JP5498651B2 - Method for producing dipicolinic acid or a salt thereof - Google Patents
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Description
本発明は、微生物を用いたジピコリン酸又はその塩の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing dipicolinic acid or a salt thereof using a microorganism.
ジピコリン酸(2,6-ピリジンジカルボン酸)は、天然物であり生分解性の高いキレート剤として知られており、産業用の用途として洗剤組成物(特許文献1)や金属隠蔽剤(特許文献2)、酸化防止剤(特許文献3及び4)として利用できることが報告されている。 Dipicolinic acid (2,6-pyridinedicarboxylic acid) is a natural product and is known as a highly biodegradable chelating agent. For industrial use, it is a detergent composition (Patent Document 1) and a metal masking agent (Patent Document). 2) It has been reported that it can be used as an antioxidant (Patent Documents 3 and 4).
ジピコリン酸は、2,6-ルチジンから酸化反応によって合成されることが知られている。すなわち、ニッケル化合物の存在下で次亜ハロゲン酸塩を酸化剤として用いる方法(特許文献5)や、オゾンを用いた酸化による製造方法(特許文献6及び7)、電解酸化法(特許文献8)、空気酸化法(非特許文献1)などが開示されている。しかし、これらの方法では、反応の転化率や選択率が不十分なため、原料である2,6-ルチジンや反応中間体である6-メチル-2-ピリジンカルボン酸等のアルキルピリジンが反応液中に残存し、これらが製品である2,6-ピリジンジカルボン酸(ジピコリン酸)中に不純物として混入してしまう。すなわち、これらの方法には高純度のジピコリン酸を製造することが困難であるといった問題があった。 Dipicolinic acid is known to be synthesized from 2,6-lutidine by an oxidation reaction. That is, a method using hypohalite as an oxidizing agent in the presence of a nickel compound (Patent Document 5), a manufacturing method by oxidation using ozone (Patent Documents 6 and 7), an electrolytic oxidation method (Patent Document 8) An air oxidation method (Non-patent Document 1) is disclosed. However, in these methods, since the conversion and selectivity of the reaction are insufficient, alkylpyridine such as 2,6-lutidine as a raw material and 6-methyl-2-pyridinecarboxylic acid as a reaction intermediate is used as a reaction solution. They remain in the product and are mixed as impurities in the product 2,6-pyridinedicarboxylic acid (dipicolinic acid). That is, these methods have a problem that it is difficult to produce high-purity dipicolinic acid.
一方、微生物を使用するジピコリン酸の製造方法によれば、アルキルピリジンを含有することなくジピコリン酸を高純度に製造できることが期待される。微生物を用いたジピコリン酸の製造方法としては、胞子を形成する微生物であるバチルス(Bacillus)属を用いた発酵法による製造方法(特許文献9及び10)及びカビを用いた製造方法(特許文献11)が挙げられる。しかしながら、これらの方法は、工業的に利用可能な生産量を達成できていないといった問題があった。 On the other hand, according to the method for producing dipicolinic acid using microorganisms, it is expected that dipicolinic acid can be produced with high purity without containing alkylpyridine. As a method for producing dipicolinic acid using a microorganism to a process for the production by fermentation using Bacillus (Bacillus) genus is a microorganism to form a spore production method using (Patent Documents 9 and 10) and mold (Patent Document 11 ). However, these methods have a problem that the industrially usable production amount cannot be achieved.
また、発酵法によるジピコリン酸の製造方法としては、遺伝子組換えリジン生産菌を利用した製造方法(特許文献12)が挙げられる。しかしながら、この方法は、生育に高価なジアミノピメリン酸を要求しているため、安価にジピコリン酸を生産できないという問題点があった。 Moreover, as a manufacturing method of dipicolinic acid by a fermentation method, the manufacturing method (patent document 12) using gene recombinant lysine producing microbe is mentioned. However, since this method requires expensive diaminopimelic acid for growth, there is a problem that dipicolinic acid cannot be produced at low cost.
本発明は、上述したような従来のジピコリン酸の製造方法における諸問題を解決し、優れた生産性、且つ、低コストにジピコリン酸又はその塩を製造することができ、ジピコリン酸の工業的生産に適用可能なジピコリン酸又はその塩の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the problems in the conventional method for producing dipicolinic acid as described above, can produce dipicolinic acid or a salt thereof with excellent productivity and low cost, and industrial production of dipicolinic acid. An object of the present invention is to provide a method for producing dipicolinic acid or a salt thereof applicable to the above.
本発明者らは、上述した目的を達成するために鋭意検討した結果、胞子形成能を有するか胞子形成能を喪失した微生物を宿主として用い、ジピコリン酸合成経路に関与する遺伝子の発現パターンを改変することによって、高コスト化の主要因となる特殊な培地を使用することなく、高収率でジピコリン酸を製造できることを見いだし本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have modified the expression pattern of a gene involved in the dipicolinic acid synthesis pathway using a microorganism having spore-forming ability or having lost spore-forming ability as a host. As a result, it was found that dipicolinic acid can be produced in a high yield without using a special medium that is a main factor for increasing the cost, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は以下を包含する。
(1) 胞子形成能を有するか又は胞子形成能を失った微生物であって、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期より前において働くプロモーター支配下に転写されるジピコリン酸シンターゼ遺伝子を有する微生物を培養する工程と、上記微生物の培養上清及び/又は反応水溶液からジピコリン酸を回収する工程とを含むジピコリン酸又はその塩の製造方法。
That is, the present invention includes the following.
(1) culturing a microorganism having a spore-forming ability or having lost a spore-forming ability and having a dipicolinate synthase gene transcribed under the control of a promoter that works before the spor coat protein deposition period in the spore formation stage And a step of recovering dipicolinic acid from the culture supernatant and / or aqueous reaction solution of the microorganism, and a method for producing dipicolinic acid or a salt thereof.
本発明にかかるジピコリン酸又はその塩の製造方法は、回収したジピコリン酸を精製する工程を更に含むものであってもよい。 The method for producing dipicolinic acid or a salt thereof according to the present invention may further include a step of purifying the recovered dipicolinic acid.
本発明にかかるジピコリン酸又はその塩の製造方法において、上記スポアコートタンパク沈着期は、枯草菌胞子形成期第V期に相当する期とすることができる。本発明にかかるジピコリン酸又はその塩の製造方法において、上記微生物としてはバチルス(Bacillus)属又はクロストリジウム(Clostridium)属に属する微生物であることが好ましい。本発明にかかるジピコリン酸又はその塩の製造方法においては、特に、上記微生物としてバチルス(Bacillus)属に属する微生物であることが好ましい。ここで上記バチルス(Bacillus)属に属する微生物としては枯草菌(Bacillus subtilis)やバチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium)であることがより好ましい。 In the method for producing dipicolinic acid or a salt thereof according to the present invention, the spore coat protein deposition period can be a period corresponding to the V-stage of Bacillus subtilis spore formation. In dipicolinic acid or a salt thereof according to the present invention, it is preferable as the above-mentioned microorganism is a microorganism belonging to Bacillus (Bacillus) genus or Clostridium (Clostridium) genus. In the method for producing dipicolinic acid or a salt thereof according to the present invention, a microorganism belonging to the genus Bacillus is particularly preferable as the microorganism. Here it is more preferable examples of the microorganisms belonging to the Bacillus (Bacillus) genus Bacillus subtilis (Bacillus subtilis) and Bacillus megaterium (Bacillus megaterium).
本発明にかかるジピコリン酸又はその塩の製造方法において、上記プロモーターとしては、σA依存性プロモーター又はσH依存性プロモーターを使用することができる。また、本発明にかかるジピコリン酸又はその塩の製造方法において、上記プロモーターとしてはS237プロモーター又はspoVGプロモーターを使用することができる。 In the method for producing dipicolinic acid or a salt thereof according to the present invention, a σA-dependent promoter or a σH-dependent promoter can be used as the promoter. Further, in the method for producing dipicolinic acid or a salt thereof according to the present invention, an S237 promoter or a spoVG promoter can be used as the promoter.
