JP6694696B2 - Bacillus subtilis mutant strain and method for producing dipicolinic acid using the same - Google Patents
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Description
本発明は、ジピコリン酸生産能を有する枯草菌変異株、及び当該枯草菌変異株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 Bacillus subtilis mutant having dipicolinic acid-producing ability, and a method for producing dipicolinic acid or a salt thereof using the Bacillus subtilis mutant.
ジピコリン酸(2,6−ピリジンジカルボン酸、DPA)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や金属隠蔽剤、酸化防止剤などとして利用できることが報告されている。 Dipicolinic acid (2,6-pyridinedicarboxylic acid, DPA) is a natural product and is known as a highly biodegradable chelating agent, and is used as a detergent composition, a metal hiding agent, an antioxidant, etc. for industrial use. It is reported to be available.
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や、電解酸化法、空気酸化法などにより合成できることが知られている。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、従来のジピコリン酸合成法では、高純度のジピコリン酸を製造することは困難であった。 Dipicolinic acid is known to be synthesized from 2,6-lutidine by an oxidation reaction. That is, it is known that it can be synthesized by a method using a hypohalite as an oxidizing agent in the presence of a nickel compound, an electrolytic oxidation method, an air oxidation method, or the like. However, in these methods, the conversion rate and selectivity of the reaction are insufficient, so that the raw material 2,6-lutidine or the reaction intermediate alkylpyridine such as 6-methyl-2-pyridinecarboxylic acid is used as the reaction liquid. Remain inside, and these are mixed as impurities in the product 2,6-pyridinedicarboxylic acid (dipicolinic acid). That is, it has been difficult to produce high-purity dipicolinic acid by the conventional dipicolinic acid synthesis method.
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と期待される。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シラス(Bacillus)属を用いた発酵法による製造方法(特許文献1及び2)及びカビを用いた製造方法(特許文献3)が知られている。 On the other hand, according to the method for producing dipicolinic acid using a microorganism, it is expected that dipicolinic acid can be produced in high purity without containing alkylpyridine. As a method for producing dipicolinic acid using a microorganism, a fermentation method (Patent Documents 1 and 2) using a Bacillus genus, which is a spore-forming microorganism, and a mold method (Patent Document 3) )It has been known.
また、遺伝子工学的に改変した微生物を用いたジピコリン酸の製造方法が知られている。特許文献4には、遺伝子組換えリジン生産菌を利用したジピコリン酸の製造方法が開示されている。特許文献5には、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したバシラス(Bacillus)属又はクロストリジウム(Clostridium)属微生物を利用したジピコリン酸の製造方法が開示されている。 Further, a method for producing dipicolinic acid using a genetically modified microorganism is known. Patent Document 4 discloses a method for producing dipicolinic acid using a recombinant lysine-producing bacterium. Patent Document 5 discloses a method for producing dipicolinic acid using a microorganism belonging to the genus Bacillus or Clostridium in which the expression pattern of a gene involved in the dipicolinic acid synthesis pathway is modified.
特許文献6には、ゲノムの大領域を欠失させて得られた枯草菌変異株が、プロテアーゼ等の酵素の生産性に優れていることが記載されている。しかし、この変異微生物は、酵素生産のために開発された株である。 Patent Document 6 describes that a Bacillus subtilis mutant strain obtained by deleting a large region of the genome is excellent in productivity of enzymes such as protease. However, this mutant microorganism is a strain developed for enzyme production.
本発明は、ジピコリン酸(2,6−ピリジンジカルボン酸、以下の本明細書において、DPAとも称する)を高生産することができる枯草菌変異株、当該枯草菌変異株の製造方法、及び当該枯草菌変異株を用いたDPA又はその塩の製造方法に関する。 The present invention provides a Bacillus subtilis mutant strain capable of highly producing dipicolinic acid (2,6-pyridinedicarboxylic acid, also referred to as DPA in the following specification), a method for producing the Bacillus subtilis mutant strain, and the Bacillus subtilis. The present invention relates to a method for producing DPA or a salt thereof using a bacterial mutant strain.
本発明者らは、DPAを効率良く生産することができる微生物株の開発を進めた。その結果、ゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株において、枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現を強化することと、アセトイン合成に係る遺伝子と酢酸合成に係る遺伝子を共に欠失又は不活性化することにより、得られた枯草菌変異株が顕著に高いDPA生産能を有することを見出し、本発明を完成した。 The present inventors proceeded with the development of a microbial strain capable of efficiently producing DPA. As a result, in the Bacillus subtilis mutant strain in which the large region of the genome was deleted, enhancing the expression of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto, both the gene relating to acetoin synthesis and the gene relating to acetic acid synthesis were used together. It was found that the Bacillus subtilis mutant strain obtained by deletion or inactivation has a remarkably high DPA-producing ability, and completed the present invention.
