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JP2025027172A - Method for producing acetyl-CoA derivatives - Google Patents

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JP2025027172A
JP2025027172A JP2023131749A JP2023131749A JP2025027172A JP 2025027172 A JP2025027172 A JP 2025027172A JP 2023131749 A JP2023131749 A JP 2023131749A JP 2023131749 A JP2023131749 A JP 2023131749A JP 2025027172 A JP2025027172 A JP 2025027172A
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hydrogen
gene
coa
producing
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Application number
JP2023131749A
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Japanese (ja)
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誠久 蓮沼
Yoshihisa Hasunuma
涼太 秀瀬
Ryota Hidese
圭司 松本
Keiji Matsumoto
直紀 安部川
Naoki Abekawa
俊輔 佐藤
Shunsuke Sato
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Kaneka Corp
Kobe University NUC
Original Assignee
Kaneka Corp
Kobe University NUC
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Abstract

【課題】水素、酸素、及び二酸化炭素を利用した水素酸化細菌の培養によるアセチルCoA誘導体の製造において、アセチルCoA誘導体の生産性を改善する。【解決手段】外来のホスホケトラーゼ遺伝子によって形質転換した水素酸化細菌を、水素、酸素、及び二酸化炭素の存在下で培養することにより、アセチルCoA誘導体を製造する。水素酸化細菌は、カプリアビダス属に属するものであってよい。アセチルCoA誘導体は、クエン酸、3-ヒドロキシ酪酸、又はポリヒドロキシアルカン酸であってよい。【選択図】なし[Problem] To improve the productivity of acetyl-CoA derivatives in the production of acetyl-CoA derivatives by culturing hydrogen-oxidizing bacteria using hydrogen, oxygen, and carbon dioxide. [Solution] Acetyl-CoA derivatives are produced by culturing hydrogen-oxidizing bacteria transformed with an exogenous phosphoketolase gene in the presence of hydrogen, oxygen, and carbon dioxide. The hydrogen-oxidizing bacteria may belong to the genus Capriavidus. The acetyl-CoA derivative may be citric acid, 3-hydroxybutyric acid, or polyhydroxyalkanoic acid. [Selected Figures] None

Description

本発明は、水素酸化細菌の培養によるアセチルCoA誘導体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing acetyl-CoA derivatives by culturing hydrogen-oxidizing bacteria.

近年、地球環境問題への意識の高まりにより化石資源脱却に向けた動きが加速している。そのような中、バイオテクノロジーとデジタル技術の進展により、合成生物学を応用して微生物等が従来保有する物質生産能を増加したり、新しい目的物質の生産能を獲得させるといった「バイオものづくり」に関する技術開発が注目を集めている。また、地球温暖化対策の一つとして、二酸化炭素の資源化技術の重要性が認識されており、具体的には二酸化炭素と水素、水などを用いて、燃料・化学品に変換する技術について国内外で開発が進められている。 In recent years, growing awareness of global environmental issues has accelerated the movement away from fossil fuel resources. In this context, advances in biotechnology and digital technology have drawn attention to the development of "biomachining" technology, which applies synthetic biology to increase the substance production capabilities of microorganisms and other organisms, or to give them the ability to produce new target substances. In addition, the importance of carbon dioxide resource technology has been recognized as one of the measures to combat global warming, and specifically, development is underway both in Japan and overseas of technology that uses carbon dioxide, hydrogen, water, and other materials to convert them into fuel and chemicals.

水素酸化細菌は、光エネルギーに依存することなく、水素の酸化によって得られるエネルギーによって二酸化炭素を固定でき、固定した二酸化炭素を有用物質へと変換することができる。そのため、化石資源、糖質や油脂などに頼らない、水素酸化細菌を利用した有用物質の生産が注目されている。 Hydrogen-oxidizing bacteria can fix carbon dioxide using energy obtained by oxidizing hydrogen without relying on light energy, and can convert the fixed carbon dioxide into useful substances. For this reason, the production of useful substances using hydrogen-oxidizing bacteria that does not rely on fossil resources, carbohydrates, oils, etc. is attracting attention.

水素酸化細菌によって生産可能な有用物質として、例えば、ポリヒドロキシアルカン酸(以下、PHAともいう)が挙げられる。PHAはプラスチック代替素材として使用可能な生分解性高分子材料であり、すでに社会実装が進められている。PHAは、海水生分解性を有しており、廃プラスチックによる海洋汚染を解決し得る素材として注目されている。 An example of a useful substance that can be produced by hydrogen-oxidizing bacteria is polyhydroxyalkanoic acid (hereinafter referred to as PHA). PHA is a biodegradable polymeric material that can be used as an alternative to plastics, and social implementation is already underway. PHA is biodegradable in seawater, and has attracted attention as a material that can solve the problem of marine pollution caused by waste plastic.

Cupriavidus necatorなどの水素酸化細菌は、水素、酸素、及び二酸化炭素を含む混合ガス培養によって、ポリヒドロキシアルカン酸(以下、PHAともいう)を蓄積することが知られている。C.necatorのガス培養においては、PHA生産性の向上のための遺伝子工学的改変の報告例がある。例えば非特許文献1では、C.necator H16株におけるCalvin-Benson-Basshamオペロンの発現量調節を行う遺伝子群の過剰発現が行われ、菌体収量およびPHA含量が向上したことが報告されている。 Hydrogen-oxidizing bacteria such as Cupriavidus necator are known to accumulate polyhydroxyalkanoic acid (hereinafter also referred to as PHA) by culture in a mixed gas containing hydrogen, oxygen, and carbon dioxide. There are reports of genetic engineering modifications to improve PHA productivity in gas culture of C. necator. For example, Non-Patent Document 1 reports that overexpression of a group of genes that regulate the expression level of the Calvin-Benson-Bassham operon in the C. necator H16 strain was performed, improving the bacterial yield and PHA content.

Kim S.,et al.,Microb. Cell Fact.,21:231(2022)Kim S. , et al. , Microb. Cell Fact. , 21:231 (2022)

以上の通り、水素、酸素、及び二酸化炭素を利用した水素酸化細菌の培養によるPHA等の有用物質の生産技術は報告されているが、これまで開発された方法では未だ十分なものとはいえず、製造コストが高額となるため、生産性を改善することが強く望まれている。 As described above, production technologies for useful substances such as PHAs by culturing hydrogen-oxidizing bacteria using hydrogen, oxygen, and carbon dioxide have been reported, but the methods developed so far are still not sufficient and the production costs are high, so there is a strong need to improve productivity.

本発明は、上記現状に鑑み、水素、酸素、及び二酸化炭素を利用した水素酸化細菌の培養によるアセチルCoA誘導体の製造において、アセチルCoA誘導体の生産性を改善することを目的とする。 In view of the above-mentioned current situation, the present invention aims to improve the productivity of acetyl-CoA derivatives in the production of acetyl-CoA derivatives by culturing hydrogen-oxidizing bacteria using hydrogen, oxygen, and carbon dioxide.

本発明者は前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、外来のホスホケトラーゼ遺伝子によって形質転換した水素酸化細菌を、水素、酸素、及び二酸化炭素の存在下で培養することで、水素酸化細菌によるアセチルCoA誘導体の生産性を向上できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive research conducted by the present inventors to solve the above problems, they discovered that the productivity of acetyl-CoA derivatives by hydrogen-oxidizing bacteria can be improved by culturing hydrogen-oxidizing bacteria transformed with an exogenous phosphoketolase gene in the presence of hydrogen, oxygen, and carbon dioxide, and thus completed the present invention.