また、本発明は以下を包含する。
(2) 胞子形成能を有するか又は胞子形成能を失った微生物であって、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期より前において働くプロモーター支配下に転写されるジピコリン酸シンターゼ遺伝子を有する微生物。
Moreover, this invention includes the following.
(2) A microorganism having a spore-forming ability or having lost the spore-forming ability and having a dipicolinate synthase gene transcribed under the control of a promoter that works before the spore coat protein deposition period in the spore formation period.
本発明にかかる微生物において、上記スポアコートタンパク沈着期は、枯草菌胞子形成期第V期に相当する期とすることができる。また、本発明にかかる微生物としては、バチルス(Bacillus)属又はクロストリジウム(Clostridium)属に属する微生物であることが好ましい。特に、本発明にかかる微生物としてはバチルス(Bacillus)属に属する微生物であることが好ましい。ここで上記バチルス(Bacillus)属に属する微生物としては枯草菌(Bacillus subtilis)やバチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium)であることがより好ましい。 In the microorganism according to the present invention, the spore coat protein deposition period may be a period corresponding to the V-stage of Bacillus subtilis spore formation. Further, as the microorganism of the present invention is preferably a microorganism belonging to Bacillus (Bacillus) genus or Clostridium (Clostridium) genus. It is particularly preferred examples of the microorganisms according to the present invention is a microorganism belonging to Bacillus (Bacillus) genus. Here it is more preferable examples of the microorganisms belonging to the Bacillus (Bacillus) genus Bacillus subtilis (Bacillus subtilis) and Bacillus megaterium (Bacillus megaterium).
本発明にかかる微生物において、上記プロモーターとしてはσA依存性プロモーター又はσH依存性プロモーターを使用することができる。また、本発明にかかる微生物において、上記プロモーターとしてはS237プロモーター又はspoVGプロモーターを使用することができる。 In the microorganism according to the present invention, a σA-dependent promoter or a σH-dependent promoter can be used as the promoter. In the microorganism according to the present invention, S237 promoter or spoVG promoter can be used as the promoter.
本発明によれば、優れた生産性、且つ、低コストにジピコリン酸又はその塩を製造することができる。すなわち、本発明にかかるジピコリン酸又はその塩の製造方法によれば、生分解性の高い洗剤組成物、金属隠蔽剤及び酸化防止剤等に利用できるジピコリン酸又はその塩を大量且つ安価に提供することができる。また、本発明にかかる微生物によれば、生分解性の高い洗剤組成物、金属隠蔽剤及び酸化防止剤等に利用できるジピコリン酸を大量且つ安価に提供することができる。 According to the present invention, dipicolinic acid or a salt thereof can be produced with excellent productivity and low cost. That is, according to the method for producing dipicolinic acid or a salt thereof according to the present invention, dipicolinic acid or a salt thereof that can be used for a highly biodegradable detergent composition, a metal masking agent, an antioxidant, or the like is provided in a large amount and at a low cost. be able to. In addition, according to the microorganism of the present invention, dipicolinic acid that can be used for a highly biodegradable detergent composition, a metal masking agent, an antioxidant, and the like can be provided in large quantities and at low cost.
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明にかかるジピコリン酸又はその塩の製造方法では、先ず、胞子形成能を有するか又は胞子形成能を失った微生物であって、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期より前において働くプロモーター支配下に転写されるジピコリン酸シンターゼ遺伝子を有する微生物を準備する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
In the method for producing dipicolinic acid or a salt thereof according to the present invention, first, a microorganism having a spore-forming ability or having lost the spore-forming ability, which is under the control of a promoter that works before the spor coat protein deposition stage in the spore-forming stage. A microorganism having a dipicolinate synthase gene to be transcribed is prepared.
ここで、胞子形成能を有する微生物とは、培地中に含まれる栄養分の枯渇や各種環境ストレスに応答して内生胞子を形成することができる微生物を意味する。胞子形成能を有する微生物としては、例えば、バチルス(Bacillus)属又はクロストリジウム(Clostridium)属に属する微生物を挙げることができる。 Here, the microorganism having the ability to form spores means a microorganism capable of forming endospores in response to depletion of nutrients contained in the medium and various environmental stresses. The microorganism having a spore forming ability, for example, a Bacillus (Bacillus) genus or Clostridium (Clostridium) microorganism belonging to the genus.
バチルス属に属する微生物としては、具体的には、Bacillus subtilis、Bacillus cereus、Bacillus thuringiensis、Bacillus anthracis、Bacillus stearotheromophilus、Bacillus coagulans、Bacillus megaterium、Bacillus halodurans、Bacillus brevis(Brevibacillus brevis)、Bacillus pumilus、 Bacillus alcalophilus、Bacilus amylolyticus、Bacillus polymyxa(Paenibacillus polymyxa)、Bacillus sphaericus、 Bacillus firmus、Bacillus clausii、Bacillus macerans等を挙げることができる。クロストリジウム属に属する微生物としては、Clostridium botulinum、Clostridium difficile、Clostridium perfringens、Clostridium tetani、等を挙げることができる。なお、Bacillus brevisはBrevibacillus属に分類されてBrevibacillus brevisと記載される場合があり、Bacillus polymyxaはPaenibacillus属に分類されてPaenibacillus polymyxaと記載される場合がある。しかしながら本明細書においては、Bacillus brevis及びBacillus polymyxaは、共にBacillus属に属する細菌として定義する。すなわち、本発明において、Bacillus属に属する微生物といった場合、Brevibacillus brevisと記載される微生物及びPaenibacillus polymyxaと記載される微生物を含む意味として解釈する。 Examples of the microorganisms belonging to the genus Bacillus, specifically, Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis, Bacillus anthracis, Bacillus stearotheromophilus, Bacillus coagulans, Bacillus megaterium, Bacillus halodurans, Bacillus brevis (Brevibacillus brevis), Bacillus pumilus, Bacillus alcalophilus, Examples include Bacilus amylolyticus, Bacillus polymyxa (Paenibacillus polymyxa), Bacillus sphaericus, Bacillus firmus, Bacillus clausii, Bacillus macerans and the like. Examples of microorganisms belonging to the genus Clostridium include Clostridium botulinum, Clostridium difficile, Clostridium perfringens, Clostridium tetani, and the like. In addition, Bacillus brevis may be classified as a Brevibacillus genus and described as Brevibacillus brevis, and Bacillus polymyxa may be classified as a Paenibacillus genus and described as Paenibacillus polymyxa. However, in this specification, Bacillus brevis and Bacillus polymyxa are both defined as bacteria belonging to the genus Bacillus. That is, in the present invention, a microorganism belonging to the genus Bacillus is interpreted as including a microorganism described as Brevibacillus brevis and a microorganism described as Paenibacillus polymyxa.
特に、本方法においては、胞子形成能を有するバチルス属の微生物を使用することが好ましく、枯草菌(Bacillus subtilis)やバチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium)を使用することが好ましい。枯草菌としては、枯草菌168株、Marburg株、natto株、ISW1214株等を挙げることができる。バチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium)としては、American Type Culture Collectionに保存されているATCC14581株を使用することができる。 In particular, in this method, it is preferable to use a microorganism belonging to the genus Bacillus having a spore-forming ability, and it is preferable to use Bacillus subtilis or Bacillus megaterium. Examples of Bacillus subtilis include Bacillus subtilis 168, Marburg, natto, and ISW1214. As Bacillus megaterium, ATCC14581 strain preserve | saved in the American Type Culture Collection can be used.