すなわち本発明は、一態様において、以下を提供する:
枯草菌変異株であって、
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される1以上の領域が欠失したゲノムを有し、
枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現が強化されており、且つ
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化され、且つackA遺伝子及びpta遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている、枯草菌変異株。
That is, the present invention provides, in one aspect, the following:
A Bacillus subtilis mutant strain,
Prophage 6 region, Prophage 1 region, Prophage 4 region, PBSX region, Prophage 5 region, Prophage 3 region, Spb region, PKs region, Skin region, pps region, Prophage 2 region, ydcL-ydeK-ydhUy region, DysL, DyBy, DysBy, DysY, DysBy, DysBy, DysBy. One or more regions selected from the group consisting of the cgeE-ypmQ region, the yeK-yesX region, the pdp-rocR region, the ycxB-sipU region, the SKIN-Pro7 region, the sbo-ywhH region, the yybP-yayaJ region, and the ncM-fosB region. Has a deleted genome,
Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is enhanced in expression, and at least one gene selected from the group consisting of alsS gene and alsD gene is deleted or inactivated, and ackA gene and A Bacillus subtilis mutant strain in which at least one gene selected from the group consisting of pta genes is deleted or inactivated.
別の態様において、本発明は以下を提供する:
枯草菌変異株の製造方法であって、
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される1以上の領域が欠失したゲノムを有する枯草菌変異株において
枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現を強化し、且つ、
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化し、且つackA遺伝子及びpta遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化する、ことを含む、方法。
In another aspect, the invention provides:
A method for producing a Bacillus subtilis mutant strain,
Prophage 6 region, Prophage 1 region, Prophage 4 region, PBSX region, Prophage 5 region, Prophage 3 region, Spb region, PKs region, Skin region, pps region, Prophage 2 region, ydcL-ydeK-ydhUy region, DysL, DyBy, DysBy, DysY, DysBy, DysBy, DysBy. One or more regions selected from the group consisting of the cgeE-ypmQ region, the yeK-yesX region, the pdp-rocR region, the ycxB-sipU region, the SKIN-Pro7 region, the sbo-ywhH region, the yybP-yayaJ region, and the ncM-fosB region. Enhances the expression of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto in a Bacillus subtilis mutant strain having a deleted genome, and
deleting or inactivating at least one gene selected from the group consisting of alsS gene and alsD gene, and deleting or inactivating at least one gene selected from the group consisting of ackA gene and pta gene, A method, including:
また別の態様において、本発明は、上記枯草菌変異株を用いるジピコリン酸又はその塩の製造方法を提供する。 In another aspect, the present invention provides a method for producing dipicolinic acid or a salt thereof using the Bacillus subtilis mutant strain.
本発明の枯草菌変異株は高いDPA生産能を有する。本発明の枯草菌変異株を用いることによりDPA又はその塩を効率よく製造することが可能になる。 The Bacillus subtilis mutant strain of the present invention has a high DPA producing ability. By using the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, it becomes possible to efficiently produce DPA or a salt thereof.
本明細書に記載の枯草菌の各遺伝子及びゲノム領域の名称は、JAFAN:Japan
Functional Analysis Network for Bacillus subtilis(BSORF DB)でインターネット公開([bacillus.genome.ad.jp/]、2006年1月18日更新)された枯草菌ゲノムデータに基づいて記載されている。
The names of the respective genes and genomic regions of Bacillus subtilis described in the present specification are JAFAN: Japan.
It is described based on the Bacillus subtilis genomic data published on the Internet ([bacillus.genome.ad.jp/], updated on January 18, 2006) in the Functional Analysis Network for Bacillus subtilis (BSORF DB).
本明細書において、アミノ酸配列及びヌクレオチド配列の同一性はLipman−Pearson法(Lipman,DJ.,Pearson.WR.:Science,1985,227:1435−1441)によって計算される。具体的には、遺伝情報処理ソフトウェアGenetyx−Win Ver.11(ソフトウェア開発)のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、Unit size to compare(ktup)を2として解析を行うことにより算出される。 In the present specification, the amino acid sequence and nucleotide sequence identities are calculated by the Lipman-Pearson method (Lipman, DJ., Pearson. WR .: Science, 1985, 227: 1435-1441). Specifically, it is calculated by using the homology analysis (Search homology) program of the genetic information processing software Genetyx-Win Ver.11 (software development) as the unit size to compare (ktup) of 2.
本明細書において、別途定義されない限り、アミノ酸配列又はヌクレオチド配列におけるアミノ酸又はヌクレオチドの欠失、置換、付加又は挿入に関して使用される「1又は数個」の「数個」とは、例えば、対象となるアミノ酸配列又はヌクレオチド配列の総アミノ酸残基数又は総ヌクレオチド数の10%以下の最大整数、より好ましくは同じく5%以下の最大整数、さらに好ましくは同じく4%以下の最大整数、さらに好ましくは同じく3%以下の最大整数、さらに好ましくは同じく2%以下の最大整数、さらにより好ましくは同じく1%以下の最大整数を意味する。また本明細書において、アミノ酸又はヌクレオチドの「付加」には、配列の一末端及び両末端への1又は数個のアミノ酸又はヌクレオチドの付加が含まれる。 In the present specification, unless otherwise defined, the “several” of “one or several” used for deletion, substitution, addition or insertion of an amino acid or nucleotide in an amino acid sequence or nucleotide sequence means, for example, The maximum integer of 10% or less of the total number of amino acid residues or the total number of nucleotides of the amino acid sequence or the nucleotide sequence of It also means a maximum integer of 3% or less, more preferably a maximum integer of 2% or less, even more preferably a maximum integer of 1% or less. In the present specification, "addition" of amino acids or nucleotides includes addition of one or several amino acids or nucleotides at one end and both ends of the sequence.