すなわち本発明は、外来のホスホケトラーゼ遺伝子によって形質転換した水素酸化細菌を、水素、酸素、及び二酸化炭素の存在下で培養する工程を含む、アセチルCoA誘導体の製造方法に関する。 That is, the present invention relates to a method for producing an acetyl-CoA derivative, which comprises a step of culturing a hydrogen-oxidizing bacterium transformed with an exogenous phosphoketolase gene in the presence of hydrogen, oxygen, and carbon dioxide.

本発明によると、水素、酸素、及び二酸化炭素を利用した水素酸化細菌の培養によるアセチルCoA誘導体の製造において、アセチルCoA誘導体の生産性を改善することができる。
本発明によると、単位液量当たりのアセチルCoA誘導体の生産性を向上することができ、生産効率を改善し、製造コストを低減することができる。
According to the present invention, in the production of acetyl-CoA derivatives by culturing hydrogen-oxidizing bacteria using hydrogen, oxygen, and carbon dioxide, the productivity of acetyl-CoA derivatives can be improved.
According to the present invention, the productivity of acetyl-CoA derivatives per unit volume of liquid can be improved, the production efficiency can be improved, and the production cost can be reduced.

実施例1及び比較例1における各培養液の光学密度(600nm)の時間的変化を示すグラフGraph showing the change over time in optical density (600 nm) of each culture solution in Example 1 and Comparative Example 1

以下に、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
本実施形態は、外来のホスホケトラーゼ遺伝子によって形質転換した水素酸化細菌を、水素、酸素、及び二酸化炭素の存在下で培養する工程を含む、アセチルCoA誘導体の製造方法に関する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described, however, the present invention is not limited to the following embodiment.
The present embodiment relates to a method for producing an acetyl-CoA derivative, which comprises a step of culturing a hydrogen-oxidizing bacterium transformed with an exogenous phosphoketolase gene in the presence of hydrogen, oxygen, and carbon dioxide.

(アセチルCoA誘導体)
本願におけるアセチルCoA誘導体とは、中枢代謝の根幹をなす化合物の一つであるアセチルCoAを重要中間体とする経路を経て生成され、且つ、水素酸化細菌の代謝経路においてCalvin-Benson-Bassham回路を上流とした時に、アセチルCoAよりも下流に位置する化合物の総称である。アセチルCoA誘導体の具体例としては、クエン酸、3-ヒドロキシ酪酸、PHAなどが挙げられるが、これらに限定されない。本実施形態におけるアセチルCoA誘導体の製造方法において、生産の目的とするアセチルCoA誘導体は、1種類のみであってもよいし、2種類以上であってもよい。
(Acetyl CoA derivatives)
The acetyl-CoA derivative in the present application is a general term for compounds that are produced through a pathway in which acetyl-CoA, one of the compounds that form the basis of central metabolism, is an important intermediate, and that are located downstream of acetyl-CoA when the Calvin-Benson-Bassham cycle is considered as the upstream in the metabolic pathway of hydrogen-oxidizing bacteria. Specific examples of the acetyl-CoA derivative include, but are not limited to, citric acid, 3-hydroxybutyric acid, and PHA. In the method for producing an acetyl-CoA derivative in this embodiment, the acetyl-CoA derivative to be produced may be one type or two or more types.

(水素酸化細菌)
水素酸化細菌とは、水素分子を酸化し、その反応によって生じるエネルギーを利用し、Calvin-Benson-Bassham回路によって二酸化炭素を固定してアセチルCoAを生成し、増殖することができる化学合成細菌である。
(Hydrogen-oxidizing bacteria)
Hydrogen-oxidizing bacteria are chemosynthetic bacteria that can grow by oxidizing hydrogen molecules, utilizing the energy generated by the reaction to fix carbon dioxide through the Calvin-Benson-Bassham cycle to produce acetyl-CoA.

本実施形態における形質転換水素酸化細菌は、アセチルCoA誘導体を生産可能な水素酸化細菌であって、かつ、外来のホスホケトラーゼをコードする遺伝子によって形質転換された水素酸化細菌である。 The transformed hydrogen-oxidizing bacteria in this embodiment are hydrogen-oxidizing bacteria capable of producing acetyl-CoA derivatives and are transformed with a gene encoding an exogenous phosphoketolase.

本実施形態における形質転換水素酸化細菌の宿主は、水素酸化細菌であれば特に限定されず、例えば、ラルストニア(Ralstonia)属、カプリアビダス(Cupriavidus)属、ワウテルシア(Wautersia)属、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、バシラス(Bacillus)属、ハイドロゲノバクター(Hydrogenobacter)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属、マイコバクテリウム(Mycobacterium)属等に属する細菌類が挙げられる。安全性及び生産性の観点から、好ましくはラルストニア属、カプリアビダス属、ワウテルシア属に属する細菌であり、さらに好ましくはカプリアビダス属に属する水素酸化細菌であり、特に好ましくはカプリアビダス・ネカトール(Cupriavidus necator)である。 In this embodiment, the host of the transformed hydrogen-oxidizing bacteria is not particularly limited as long as it is a hydrogen-oxidizing bacterium, and examples of such bacteria include bacteria belonging to the genera Ralstonia, Cupriavidus, Wautersia, Alcaligenes, Pseudomonas, Bacillus, Hydrogenobacter, Streptomyces, and Mycobacterium. From the viewpoint of safety and productivity, bacteria belonging to the genus Ralstonia, Cupriavidus, or Wautersia are preferred, hydrogen-oxidizing bacteria belonging to the genus Cupriavidus are more preferred, and Cupriavidus necator is particularly preferred.

本実施形態における形質転換水素酸化細菌の宿主は、野生株であっても良いし、生産するアセチルCoA誘導体に適するように野生株を人工的に突然変異処理して得られる変異株や、あるいは、遺伝子工学的手法により外来遺伝子が導入された形質転換株であっても良く、適宜選択できる。 The host of the transformed hydrogen-oxidizing bacteria in this embodiment may be a wild-type strain, a mutant strain obtained by artificially mutating a wild-type strain so as to be suitable for the acetyl-CoA derivative to be produced, or a transformed strain into which a foreign gene has been introduced by genetic engineering techniques, and may be appropriately selected.

例えば、生産するアセチルCoA誘導体がPHAである場合、本実施形態における形質転換水素酸化細菌の宿主は、PHA合成酵素遺伝子を本来的に有する野生株であってもよいし、そのような野生株を人工的に突然変異処理して得られる変異株や、あるいは、遺伝子工学的手法により外来のPHA合成酵素遺伝子が導入された形質転換株であってもよい。 For example, when the acetyl-CoA derivative to be produced is a PHA, the host of the transformed hydrogen-oxidizing bacterium in this embodiment may be a wild-type strain that inherently has a PHA synthase gene, or a mutant strain obtained by artificially mutating such a wild-type strain, or a transformed strain into which an exogenous PHA synthase gene has been introduced by genetic engineering techniques.

外来遺伝子を導入する方法は特に限定されず、宿主の染色体上に遺伝子を直接挿入または置換する方法、宿主が保有するメガプラスミド上に遺伝子を直接挿入または置換する方法、あるいはプラスミド、ファージ、ファージミドなどのベクター上に遺伝子を配置して導入する方法などが選択でき、これらの方法のうち2つ以上を併用しても良い。導入遺伝子の安定性を考慮すると、好ましくは、宿主の染色体上または宿主が保有するメガプラスミド上に遺伝子を直接挿入または置換する方法であり、より好ましくは、宿主の染色体上に遺伝子を直接挿入または置換する方法である。 The method for introducing a foreign gene is not particularly limited, and may include a method for directly inserting or replacing a gene on a host chromosome, a method for directly inserting or replacing a gene on a megaplasmid possessed by the host, or a method for placing a gene on a vector such as a plasmid, phage, or phagemid and introducing the gene, or two or more of these methods may be used in combination. Considering the stability of the introduced gene, a method for directly inserting or replacing a gene on a host chromosome or a megaplasmid possessed by the host is preferred, and a method for directly inserting or replacing a gene on a host chromosome is more preferred.