また、胞子形成能を失った微生物とは、上述した胞子形成能を有する微生物に対して例えば突然変異を誘発することで、又は胞子形成に関与する遺伝子群の一部を機能的に欠損させることで、胞子形成能を喪失させた変異微生物を意味する。特に、本方法においては、枯草菌に対して突然変異を誘発して胞子形成能を喪失した枯草菌変異株、又は胞子形成に関連する遺伝子(spo遺伝子)の一部を欠損させて胞子形成能を喪失した枯草菌変異株を使用することが好ましい。 In addition, a microorganism that has lost the ability to sporulate is to induce a mutation in the microorganism having the ability to form a spore, for example, or to functionally delete a part of a gene group involved in sporulation. It means a mutant microorganism that has lost its sporulation ability. In particular, in this method, a Bacillus subtilis mutant strain that has lost its sporulation ability by inducing a mutation in Bacillus subtilis, or a part of a gene related to sporulation (spo gene) is deleted, resulting in a sporulation ability. It is preferable to use a Bacillus subtilis mutant strain that has lost the amount.
一方、本方法において、上述した微生物は、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期より前において働くプロモーター支配下に転写されるジピコリン酸シンターゼ遺伝子を有している。 On the other hand, in the present method, the above-described microorganism has a dipicolinate synthase gene that is transcribed under the control of a promoter that works before the spore coat protein deposition phase in the spore formation phase.
ここで、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期とは、枯草菌の胞子形成過程において第V期と呼称されている期間を意味する。枯草菌の胞子形成過程は、栄養増殖による細胞分裂が停止する第0期に始まり、隔膜が形成される第II期、隔膜で隔てられた一方にフォアスポアが形成される第III期、フォアスポア外周にコルテックス層が形成される第IV期、コルテックス層の外周にスポアコートタンパク質が沈着する第V期が含まれる。枯草菌の胞子形成における第0期においてはRNAポリメラーゼであるσA及びσHが遺伝子の転写を制御している。第II期においては、隔膜で隔てられた一方側でσFが転写を制御し、他方側でσEが転写を制御している。また、第III期においては、フォアスポア内でσGが転写を制御し、フォアスポア外でσEが転写を制御している。さらに、第IV期においては、スポアコート層に覆われた胞子内部でσGが転写を制御し、胞子外部でσKが転写を制御している。さらにまた、第V期において、スポアコートに覆われた胞子内部でσGが転写を制御し、胞子外部でσKが転写を制御している。 Here, the spore coat protein deposition period in the spore formation period means a period called the V stage in the spore formation process of Bacillus subtilis. The spore formation process of Bacillus subtilis begins in phase 0 when cell division by vegetative growth stops, phase II in which the diaphragm is formed, phase III in which the forapore is formed on the other side of the diaphragm, and the outer periphery of the forepore Phase IV in which the cortex layer is formed, and phase V in which spore coat protein is deposited on the outer periphery of the cortex layer are included. In the 0th phase of Bacillus subtilis sporulation, RNA polymerases σA and σH control gene transcription. In phase II, σF controls transcription on one side separated by a diaphragm, and σE controls transcription on the other side. In stage III, σG controls transcription within the forespore, and σE controls transcription outside the forespore. Furthermore, in the IV stage, σG controls transcription inside the spore covered with the spore coat layer, and σK controls transcription outside the spore. Furthermore, in the V stage, σG controls transcription inside the spores covered with the spore coat, and σK controls transcription outside the spores.
したがって、枯草菌の場合、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期より前において働くプロモーターとしては、σA因子依存性プロモーター、σH因子依存性プロモーター、σE因子依存性プロモーター及びσF因子依存性プロモーターを意味することとなる。特に、構成的に作用するプロモーターを使用することがより好ましい。また、環境ストレスに応じて発現するσB因子依存性プロモーターや、ECF (extracytoplasmic function)σ因子依存性プロモーター(FEMS Microbiol Lett. (2003)14;220(1):155-60.)を使用することもできる。 Therefore, in the case of Bacillus subtilis, promoters that function before the spor coat protein deposition phase in the sporulation phase mean σA factor-dependent promoter, σH factor-dependent promoter, σE factor-dependent promoter, and σF factor-dependent promoter It will be. In particular, it is more preferable to use a promoter that acts constitutively. Also, use a σB factor-dependent promoter that is expressed in response to environmental stress or an ECF (extracytoplasmic function) σ factor-dependent promoter (FEMS Microbiol Lett. (2003) 14; 220 (1): 155-60.) You can also.
σA因子依存性プロモーターとしては、特に限定されないが、枯草菌ファージSP01プロモーター(Proc. Natl. Acd. Sci. USA. (1984) 81:439-443.)、veg遺伝子、amyE(アミラーゼ)遺伝子、aprE(ズブチリシン)遺伝子及びS237(S237セルラーゼ、特開2000-210081号公報)遺伝子のプロモーターを挙げることができる。σH因子依存性プロモーターとしては、特に限定されないが、citG遺伝子、spoVS遺伝子及びspoVG(Proc. Natl. Acd. Sci. USA. (1986) 83:9438-9442.)遺伝子のプロモーターが挙げられる。σE因子依存性プロモーターとしては、特に限定されないが、cotE遺伝子及びspoIVA遺伝子のプロモーターが挙げられる。本方法においては、特に、Bacillus subtilisのspoVG遺伝子のプロモーターが望ましい。 The σA factor-dependent promoter is not particularly limited, but includes Bacillus subtilis phage SP01 promoter (Proc. Natl. Acd. Sci. USA. (1984) 81: 439-443.), veg gene, amyE (amylase) gene, aprE (Subtilisin) gene and S237 (S237 cellulase, JP 2000-210081) promoter. The σH factor-dependent promoter is not particularly limited, and examples include promoters of citG gene, spoVS gene and spoVG (Proc. Natl. Acd. Sci. USA. (1986) 83: 9438-9442.) gene. The σE factor-dependent promoter is not particularly limited, and examples include promoters of cotE gene and spoIVA gene. In this method, the promoter of the spoVG gene of Bacillus subtilis is particularly desirable.
ここで、所定の遺伝子のプロモーターとは、当該遺伝子におけるコーディング領域の上流に存在し、RNAポリメラーゼが相互作用して当該遺伝子の転写を制御する機能を有する領域と定義される。より具体的には、所定の遺伝子のプロモーターとは、当該遺伝子におけるコーディング領域の上流200〜600塩基程度の領域を意味する。 Here, the promoter of a predetermined gene is defined as a region that exists upstream of the coding region in the gene and has a function of controlling the transcription of the gene by the interaction of RNA polymerase. More specifically, the promoter of a predetermined gene means a region of about 200 to 600 bases upstream of the coding region in the gene.
より具体的に、本方法に好適に使用されるσH因子依存性プロモーターであるspoVG遺伝子プロモーターの塩基配列を配列番号1に示す。なお、本方法においては、配列番号1に示す塩基配列において1又は数個の塩基が置換、欠失、付加又は挿入された塩基配列からなるポリヌクレオチドであって、σH因子依存性プロモーターとして機能するポリヌクレオチドをプロモーターとして使用することもできる。ここで、「σH因子依存性プロモーターとして機能する」とは、RNAポリメラーゼであるσH因子によって特異的に転写制御されることを意味する。この特異性は、評価対象となるポリヌクレオチドの下流にレポーター遺伝子を結合し、σH因子存在下及び不存在下でのレポーター遺伝子の発現を観察することによって評価することができる。 More specifically, SEQ ID NO: 1 shows the base sequence of the spoVG gene promoter, which is a σH factor-dependent promoter preferably used in the present method. In this method, the polynucleotide comprises a nucleotide sequence in which one or several bases are substituted, deleted, added or inserted in the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, and functions as a σH factor-dependent promoter. Polynucleotides can also be used as promoters. Here, “functions as a σH factor-dependent promoter” means that the transcription is specifically regulated by the σH factor which is an RNA polymerase. This specificity can be evaluated by binding a reporter gene downstream of the polynucleotide to be evaluated and observing the expression of the reporter gene in the presence and absence of the σH factor.