本明細書において、ハイブリダイゼーションに関する「ストリンジェントな条件」とは、配列同一性が約80%以上若しくは約90%以上のヌクレオチド配列を有する遺伝子の確認を可能にする条件である。「ストリンジェントな条件」としては、Molecular Cloning−A LABORATORY MANUAL THIRD EDITION(Joseph Sambrook,David W.Russell,Cold
Spring Harbor Laboratory Press,2001)記載の条件が挙げられる。ハイブリダイゼーションの当業者は、プローブのヌクレオチド配列や濃度、長さ等に応じて、ハイブリダイゼーション溶液の塩濃度、温度等を調節することにより、ストリンジェントな条件を適切に作り出すことができる。一例を示せば、上記「ストリンジェントな条件」とは、ハイブリダイゼーション条件としては、5×SSC、70℃以上が好ましく、5×SSC、85℃以上がより好ましく、洗浄条件としては、1×SSC、60℃以上が好ましく、1×SSC、73℃以上がより好ましい。上記SSC及び温度条件の組み合わせは例示であり、当業者であれば、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーを決定する上記若しくは他の要素を適宜組み合わせることにより、適切なストリンジェンシーを実現することが可能である。
In the present specification, “stringent conditions” regarding hybridization are conditions that allow confirmation of a gene having a nucleotide sequence with a sequence identity of about 80% or more or about 90% or more. "Stringent conditions" include Molecular Cloning-A LABORATORY MANUAL THIRD EDITION (Joseph Sambrook, David W. Russell, Cold.
The conditions described in Spring Harbor Laboratory Press, 2001) are mentioned. Those skilled in the art of hybridization can appropriately create stringent conditions by adjusting the salt concentration, temperature, etc. of the hybridization solution according to the nucleotide sequence, concentration, length, etc. of the probe. As an example, the above “stringent condition” means that the hybridization condition is preferably 5 × SSC, 70 ° C. or higher, more preferably 5 × SSC, 85 ° C. or higher, and the washing condition is 1 × SSC. , 60 ° C. or higher, preferably 1 × SSC, more preferably 73 ° C. or higher. The combination of the above SSC and temperature conditions is an exemplification, and a person skilled in the art can realize an appropriate stringency by appropriately combining the above or other elements that determine the stringency of hybridization.
本明細書において、遺伝子又は領域の上流及び下流とは、それぞれ、対象として捉えている遺伝子又は領域の5’側及び3’側に続く領域を示す。 In the present specification, the terms “upstream” and “downstream” of a gene or region refer to regions following the 5 ′ side and the 3 ′ side of the gene or region captured as a target, respectively.
本明細書において、遺伝子の制御領域とは、下流の遺伝子の細胞内における発現を制御する機能を有し、好ましくは、下流遺伝子を構成的に発現又は高発現させる機能を有する領域である。本明細書において、遺伝子の制御領域とは、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得る。好ましくは、本明細書における遺伝子の制御領域とは、当該遺伝子におけるコーディング領域の上流200〜600ヌクレオチド程度の領域をいう。制御領域は、遺伝子の転写開始制御領域及び/又は翻訳開始制御領域を含む。転写開始制御領域は制御領域及び転写開始点を含む領域であり、翻訳開始制御領域は開始コドンと共にリボソーム結合部位を形成するShine−Dalgarno(SD)配列に相当する部位である(Shine,J.,Dalgarno,L.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,1974,71:1342−1346)。 In the present specification, the gene control region has a function of controlling the expression of a downstream gene in the cell, and preferably a region having a function of constitutively expressing or highly expressing the downstream gene. In the present specification, the control region of a gene can be defined as a region existing upstream of the coding region of the gene and having a function of interacting with RNA polymerase to control the transcription of the gene. Preferably, the control region of a gene in the present specification refers to a region of about 200 to 600 nucleotides upstream of the coding region of the gene. The control region includes a transcription initiation control region and / or a translation initiation control region of a gene. The transcription initiation control region is a region including a control region and a transcription initiation point, and the translation initiation control region is a region corresponding to a Shine-Dalgarno (SD) sequence that forms a ribosome binding site together with a start codon (Sine, J., Dalgarno, L., Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 1974, 71: 1342-1346).
本明細書において、目的遺伝子の発現強化とは、改変前に比較して目的遺伝子の発現量を増加させることである。目的遺伝子の発現量を増加させる手段としては、例えば、ゲノム上の目的遺伝子を、野生型に比較して該遺伝子の発現を強化できる制御領域(強発現制御領域)の制御下に配置すること、強発現制御領域の制御下に配置された目的遺伝子を細胞内のゲノム中若しくはプラスミド中に導入すること、又は複数の目的遺伝子を細胞内に発現可能に存在させる改変などが挙げられる。複数の目的遺伝子を細胞内に発現可能に存在させる改変としては、目的遺伝子が発現可能に存在する細胞内のゲノム中若しくはプラスミド中に、必要に応じて制御領域と共に、さらに目的遺伝子を導入すること、又は複数個の目的遺伝子を、必要に応じて制御領域と共に、細胞内のゲノム中若しくはプラスミド中に導入することによって、細胞内で発現する目的遺伝子の数の増加させる改変を挙げることができる。 In the present specification, enhancing the expression of a target gene means increasing the expression level of the target gene as compared with before modification. As means for increasing the expression level of the target gene, for example, placing the target gene on the genome under the control of a control region (strong expression control region) capable of enhancing the expression of the gene as compared with the wild type, Examples include introduction of a gene of interest placed under the control of a strong expression control region into the genome of a cell or a plasmid, or modification for allowing a plurality of genes of interest to be expressed in a cell. As a modification for allowing a plurality of target genes to be expressed in a cell, a target gene may be further introduced, together with a control region, into a genome or a plasmid in a cell in which the target genes are expressed. Alternatively, a plurality of target genes may be introduced together with a control region, if necessary, into the genome of a cell or into a plasmid to modify the number of target genes expressed in the cell.