生産するアセチルCoA誘導体がPHAである場合、PHAの種類としては、水素酸化細菌が生産し得るPHAである限り特に限定されないが、炭素数4~16の3-ヒドロキシアルカン酸から選択される1種のモノマーの単独重合体、炭素数4~16の3-ヒドロキシアルカン酸から選択される2種以上のモノマーの共重合体、炭素数4~16の3-ヒドロキシアルカン酸から選択される1種のモノマーとその他のヒドロキシアルカン酸(例えば、炭素数4~16の2-ヒドロキシアルカン酸、4-ヒドロキシアルカン酸、5-ヒドロキシアルカン酸、6-ヒドロキシアルカン酸など)の共重合体、及び、炭素数4~16の3-ヒドロキシアルカン酸から選択される2種以上のモノマーとその他のヒドロキシアルカン酸の共重合体が好ましい。特に好ましくは炭素数4の3-ヒドロキシアルカン酸の単独重合体及び炭素数4の3-ヒドロキシアルカン酸を含む共重合体である。例えば、3-ヒドロキシ酪酸(略称:3HB)のホモポリマーであるP(3HB)、3HBと3-ヒドロキシ吉草酸(略称:3HV)の共重合体P(3HB-co-3HV)、3HBと3-ヒドロキシヘキサン酸(略称:3HH)の共重合体P(3HB-co-3HH)(略称:PHBH)、3HBと4-ヒドロキシ酪酸(略称:4HB)の共重合体P(3HB-co-4HB)、乳酸(略称:LA)を構成成分として含むPHA、例えば3HBとLAの共重合体P(LA-co-3HB)などが挙げられるが、これらに限定されない。この中でも、ポリマーとしての応用範囲が広いという観点から、PHBHが好ましい。なお、生産されるPHAの種類は、目的に応じて、使用する水素酸化細菌の保有するあるいは別途導入されたPHA合成酵素遺伝子の種類や、その合成に関与する代謝系の遺伝子の種類、培養条件などによって適宜選択しうる。 When the acetyl-CoA derivative produced is a PHA, the type of PHA is not particularly limited as long as it is a PHA that can be produced by hydrogen-oxidizing bacteria, but preferred are homopolymers of one monomer selected from 3-hydroxyalkanoic acids having 4 to 16 carbon atoms, copolymers of two or more monomers selected from 3-hydroxyalkanoic acids having 4 to 16 carbon atoms, copolymers of one monomer selected from 3-hydroxyalkanoic acids having 4 to 16 carbon atoms and other hydroxyalkanoic acids (e.g., 2-hydroxyalkanoic acids, 4-hydroxyalkanoic acids, 5-hydroxyalkanoic acids, 6-hydroxyalkanoic acids, etc. having 4 to 16 carbon atoms), and copolymers of two or more monomers selected from 3-hydroxyalkanoic acids having 4 to 16 carbon atoms and other hydroxyalkanoic acids. Particularly preferred are homopolymers of 3-hydroxyalkanoic acids having 4 carbon atoms and copolymers containing 3-hydroxyalkanoic acids having 4 carbon atoms. Examples of PHAs include, but are not limited to, P(3HB), which is a homopolymer of 3-hydroxybutyric acid (abbreviation: 3HB), P(3HB-co-3HV), a copolymer of 3HB and 3-hydroxyvaleric acid (abbreviation: 3HV), P(3HB-co-3HH) (abbreviation: PHBH), P(3HB-co-4HB), a copolymer of 3HB and 4-hydroxybutyric acid (abbreviation: 4HB), and PHAs containing lactic acid (abbreviation: LA) as a component, such as P(LA-co-3HB), a copolymer of 3HB and LA, and the like. Among these, PHBH is preferred from the viewpoint of a wide range of applications as a polymer. The type of PHA produced can be appropriately selected depending on the purpose, the type of PHA synthase gene possessed by the hydrogen-oxidizing bacteria used or introduced separately, the type of metabolic system gene involved in the synthesis, the culture conditions, and the like.

(ホスホケトラーゼ遺伝子)
本実施形態に係る形質転換水素酸化細菌は、外来のホスホケトラーゼ遺伝子によって形質転換されたものである。本実施形態によると、水素酸化細菌に外来のホスホケトラーゼ遺伝子を導入し、二酸化炭素固定経路(Calvin-Benson-Bassham回路)からアセチルCoAを合成するための経路を新たに確保、あるいは強化することで、アセチルCoA誘導体の生産性が向上し得る。特に、カプリアビダス・ネカトールなどホスホケトラーゼ遺伝子を本来的に有していない水素酸化細菌の場合には、外来のホスホケトラーゼ遺伝子を導入することで、二酸化炭素固定経路からアセチルCoAを合成するための新たな経路を確保することができる。
(Phosphoketolase gene)
The transformed hydrogen-oxidizing bacteria according to this embodiment are transformed with an exogenous phosphoketolase gene. According to this embodiment, the productivity of acetyl-CoA derivatives can be improved by introducing an exogenous phosphoketolase gene into the hydrogen-oxidizing bacteria to newly secure or strengthen a pathway for synthesizing acetyl-CoA from a carbon dioxide fixation pathway (Calvin-Benson-Bassham cycle). In particular, in the case of hydrogen-oxidizing bacteria that do not inherently have a phosphoketolase gene, such as Capriavidus necator, a new pathway for synthesizing acetyl-CoA from a carbon dioxide fixation pathway can be secured by introducing an exogenous phosphoketolase gene.

尚、外来のホスホケトラーゼ遺伝子とは、当該ホスホケトラーゼ遺伝子の由来の生物種が、前記形質転換水素酸化細菌の宿主の生物種とは異なることを意味する。尚、導入するホスホケトラーゼ遺伝子の数は、1つでも良いし、複数であっても良い。 The term "exogenous phosphoketolase gene" means that the organism from which the phosphoketolase gene originates is different from the organism of the host of the transformed hydrogen-oxidizing bacterium. The number of phosphoketolase genes to be introduced may be one or more.

ホスホケトラーゼとは、キシルロース-5-リン酸を基質とし、グリセルアルデヒド-3-リン酸とアセチルリン酸を生成する反応を触媒する酵素;フルクトース-6-リン酸を基質とし、エリスロース-4-リン酸とアセチルリン酸を生成する反応を触媒する酵素;又は、セドヘプチュロース-7-リン酸を基質とし、リボースー5―リン酸とアセチルリン酸を生成する反応を触媒する酵素を指す。これら酵素反応によって生成したアセチルリン酸から、アセチルCoA、及びアセチルCoA誘導体が生成し得る。 Phosphoketolase refers to an enzyme that catalyzes the reaction of xylulose-5-phosphate as a substrate to produce glyceraldehyde-3-phosphate and acetyl phosphate; an enzyme that catalyzes the reaction of fructose-6-phosphate as a substrate to produce erythrose-4-phosphate and acetyl phosphate; or an enzyme that catalyzes the reaction of sedoheptulose-7-phosphate as a substrate to produce ribose-5-phosphate and acetyl phosphate. Acetyl CoA and acetyl CoA derivatives can be produced from the acetyl phosphate produced by these enzymatic reactions.

ホスホケトラーゼ遺伝子の由来は特に限定されず、例えば、シュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物、イデオネラ(Ideonella)属に属する微生物、アフィピア(Afipia)属に属する微生物、アクロモバクター(Achromobacter)属に属する微生物等が挙げられる。 The origin of the phosphoketolase gene is not particularly limited, and examples thereof include microorganisms belonging to the genus Pseudomonas, the genus Ideonella, the genus Afipia, and the genus Achromobacter.