また、本方法に好適に使用されるσA因子依存性プロモーターであるS237プロモーターの塩基配列を配列番号2に示す。なお、本方法においては、配列番号2に示す塩基配列において1又は数個の塩基が置換、欠失、付加又は挿入された塩基配列からなるポリヌクレオチドであって、σA因子依存性プロモーターとして機能するポリヌクレオチドをプロモーターとして使用することもできる。ここで、「σA因子依存性プロモーターとして機能する」とは、RNAポリメラーゼであるσA因子によって特異的に転写制御されることを意味する。この特異性は、評価対象となるポリヌクレオチドの下流にレポーター遺伝子を結合し、σA因子存在下及び不存在下でのレポーター遺伝子の発現を観察することによって評価することができる。 In addition, SEQ ID NO: 2 shows the base sequence of the S237 promoter, which is a σA factor-dependent promoter preferably used in this method. In this method, the polynucleotide comprises a nucleotide sequence in which one or several bases are substituted, deleted, added or inserted in the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2, and functions as a σA factor-dependent promoter. Polynucleotides can also be used as promoters. Here, “functions as a σA factor-dependent promoter” means that the transcription is specifically regulated by the σA factor which is an RNA polymerase. This specificity can be evaluated by binding a reporter gene downstream of the polynucleotide to be evaluated and observing the expression of the reporter gene in the presence and absence of the σA factor.
同様に、本方法において好適に使用されるσE因子依存性プロモーターであるcotE遺伝子プロモーターの塩基配列を配列番号3に示す。 Similarly, SEQ ID NO: 3 shows the base sequence of the cotE gene promoter, which is a σE factor-dependent promoter preferably used in this method.
なお、例えばクロストリジウム属の微生物のように枯草菌以外の微生物であっても、枯草菌の胞子形成過程と同様な過程を経て胞子が形成される。すなわち、枯草菌以外の微生物であっても、胞子形成過程にスポアコート沈着期が含まれる。したがって、枯草菌以外の微生物であっても、スポアコート沈着期より前において働くプロモーターを一義的に同定して単離することができる。例えば、クロストリジウム属の微生物においては、σA依存性プロモーターに相当するプロモーターとしてptb遺伝子プロモーター(配列番号4)が知られている。また、クロストリジウム属の微生物においてσH依存性プロモーターに相当するプロモーターとしては、spoVG遺伝子プロモーター(配列番号5)が知られている。さらに、クロストリジウム属の微生物においてσE依存性プロモーターに相当するプロモーターとしては、flgE遺伝子プロモーター(配列番号6)が知られている(Journal of Bacteriology (2005), 187, 7103-7118及びNuclic Acids Research (2004), 32, 6, 1973-1981参照)。 In addition, even if it is microorganisms other than Bacillus subtilis, for example, a microorganism of the genus Clostridium, spores are formed through a process similar to the spore formation process of Bacillus subtilis. That is, even for microorganisms other than Bacillus subtilis, the spor coat deposition period is included in the spore formation process. Therefore, even a microorganism other than Bacillus subtilis can uniquely identify and isolate a promoter that works before the spoacoat deposition period. For example, in microorganisms belonging to the genus Clostridium, a ptb gene promoter (SEQ ID NO: 4) is known as a promoter corresponding to a σA-dependent promoter. In addition, the spoVG gene promoter (SEQ ID NO: 5) is known as a promoter corresponding to the σH-dependent promoter in Clostridium microorganisms. Furthermore, the flgE gene promoter (SEQ ID NO: 6) is known as a promoter corresponding to the σE-dependent promoter in Clostridium microorganisms (Journal of Bacteriology (2005), 187, 7103-7118 and Nucleic Acids Research (2004). ), 32, 6, 1973-1981).
一方、本方法において、上述したプロモーターにより転写制御されるジピコリン酸シンターゼ遺伝子とは、下記の化学反応を進行させる活性を有するジピコリン酸シンターゼをコードする遺伝子である。 On the other hand, in the present method, the dipicolinate synthase gene whose transcription is controlled by the above-described promoter is a gene encoding dipicolinate synthase having an activity to promote the following chemical reaction.
枯草菌におけるジピコリン酸シンターゼ遺伝子は、ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットAをコードするspoVFAと、ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットBをコードするspoVFBとから構成されている。spoVFA遺伝子の塩基配列及びspoVFA遺伝子によりコードされるジピコリン酸シンターゼ・サブユニットAのアミノ酸をそれぞれ配列番号7及び8に示す。また、spoVFB遺伝子の塩基配列及びspoVFB遺伝子によりコードされるジピコリン酸シンターゼ・サブユニットBのアミノ酸配列をそれぞれ配列番号9及び10に示す。なお、野生型の枯草菌において、spoVFA及びspoVFBはこの順で配置されてオペロンを形成しており、共にσK因子依存性プロモーターにより転写制御されている。したがって、野生型の枯草菌において、spoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子は枯草菌胞子形成過程における第V期に発現し、内生胞子中にジピコリン酸が蓄積することとなる。 The dipicolinate synthase gene in Bacillus subtilis is composed of spoVFA encoding dipicolinate synthase subunit A and spoVFB encoding dipicolinate synthase subunit B. The nucleotide sequence of the spoVFA gene and the amino acid of dipicolinate synthase subunit A encoded by the spoVFA gene are shown in SEQ ID NOs: 7 and 8, respectively. The nucleotide sequence of the spoVFB gene and the amino acid sequence of dipicolinate synthase subunit B encoded by the spoVFB gene are shown in SEQ ID NOs: 9 and 10, respectively. In wild-type Bacillus subtilis, spoVFA and spoVFB are arranged in this order to form an operon, and both are transcriptionally controlled by a σK factor-dependent promoter. Therefore, in the wild-type Bacillus subtilis, the spoVFA gene and the spoVFB gene are expressed in the V stage in the Bacillus subtilis spore formation process, and dipicolinic acid accumulates in the endospore.
また、本方法においては、枯草菌由来のジピコリン酸シンターゼ遺伝子に限定されず、枯草菌以外の微生物由来のジピコリン酸シンターゼ遺伝子を使用することもできる。ジピコリン酸シンターゼ遺伝子としては、Bacillus licheniformis由来のspoVFA(配列番号11)、spoVFB(配列番号12)、Bacillus clausii由来のspoVFA(配列番号13)、spoVFB(配列番号14)、Clostridium thermocellum由来のCtheDRAFT_2170(配列番号15)、CtheDRAFT_2171(配列番号16)等を挙げることができる。本方法においては、上述した如何なる微生物由来のジピコリン酸シンターゼ遺伝子をも使用することができる。 Moreover, in this method, it is not limited to the dipicolinate synthase gene derived from Bacillus subtilis, The dipicolinate synthase gene derived from microorganisms other than Bacillus subtilis can also be used. Dipicolinate synthase genes include spoVFA (SEQ ID NO: 11), spoVFB (SEQ ID NO: 12) derived from Bacillus licheniformis, spoVFA (SEQ ID NO: 13), spoVFB (SEQ ID NO: 14) derived from Bacillus clausii, CtheDRAFT_2170 derived from Clostridium thermocellum (sequence SEQ ID NO: 14) No. 15), CtheDRAFT_2171 (SEQ ID NO: 16) and the like. In this method, any microorganism-derived dipicolinate synthase gene described above can be used.
上述した、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期より前において働くプロモーター及びジピコリン酸シンターゼ遺伝子は、当該プロモーターの制御下に当該遺伝子が発現されるように配置するとともに宿主ゲノムとの相同領域を結合してDNA断片とし、このDNA断片を使用して上述した微生物を形質転換することができる。形質転換法としては、宿主となる微生物に応じて適切な、且つ一般的な方法を採用することができる。例えば、宿主微生物として枯草菌を使用する場合、spoVFAの上流に上述したプロモーター(例えば、spoVG遺伝子プロモーター)を配置し、枯草菌ゲノムの一部との相同領域を結合してDNA断片を調製する。得られたDNA断片を用いて、例えば、枯草菌168株を形質転換する。 The promoter and dipicolinate synthase gene, which function before the spor coat protein deposition phase in the spore formation phase, are arranged so that the gene is expressed under the control of the promoter and binds the homologous region with the host genome. Thus, the above-mentioned microorganism can be transformed using this DNA fragment. As a transformation method, an appropriate and general method can be adopted depending on the microorganism as a host. For example, when Bacillus subtilis is used as a host microorganism, the above-mentioned promoter (for example, spoVG gene promoter) is arranged upstream of spoVFA, and a DNA fragment is prepared by binding a homologous region with a part of the Bacillus subtilis genome. Using the obtained DNA fragment, for example, Bacillus subtilis 168 strain is transformed.