本明細書において、目的遺伝子を「制御領域の制御下に配置する」とは、制御領域による遺伝子の発現を制御する機能が目的遺伝子に作用するように、DNA上で制御領域と目的遺伝子とを配置することをいう。目的遺伝子を制御領域の制御下に配置する方法としては、当該制御領域の制御の及ぶ下流に当該目的遺伝子を連結する方法が挙げられる。 In the present specification, “arranging a target gene under the control of a control region” refers to a control region and a target gene on DNA so that the function of controlling the expression of the gene by the control region acts on the target gene. It means placing. Examples of the method of placing the target gene under the control of the control region include a method of ligating the target gene downstream of the control of the control region.
(1.枯草菌変異株の製造)
(1−1.ゲノム欠失枯草菌変異株)
本発明の枯草菌変異株は、枯草菌野生株のゲノム上の大領域が欠失したゲノムを有し、枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現が強化されており、且つalsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化され、且つackA遺伝子及びpta遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている、枯草菌変異株である。好ましくは、本発明の枯草菌変異株は、該ゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株に対して、枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現を強化する改変と、alsS遺伝子及びalsD遺伝子より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化させる改変と、且つackA遺伝子及びpta遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化させる改変とを加えることによって作製される。
(1. Production of Bacillus subtilis mutant strain)
(1-1. Genomic deletion Bacillus subtilis mutant strain)
The Bacillus subtilis mutant strain of the present invention has a genome in which a large region on the genome of a Bacillus subtilis wild strain is deleted, expression of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is enhanced, and alsS At least one gene selected from the group consisting of a gene and an asD gene is deleted or inactivated, and at least one gene selected from the group consisting of an ackA gene and a pta gene is deleted or inactivated It is a Bacillus subtilis mutant strain. Preferably, the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention is a modification to enhance the expression of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto, with respect to the Bacillus subtilis mutant strain in which the large region of the genome is deleted, and A modification that deletes or inactivates at least one gene selected from the gene and the alsD gene, and a modification that deletes or inactivates at least one gene selected from the group consisting of the ackA gene and the pta gene It is made by adding.
上記ゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株は、枯草菌野生株(Bacillus subtilis Marburg No.168;本明細書において以下、枯草菌168株又は単に168株、あるいは野生株と称する)のゲノムと比べて、そのゲノム中の大領域が欠失したゲノムを有する。すなわち、当該枯草菌変異株のゲノムにおいては、枯草菌野生株のゲノム中の、prophage6(yoaV−yobO)領域、prophage1(ybbU−ybdE)領域、prophage4(yjcM−yjdJ)領域、PBSX(ykdA−xlyA)領域、prophage5(ynxB−dut)領域、prophage3(ydiM−ydjC)領域、spb(yodU−ypqP)領域、pks(pksA−ymaC)領域、skin(spoIVCB−spoIIIC)領域、pps(ppsE−ppsA)領域、prophage2(ydcL−ydeJ)領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7(spoIVCB−yraK)領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される1以上の領域が欠失している。なお、領域とは特定の遺伝子に挟まれる遺伝子の領域をいい、領域が欠失しているとは特定の遺伝子に挟まれる領域の全てを欠失していることをいう。 The Bacillus subtilis mutant strain in which the large region of the genome is deleted is the genome of Bacillus subtilis wild strain (Bacillus subtilis Marburg No. 168; hereinafter referred to as Bacillus subtilis 168 strain or simply 168 strain, or wild strain). Compared to, it has a genome in which a large region in its genome has been deleted. That is, in the genome of the Bacillus subtilis mutant strain, in the genome of the Bacillus subtilis wild strain, the profile6 (yoaV-yobO) region, the profile1 (ybbU-ybdE) region, the profile4 (yjcM-yjdJ) region, PBSX (ykdA-xlyA). ) Region, profile5 (ynxB-dut) region, profile3 (ydiM-ydjC) region, spb (yodU-ypqP) region, pks (pksA-ymaC) region, skin (spoIVCB-spoIIIC) region, pps (AppsEpsEp). , Profile2 (ydcL-ydeJ) region, ydcL-ydeK-ydhU region, yisB-yitD region, yunA-yurT region, cgeE-ypmQ region, yeK-yesX region, pdp-rocR region, ycxB-SipU region, ycxB-SipU region. spoIVCB-yraK) region, sbo-ywhH region, yybP-yayaJ region, and yncM-fosB region are deleted. The region means a region of a gene sandwiched between specific genes, and the region is deleted means that the entire region sandwiched between specific genes is deleted.
