 13)) as primers. Prior to this PCR, sSN1415 and sSN1421 were phosphorylated at the 5 'end using T4 DNA kinase. On the other hand, PCR amplification was performed using pHN1234 as a template and sSN1173 (described above) and sSN1098 (described above) as primers. Both amplified fragments were ligated with T4 DNA ligase to obtain pHN1534.
pHN1234を鋳型、sSN1417(cccatggggatccaggccttctagaact(配列番号14))とsSN1173(上述)をプライマーとして用いて、PCR増幅を行った。なお、このPCRに先立って、sSN1417はT4 DNAキナーゼを用いて5’末端をリン酸化した。増幅した断片をT4 DNAリガーゼによって自己閉環化し、pHN1532を得た。 PCR amplification was performed using pHN1234 as a template, sSN1417 (cccatggggatccaggccttctagaact (SEQ ID NO: 14)) and sSN1173 (described above) as primers. Prior to this PCR, sSN1417 was phosphorylated at the 5 'end using T4 DNA kinase. The amplified fragment was self-circulated with T4 DNA ligase to obtain pHN1532.
pHN1234、pHN1534、pHN1532のプラスミド構造を図2に示す。pHN1534が遺伝子破壊用のプラスミド、pHN1532が点突然変異導入用のプラスミドの元となる(後述)。 The plasmid structures of pHN1234, pHN1534, and pHN1532 are shown in FIG. pHN1534 serves as a gene disruption plasmid and pHN1532 serves as a point mutation introduction plasmid (described later).
大腸菌MG1655のゲノムDNAを鋳型、sSN1522(atactgcagttcgatggttgaaacactctg(配列番号15))とsSN1513(gcctgcaggtgagggaaatttcagcgaaaa(配列番号16))をプライマーとして用いて、PCR増幅を行った。増幅した断片をPstIとScaIで切断して、pHN1534のNsiI、EcoRV部位にクローニングした。出来たプラスミドにpHN1677と名付けた。次いで、大腸菌MG1655のゲノムDNAを鋳型、sSN1523(agggatccaatacgtgtcgtcaaatttttacttagg(配列番号17))とsSN1524(ggccatgggattgctgcgtaacacagcgt(配列番号18))をプライマーとして用いてPCR増幅を行い、その末端をBamHIとNcoIで切断して、pHN1677のBamHI、NcoI部位にクローニングした。できたプラスミドにpHN1678と名付けた。これがmlc遺伝子破壊用プラスミドとなる。 PCR amplification was performed using E. coli MG1655 genomic DNA as a template and sSN1522 (atactgcagttcgatggttgaaacactctg (SEQ ID NO: 15)) and sSN1513 (gcctgcaggtgagggaaatttcagcgaaaa (SEQ ID NO: 16)) as primers. The amplified fragment was digested with PstI and ScaI and cloned into the NsiI and EcoRV sites of pHN1534. The resulting plasmid was named pHN1677. Next, PCR amplification was performed using E. coli MG1655 genomic DNA as a template, sSN1523 (agggatccaatacgtgtcgtcaaatttttacttagg (SEQ ID NO: 17)) and sSN1524 (ggccatgggattgctgcgtaacacagcgt (SEQ ID NO: 18)), and the ends were cleaved with BamHI and NcoI. It was cloned into the BamHI and NcoI sites of pHN1677. The resulting plasmid was named pHN1678. This is the mlc gene disruption plasmid.
実施例2に記載のgen株のゲノムDNAを鋳型、sSN1522とsSN1524(共に上述)をプライマーとして、PCR増幅を行った。増幅した断片をPstIとNcoIで切断して、pHN1532のPstI、NcoI部位にクローニングし、出来たプラスミドにpHN1693と名付けた。これが、mlc遺伝子をpHN1678で破壊した後に、mlc*で入れ替えるためのプラスミドとなる。 PCR amplification was performed using the genomic DNA of the gen strain described in Example 2 as a template and sSN1522 and sSN1524 (both described above) as primers. The amplified fragment was cleaved with PstI and NcoI, cloned into the PstI and NcoI sites of pHN1532, and the resulting plasmid was named pHN1693. This becomes a plasmid for exchanging with mlc * after disrupting the mlc gene with pHN1678.