遺伝子の増幅にはPCR法などを用いることができる。PCR反応は、例えばPyrobest DNAポリメラーゼ(タカラバイオ)を用いることができ、反応条件はその説明書に従って行えばよい。 A PCR method or the like can be used for gene amplification. For example, Pyrobest DNA polymerase (Takara Bio) can be used for the PCR reaction, and the reaction conditions may be performed according to the instructions.
また、上述した、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期より前において働くプロモーター及びジピコリン酸シンターゼ遺伝子は、当該プロモーターの制御下に当該遺伝子が発現されるように所望のベクターに組み込まれ、得られた組換えベクターを定法に従って上述した微生物を形質転換することができる。 In addition, the promoter and dipicolinate synthase gene that act before the spor coat protein deposition phase in the sporulation phase described above were incorporated into a desired vector so that the gene was expressed under the control of the promoter, and obtained. The above-mentioned microorganism can be transformed with a recombinant vector according to a conventional method.
さらにまた、上述したDNA断片で形質転換した組換え微生物を、上述した組換えベクターを用いて再度、形質転換することによって、上述したジピコリン酸シンターゼ遺伝子を高発現できる組換え微生物を取得することができる。形質転換された組換え微生物においては、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期より前において働くプロモーター支配下にジピコリン酸シンターゼ遺伝子が転写されることとなる。よって、得られた組換え微生物を培養する(増殖させる)ことによって、微生物内にジピコリン酸を生産することができる。 Furthermore, a recombinant microorganism capable of highly expressing the above-described dipicolinate synthase gene can be obtained by transforming the recombinant microorganism transformed with the above-described DNA fragment again with the above-described recombinant vector. it can. In the transformed recombinant microorganism, the dipicolinate synthase gene is transcribed under the control of a promoter that works before the spore coat protein deposition phase in the spore formation phase. Therefore, dipicolinic acid can be produced in the microorganism by culturing (growing) the obtained recombinant microorganism.
微生物を増殖させる方法に特に制限はなく、通常の微生物の培養方法を用いることができる。すなわち、使用する培地は、炭素源、窒素源、無機イオン及び必要に応じその他の有機成分を含む通常の培地である。炭素源としては、グルコース、ラクトース、ガラクトース、フラクトースやでんぷん及びセルロースの加水分解物、糖蜜等の糖類、グリセロール、エタノール、ソルビトール等のアルコール類、フマール酸、クエン酸、コハク酸等の有機酸を用いることができる。窒素源として硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機アンモニウム塩、大豆加水分解物等の有機窒素、アンモニアガス、アンモニア水、尿素、グルタミン酸、リジン、グリシン、アラニン、メチオニン、アスパラギン酸、アルギニン酸等を用いることができる。有機微量栄養源として、ビタミン類、アミノ酸等の要求物質、又は、必要に応じて酵母エキス、コーンスティープリカー等を含有させることが望ましい。これらの他に、必要に応じて、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、塩化ナトリウム、銅イオン、鉄イオン、マンガンイオン等を添加することが望ましい。場合によっては、消泡剤等も添加される。 There is no particular limitation on the method for growing the microorganism, and a normal method for culturing microorganisms can be used. That is, the medium to be used is a normal medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic ions, and other organic components as required. As the carbon source, glucose, lactose, galactose, fructose, starch and cellulose hydrolysates, sugars such as molasses, alcohols such as glycerol, ethanol and sorbitol, organic acids such as fumaric acid, citric acid and succinic acid are used. be able to. Inorganic ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium chloride and ammonium phosphate as the nitrogen source, organic nitrogen such as soybean hydrolysate, ammonia gas, aqueous ammonia, urea, glutamic acid, lysine, glycine, alanine, methionine, aspartic acid, arginic acid, etc. Can be used. As organic trace nutrient sources, it is desirable to contain required substances such as vitamins and amino acids, or yeast extract, corn steep liquor and the like as necessary. In addition to these, it is desirable to add potassium phosphate, magnesium sulfate, calcium chloride, sodium chloride, copper ions, iron ions, manganese ions, and the like as necessary. In some cases, an antifoaming agent or the like is also added.
また、培地のpHは6.0〜8.0に調節することが適当であり、pHの調整は、無機又は有機の酸、アルカリ溶液、尿素、炭酸カルシウム、アンモニア等を用いて行えばよい。培養は、15〜45℃、好ましくは25〜45℃で、6〜96時間、更に好ましくは24〜72時間行い、必要により通気や攪拌を加えてもよい。なお、組換え枯草菌の場合は、培地のpHは用いる枯草菌が生育し得る範囲、例えば、pH6.0〜8.0に調整するのが好適である。また、培養条件は、15〜42℃、好ましくは28〜37℃で2〜4日間振盪、又は通気撹拌培養すればよい。 Further, it is appropriate to adjust the pH of the medium to 6.0 to 8.0, and the pH may be adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, urea, calcium carbonate, ammonia or the like. Culturing is carried out at 15 to 45 ° C., preferably 25 to 45 ° C., for 6 to 96 hours, more preferably 24 to 72 hours, and aeration or agitation may be added if necessary. In the case of recombinant Bacillus subtilis, it is preferable to adjust the pH of the medium to a range where the Bacillus subtilis used can grow, for example, pH 6.0 to 8.0. The culture conditions may be 15 to 42 ° C., preferably 28 to 37 ° C. for 2 to 4 days with shaking or aeration and agitation.
以上のように、組換え微生物を培養する(増殖させる)ことによって、培養上清中にジピコリン酸を生産することができ、公知の方法によってジピコリン酸を回収することができる。なお、上記のように増殖させた微生物を、アスパラギン酸及び/又はピルビン酸を含む水溶液中に懸濁させることで、反応上清液中にジピコリン酸を産生させることも可能である。この時、エネルギー源として上記培地に添加されるような物質を共存させることでさらに効率よくジピコリン酸を産生させることが可能である。 As described above, by culturing (growing) the recombinant microorganism, dipicolinic acid can be produced in the culture supernatant, and dipicolinic acid can be recovered by a known method. In addition, it is also possible to produce dipicolinic acid in the reaction supernatant by suspending the microorganisms grown as described above in an aqueous solution containing aspartic acid and / or pyruvic acid. At this time, dipicolinic acid can be produced more efficiently by coexisting a substance that is added to the medium as an energy source.
組換え微生物の培養上清又は反応上清液から、ジピコリン酸を単離採取するには公知の方法を組み合わせることで実施できる。例えば、イオン交換樹脂による吸脱着、晶析による固液分離、膜処理による不純物の除去などを組み合わせることで、容易にジピコリン酸の結晶または沈殿を得ることができる。 Isolating and collecting dipicolinic acid from the culture supernatant or reaction supernatant of the recombinant microorganism can be carried out by combining known methods. For example, dipicolinic acid crystals or precipitates can be easily obtained by combining adsorption / desorption with an ion exchange resin, solid-liquid separation by crystallization, and removal of impurities by membrane treatment.
ここで、イオン交換樹脂処理などによって得られたジピコリン酸を含有する溶液に、目的に応じた量のアルカリを添加することで、ジピコリン酸の塩を得ることができる。具体的には、NaOHを添加することにより、ジピコリン酸ナトリウム塩を得ることができる。 Here, a salt of dipicolinic acid can be obtained by adding an amount of alkali according to the purpose to a solution containing dipicolinic acid obtained by treatment with an ion exchange resin or the like. Specifically, dipicolinic acid sodium salt can be obtained by adding NaOH.