シュードモナス属に由来するホスホケトラーゼ遺伝子の具体例としては、配列番号1、配列番号2、又は配列番号3に記載のアミノ酸配列をコードする遺伝子が挙げられる。イデオネラ属に由来するホスホケトラーゼ遺伝子の具体例としては、配列番号4に記載のアミノ酸配列をコードする遺伝子が挙げられる。アフィピア属に由来するホスホケトラーゼ遺伝子の具体例としては、配列番号5に記載のアミノ酸配列をコードする遺伝子が挙げられる。アクロモバクター属に由来するホスホケトラーゼ遺伝子の具体例としては、配列番号6に記載のアミノ酸配列をコードする遺伝子が挙げられる。 Specific examples of phosphoketolase genes derived from the genus Pseudomonas include genes encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:2, or SEQ ID NO:3. Specific examples of phosphoketolase genes derived from the genus Ideonella include genes encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:4. Specific examples of phosphoketolase genes derived from the genus Aphidopia include genes encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:5. Specific examples of phosphoketolase genes derived from the genus Achromobacter include genes encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:6.

本実施形態に係る形質転換水素酸化細菌に導入されるホスホケトラーゼ遺伝子としては、配列番号1~6のいずれかで示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を示すアミノ酸配列を含むホスホケトラーゼをコードする遺伝子であることであることが好ましい。前記配列同一性は、95%以上であることが好ましく、97%以上がより好ましく、99%以上が特に好ましい。 The phosphoketolase gene to be introduced into the transformed hydrogen-oxidizing bacterium according to this embodiment is preferably a gene encoding a phosphoketolase containing an amino acid sequence that shows 90 to 100% sequence identity to the amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 6. The sequence identity is preferably 95% or more, more preferably 97% or more, and particularly preferably 99% or more.

配列番号1~6のいずれかで示されるアミノ酸配列に対する配列同一性が100%未満であるアミノ酸配列は、配列番号1~6のいずれかで示されるアミノ酸配列において、1個もしくは複数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入又は付加されたアミノ酸配列であることが好ましい。 An amino acid sequence that has less than 100% sequence identity to an amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 6 is preferably an amino acid sequence in which one or more amino acids have been substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NOs: 1 to 6.

このようなアミノ酸の置換、欠失、挿入又は付加は、タンパク質の機能が正常に維持される保存的変異であることが好ましく、保存的置換がより好ましい。保存的置換とは、例えば、芳香族アミノ酸同士の置換、疎水性アミノ酸同士の置換、極性アミノ酸同士の置換、塩基性アミノ酸同士の置換、ヒドロシキル基を有するアミノ酸同士の置換などが挙げられる。アミノ酸の置換、欠失、挿入又は付加は、人工的な変異であっても良いし、遺伝子の由来の生物の個体差や、種の違いなどによる天然の変異であっても良い。 Such amino acid substitutions, deletions, insertions, or additions are preferably conservative mutations that maintain the normal function of the protein, and conservative substitutions are more preferable. Examples of conservative substitutions include substitutions between aromatic amino acids, between hydrophobic amino acids, between polar amino acids, between basic amino acids, and between amino acids having a hydroxyl group. The amino acid substitutions, deletions, insertions, or additions may be artificial mutations, or may be natural mutations due to individual differences in the organism from which the gene originates, differences in species, etc.

対象遺伝子を宿主に導入する方法としては特に限定されないが、宿主の染色体上に対象遺伝子を直接挿入または置換する方法、宿主が保有するメガプラスミド上に対象遺伝子を直接挿入または置換する方法、あるいはプラスミド、ファージ、ファージミドなどのベクター上に対象遺伝子を配置して導入する方法などが選択でき、これらの方法のうち2つ以上を併用しても良い。 The method for introducing the target gene into the host is not particularly limited, but may include directly inserting or replacing the target gene on the host chromosome, directly inserting or replacing the target gene on a megaplasmid carried by the host, or arranging the target gene on a vector such as a plasmid, phage, or phagemid and introducing it, and two or more of these methods may be used in combination.

導入遺伝子の安定性を考慮すると、好ましくは、宿主の染色体上または宿主が保有するメガプラスミド上に対象遺伝子を直接挿入または置換する方法であり、より好ましくは、宿主の染色体上に対象遺伝子を直接挿入または置換する方法である。 Considering the stability of the introduced gene, a method in which the target gene is directly inserted or replaced on the host chromosome or on a megaplasmid carried by the host is preferred, and a method in which the target gene is directly inserted or replaced on the host chromosome is more preferred.

導入する遺伝子を確実に発現させるために、対象遺伝子が、宿主が元来有する「遺伝子発現調節配列」の下流に位置するように導入するか、または、対象遺伝子が、外来の「遺伝子発現調節配列」の下流に位置する形で導入することが好ましい。本願における「遺伝子発現調節配列」とは、その遺伝子の転写量を制御する塩基配列(例えばプロモーター配列)、及び/または、その遺伝子から転写されたメッセンジャーRNAの翻訳量を調節する塩基配列(例えばシャイン・ダルガノ配列)を含むDNA配列である。「遺伝子発現調節配列」としては、自然界に存在する任意の塩基配列を利用することもできるし、人工的に構築または改変された塩基配列を利用しても良い。 In order to ensure the expression of the introduced gene, it is preferable to introduce the target gene so that it is located downstream of a "gene expression regulatory sequence" that the host originally has, or so that the target gene is located downstream of an exogenous "gene expression regulatory sequence." In this application, a "gene expression regulatory sequence" is a DNA sequence that includes a base sequence (e.g., a promoter sequence) that controls the transcription amount of the gene, and/or a base sequence (e.g., a Shine-Dalgarno sequence) that controls the translation amount of messenger RNA transcribed from the gene. As a "gene expression regulatory sequence," any base sequence that exists in nature can be used, or an artificially constructed or modified base sequence can be used.

「遺伝子発現調節配列」に含まれるプロモーター配列やシャイン・ダルガノ配列としては、例えば、配列番号7~12のいずれかに示される塩基配列、または、これら塩基配列の一部を含む塩基配列などが挙げられるが、特に限定されない。 Examples of promoter sequences and Shine-Dalgarno sequences included in the "gene expression regulatory sequence" include, but are not limited to, the base sequences shown in any of SEQ ID NOs: 7 to 12, or base sequences containing parts of these base sequences.