以下、野生型MG1655株にmlc*を導入する過程を述べるが、これは、Emmersonらの方法(Emmerson et al., Biol. Proced. Online (2006) 8:153-162)によるものである。まずMG1655をpHN1678で形質転換し、mlc遺伝子座位で2回の相同組換えを起こさせることによって、mlc遺伝子を破壊した。次いで、その破壊株をpHN1693で形質転換し、同様に2回の相同組換えを起こさせることによってmlc*に入れ替えた。以降、混同を避けるため、この相同組換えで作成した株をmlc*HRと呼び、実施例2で分離したgen株(実体はmlc*変異株)をmlc*UVと呼ぶこととする。DNA配列解析により、mlc*HR株ゲノム上では野生型MG1655株と比べて、mlc*UV と同一の1塩基変異が入っていることを確認した。 Hereinafter, the process of introducing mlc * into the wild type MG1655 strain will be described, which is based on the method of Emmerson et al. (Emmerson et al., Biol. Proced. Online (2006) 8: 153-162). First, MG1655 was transformed with pHN1678 and the mlc gene was disrupted by causing two homologous recombination at the mlc gene locus. The disrupted strain was then transformed with pHN1693 and replaced with mlc * by similarly causing two homologous recombination. Hereinafter, in order to avoid confusion, the strain created by this homologous recombination will be referred to as mlc * HR, and the gen strain isolated in Example 2 (the entity is mlc * mutant) will be referred to as mlc * UV. By DNA sequence analysis, it was confirmed that the same single base mutation as mlc * UV was contained in the mlc * HR strain genome as compared with the wild type MG1655 strain.
〔実施例5〕
野生株、mlc*UV株、mlc*HR株の比較
野生株、mlc*UV株、mlc*HR株を用いて、実施例2と同様に、x-galを含むLB寒天培地による青白コロニー判別実験を行った。すると予想通り、野生株は含ラクトース培地では青いコロニー、含ブドウ糖ラクトース培地では白いコロニーを形成したのに対して、mlc*UV株とmlc*HRは、含ラクトース培地、含ブドウ糖ラクトース培地上、共に青いコロニーを形成した。なお、すべての株が含ブドウ糖培地上では白いコロニーを形成した。
Example 5
Wild-type strain, mlc * UV strain, compared wild strain of mlc * HR strain, mlc * UV strain, using the mlc * HR strain, as in Example 2, blue-white colony determination experiment by LB agar medium containing x-gal Went. As expected, the wild strains formed blue colonies in the lactose-containing medium and white colonies in the glucose-containing lactose medium, whereas the mlc * UV strain and mlc * HR were both on the lactose-containing and glucose-containing lactose media. A blue colony formed. All strains formed white colonies on the glucose-containing medium.
さらに、ラクトース以外の糖についてのCCRを解析するため、野生株、mlc*UV株、mlc*HR株を、M9YMにブドウ糖とキシロースを8 g/Lずつ添加した培地で培養した。これらの培地に残存しているブドウ糖とキシロースの量を時間を追って高速液体クロマトグラフィー(D-2000型LaChrom Elite、日立社製)を用いて測定した。分析条件は以下の通りである。分離カラム:aminex HPX-74H(Bio-Rad社製)、ガードカラム:Cation H micro-guard cartridge(Bio-Rad社製)、分離溶媒:4 mM H2SO4、流速:0.5 mL/min、検出器:紫外線検出器(L-2400型による210 nmでの検出、日立社製)及び示差屈折率検出器(L-2490型、日立社製)、カラム温度:45℃。その結果(図3)、野生株はこの培養条件下では全くキシロースを消費しなかったのに対して、mlc*UV株、mlc*HR株は、ブドウ糖とキシロースを同様の速度で消費した。 Furthermore, in order to analyze CCR for sugars other than lactose, wild strains, mlc * UV strains, and mlc * HR strains were cultured in a medium in which 8 g / L each of glucose and xylose was added to M9YM. The amount of glucose and xylose remaining in these media was measured over time using high performance liquid chromatography (D-2000 LaChrom Elite, manufactured by Hitachi). The analysis conditions are as follows. Separation column: aminex HPX-74H (Bio-Rad), guard column: Cation H micro-guard cartridge (Bio-Rad), separation solvent: 4 mM H 2 SO 4 , flow rate: 0.5 mL / min, detection Apparatus: UV detector (detected at 210 nm by L-2400, manufactured by Hitachi) and differential refractive index detector (L-2490, manufactured by Hitachi), column temperature: 45 ° C. As a result (FIG. 3), the wild strain did not consume xylose at all under this culture condition, whereas the mlc * UV strain and mlc * HR strain consumed glucose and xylose at the same rate.