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕
(1-1)
枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、PsVFA FW(5’-CCCTTCCGGCAATATGCC-3’)(配列番号17)及びPsVFA/Cm RV(5’-ATGGGTGCTTTAGTTGAAGATCTAAACGTTCACCTTC-3’)(配列番号18)のプライマーを用いて0.6kb断片(A)をPCRにより増幅した。この0.6kb断片(A)はspoVFA遺伝子(配列番号1)の開始コドンの上流に隣接する0.6kbの領域である。また、同ゲノムDNAを鋳型とし、spoVG/spoVFA FW(5’-GGTGGTGAACTACTATGTTAACCGGATTGAAAATTGC-3’)(配列番号19)及びspoVFA RV(5’-GATGCGCTGAACTTCTTGC-3’)(配列番号20)のプライマーを用いて0.6kb断片(B)をPCRにより増幅した。この0.6kb断片(B)は、spoVFA遺伝子の開始コドンから下流の0.6kbの領域である。さらに、同ゲノムDNAを鋳型とし、Cm/spoVG FW(5’-CTGCCCCGTTAGTTGAAGGTTAGTCGAGATCGAAGTTA-3’)(配列番号21)、spoVG RV(5’-CATAGTAGTTCACCACC-3’)(配列番号22)のプライマーを用いてspoVGプロモーター配列を含む0.2kb断片(C)をPCRにより増幅した。さらに、プラスミドpC194(入手先:Staphylococcus aureus由来)を鋳型とし、Cat F(5’-TCTTCAACTAAAGCACCCAT-3’)(配列番号23)及びCm RV (5’-CTTCAACTAACGGGGCAG-3’)(配列番号24)のプライマーを用いてクロラムフェニコール耐性遺伝子を含む0.9kb断片(D)をPCRにより増幅した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to these Examples.
[Example 1]
(1-1)
Primers of PsVFA FW (5'-CCCTTCCGGCAATATGCC-3 ') (SEQ ID NO: 17) and PsVFA / Cm RV (5'-ATGGGTGCTTTAGTTGAAGATCTAAACGTTCACCTTC-3') (SEQ ID NO: 18) using genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain as a template A 0.6 kb fragment (A) was amplified by PCR. This 0.6 kb fragment (A) is a 0.6 kb region adjacent to the start codon of the spoVFA gene (SEQ ID NO: 1). In addition, using the genomic DNA as a template, and using the primers of spoVG / spoVFA FW (5′-GGTGGTGAACTACTATGTTAACCGGATTGAAAATTGC-3 ′) (SEQ ID NO: 19) and spoVFA RV (5′-GATGCGCTGAACTTCTTGC-3 ′) (SEQ ID NO: 20) The kb fragment (B) was amplified by PCR. This 0.6 kb fragment (B) is a 0.6 kb region downstream from the start codon of the spoVFA gene. Furthermore, using the genomic DNA as a template, spoVG using primers Cm / spoVG FW (5'-CTGCCCCGTTAGTTGAAGGTTAGTCGAGATCGAAGTTA-3 ') (SEQ ID NO: 21) and spoVG RV (5'-CATAGTAGTTCACCACC-3') (SEQ ID NO: 22). A 0.2 kb fragment (C) containing the promoter sequence was amplified by PCR. Furthermore, using plasmid pC194 (source: Staphylococcus aureus origin) as a template, Cat F (5'-TCTTCAACTAAAGCACCCAT-3 ') (SEQ ID NO: 23) and Cm RV (5'-CTTCAACTAACGGGGCAG-3') (SEQ ID NO: 24) A 0.9 kb fragment (D) containing a chloramphenicol resistance gene was amplified by PCR using primers.
次に、得られた断片(A)、断片(D)、断片(C)及び断片(B)をこの順となる様にPsVFA FW2(5’-CCCCATAATGGAGCAGGC-3’)(配列番号25)及びspoVFA RV2(5’-GCGCGGCAAATGTACGG-3’)(配列番号26)のプライマーを用いてSOE-PCR法(splicing by overlap extension PCR:Gene, 77, 61, 1989)によって結合させ、2.2kbのDNA断片を得た。得られたDNA断片を用いて、コンピテント法(J. Bacteriol., 81, 741, 1960)により枯草菌168株の形質転換を行い、クロラムフェニコールを含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した(以下、168VGspoVF株と称する)。 Next, PsVFA FW2 (5′-CCCCATAATGGAGCAGGC-3 ′) (SEQ ID NO: 25) and spoVFA are arranged so that the obtained fragment (A), fragment (D), fragment (C) and fragment (B) are in this order. Using a primer of RV2 (5'-GCGCGGCAAATGTACGG-3 ') (SEQ ID NO: 26), it was ligated by SOE-PCR (splicing by overlap extension PCR: Gene, 77, 61, 1989) to obtain a 2.2 kb DNA fragment It was. The resulting DNA fragment was used to transform Bacillus subtilis 168 strain by competent method (J. Bacteriol., 81, 741, 1960), and colonies grown on LB agar medium containing chloramphenicol It was isolated as a transformant (hereinafter referred to as 168VGspoVF strain).
なお、得られた形質転換体168VGspoVF株のゲノムを用いたPCR及びそれに続くサンガー法(Proc. Natl. Acad. Sci. USA,, 74:5463 (1982))によるシークエンシングによって、ゲノム上のspoVFAプロモーターとspoVFA遺伝子の間にクロラムフェニコール耐性遺伝子及びspoVG遺伝子プロモーターが挿入されていることを確認した。 The spoVFA promoter on the genome was obtained by PCR using the genome of the obtained transformant 168VGspoVF and subsequent sequencing by the Sanger method (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74: 5463 (1982)). It was confirmed that the chloramphenicol resistance gene and the spoVG gene promoter were inserted between the and the spoVFA genes.
(1-2)
一方、Bacillus sp. KSM-S237株由来(入手先:特開2000-210081号公報)のセルラーゼ遺伝子を含む組換えプラスミドpHYEglSを鋳型とし、S237UB1(5’-GCAGGATCCGATTTGCCGATGCAACAGGCTTATATTTAG-3’)(配列番号27)及びS237sVFABd1(5’-CGGTTAACATATTACCTCCTAAATATTTTTAAAG-3’)(配列番号28)のプライマーを用いてS237プロモーターを含む0.6kb断片(E)をPCRにより増幅した。また、枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、S237sVFABu2(5’-AGGAGGTAATATGTTAACCGGATTGAAAATTGC-3’)(配列番号29)、S237sVFABd2(5’-GCTTCTAGAATTAGTCATTTCCCTGATAATTCTCAAC-3’)(配列番号30)を用いてジピコリン酸シンターゼ構造遺伝子を含む1.5kb断片(F)をPCRにより増幅した。
(1-2)
On the other hand, S237UB1 (5′-GCAGGATCCGATTTGCCGATGCAACAGGCTTATATTTAG-3 ′) (SEQ ID NO: 27) using a recombinant plasmid pHYEglS containing a cellulase gene derived from Bacillus sp. KSM-S237 strain (source: JP 2000-210081) as a template. A 0.6 kb fragment (E) containing the S237 promoter was amplified by PCR using primers of S237sVFABd1 (5′-CGGTTAACATATTACCTCCTAAATATTTTTAAAG-3 ′) (SEQ ID NO: 28). Also, using the genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 as a template, dipicoline using S237sVFABu2 (5'-AGGAGGTAATATGTTAACCGGATTGAAAATTGC-3 ') (SEQ ID NO: 29), S237sVFABd2 (5'-GCTTCTAGAATTAGTCATTTCCCTGATAATTCTCAAC-3') (SEQ ID NO: 30) A 1.5 kb fragment (F) containing the acid synthase structural gene was amplified by PCR.
次に、得られた断片(E)及び断片(F)をこの順となる様にS237UB1及びS237sVFABd2を用いたSOE-PCR法によって結合させ、2.1kbのDNA断片を得た。得られたDNA断片をシャトルベクターpHY300PLKのEcoRI、XbaI制限酵素切断点に挿入し、組換えプラスミドpH237sVFABを構築した。プラスミドpH237sVFABに対するサンガー法によるシークエンシングによって目的のプロモーター及び遺伝子が挿入されていることを確認した。 Next, the obtained fragment (E) and fragment (F) were combined in this order by SOE-PCR using S237UB1 and S237sVFABd2 to obtain a 2.1 kb DNA fragment. The obtained DNA fragment was inserted into EcoRI and XbaI restriction enzyme cleavage points of shuttle vector pHY300PLK to construct a recombinant plasmid pH237sVFAB. It was confirmed that the target promoter and gene were inserted by Sanger sequencing for the plasmid pH237sVFAB.