当該枯草菌変異株はとしては、好ましくは、枯草菌野生株のゲノム中の、prophage6(yoaV−yobO)領域、prophage1(ybbU−ybdE)領域、prophage4(yjcM−yjdJ)領域、PBSX(ykdA−xlyA)領域、prophage5(ynxB−dut)領域、prophage3(ydiM−ydjC)領域、spb(yodU−ypqP)領域、pks(pksA−ymaC)領域、skin(spoIVCB−spoIIIC)領域、pps(ppsE−ppsA)領域、prophage2(ydcL−ydeJ)領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7(spoIVCB−yraK)領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域の全てを欠失しているMGB874株(特開2007−130013号公報)や、枯草菌野生株のゲノム中の、prophage6(yoaV−yobO)領域、prophage1(ybbU−ybdE)領域、prophage4(yjcM−yjdJ)領域、PBSX(ykdA−xlyA)領域、prophage5(ynxB−dut)領域、prophage3(ydiM−ydjC)領域、spb(yodU−ypqP)領域、pks(pksA−ymaC)領域、skin(spoIVCB−spoIIIC)領域、pps(ppsE−ppsA)領域、prophage2(ydcL−ydeJ)領域、prophage7(yrkM−yraK)領域からなる群より選択される領域の全てを欠失しているOA105株が挙げられ、より好ましくはMGB874株である。 The Bacillus subtilis mutant strain is preferably, in the genome of a Bacillus subtilis wild strain, a phase6 (yoaV-yobO) region, a profile1 (ybbU-ybdE) region, a profile4 (yjcM-yjdJ) region, a PBSX (ykdA-xlyA). ) Region, profile5 (ynxB-dut) region, profile3 (ydiM-ydjC) region, spb (yodU-ypqP) region, pks (pksA-ymaC) region, skin (spoIVCB-spoIIIC) region, pps (AppsEpsEp). , Profile2 (ydcL-ydeJ) region, ydcL-ydeK-ydhU region, yisB-yitD region, yunA-yurT region, cgeE-ypmQ region, yeK-yesX region, pdp-rocR region, ycxB-SipU region, ycxB-SipU region. spoIVCB-yraK) region, sbo-ywhH region, yybP-yyaJ region and yncM-fosB region all lacking MGB874 strain (Japanese Patent Laid-Open No. 2007-130013) and the genome of Bacillus subtilis wild strain, Prophage6 (yoaV-yobO) region, prophase1 (ybbU-ybdE) region, propage4 (yjcM-yjdJ) region, PBSX (ykdA-xlyA) region, prophase5 (ynxB-dyt) 3, progage5 (ynxB-dut) region, prog. yodU-ypqP) region, pks (pksA-ymaC) region, skin (spoIVCB-spoIIIC) region, pps (ppsE-ppsA) region, profile2 (ydcL-ydeJ) region, and a region selected from prophage7 (yrkM-yraK) region. The OA105 strain lacking all of the regions described above is more preferable, and the MGB874 strain is more preferable.
上記枯草菌変異株は、例えば、168株等の任意の枯草菌株から上述のゲノム領域を欠失させることによって作製することができる。欠失させるべき目的のゲノム領域は、例えば、当該任意の枯草菌株のゲノムを、公開されている枯草菌168株のゲノムと対比することにより決定することができる。枯草菌168株の全ヌクレオチド配列及びゲノムの情報は、上述のBSORF DB、又はGenBank:AL009126.2([www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/38680335])から入手することができる。当業者は、これらの情報源から得た枯草菌168株のゲノム情報に基づいて、欠失させるべき目的のゲノム領域を決定することができる。ここで、欠失させるべきゲノム領域は、公開されている枯草菌168株における上述のゲノム領域のヌクレオチド配列に対して、1又は数個(例えば、1〜100個、好ましくは1〜50個、より好ましくは1〜30個、さらに好ましくは1〜10個、さらにより好ましくは1〜5個)のヌクレオチドにおける天然又は人工的に引き起こされた欠失、置換、挿入、付加等の変異を含むヌクレオチド配列を有するゲノム領域であり得る。あるいは、欠失させるべきゲノム領域は、公開されている枯草菌168株における上述のゲノム領域に対して、ヌクレオチド配列において好ましくは80%以上同一、さらにより好ましくは90%以上同一、なお好ましくは95%以上同一なゲノム領域であり得る。 The Bacillus subtilis mutant strain can be prepared, for example, by deleting the above-mentioned genomic region from any Bacillus subtilis strain such as 168 strain. The genomic region of interest to be deleted can be determined, for example, by comparing the genome of the arbitrary Bacillus subtilis strain with the genome of the published Bacillus subtilis strain 168. Information on the entire nucleotide sequence and genome of Bacillus subtilis strain 168 can be obtained from the above-mentioned BSORF DB or GenBank: AL009126.2 ([www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/38680335]). Those skilled in the art can determine the genomic region of interest to be deleted based on the genomic information of Bacillus subtilis strain 168 obtained from these sources. Here, the genomic region to be deleted is one or several (for example, 1 to 100, preferably 1 to 50, with respect to the nucleotide sequence of the above-mentioned genomic region in the published Bacillus subtilis 168 strain. (More preferably 1 to 30, even more preferably 1 to 10 and even more preferably 1 to 5) nucleotides containing mutations such as deletions, substitutions, insertions and additions caused by natural or artificial conditions. It can be a genomic region having a sequence. Alternatively, the genomic region to be deleted is preferably 80% or more identical in nucleotide sequence, more preferably 90% or more identical, still more preferably 95% to the above-mentioned genomic region of the published Bacillus subtilis strain 168. Genomic regions that are at least% identical may be present.