以上の結果から、mlc*UV株でCCRが解除されていたのは、mlc*変異のみによるものであって、それ以外の遺伝子の変異は、あったとしてもCCRには関係がないと結論される。以降は、予期せぬ変異が入っている心配のない、mlc*HRのみを実験に使用した。 From the above results, it was concluded that CCR was canceled in the mlc * UV strain only due to the mlc * mutation, and mutations in other genes were not related to CCR, if any. The From then on, only mlc * HR was used in the experiment without worrying about unexpected mutations.
〔実施例6〕
イソブタノール生産のための発現プラスミド構築
大腸菌は天然にはイソブタノールをほとんど生産しない。よって、外来遺伝子を導入したり、関連する代謝経路を強化しなければならない。そのために必要なプラスミドを以下のように作成した。
Example 6
Expression plasmid construction for isobutanol production E. coli naturally produces little isobutanol. Therefore, foreign genes must be introduced and related metabolic pathways must be strengthened. A plasmid required for this purpose was prepared as follows.
pTrc99a(Amersham Biosciences社製)を鋳型、sSN1283(gctatgcatcgactgcacggtgcaccaat(配列番号19))とsSN1284(aaactagtctcgagaagcttgcatgcctgcaggtcgact(配列番号20))をプライマーとしてPCR増幅を行い、IPTG誘導性のtrcプロモータ(Ptrc)、lacオペレータ(lacO)、マルチクローニング部位配列を含む断片を得た。その断片の両端をNsiIとSpeIで処理し、pHN1257(NAR)のNsiI、SpeI部位にクローニングした。このプラスミドにpHN1344と名付けた。一方、pTrc99aを鋳型、sSN1283(gctatgcatcgactgcacggtgcaccaat(配列番号19))とsSN1345(aatctagaggggaattgttatccgctcacaattccacac(配列番号22))をプライマーとしてPCR増幅を行い、PtrcとlacO配列を含む断片を得た。その断片をXbaIで処理し、pET28a(Novagen社製)のXbaI、EcoRV部位にクローニングした。このプラスミドにpHN1420と名付けた。pHN1420から、NsiIとNcoIによってPtrcとlacOを含む配列を切り出し、pHN1344のNsiI、NcoI部位にサブクローニングした。出来たプラスミドにpHN1431と名付けた。これが外来遺伝子を発現するための元のベクターとなる。 PCR amplification using pTrc99a (manufactured by Amersham Biosciences) as a template, sSN1283 (gctatgcatcgactgcacggtgcaccaat (SEQ ID NO: 19)) and sSN1284 (aaactagtctcgagaagcttgcatgcctgcaggtcgact (SEQ ID NO: 20)) as an IPTG-inducible trc lac O), to obtain a fragment containing the multiple cloning site sequence. Both ends of the fragment were treated with NsiI and SpeI and cloned into the NsiI and SpeI sites of pHN1257 (NAR). This plasmid was named pHN1344. On the other hand, PCR amplification was performed using pTrc99a as a template and sSN1283 (gctatgcatcgactgcacggtgcaccaat (SEQ ID NO: 19)) and sSN1345 (aatctagaggggaattgttatccgctcacaattccacac (SEQ ID NO: 22)) to obtain a fragment containing Ptrc and lac O sequences. The fragment was treated with XbaI and cloned into the XbaI and EcoRV sites of pET28a (Novagen). This plasmid was named pHN1420. From PHN1420, excised sequence comprising the Ptrc and lac O by NsiI and NcoI, NsiI of PHN1344, was subcloned into the NcoI site. The resulting plasmid was named pHN1431. This is the original vector for expressing the foreign gene.