次に、上記(1-1)で作製された168VGspoVF株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、PsVFA FW及びCm RVのプライマーを用いて、spoVFA遺伝子の開始コドン上流に隣接する0.6kbのDNA断片とクロラムフェニコール耐性遺伝子を含む1.5kb断片(G)をPCRにより増幅した。また、プラスミドpH237sVFABを鋳型とし、Cm/PS237FW(5’-CTGCCCCGTTAGTTGAAGGATTTGCCGATGCAACAGG-3’)(配列番号31)及びspoVFA RVのプライマーを用いて、S237プロモーター配列及びspoVFAの開始コドンから下流の0.6kbのDNA断片を含む1.1kb断片(H)をPCRにより増幅した。得られた断片(G)及び(H)をこの順となる様にPsVFA FW2及びspoVFA RV2のプライマーを用いたSOE-PCR法によって結合させ、2.5kbのDNA断片を得た。得られたDNA断片を用いて、コンピテント法により枯草菌168株の形質転換を行い、クロラムフェニコールを含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した(以下、168S237spoVF株と称する)。 Next, using the genomic DNA extracted from the 168VGspoVF strain prepared in (1-1) above as a template, and using primers of PsVFA FW and Cm RV, a 0.6 kb DNA fragment adjacent to the upstream of the start codon of the spoVFA gene and A 1.5 kb fragment (G) containing the chloramphenicol resistance gene was amplified by PCR. In addition, using plasmid pH237sVFAB as a template, Cm / PS237FW (5'-CTGCCCCGTTAGTTGAAGGATTTGCCGATGCAACAGG-3 ') (SEQ ID NO: 31) and spoVFA RV primer, 0.6 kb DNA fragment downstream from the start codon of S237 promoter sequence and spoVFA A 1.1 kb fragment (H) containing was amplified by PCR. The obtained fragments (G) and (H) were combined in this order by the SOE-PCR method using PsVFA FW2 and spoVFA RV2 primers to obtain a 2.5 kb DNA fragment. The obtained DNA fragment was used to transform Bacillus subtilis 168 strain by competent method, and colonies grown on LB agar medium containing chloramphenicol were isolated as transformants (hereinafter referred to as 168S237spoVF strain). Called).
なお、得られた形質転換体168S237spoVF株のゲノムを用いたPCR及びそれに続くシークエンシングによって、ゲノム上のspoVFAプロモーターとspoVFA遺伝子の間にクロラムフェニコール耐性遺伝子及びS237プロモーターが挿入されていることを確認した。 It was confirmed that the chloramphenicol resistance gene and the S237 promoter were inserted between the spoVFA promoter and spoVFA gene on the genome by PCR using the genome of the obtained transformant 168S237spoVF strain and subsequent sequencing. confirmed.
(1-3)
上記(1-1)で得られた168VGspoVF株及び上記(1-2)で得られた168S237spoVF株を、それぞれ20mLの2%(w/v)酵母エキス(ディフコ社製)、4%コーンスティーブリカー(オリエンタル酵母社製)、0.05%硫酸マグネシウム7水塩、0.001%硫酸マンガン、0.20%L-トリプトファン、0.50%リジン塩酸塩、4.0%アスパラギン酸ナトリウム塩、0.15%リン酸1カリウム、0.35%リン酸2カリウム及び14%マルトース1水和物を含む培地を用いて、30℃で72時間振盪培養を行った。培養後、遠心分離によって菌体を除き、培養上清のジピコリン酸量をHPLC法によって測定し、培養によって菌体外に分泌生産されたジピコリン酸の量を求めた。HPLC法による分析は、カラムとしてHigh Performance Carbohydrate Column 60(Å) 4μm 4.6×250mm HPLC Column {Aminopropylmethylsilyl bonded amorphos silica} (Waters社製)を使用し、溶離液として20mM EDTAを含む水を濃リン酸でpH3.4に合わせた水溶液とアセトニトリル溶液を1:1に混合した溶液を用いた。測定条件としては、検出波長を270nmとし、流速を1ml/分とした。測定結果を表1に示す。
(1-3)
The 168VGspoVF strain obtained in (1-1) above and the 168S237spoVF strain obtained in (1-2) above were each 20 mL of 2% (w / v) yeast extract (Difco) and 4% corn steep liquor. (Oriental Yeast Co., Ltd.), 0.05% magnesium sulfate heptahydrate, 0.001% manganese sulfate, 0.20% L-tryptophan, 0.50% lysine hydrochloride, 4.0% sodium aspartate, 0.15% monopotassium phosphate, 0.35% phosphoric acid Using a medium containing 2 potassium and 14% maltose monohydrate, shaking culture was performed at 30 ° C. for 72 hours. After culturing, the cells were removed by centrifugation, the amount of dipicolinic acid in the culture supernatant was measured by HPLC, and the amount of dipicolinic acid secreted and produced outside the cells by culturing was determined. For HPLC analysis, a High Performance Carbohydrate Column 60 (60) 4μm 4.6 × 250mm HPLC Column {Aminopropylmethylsilyl bonded amorphos silica} (Waters) was used as the column, and water containing 20 mM EDTA was used as the eluent with concentrated phosphoric acid. A solution prepared by mixing an aqueous solution adjusted to pH 3.4 with an acetonitrile solution in a ratio of 1: 1 was used. The measurement conditions were a detection wavelength of 270 nm and a flow rate of 1 ml / min. The measurement results are shown in Table 1.
表1に示すように、168VGspoVF株及び168S237spoVF株ともに野生株(168株)と比較して顕著に高いジピコリン酸の分泌生産が認められた。この結果から、胞子形成期におけるスポアコートタンパク沈着期より前において働くプロモーターの支配下にジピコリン酸シンターゼ遺伝子オペロン{spoVFA、spoVFB、asd(配列番号32)、dapG(配列番号33)、dapA(配列番号34)}を転写させることによって、胞子形成過程における特定の段階にあるか否かに拘わらず、胞子形成能を有する微生物においてジピコリン酸を生産できることが明かとなった。 As shown in Table 1, both 168VGspoVF strain and 168S237spoVF strain showed significantly higher production of dipicolinic acid than the wild strain (168 strain). From this result, the dipicolinate synthase gene operon {spoVFA, spoVFB, asd (SEQ ID NO: 32), dapG (SEQ ID NO: 33), dapA (SEQ ID NO: 33) under the control of the promoter that works before the spore coat protein deposition phase in the sporulation phase. 34)} was transcribed, and it was revealed that dipicolinic acid can be produced in microorganisms having spore-forming ability regardless of whether they are in a specific stage in the spore formation process.
しかも、本実施例の方法は、従来公知の発酵法によるジピコリン酸の生産性と比較して非常に優れた生産性を達成しており、かつジアミノピメリン酸等に代表される高価な添加物等を必要としていない。このことから、本実施例により、生産性に優れ、且つ低コストなジピコリン酸又はその塩の製造方法を新たに確立できたと結論付けられる。 In addition, the method of this example achieves a very excellent productivity as compared to the productivity of dipicolinic acid by a conventionally known fermentation method, and expensive additives such as diaminopimelic acid are used. I don't need it. From this, it can be concluded that the production method of dipicolinic acid or a salt thereof excellent in productivity and cost can be newly established by this example.
〔実施例2〕
実施例1(1-2)で得られた組換えプラスミドpH237sVFABをプロトプラスト法によって、実施例1(1-1)で得られた遺伝子組換え株168VGspoVF株に導入した。得られた組換え株を168VGspoVF-AB株とした。
[Example 2]
The recombinant plasmid pH237sVFAB obtained in Example 1 (1-2) was introduced into the gene recombinant strain 168VGspoVF obtained in Example 1 (1-1) by the protoplast method. The obtained recombinant strain was designated as 168VGspoVF-AB strain.