ゲノムDNAの少なくとも一部の置換、欠失、挿入及び/又は付加は、当業者に周知の方法により行うことができる。代表的な方法としてはトランスポゾンと相同組換えの機構を利用した方法(Ohman et al., J. Bacteriol., 162:1068-1074 (1985))や、相同組換えの機構によって起こる部位特異的な組み込みと第二段階の相同組換えによる脱落を原理とした方法(Noti et al., Methods Enzymol., 154:197-217 (1987))などがある。また、Bacillus subtilis由来のsacB遺伝子を共存させて、第二段階の相同組換えによって遺伝子が脱落した水素酸化細菌株をスクロース耐性株として容易に単離する方法(Schweizer, Mol. Microbiol., 6:1195-1204 (1992)、Lenz et al., J. Bacteriol., 176:4385-4393 (1994))も利用することができる。さらに別の方法として、標的DNAを改変するためのCRISPR/Cas9システムによるゲノム編集技術(Y. Wang et al., ACS Synth Biol. 2016, 5(7):721-732)も利用することができる。CRISPR/Cas9システムでは、ガイドRNA(gRNA)は改変すべきゲノムDNAの塩基配列の一部に結合しうる配列を有しており、Cas9を標的に運ぶ役割をもつ。 Substitution, deletion, insertion and/or addition of at least a portion of genomic DNA can be performed by methods well known to those skilled in the art. Representative methods include a method that utilizes the mechanism of transposon and homologous recombination (Ohman et al., J. Bacteriol., 162:1068-1074 (1985)) and a method based on the principle of site-specific integration caused by the mechanism of homologous recombination and loss by second-stage homologous recombination (Noti et al., Methods Enzymol., 154:197-217 (1987)). In addition, a method of easily isolating a hydrogen-oxidizing bacteria strain in which the sacB gene derived from Bacillus subtilis has been coexisted and the gene has been lost by second-stage homologous recombination as a sucrose-resistant strain (Schweizer, Mol. Microbiol., 6:1195-1204 (1992); Lenz et al., J. Bacteriol., 176:4385-4393 (1994)) can also be used. As another method, genome editing technology using the CRISPR/Cas9 system to modify target DNA (Y. Wang et al., ACS Synth Biol. 2016, 5(7):721-732) can also be used. In the CRISPR/Cas9 system, the guide RNA (gRNA) has a sequence that can bind to a part of the base sequence of the genomic DNA to be modified, and plays a role in transporting Cas9 to the target.

細胞へのベクターの導入方法としても特に限定されないが、例えば、塩化カルシウム法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール法、スフェロプラスト法等が挙げられる。 The method for introducing the vector into the cells is not particularly limited, but examples include the calcium chloride method, electroporation method, polyethylene glycol method, and spheroplast method.

(ガス培養によるアセチルCoA誘導体の生産)
前記形質転換水素酸化細菌を水素、酸素、及び二酸化炭素の存在下で培養することで、二酸化炭素を炭素源として利用したアセチルCoA誘導体の生産が可能となる。前記形質転換水素酸化細菌を培養する方法としては、水素、酸素、及び二酸化炭素を含む混合ガスが存在する培地中で培養を行えばよい。培地組成、ガスの添加方法、培養スケール、通気攪拌条件や、培養温度、培養時間などは特に限定されない。通気するガスは、あらかじめ適切な成分が混合されたガスであっても良いし、培養槽中で適切な組成となるよう各ガスを別々に通気しても良い。ガスは、連続的に、または間欠的に培養槽に通気することが好ましい。
(Production of acetyl-CoA derivatives by gas culture)
Culturing the transformed hydrogen-oxidizing bacteria in the presence of hydrogen, oxygen, and carbon dioxide enables the production of acetyl-CoA derivatives using carbon dioxide as a carbon source. The transformed hydrogen-oxidizing bacteria may be cultured in a medium in the presence of a mixed gas containing hydrogen, oxygen, and carbon dioxide. The medium composition, gas addition method, culture scale, aeration and stirring conditions, culture temperature, culture time, and the like are not particularly limited. The gas to be aerated may be a gas in which appropriate components are mixed in advance, or each gas may be aerated separately to obtain an appropriate composition in the culture tank. It is preferable to aerate the gas into the culture tank continuously or intermittently.

通気するガスの組成としては、前記形質転換水素酸化細菌がアセチルCoA誘導体を生産可能なガス組成であれば特に限定されないが、培養気相中の比率として、水素ガス濃度は、水素酸化細菌による利用効率の観点から、1vol%以上が好ましく、10vol%以上がより好ましく、30vol%以上がさらにより好ましく、60vol%以上が特に好ましい。また、酸素ガス濃度は、水素酸化細菌による利用効率と高濃度酸素による毒性の観点から、0.1~80vol%が好ましく、0.1~50vol%がより好ましく、0.1~10vol%がさらにより好ましく、0.1~5vol%が特に好ましい。二酸化炭素ガス濃度は、水素酸化細菌による利用効率と高濃度二酸化炭素による毒性の観点から、0.1~80vol%が好ましく、1~50vol%がより好ましく、2~30vol%がさらにより好ましく、5~20vol%が特に好ましい。 The composition of the gas to be aerated is not particularly limited as long as the transformed hydrogen-oxidizing bacteria can produce an acetyl-CoA derivative. However, the hydrogen gas concentration as a ratio in the culture gas phase is preferably 1 vol% or more, more preferably 10 vol% or more, even more preferably 30 vol% or more, and particularly preferably 60 vol% or more, from the viewpoint of utilization efficiency by the hydrogen-oxidizing bacteria. The oxygen gas concentration is preferably 0.1 to 80 vol%, more preferably 0.1 to 50 vol%, even more preferably 0.1 to 10 vol%, and particularly preferably 0.1 to 5 vol%, from the viewpoint of utilization efficiency by the hydrogen-oxidizing bacteria and toxicity due to high concentration of oxygen. The carbon dioxide gas concentration is preferably 0.1 to 80 vol%, more preferably 1 to 50 vol%, even more preferably 2 to 30 vol%, and particularly preferably 5 to 20 vol%, from the viewpoint of utilization efficiency by the hydrogen-oxidizing bacteria and toxicity due to high concentration of carbon dioxide.

本実施形態におけるアセチルCoA誘導体の製造では、上記混合ガスの存在下、栄養源である窒素源、無機塩類、その他の有機栄養源を含む培地を用いて、前記水素酸化細菌を培養することが好ましい。下記に限定されないが、窒素源としては、例えば、アンモニア;塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等のアンモニウム塩;ペプトン、肉エキス、酵母エキス等が挙げられる。無機塩類としては、例えば、リン酸2水素カリウム、リン酸水素2ナトリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム等が挙げられる。その他の有機栄養源としては、例えば、グリシン、アラニン、セリン、スレオニン、プロリン等のアミノ酸、ビタミンB1、ビタミンB12、ビタミンC等のビタミン等が挙げられる。 In the production of the acetyl-CoA derivative in this embodiment, it is preferable to culture the hydrogen-oxidizing bacteria in the presence of the mixed gas using a medium containing a nitrogen source, inorganic salts, and other organic nutrient sources as nutrient sources. Examples of the nitrogen source include, but are not limited to, ammonia; ammonium salts such as ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium phosphate; peptone, meat extract, yeast extract, and the like. Examples of inorganic salts include potassium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, and sodium chloride, and the like. Examples of other organic nutrient sources include amino acids such as glycine, alanine, serine, threonine, and proline, and vitamins such as vitamin B1, vitamin B12, and vitamin C, and the like.

(アセチルCoA誘導体の回収)
前記形質転換水素酸化細菌の培養を適切な時間行ってアセチルCoA誘導体を生産させた後、培地からアセチルCoA誘導体を回収すればよい。その回収方法は特に限定されない。
(Recovery of Acetyl-CoA Derivatives)
The transformed hydrogen-oxidizing bacteria is cultured for an appropriate period of time to produce an acetyl-CoA derivative, and the acetyl-CoA derivative can then be collected from the medium by any method without particular limitation.

一例を挙げると、生産するアセチルCoA誘導体がPHAである場合、菌体からのPHAの回収は、例えば、次のような方法によって実施することができる。培養終了後、培養液から遠心分離機等で菌体を分離し、その菌体を蒸留水、メタノール等により洗浄し、乾燥させる。この乾燥菌体から、クロロホルム等の有機溶剤を用いてPHAを抽出する。このPHAを含んだ溶液から、濾過等によって菌体成分を除去し、そのろ液にメタノールやヘキサン等の貧溶媒を加えてPHAを沈殿させる。さらに、濾過や遠心分離によって上澄み液を除去し、乾燥させてPHAを回収することができる。 For example, when the acetyl-CoA derivative produced is PHA, the PHA can be recovered from the cells by the following method. After the culture is completed, the cells are separated from the culture liquid using a centrifuge or the like, and the cells are washed with distilled water, methanol, or the like, and dried. PHA is extracted from the dried cells using an organic solvent such as chloroform. Cell components are removed from the solution containing PHA by filtration or the like, and a poor solvent such as methanol or hexane is added to the filtrate to precipitate the PHA. The supernatant is then removed by filtration or centrifugation, and the PHA can be recovered by drying.