Genscript社に依頼し、Lactococcus lactis由来kivd遺伝子(GenBank登録番号、AJ746364)を人工的に合成した。この人工kivd遺伝子は、大腸菌での発現用にコドンを最適化してあるもので、pUC57ベクター(GenBank登録番号、Y14837)にクローニングされていて、その配列は配列表に記してある。一方、出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeのAdh2遺伝子を、S. cerevisiae W303株(Takeuchi and Tamura, FEBS Lett. (2004) 565:1-3:39-42)のゲノムを鋳型、sSN1287(aaagcatgcaggagatataccatgtctattccagaaactcaaaaagc(配列番号24))とsSN1288(gcctcgagttatttagaagtgtcaacaacgtat(配列番号25))をプライマーとしてPCR増幅した。上記kivd遺伝子のNcoI-SphI断片(1.6 kb)と、adh2遺伝子のSphI-XhoI断片(1.0 kb)を同時に、pHN1431のNcoI、XhoI部位にクローニングした。出来たプラスミドにpHN1435と名付けた。pHN1435は、Ptrcの下流にlacOを持ち、さらにその下流にkivd遺伝子とadh2遺伝子をオペロンとして持つ。 We requested Genscript to synthesize Lactococcus lactis-derived kivd gene (GenBank accession number, AJ746364) artificially. This artificial kivd gene has a codon optimized for expression in E. coli, and has been cloned into the pUC57 vector (GenBank accession number, Y14837), and its sequence is shown in the sequence listing. On the other hand, the Adh2 gene of the budding yeast Saccharomyces cerevisiae, the genome of S. cerevisiae W303 strain (Takeuchi and Tamura, FEBS Lett. (2004) 565: 1-3: 39-42) as a template, sSN1287 (aaagcatgcaggagatataccatgtctattccagaaactcaaaaagc (SEQ ID NO: 24) ) And sSN1288 (gcctcgagttatttagaagtgtcaacaacgtat (SEQ ID NO: 25)) were used as primers for PCR amplification. The NcoI-SphI fragment (1.6 kb) of the kivd gene and the SphI-XhoI fragment (1.0 kb) of the adh2 gene were simultaneously cloned into the NcoI and XhoI sites of pHN1431. The resulting plasmid was named pHN1435. pHN1435 has lac O downstream of Ptrc, and further has kivd gene and adh2 gene as operons downstream thereof.
pTrc99aを鋳型、sSN1283(gctatgcatcgactgcacggtgcaccaat(配列番号21))とsSN1004(cgaattccatggtctgtttcctgtg(配列番号27))をプライマーとしてPtrcを含む配列のPCR増幅を行った。増幅された断片をNsiIとNcoIで消化し、pHN1270(Nakashima and Tamura, Nucleic Acids Res. (2009) 37:e103)のNsiI、NcoI部位にクローニングした。できたプラスミドをpHN1375と名付けた。Bacillus subtilis 168株(表1)のゲノムDNAを鋳型、sSN1343R(aaccatggtgacaaaagcaacaaaagaacaaaaatcccttgtga(配列番号28))とsSN1344(aaaggatcctagagagctttcgttttcatgagt(配列番号29))をプライマーとして、alsS遺伝子のPCR増幅を行った。増幅された断片をNcoIとBamHIで消化し、pHN1375のNcoI、BamHI部位にクローニングした。出来たプラスミドをpHN1447と名付けた。MG1655株のゲノムDNAを鋳型、sSN1327(aaggatccgaggaatcaccatggctaactacttca(配列番号30))とsSN1328(gcctcgagttaacccgcaacagcaatacgtttcat(配列番号31))をプライマーとしてPCR増幅を行い、ilvC遺伝子を含む断片を得た。その断片の両端をBamHIとXhoIで処理した。一方、MG1655株のゲノムDNAを鋳型、sSN1329(aaagtcgacaggagatataccatgcctaagtaccgttccgccacca(配列番号32))とsSN1330(agactagtttaaccccccagtttcgatttatcgcg(配列番号33))をプライマーとしてPCR増幅を行い、ilvD遺伝子を含む断片を得た。その断片をSalIとSpeIで処理した。これらilvC遺伝子断片とilvD遺伝子断片を同時にpBluscript SKII+(Stratagene社製)のBamHI、SpeI部位にクローニングした。このプラスミドにpHN1406と名付けた。pHN1406からBamHI、SpeIでilvC遺伝子とilvD遺伝子を含む配列を切り出し、pHN1447の同部位にサブクローニングした。このプラスミドにpHN1451と名付けた。pHN1451はPtrcの下流にlacOを持ち、さらにその下流にalsS、ilvC、ilvD遺伝子の3遺伝子をオペロンとして持つ。 