168VGspoVF-AB株を20mLの2%(w/v)酵母エキス(ディフコ社製)、0.20%コーンスティーブリカー(オリエンタル酵母社製)、0.05%硫酸マグネシウム7水塩、2%ウレア、0.20%L-トリプトファン、0.50%リジン塩酸塩、4.0%アスパラギン酸ナトリウム塩、0.15%リン酸1カリウム、0.35%リン酸2カリウム及び10%マルトース1水和物を含む培地を用いて、30℃で72時間振盪培養を行った。培養後、遠心分離によって菌体を除き、培養上清のジピコリン酸量をHPLC法によって測定し、培養によって菌体外に分泌生産されたジピコリン酸の量を求めた。HPLC法による分析は、カラムとしてHigh Performance Carbohydrate Column 60Å 4μm 4.6×250mm HPLC Column {Aminopropylmethylsilyl bonded amorphos silica} (Waters社製)を使用し、溶離液として20mM EDTAを含む水を濃リン酸でpH3.4に合わせた水溶液とアセトニトリル溶液を1:1に混合した溶液を用いた。測定条件としては、検出波長を270nmとし、流速を1ml/分とした。測定結果を表2に示す。 168VGspoVF-AB 20mL 2% (w / v) yeast extract (Difco), 0.20% corn steep liquor (Oriental Yeast), 0.05% magnesium sulfate heptahydrate, 2% urea, 0.20% L- Shaking culture at 30 ° C for 72 hours in a medium containing tryptophan, 0.50% lysine hydrochloride, 4.0% sodium aspartate, 0.15% monopotassium phosphate, 0.35% dipotassium phosphate and 10% maltose monohydrate Went. After culturing, the cells were removed by centrifugation, the amount of dipicolinic acid in the culture supernatant was measured by HPLC, and the amount of dipicolinic acid secreted and produced outside the cells by culturing was determined. For HPLC analysis, a High Performance Carbohydrate Column 60 Column 4μm 4.6 × 250mm HPLC Column {Aminopropylmethylsilyl bonded amorphos silica} (Waters) was used as the column, and water containing 20 mM EDTA as the eluent was added with concentrated phosphoric acid to pH 3.4. A solution prepared by mixing 1: 1 an aqueous solution and an acetonitrile solution was used. The measurement conditions were a detection wavelength of 270 nm and a flow rate of 1 ml / min. The measurement results are shown in Table 2.
表2に示すように、168VGspoVF-AB株では、実施例1(1-1)で得られた168VGspoVF株と比較して約2倍のジピコリン酸の分泌生産が認められた。本実施例により、培養初期のジピコリン酸シンターゼの高発現と、リジン生合成系が低下する培養中期〜後期におけるジピコリン酸合成オペロンの高発現の組み合わせにより、ジピコリン酸の生産性を更に向上させることができることが明かとなった。 As shown in Table 2, in the 168VGspoVF-AB strain, about twice as much dipicolinic acid secretion production was observed as compared with the 168VGspoVF strain obtained in Example 1 (1-1). According to this example, by combining the high expression of dipicolinate synthase in the early stage of culture and the high expression of dipicolinate synthesizing operon in the middle to late stage of the culture when the lysine biosynthesis system is reduced, the productivity of dipicolinate can be further improved. It became clear that we could do it.
〔実施例3〕
実施例1(1-2)で得られた組換えプラスミドpH237sVFABをプロトプラスト法によって、Bacillus megaterium ATCC 14581株(以下14581株)に導入した。得られた組換え株を14581-AB株とした。
Example 3
The recombinant plasmid pH237sVFAB obtained in Example 1 (1-2) was introduced into Bacillus megaterium ATCC 14581 strain (hereinafter referred to as 14581 strain) by the protoplast method. The obtained recombinant strain was designated as 14581-AB strain.
14581株、14581-AB株を20mLの2%(w/v)酵母エキス(ディフコ社製)、4%コーンスティーブリカー(オリエンタル酵母社製)、0.05%硫酸マグネシウム7水塩、0.001%硫酸マンガン、0.20%L-トリプトファン、0.50%リジン塩酸塩、4.0%アスパラギン酸ナトリウム塩、0.15%リン酸1カリウム、0.35%リン酸2カリウム及び14%マルトース1水和物を含む培地を用いて、30℃で72時間振盪培養を行った。培養後、遠心分離によって菌体を除き、培養上清のジピコリン酸量をHPLC法によって測定し、培養によって菌体外に分泌生産されたジピコリン酸の量を求めた。HPLC法による分析は、カラムとしてHigh Performance Carbohydrate Column 60Å 4μm 4.6×250mm HPLC Column {Aminopropylmethylsilyl bonded amorphos silica} (Waters社製)を使用し、溶離液として20mM EDTAを含む水を濃リン酸でpH3.4に合わせた水溶液とアセトニトリル溶液を1:1に混合した溶液を用いた。測定条件としては、検出波長を270nmとし、流速を1ml/分とした。測定結果を表3に示す。 14581 strain, 14581-AB strain 20mL 2% (w / v) yeast extract (Difco), 4% corn steep liquor (Oriental Yeast), 0.05% magnesium sulfate heptahydrate, 0.001% manganese sulfate, Using a medium containing 0.20% L-tryptophan, 0.50% lysine hydrochloride, 4.0% sodium aspartate, 0.15% monopotassium phosphate, 0.35% dipotassium phosphate and 14% maltose monohydrate at 30 ° C The shaking culture was performed for 72 hours. After culturing, the cells were removed by centrifugation, the amount of dipicolinic acid in the culture supernatant was measured by HPLC, and the amount of dipicolinic acid secreted and produced outside the cells by culturing was determined. For HPLC analysis, a High Performance Carbohydrate Column 60 Column 4μm 4.6 × 250mm HPLC Column {Aminopropylmethylsilyl bonded amorphos silica} (Waters) was used as the column, and water containing 20 mM EDTA as the eluent was added with concentrated phosphoric acid to pH 3.4. A solution prepared by mixing 1: 1 an aqueous solution and an acetonitrile solution was used. The measurement conditions were a detection wavelength of 270 nm and a flow rate of 1 ml / min. Table 3 shows the measurement results.
表3に示すように、14581-AB株において、元株の14581株と比較して顕著に高いジピコリン酸の分泌生産が認められた。 As shown in Table 3, significantly higher dipicolinic acid secretory production was observed in the 14581-AB strain compared to the original 14581 strain.
Claims (11)
上記微生物の培養上清及び/又は反応水溶液からジピコリン酸を回収する工程とを含み、
上記胞子形成能を失ったバチルス(Bacillus)属に属する微生物における上記プロモーターは、σA依存性プロモーター又はσH依存性プロモーターである、ジピコリン酸又はその塩の製造方法。 A microorganism belonging to the genus Bacillus having spore-forming ability or having lost spore-forming ability, which is a dipicolinate synthase gene transcribed under the control of a promoter that works before the spor coat protein deposition stage in the spore formation stage. Culturing a microorganism having a medium containing no diaminopimelic acid;
See containing and recovering the dipicolinic acid from the culture supernatant and / or the reaction solution of the microorganism,
The method for producing dipicolinic acid or a salt thereof , wherein the promoter in the microorganism belonging to the genus Bacillus that has lost the spore-forming ability is a σA-dependent promoter or a σH-dependent promoter .
上記胞子形成能を失ったバチルス(Bacillus)属に属する微生物における上記プロモーターは、σA依存性プロモーター又はσH依存性プロモーターである、微生物。 A microorganism belonging to the genus Bacillus having spore-forming ability or having lost spore-forming ability, which is a dipicolinate synthase gene transcribed under the control of a promoter that works before the spor coat protein deposition stage in the spore formation stage. Yes, and
The microorganism, wherein the promoter in the microorganism belonging to the genus Bacillus that has lost the spore-forming ability is a σA-dependent promoter or a σH-dependent promoter .
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