別の例として、培養液から遠心分離機等で菌体を分離し、その菌体を蒸留水、メタノール等により洗浄する。続いて、洗浄サンプルをラウリル硫酸ナトリウム(SDS)溶液と混合し、超音波破砕により細胞膜を破壊し、遠心分離機等で菌体成分とPHAを分離し、PHAを乾燥させることによりPHAを回収することもできる。 As another example, the bacterial cells are separated from the culture medium using a centrifuge or the like, and the bacterial cells are washed with distilled water, methanol, or the like. The washed sample is then mixed with a sodium lauryl sulfate (SDS) solution, the cell membrane is disrupted by ultrasonication, the bacterial components and PHA are separated using a centrifuge or the like, and the PHA can be recovered by drying the PHA.

以下の各項目では、本開示における好ましい態様を列挙するが、本発明は以下の各項目に限定されるわけではない。
[項目1]
外来のホスホケトラーゼ遺伝子によって形質転換した水素酸化細菌を、水素、酸素、及び二酸化炭素の存在下で培養する工程を含む、アセチルCoA誘導体の製造方法。
[項目2]
培養気相中の水素ガス濃度が1vol%以上である、項目1に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。
[項目3]
培養気相中の二酸化炭素ガス濃度が0.1vol%以上である、項目1又は2に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。
[項目4]
前記水素酸化細菌がカプリアビダス属に属する、項目1~3のいずれかに記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。
[項目5]
前記水素酸化細菌がカプリアビダス・ネカトールである、項目4に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。
[項目6]
前記ホスホケトラーゼ遺伝子が、シュードモナス属、イデオネラ属、アフィピア属、又はアクロモバクター属由来である、項目1~5のいずれかに記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。
[項目7]
前記ホスホケトラーゼ遺伝子が、配列番号1~6のいずれかで示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を示すアミノ酸配列を含むホスホケトラーゼをコードする遺伝子である、項目6に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。
[項目8]
前記アセチルCoA誘導体が、クエン酸、3-ヒドロキシ酪酸、及びポリヒドロキシアルカン酸からなる群より選択される少なくとも1種である、項目1~7のいずれかに記載の製造方法。
[項目9]
前記アセチルCoA誘導体がポリヒドロキシアルカン酸である、項目8に記載の製造方法。
The following items enumerate preferred aspects of the present disclosure, but the present invention is not limited to the following items.
[Item 1]
A method for producing an acetyl-CoA derivative, comprising culturing a hydrogen-oxidizing bacterium transformed with an exogenous phosphoketolase gene in the presence of hydrogen, oxygen, and carbon dioxide.
[Item 2]
2. The method for producing an acetyl-CoA derivative according to item 1, wherein the hydrogen gas concentration in the culture gas phase is 1 vol% or more.
[Item 3]
3. The method for producing an acetyl-CoA derivative according to item 1 or 2, wherein the carbon dioxide gas concentration in the culture gas phase is 0.1 vol% or more.
[Item 4]
4. The method for producing an acetyl-CoA derivative according to any one of items 1 to 3, wherein the hydrogen-oxidizing bacteria belongs to the genus Capriavidus.
[Item 5]
5. The method for producing an acetyl-CoA derivative according to Item 4, wherein the hydrogen-oxidizing bacterium is Capriavidus necator.
[Item 6]
6. The method for producing an acetyl-CoA derivative according to any one of items 1 to 5, wherein the phosphoketolase gene is derived from the genus Pseudomonas, Ideonella, Aphidipia, or Achromobacter.
[Item 7]
Item 7. The method for producing an acetyl-CoA derivative according to Item 6, wherein the phosphoketolase gene is a gene encoding a phosphoketolase comprising an amino acid sequence showing 90 to 100% sequence identity to any of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 6.
[Item 8]
The method according to any one of items 1 to 7, wherein the acetyl CoA derivative is at least one selected from the group consisting of citric acid, 3-hydroxybutyric acid, and polyhydroxyalkanoic acid.
[Item 9]
9. The method according to item 8, wherein the acetyl CoA derivative is a polyhydroxyalkanoic acid.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
なお全体的な遺伝子操作は、例えばMolecular Cloning(Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989))に記載されているように行うことができる。また、遺伝子操作に使用する酵素、クローニング宿主等は、市場の供給者から購入し、その説明に従い使用することができる。なお、酵素としては、遺伝子操作に使用できるものであれば特に限定されない。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples, although the present invention is not limited to these examples.
The overall genetic manipulation can be carried out, for example, as described in Molecular Cloning (Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989)). Enzymes, cloning hosts, and the like used in the genetic manipulation can be purchased from commercial suppliers and used according to their instructions. The enzymes are not particularly limited as long as they can be used in genetic manipulation.

(微生物株作製例1)ホスホケトラーゼ遺伝子によって形質転換した水素酸化細菌株1(以下、「PK株1」と記載することもある)の作製
まず、ホスホケトラーゼ遺伝子導入用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。
Cupriavidus necator H16株のゲノムDNAを鋳型に用いたPCRにより、Cupriavidus necator H16株のA0006構造遺伝子上流の塩基配列を含むDNA断片(配列番号13)及びA0006構造遺伝子下流の塩基配列を含むDNA断片(配列番号14)を得た。これらのDNA断片を、In-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ株式会社)を使用して、プラスミドpK18mobsacB(国立遺伝学研究所(日本、静岡))のEcoRI部位に同時に連結し、プラスミドpK18-A0006Delを得た。
(Microbial Strain Preparation Example 1) Preparation of Hydrogen-Oxidizing Bacterium Strain 1 Transformed with Phosphoketolase Gene (hereinafter, also referred to as "PK Strain 1") First, a plasmid for introducing the phosphoketolase gene was prepared. The preparation was carried out as follows.
A DNA fragment (SEQ ID NO: 13) containing the nucleotide sequence upstream of the A0006 structural gene of Cupriavidus necator H16 strain and a DNA fragment (SEQ ID NO: 14) containing the nucleotide sequence downstream of the A0006 structural gene of Cupriavidus necator H16 strain were obtained by PCR using the genomic DNA of Cupriavidus necator H16 strain as a template. These DNA fragments were simultaneously ligated to the EcoRI site of plasmid pK18mobsacB (National Institute of Genetics (Shizuoka, Japan)) using In-Fusion HD Cloning Kit (Takara Bio Inc.) to obtain plasmid pK18-A0006Del.

次に、合成オリゴDNAを用いたPCRにより、trcプロモーター配列及び配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するホスホケトラーゼをコードする遺伝子の塩基配列を含むDNA断片(配列番号15)を得た。さらに、配列番号16及び配列番号17に示す塩基配列のPCRプライマーを使用し、プラスミドpK18-A0006Delを鋳型としてPCRを行い、DNA断片を増幅させた。得られたこれらのDNA断片を、In-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ株式会社)を使用して連結することで、ホスホケトラーゼ遺伝子導入用プラスミドpK18-PaXFPKを作製した。 Next, a DNA fragment (SEQ ID NO: 15) containing the base sequence of a gene encoding a phosphoketolase having a trc promoter sequence and the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 was obtained by PCR using synthetic oligo DNA. Furthermore, PCR was performed using PCR primers with the base sequences shown in SEQ ID NO: 16 and SEQ ID NO: 17, and the plasmid pK18-A0006Del as a template to amplify the DNA fragment. These obtained DNA fragments were ligated using an In-Fusion HD Cloning Kit (Takara Bio Inc.) to produce the plasmid pK18-PaXFPK for introducing the phosphoketolase gene.