PCR amplification of a sequence containing Ptrc was performed using pTrc99a as a template and sSN1283 (gctatgcatcgactgcacggtgcaccaat (SEQ ID NO: 21)) and sSN1004 (cgaattccatggtctgtttcctgtg (SEQ ID NO: 27)) as primers. The amplified fragment was digested with NsiI and NcoI and cloned into the NsiI and NcoI sites of pHN1270 (Nakashima and Tamura, Nucleic Acids Res. (2009) 37: e103). The resulting plasmid was named pHN1375. PCR amplification of the alsS gene was carried out using the genomic DNA of Bacillus subtilis 168 strain (Table 1) as a template and sSN1343R (aaccatggtgacaaaagcaacaaaagaacaaaaatcccttgtga (SEQ ID NO: 28)) and sSN1344 (aaaggatcctagagagctttcgttttcatgagt (SEQ ID NO: 29)) as primers. The amplified fragment was digested with NcoI and BamHI and cloned into the NcoI and BamHI sites of pHN1375. The resulting plasmid was named pHN1447. PCR amplification was performed using the genomic DNA of MG1655 strain as a template and sSN1327 (aaggatccgaggaatcaccatggctaactacttca (SEQ ID NO: 30)) and sSN1328 (gcctcgagttaacccgcaacagcaatacgtttcat (SEQ ID NO: 31)) to obtain a fragment containing the ilvC gene. Both ends of the fragment were treated with BamHI and XhoI. On the other hand, PCR amplification was performed using MG1655 strain genomic DNA as a template, sSN1329 (aaagtcgacaggagatataccatgcctaagtaccgttccgccacca (SEQ ID NO: 32)) and sSN1330 (agactagtttaaccccccagtttcgatttatcgcg (SEQ ID NO: 33)) to obtain a fragment containing the ilvD gene. The fragment was treated with SalI and SpeI. These ilvC gene fragment and ilvD gene fragment were simultaneously cloned into the BamHI and SpeI sites of pBluscript SKII + (Stratagene). This plasmid was named pHN1406. A sequence containing the ilvC gene and the ilvD gene was excised from pHN1406 with BamHI and SpeI and subcloned into the same site of pHN1447. This plasmid was named pHN1451. pHN1451 has lac O downstream of Ptrc, and further has alsS, ilvC, and ilvD genes as operons downstream thereof.
〔実施例7〕
mlc*変異によってイソブタノール生産が増大するかどうかの実証
次に、mlc*変異によってどの程度イソブタノールが生産できるか検証した。同時に比較のために、野生型MG1655株から作成したDptsG株とcrp*株も用いることとした。また、イソブタノールの生産性を増すために、ここで用いた株ではldhA(乳酸脱水素酵素をコード)、adhE(融合性アセトアルデヒド-CoA脱水素酵素/鉄依存性アルコール脱水素酵素/ピルビン酸-ギ酸-リアーゼ不活性化酵素をコード)、pflB(ピルビン酸-ギ酸-リアーゼをコード)遺伝子を破壊した。これら株の作成は、実施例4と同様の方法によって行った。イソブタノール生産に用いた菌株(LAF、LAFmlc*、LAFDptsG、LAFcrp*)の遺伝子型が表1に示してある。
Example 7
Demonstration of whether mlc * mutation increases isobutanol production Next, it was verified how much isobutanol could be produced by mlc * mutation. At the same time, the DptsG strain and the crp * strain prepared from the wild type MG1655 strain were also used for comparison. In addition, in order to increase the productivity of isobutanol, the strains used here were ldhA (encoding lactate dehydrogenase), adhE (fused acetaldehyde-CoA dehydrogenase / iron-dependent alcohol dehydrogenase / pyruvate- The formate-lyase inactivating enzyme and pflB (encoding pyruvate-formate-lyase) genes were disrupted. These strains were prepared in the same manner as in Example 4. The genotypes of strains (LAF, LAFmlc * , LAFDptsG, LAFcrp * ) used for isobutanol production are shown in Table 1.