あるいは、上記欠失させるべきゲノム領域は、表1に示す一対のオリゴヌクレオチドセットにより挟み込まれる領域として表すことができる。表1記載の領域を枯草菌ゲノム上から欠失させる方法としては、特に限定されないが、例えばSOE−PCR法(splicing by overlap extension PCR:Gene,1989,77:61−68)等により調製された欠失用DNA断片を用いた2重交差法が挙げられる。当該方法により枯草菌野生株から所定のゲノム領域が欠失した変異株を作製する手順は、特開2007−130013号公報に詳述されているが、以下に概要を説明する。 Alternatively, the genomic region to be deleted can be expressed as a region sandwiched by a pair of oligonucleotide sets shown in Table 1. The method for deleting the region shown in Table 1 from the Bacillus subtilis genome is not particularly limited, but prepared by, for example, the SOE-PCR method (splicing by overlap extension PCR: Gene, 1989, 77: 61-68). A double-crossing method using a DNA fragment for deletion can be mentioned. The procedure for producing a mutant strain in which a predetermined genomic region has been deleted from a Bacillus subtilis wild strain by the method is described in detail in Japanese Patent Laid-Open No. 2007-130013, and the outline will be described below.
SOE−PCR法による欠失用DNA断片の調製と当該欠失用DNA断片を用いた2重交差法による目的領域の欠失の手順の概要を図1に示す。初めに、SOE−PCR法により、欠失させるべき目的領域の上流に隣接する約0.1〜3kb領域に対応する断片(上流断片と称する)と、同じく下流に隣接する約0.1〜3kb領域に対応する断片(下流断片と称する)とを連結したDNA断片を調製する。好ましくは、目的領域の欠失を確認するために、当該上流断片と下流断片の間に薬剤耐性遺伝子などのマーカー遺伝子断片をさらに連結したDNA断片を調製する。 An outline of the procedure for preparing a deletion DNA fragment by the SOE-PCR method and deleting the target region by the double crossover method using the deletion DNA fragment is shown in FIG. First, by the SOE-PCR method, a fragment (referred to as an upstream fragment) corresponding to a region of about 0.1 to 3 kb adjacent to the upstream of the target region to be deleted, and a fragment of about 0.1 to 3 kb adjacent to the same downstream. A DNA fragment in which a fragment corresponding to the region (referred to as a downstream fragment) is ligated is prepared. Preferably, in order to confirm the deletion of the target region, a DNA fragment in which a marker gene fragment such as a drug resistance gene is further ligated between the upstream fragment and the downstream fragment is prepared.
まず、1回目のPCRによって、欠失させるべき領域の上流断片A及び下流断片B、並びに必要に応じてマーカー遺伝子断片(図1中では、クロラムフェニコール耐性遺伝子断片Cm)の3断片を調製する。上流断片及び下流断片のPCR増幅の際には、後に連結される断片の末端10〜30ヌクレオチドの配列を付加したプライマーを使用する。例えば、上流断片A、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cm、及び下流断片Bをこの順で連結させる場合、上流断片Aの下流末端に結合するプライマーの5’末端に、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cmの上流側10〜30ヌクレオチドに相当する配列を付加し(図1、プライマーDR1)、また下流断片Bの上流末端に結合するプライマーの5’末端に、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cmの下流側10〜30ヌクレオチドに相当する配列を付加する(図1、プライマーDF2)。このように設計したプライマーセットを用いて上流断片A及び下流断片BをPCRで増幅した場合、増幅された上流断片A’の下流側には薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cmの上流側に相当する領域が付加されることとなり、増幅された下流断片B’の上流側には薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cmの下流側に相当する領域が付加されることとなる。 First, three fragments of an upstream fragment A and a downstream fragment B of the region to be deleted, and a marker gene fragment (in Fig. 1, chloramphenicol resistance gene fragment Cm) are prepared by the first PCR. To do. In PCR amplification of the upstream fragment and the downstream fragment, a primer to which a sequence of 10 to 30 nucleotides at the end of the fragment to be ligated later is added is used. For example, when the upstream fragment A, the drug resistance marker gene fragment Cm, and the downstream fragment B are ligated in this order, the 5 ′ end of the primer that binds to the downstream end of the upstream fragment A has the upstream side of the drug resistance marker gene fragment Cm. A sequence corresponding to 10 to 30 nucleotides was added (FIG. 1, primer DR1), and the 5 ′ end of the primer binding to the upstream end of the downstream fragment B was added to the downstream 10 to 30 nucleotides of the drug resistance marker gene fragment Cm. Add the corresponding sequence (Figure 1, primer DF2). When the upstream fragment A and the downstream fragment B are amplified by PCR using the primer set designed in this way, a region corresponding to the upstream side of the drug resistance marker gene fragment Cm is present on the downstream side of the amplified upstream fragment A ′. As a result, the region corresponding to the downstream side of the drug resistance marker gene fragment Cm is added to the upstream side of the amplified downstream fragment B ′.