次に、ホスホケトラーゼ遺伝子導入用プラスミドpK18-PaXFPKを用いて、以下のようにしてPK株1の作製を行った。
ホスホケトラーゼ遺伝子導入用プラスミドpK18-PaXFPKで大腸菌S17-1株(ATCC47055)を形質転換し、それによって得た形質転換微生物を、Cupriavidus necator H16株とLB寒天培地上で混合培養して接合伝達を行った。得られた培養液を、10μg/mLのゲンタマイシン及び200μg/mLのカナマイシンを含むMBM培地(牛肉エキス1%w/v,ペプトン1%w/v,酵母エキス0.2%w/v,NaHPO・12HO 0.9%w/v、KHPO 0.15%w/v、寒天1.5%w/v)に播種し、寒天培地上で生育してきた菌株を選択して、プラスミドがCupriavidus necator H16株の染色体上に組み込まれた株を取得した。この株を、10μg/mLのゲンタマイシン及び200μg/mLのカナマイシンを含むMBM培地で培養した後、5%のシュークロースと10μg/mLのゲンタマイシンを含むMBM培地上に希釈して塗布し、生育してきた菌株をプラスミドが脱落した株として取得した。さらにPCRおよびDNAシーケンサーによる解析により染色体上にホスホケトラーゼ遺伝子が導入された菌株1株を単離し、PK株1と命名した。
Next, PK strain 1 was prepared as follows using the plasmid pK18-PaXFPK for introducing the phosphoketolase gene.
The Escherichia coli S17-1 strain (ATCC47055) was transformed with the plasmid pK18-PaXFPK for introducing the phosphoketolase gene, and the resulting transformed microorganism was mixed and cultured with the Cupriavidus necator H16 strain on LB agar medium to carry out conjugative transfer. The obtained culture solution was inoculated on MBM medium (beef extract 1% w/v, peptone 1% w/v, yeast extract 0.2% w/v, Na2HPO4.12H2O 0.9% w/v, KH2PO4 0.15 % w/v, agar 1.5 % w/v) containing 10 μg/ mL gentamicin and 200 μg/mL kanamycin, and the strains that grew on the agar medium were selected to obtain a strain in which the plasmid was integrated on the chromosome of Cupriavidus necator H16 strain. This strain was cultured in MBM medium containing 10 μg/mL gentamicin and 200 μg/mL kanamycin, and then diluted and spread on MBM medium containing 5% sucrose and 10 μg/mL gentamicin, and the grown strains were obtained as strains from which the plasmid had been removed. Furthermore, by analysis using PCR and a DNA sequencer, a strain in which the phosphoketolase gene was introduced onto the chromosome was isolated and named PK strain 1.

(比較例1)Cupriavidus necator H16株を用いたガス培養によるアセチルCoA誘導体の生産
下記の条件でCupriavidus necator H16株を用いた培養検討を行った。
Comparative Example 1 Production of Acetyl-CoA Derivatives by Gas Cultivation Using Cupriavidus necator Strain H16 Cultivation studies were carried out using Cupriavidus necator strain H16 under the following conditions.

(培地)
培地の組成は、1.1w/v% NaHPO・12HO、0.19w/v%KHPO、1.0w/v%(NHSO、0.1w/v% MgSO・7HO、0.895w/v% Tricine、0.1v/v% 微量金属塩溶液(0.1N塩酸に1.62w/v% FeCl・6HO、1.03w/v% CaCl・2HO、0.022w/v% CoCl・6HO、0.016w/v% CuSO・5HO、0.012w/v% NiCl・6HOを溶かしたもの)とし、NaOHでpH=7.1に調整した。
(Culture medium)
The composition of the medium is 1.1w /v% Na2HPO4.12H2O , 0.19w /v% KH2PO4 , 1.0w/v%( NH4 ) 2SO4 , 0.1w/v% MgSO4.7H2O , 0.895w /v% Tricine, 0.1 v/v% trace metal salt solution (1.62 w/v% FeCl 3 ·6H 2 O, 1.03 w/v% CaCl 2 ·2H 2 O, 0.022 w/v% CoCl 2 ·6H 2 O, 0.016 w/v% CuSO in 0.1 N hydrochloric acid 4.5H 2 O, 0.012w/v% NiCl 2.6H 2 O was dissolved in the solution, and the pH was adjusted to 7.1 with NaOH.

(アセチルCoA誘導体の分析)
低分子のアセチルCoA誘導体について、以下のように分析した。まず、培養液1mLに対し、洗浄液(40v/v%エタノール、0.8w/v%NaCl)を3mLで懸濁し、4℃、6000×gで5分間遠心し上清を取り除いた。その後、抽出液(メタノールに37.38μM L-methionine sulfone、piperazine-1、37.38μM 4-bis(2-ethanesulfonic acid)を溶かしたもの)に懸濁することで細胞内代謝物を抽出し、先行文献(Hasunuma, T.; Matsuda M.; Kondo, A. Improved sugar-free succinate production by Synechocystis sp. PCC 6803 following identification of the limiting steps in glycogen catabolism. Metab. Eng. Commun. 2016, 3, 130-141. DOI: 10.1016/j.meteno.2016.04.003を参照)に記載の方法でキャピラリー電気泳動-質量分析(CE-MS)(CE;アジレントG7100、MS;アジレントG6224AA LC/MSD TOF;アジレント・テクノロジー株式会社、カリフォルニア州パロアルト)によって分析した。
(Analysis of Acetyl CoA Derivatives)
Low molecular weight acetyl-CoA derivatives were analyzed as follows: First, 1 mL of the culture solution was suspended in 3 mL of washing solution (40 v/v % ethanol, 0.8 w/v % NaCl), centrifuged at 4° C. and 6000×g for 5 minutes, and the supernatant was removed. Thereafter, the cells were suspended in an extractant (37.38 μM L-methionine sulfone, piperazine-1, and 37.38 μM 4-bis (2-ethanesulfonic acid) dissolved in methanol) to extract intracellular metabolites, which were then analyzed by capillary electrophoresis-mass spectrometry (CE-MS) (CE; Agilent G7100, MS; Agilent G6224AA) using the method described in the previous literature (Hasunuma, T.; Matsuda M.; Kondo, A. Improved sugar-free succinate production by Synechocystis sp. PCC 6803 following identification of the limiting steps in glycogen catabolism. Metab. Eng. Commun. 2016, 3, 130-141. DOI: 10.1016/j.meteno.2016.04.003). The samples were analyzed by LC/MSD TOF (Agilent Technologies, Palo Alto, CA).

(PHA生産量の測定方法)
PHA生産量は先行文献(J. Biosci. Bioeng.,124,250-254(2017))に記載の方法に準じて次のように測定した。まず、20mLの培養液を採取して、遠心分離によって上清を除去し、湿菌体を得た。次に、得られた湿菌体を1%SDS溶液に懸濁し、超音波処理で菌体を破砕したのち、遠心分離によってPHAを回収した。得られたPHAを蒸留水で洗浄、凍結乾燥し、重量計測することでPHA生産量を測定した。
(Method of measuring PHA production amount)
The amount of PHA produced was measured according to the method described in a previous document (J. Biosci. Bioeng., 124, 250-254 (2017)) as follows. First, 20 mL of culture solution was collected, and the supernatant was removed by centrifugation to obtain wet cells. Next, the obtained wet cells were suspended in a 1% SDS solution, and the cells were disrupted by ultrasonic treatment, and then the PHA was collected by centrifugation. The obtained PHA was washed with distilled water, freeze-dried, and weighed to measure the amount of PHA produced.