LAF、LAFmlc*、LAFDptsG、LAFcrp*の4株を、pHN1435とpHN1451で共形質転換し、まず前培養を行った。それらを、M9Yに40 g/Lブドウ糖、あるいは20 g/Lブドウ糖と20 g/Lキシロース、あるいは40 g/Lキシロースを加えた培地に、100分の1量加え本培養を開始した。本培養は、50 mL容積の三角フラスコにシリコン栓をして、4 mLの培養液、30℃で行った。pHN1435とpHN1451から遺伝子を発現させるために、600 nmでの吸光度が0.8に達したところでIPTGを1 mMになるように添加した。 Four strains of LAF, LAFmlc * , LAFDptsG, and LAFcrp * were co-transformed with pHN1435 and pHN1451, and precultured first. The main culture was started by adding one-hundredth amount of these to a medium in which 40 g / L glucose, or 20 g / L glucose and 20 g / L xylose, or 40 g / L xylose was added to M9Y. The main culture was performed at 4 ° C. in a 4 mL culture solution at 30 ° C. using a 50 mL Erlenmeyer flask with a silicon stopper. In order to express genes from pHN1435 and pHN1451, IPTG was added to 1 mM when the absorbance at 600 nm reached 0.8.
一定時間ごとに培養液を採取し、遠心分離によって菌体を除いた後、その上清を高速液体クロマトグラフィーにて分析した。分析したのは、残存ブドウ糖濃度、残存キシロース濃度、生産されたイソブタノール濃度で、分析条件は実施例5と同一である。その結果(図4)、20 g/Lブドウ糖と20 g/Lキシロースを炭素源とした場合、MG1655に比べて、LAFmlc*、LAFDptsG両株のイソブタノール生産性が有意に高かった。また、40 g/Lブドウ糖あるいは、40 g/Lキシロースを炭素源とした場合、LAFmlc*株での生産性が最も高かった。以上のことから、LAFmlc*株は、大腸菌によるイソブタノール生産に有効であることが示された。 The culture solution was collected at regular time intervals, the cells were removed by centrifugation, and the supernatant was analyzed by high performance liquid chromatography. The analysis was the residual glucose concentration, the residual xylose concentration, and the produced isobutanol concentration, and the analysis conditions are the same as in Example 5. As a result (FIG. 4), when 20 g / L glucose and 20 g / L xylose were used as carbon sources, the isobutanol productivity of both LAFmlc * and LAFDptsG strains was significantly higher than that of MG1655. In addition, when 40 g / L glucose or 40 g / L xylose was used as the carbon source, the productivity of LAFmlc * strain was the highest. From the above, it was shown that the LAFmlc * strain is effective for isobutanol production by E. coli.