次に、1回目のPCRで調製した上流断片A’、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cm、及び下流断片B’を混合して鋳型とし、上流断片の上流側に結合するプライマー(図1、プライマーDF1)及び下流断片の下流側に結合するプライマー(図1、プライマーDR2)からなる1対のプライマーを用いて2回目のPCRを行う。この2回目のPCRにより、上流断片A、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cm、及び下流断片Bをこの順で結合した欠失用DNA断片Dを増幅することができる。 Next, the upstream fragment A ′ prepared by the first PCR, the drug resistance marker gene fragment Cm, and the downstream fragment B ′ were mixed and used as a template, and the primer was bound to the upstream side of the upstream fragment (FIG. 1, primer DF1). And a pair of primers consisting of a primer (FIG. 1, primer DR2) that binds to the downstream side of the downstream fragment is used to perform the second PCR. By the second PCR, the deletion DNA fragment D in which the upstream fragment A, the drug resistance marker gene fragment Cm, and the downstream fragment B are linked in this order can be amplified.
上述の方法などによって得られる欠失用DNA断片を、通常の制限酵素とDNAリガーゼを用いてプラスミドに挿入し、欠失導入用プラスミドを構築する。あるいは、上流断片及び下流断片を直接連結した欠失用DNA断片を調製した後、当該欠失用DNA断片を薬剤耐性マーカー遺伝子を含むプラスミドに挿入することで、上流断片及び下流断片に加えて薬剤耐性マーカー遺伝子断片を有する欠失導入用プラスミドを構築することができる。 The deletion DNA fragment obtained by the method described above is inserted into a plasmid using a usual restriction enzyme and DNA ligase to construct a deletion-introducing plasmid. Alternatively, by preparing a deletion DNA fragment in which an upstream fragment and a downstream fragment are directly ligated, and then inserting the deletion DNA fragment into a plasmid containing a drug resistance marker gene, the deletion fragment is added to the upstream fragment and the downstream fragment. A deletion-introducing plasmid having a resistance marker gene fragment can be constructed.
上記手順で構築された欠失導入用プラスミドを、コンピテントセル形質転換法等の通常の手法により、ゲノム領域を欠失させたい枯草菌に導入する。プラスミドの導入により、当該プラスミド上の上流断片及び下流断片と、枯草菌ゲノムのそれらに相同な領域との間で2重交差の相同組換えが生じ、欠失させるべき領域が薬剤耐性マーカー遺伝子に置き換えられた形質転換体が得られる(図1)。形質転換体の選択は、欠失用DNA断片中に存在する薬剤耐性遺伝子などのマーカー遺伝子の発現を指標に行えばよい。例えば、クロラムフェニコール耐性遺伝子断片で形質転換処理をした菌を、抗生物質(クロラムフェニコール等)を含む培地で培養し、生育したコロニーを回収することで、目的の領域が欠失しクロラムフェニコール耐性遺伝子に置き換えられた形質転換体を取得することができる。さらに、形質転換体のゲノムDNAを抽出し、これを鋳型としてPCRを行うことで、目的の領域が欠失されていることを確認することができる。 The deletion-introducing plasmid constructed by the above procedure is introduced into Bacillus subtilis in which the genomic region is to be deleted by a conventional method such as the competent cell transformation method. The introduction of the plasmid causes double crossover homologous recombination between the upstream fragment and the downstream fragment on the plasmid and the region homologous to those of the Bacillus subtilis genome, and the region to be deleted becomes the drug resistance marker gene. A displaced transformant is obtained (Fig. 1). The transformant may be selected by using the expression of a marker gene such as a drug resistance gene present in the DNA fragment for deletion as an index. For example, by culturing a bacterium transformed with a chloramphenicol resistance gene fragment in a medium containing an antibiotic (chloramphenicol etc.) and recovering the grown colonies, the target region is deleted. It is possible to obtain a transformant in which the chloramphenicol resistance gene is replaced. Furthermore, by extracting the genomic DNA of the transformant and performing PCR using this as a template, it can be confirmed that the target region is deleted.
次に、得られた形質転換体から、ゲノムDNAに挿入された上記マーカー遺伝子を除去する。除去の手順としては、特に限定されないが、図2に示すような2段階相同組換え法を用いることができる(特開平2009−254350号公報)。当該方法では、初めに第1相同組換えのためのDNA断片(供与体DNA)を調製する。調製の方法としては、特に限定されないが、上述したSOE−PCR法等が挙げられる。供与体DNAとしては、例えば、除去すべきマーカー遺伝子領域(すなわち、欠失された領域)の上流に隣接する領域に対応する約0.1〜3kb断片(上流断片)及び同じく下流に隣接する領域に対応する約0.1〜3kb断片(下流断片)が結合した断片と、当該除去すべきマーカー遺伝子下流領域の断片とが連結したDNA断片を用いることができる。好適には、当該下流断片と除去すべき第1のマーカー遺伝子下流領域断片との間に、相同組換えの指標となる第2のマーカー遺伝子等が挿入されたDNA断片が用いられる(図2を参照)。 Next, the marker gene inserted into the genomic DNA is removed from the obtained transformant. The removal procedure is not particularly limited, but a two-step homologous recombination method as shown in FIG. 2 can be used (JP-A-2009-254350). In this method, first, a DNA fragment (donor DNA) for the first homologous recombination is prepared. The method of preparation is not particularly limited, and examples thereof include the SOE-PCR method described above. Examples of the donor DNA include, for example, a fragment of about 0.1 to 3 kb (upstream fragment) corresponding to a region adjacent to the upstream of a marker gene region to be removed (that is, a deleted region) and a region adjacent to the same downstream. It is possible to use a DNA fragment in which a fragment to which about 0.1 to 3 kb fragment (downstream fragment) corresponding to is linked to a fragment of the marker gene downstream region to be removed is ligated. Preferably, a DNA fragment in which a second marker gene or the like serving as an indicator of homologous recombination is inserted between the downstream fragment and the first marker gene downstream region fragment to be removed is used (see FIG. 2). reference).