(ガス培養)
ガス培養は次のように行った。まず、Cupriavidus necator H16株を、300mLバッフル付き三角フラスコに入れた上記培地30mLに対し、600nmでの光学密度が0.2となるように接種した。その後、マグネチックスターラーを用いた培地撹拌、及びH:O:CO=8:1:1(体積比)で混合したガスの通気(70mL/min)を行いながら、30℃で54時間培養し、前培養液を得た。
(Gas Culture)
Gas culture was performed as follows: First, Cupriavidus necator H16 strain was inoculated into 30 mL of the above medium placed in a 300 mL baffled Erlenmeyer flask so that the optical density at 600 nm was 0.2. Then, the medium was stirred using a magnetic stirrer and aerated with a gas mixture (70 mL/min) of H 2 :O 2 :CO 2 = 8:1:1 (volume ratio) at 30°C for 54 hours to obtain a preculture solution.

次に、別の300mLバッフル付き三角フラスコに入れた上記培地70mLに対し、前培養液を、600nmでの光学密度が0.2となるように接種した。その後、マグネチックスターラーを用いた培地撹拌、及びH:O:CO=8:1:1(体積比)で混合したガスの通気(70mL/min)を行いながら、30℃で64時間培養し、PHA生産を実施した。培養中、適宜培養液をサンプリングし光学密度(600nm)の測定を行った。また64時間の培養後、前述の方法で低分子のアセチルCoA誘導体、およびPHA生産量の測定を行った。 Next, the preculture solution was inoculated into 70 mL of the above medium placed in another 300 mL baffled Erlenmeyer flask so that the optical density at 600 nm was 0.2. After that, the medium was stirred using a magnetic stirrer and aerated with a gas mixture of H 2 :O 2 :CO 2 = 8:1:1 (volume ratio) (70 mL/min) at 30°C for 64 hours to produce PHA. During the culture, the culture solution was sampled as appropriate and the optical density (600 nm) was measured. After 64 hours of culture, the amount of low molecular weight acetyl CoA derivative and PHA produced was measured using the method described above.

(実施例1)PK株1を用いたガス培養によるアセチルCoA誘導体の生産
比較例1と同様の条件で、微生物作製例1で得たPK株1を用いた培養検討を行い、低分子のアセチルCoA誘導体、およびPHA生産量の測定を行った。
Example 1 Production of Acetyl-CoA Derivatives by Gas Cultivation Using PK Strain 1 Under the same conditions as in Comparative Example 1, a culture study was carried out using PK strain 1 obtained in Microorganism Production Example 1, and the amounts of low molecular weight acetyl-CoA derivatives and PHA produced were measured.

表1に、各菌株における、低分子のアセチルCoA誘導体であるクエン酸、3-ヒドロキシ酪酸、およびPHA生産量を示す。なお、クエン酸および3-ヒドロキシ酪酸については、菌体からPHAを差し引いた細胞重量(RCW)あたりの量、PHAについては培養液あたりの量として示した。
また、図1にガス培養における各菌株の光学密度(600nm)の推移を示す。
The production amounts of low molecular weight acetyl-CoA derivatives, citric acid, 3-hydroxybutyric acid, and PHA, for each strain are shown in Table 1. Note that the amounts of citric acid and 3-hydroxybutyric acid are shown per cell weight (RCW) obtained by subtracting PHA from the bacterial cell weight, and the amount of PHA is shown per culture solution.
FIG. 1 shows the change in optical density (600 nm) of each strain during gas culture.

Figure 2025027172000001
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表1より、実施例1では、比較例1と比較して、3-ヒドロキシ酪酸、クエン酸、及びPHAそれぞれの生産量が向上していることが分かる。このことから、水素酸化細菌に外来のホスホケトラーゼ遺伝子を導入することによって、水素、酸素、及び二酸化炭素を利用した水素酸化細菌の培養によるアセチルCoA誘導体の生産性が改善されたことが明らかである。 From Table 1, it can be seen that the production amounts of 3-hydroxybutyric acid, citric acid, and PHA are improved in Example 1 compared to Comparative Example 1. This clearly shows that the introduction of an exogenous phosphoketolase gene into the hydrogen oxidizing bacteria improved the productivity of acetyl-CoA derivatives by culturing the hydrogen oxidizing bacteria using hydrogen, oxygen, and carbon dioxide.

また、図1より、実施例1では比較例1よりも培養液の光学密度が高く推移しており、水素酸化細菌に外来のホスホケトラーゼ遺伝子を導入することによって水素酸化細菌の増殖速度が向上したことが分かる。 In addition, as shown in FIG. 1, the optical density of the culture medium in Example 1 was higher than that in Comparative Example 1, and it can be seen that the growth rate of the hydrogen oxidizing bacteria was improved by introducing an exogenous phosphoketolase gene into the hydrogen oxidizing bacteria.

Claims (9)

外来のホスホケトラーゼ遺伝子によって形質転換した水素酸化細菌を、水素、酸素、及び二酸化炭素の存在下で培養する工程を含む、アセチルCoA誘導体の製造方法。 A method for producing an acetyl-CoA derivative, comprising culturing a hydrogen-oxidizing bacterium transformed with an exogenous phosphoketolase gene in the presence of hydrogen, oxygen, and carbon dioxide. 培養気相中の水素ガス濃度が1vol%以上である、請求項1に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。 The method for producing an acetyl-CoA derivative according to claim 1, wherein the hydrogen gas concentration in the culture gas phase is 1 vol% or more. 培養気相中の二酸化炭素ガス濃度が0.1vol%以上である、請求項1又は2に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。 The method for producing an acetyl-CoA derivative according to claim 1 or 2, wherein the carbon dioxide gas concentration in the culture gas phase is 0.1 vol% or more. 前記水素酸化細菌がカプリアビダス属に属する、請求項1又は2に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。 The method for producing an acetyl-CoA derivative according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen-oxidizing bacteria belong to the genus Capriavidus. 前記水素酸化細菌がカプリアビダス・ネカトールである、請求項4に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。 The method for producing an acetyl-CoA derivative according to claim 4, wherein the hydrogen-oxidizing bacterium is Capriavidus necator. 前記ホスホケトラーゼ遺伝子が、シュードモナス属、イデオネラ属、アフィピア属、又はアクロモバクター属由来である、請求項1又は2に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。 The method for producing an acetyl-CoA derivative according to claim 1 or 2, wherein the phosphoketolase gene is derived from the genus Pseudomonas, Ideonella, Aphidipia, or Achromobacter. 前記ホスホケトラーゼ遺伝子が、配列番号1~6のいずれかで示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を示すアミノ酸配列を含むホスホケトラーゼをコードする遺伝子である、請求項6に記載のアセチルCoA誘導体の製造方法。 The method for producing an acetyl-CoA derivative according to claim 6, wherein the phosphoketolase gene is a gene encoding a phosphoketolase containing an amino acid sequence that shows 90 to 100% sequence identity to any of the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 1 to 6. 前記アセチルCoA誘導体が、クエン酸、3-ヒドロキシ酪酸、及びポリヒドロキシアルカン酸からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の製造方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the acetyl CoA derivative is at least one selected from the group consisting of citric acid, 3-hydroxybutyric acid, and polyhydroxyalkanoic acid. 前記アセチルCoA誘導体がポリヒドロキシアルカン酸である、請求項8に記載の製造方法。
The method according to claim 8, wherein the acetyl-CoA derivative is a polyhydroxyalkanoic acid.
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