また、イソブタノール生産性をより高めるために、LAFmlc*株においてackA-pta遺伝子をさらに破壊することでLAFCmlc*株を作成した。さらに、本培養の培養条件も最適化した。その条件は、250 mL容積のスクリューキャップ付き三角フラスコに、M9Yに40 g/Lブドウ糖、あるいは20 g/Lブドウ糖と20 g/Lキシロースを加えた培地を20 mL入れ、そこに前培養を100分の1量加え、30℃で培養するものである。40 g/Lのブドウ糖入りで培養したものは、ブドウ糖が枯渇したらさらに40 g/Lのブドウ糖を追加し、20 g/Lブドウ糖と20 g/Lキシロース入りで培養したものは、両方の糖が枯渇した時点でさらに20 g/Lブドウ糖と20 g/Lキシロースになるよう追加した。IPTGの添加については、上と同一である。イソブタノールを生産した結果を図5に示す。80 g/Lのブドウ糖からは19 g/L、40 g/Lのブドウ糖と40 g/Lのキシロースからは11 g/Lのイソブタノールが生産された。 Further, in order to enhance the isobutanol productivity, it was created LAFCmlc * strains by further destroying ackA-pta gene in LAFmlc * strains. Furthermore, the culture conditions for the main culture were also optimized. The conditions are as follows.In a 250 mL Erlenmeyer flask with a screw cap, 20 mL of M9Y supplemented with 40 g / L glucose or 20 g / L glucose and 20 g / L xylose is added, and pre-culture is 100 One minute is added and cultured at 30 ° C. When cultured with 40 g / L of glucose, 40 g / L of glucose was added when glucose was depleted, and when cultured with 20 g / L of glucose and 20 g / L of xylose, At the time of depletion, 20 g / L glucose and 20 g / L xylose were added. The addition of IPTG is the same as above. The result of producing isobutanol is shown in FIG. 80 g / L glucose produced 19 g / L and 40 g / L glucose and 40 g / L xylose produced 11 g / L isobutanol.
配列番号1〜22、24〜33 プライマー
配列番号23 合成
SEQ ID NO: 1-22, 24-33 Primer SEQ ID NO: 23 Synthesis
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014209872A (en) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Method of producing polypeptide or rna using pseudogene in escherichia coil |
| CN115125263A (en) * | 2022-05-31 | 2022-09-30 | 中国科学院天津工业生物技术研究所 | Method for relieving PTS dependent carbon source repression of related promoter and application thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050046112A (en) * | 2003-11-13 | 2005-05-18 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | Novel promotor to be controlled by glucose, vector containing the said promotor, trasformant containing the said vector and method to produce a recombinant protein thereof |
| WO2010113832A1 (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-07 | 財団法人地球環境産業技術研究機構 | Coryneform bacterium transformant, and process for producing isobutanol using same |
| JP2010539988A (en) * | 2007-10-04 | 2010-12-24 | ビオ アルチテクトウレ ラブ インコーポレイテッド | Biofuel products |
| JP2011510611A (en) * | 2007-02-09 | 2011-04-07 | ザ レジェンツ オブ ザ ユニヴァースティ オブ カリフォルニア | Biofuel production by recombinant microorganisms |
-
2011
- 2011-06-24 JP JP2011141137A patent/JP2013005764A/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050046112A (en) * | 2003-11-13 | 2005-05-18 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | Novel promotor to be controlled by glucose, vector containing the said promotor, trasformant containing the said vector and method to produce a recombinant protein thereof |
| JP2011510611A (en) * | 2007-02-09 | 2011-04-07 | ザ レジェンツ オブ ザ ユニヴァースティ オブ カリフォルニア | Biofuel production by recombinant microorganisms |
| JP2010539988A (en) * | 2007-10-04 | 2010-12-24 | ビオ アルチテクトウレ ラブ インコーポレイテッド | Biofuel products |
| WO2010113832A1 (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-07 | 財団法人地球環境産業技術研究機構 | Coryneform bacterium transformant, and process for producing isobutanol using same |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| JPN6015009873; J. Biotechnol. vol.119, 2005, p.197-203 * |
| JPN6015009874; J. Biol. Chem. vol.274, no.36, 1999, p.25398-402 * |
| JPN6015009875; J. Biol. Chem. vol.276, no.28, 2001, p.25871-5 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014209872A (en) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | Method of producing polypeptide or rna using pseudogene in escherichia coil |
| CN115125263A (en) * | 2022-05-31 | 2022-09-30 | 中国科学院天津工业生物技术研究所 | Method for relieving PTS dependent carbon source repression of related promoter and application thereof |
| CN115125263B (en) * | 2022-05-31 | 2024-01-23 | 中国科学院天津工业生物技术研究所 | Method for releasing PTS dependent carbon source from repression of related promoter and application thereof |
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