次いで、調製された供与体DNAをコンピテントセル形質転換法等の通常の手法によって上記形質転換体に導入し、当該形質転換体ゲノム上の当該上流断片及び第1のマーカー遺伝子下流領域に相当する領域との間に相同組換えを起こさせる(第1相同組換え)。所望の相同組換えが生じた形質転換体は、供与体DNA中に挿入した第2のマーカー遺伝子の発現を指標に選択することができる。第1相同組換えが適切に生じた形質転換体のゲノムDNAでは、上流断片、下流断片、必要に応じて第2のマーカー遺伝子、第1のマーカー遺伝子下流領域、及び下流断片が順番に配置している(図2参照)。このような配置を有するゲノムDNAにおいては、上記2つの下流断片同士の間で自然誘発的に相同組換えが起こり得る(ゲノム内相同組換え)。このゲノム内相同組換えによって、当該2つの下流断片の間に位置していた領域が欠失することにより、第1のマーカー遺伝子が形質転換体ゲノムから除去される。 Then, the prepared donor DNA is introduced into the transformant by a usual method such as the competent cell transformation method, and corresponds to the upstream fragment and the first marker gene downstream region on the transformant genome. Homologous recombination with the region is caused (first homologous recombination). The transformant in which the desired homologous recombination has occurred can be selected using the expression of the second marker gene inserted in the donor DNA as an index. In the genomic DNA of the transformant in which the first homologous recombination was appropriately generated, the upstream fragment, the downstream fragment, the second marker gene, the first marker gene downstream region, and the downstream fragment were arranged in order. (See FIG. 2). In the genomic DNA having such an arrangement, homologous recombination can occur spontaneously between the above two downstream fragments (intragenomic homologous recombination). By this homologous recombination within the genome, the first marker gene is removed from the transformant genome by deleting the region located between the two downstream fragments.
ゲノム内相同組換えを起こした形質転換体を選択する手段としては、第1のマーカー遺伝子が薬剤耐性遺伝子の場合は、薬剤耐性を持たない菌を選択する方法が挙げられる。ペニシリン系抗生物質は、増殖細胞に対して殺菌的に作用するが非増殖細胞には作用しない。したがって、薬剤とペニシリン系抗生物質の存在下で菌を培養すれば、薬剤存在下で増殖しない薬剤非耐性菌を選択的に濃縮することができる(Methods in Molecular Genetics,Cold Spring Harbor Labs,1970)。別の手段としては、致死遺伝子を導入する方法が挙げられる。例えば、上記第2のマーカーとしてchpA遺伝子等の致死遺伝子を菌に導入すれば、ゲノム内相同組換えが起こらなかった菌は当該致死遺伝子の作用で死滅するので、ゲノム内相同組換えを起こした形質転換体を選択することができる。選択された菌株からゲノムDNAを抽出し、これを鋳型としてPCRを行うことで、目的の領域が欠失されていることを確認することができる(特開2009−254350号公報)。 Examples of means for selecting a transformant that has undergone homologous recombination within the genome include a method of selecting a bacterium that does not have drug resistance when the first marker gene is a drug resistance gene. Penicillin antibiotics act bactericidally on proliferating cells but not on non-proliferating cells. Therefore, by culturing the bacterium in the presence of the drug and the penicillin antibiotic, drug-non-resistant bacteria that do not grow in the presence of the drug can be selectively concentrated (Methods in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Labs, 1970). .. Another means is to introduce a lethal gene. For example, if a lethal gene such as the chpA gene is introduced into the bacterium as the second marker, the bacterium that did not undergo homologous recombination within the genome will die due to the action of the lethal gene. Transformants can be selected. It is possible to confirm that the target region is deleted by extracting genomic DNA from the selected strain and performing PCR using this as a template (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-254350).
以上のようにして、ゲノム上の所定の領域を欠失した枯草菌変異株を作製することができる。さらに、当該手順を繰り返すことにより、上述のゲノム領域が全て欠失した枯草菌変異株を作製することができる。 As described above, a Bacillus subtilis mutant strain in which a predetermined region on the genome is deleted can be prepared. Furthermore, by repeating the procedure, a Bacillus subtilis mutant strain in which all of the above-mentioned genomic region is deleted can be prepared.
(1−2.ジピコリン酸シンターゼ遺伝子発現強化)
次いで、上記所定の領域を欠失した枯草菌変異株において、枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現を強化する。
(1-2. Enhanced dipicolinate synthase gene expression)
Then, in the Bacillus subtilis mutant strain lacking the predetermined region, the expression of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is enhanced.
本明細書において、ジピコリン酸シンターゼ遺伝子とは、下記式(1)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。 In the present specification, the dipicolinate synthase gene is a gene encoding dipicolinate synthase having an activity of promoting the chemical reaction of the following formula (1).
ジピコリン酸シンターゼは、サブユニットAとサブユニットBから構成されており、それぞれのサブユニットをコードする遺伝子が存在する。枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子としては、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が挙げられる。枯草菌spoVFA遺伝子のヌクレオチド配列及び当該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のアミノ酸配列をそれぞれ配列番号1及び2に示す。また、枯草菌spoVFB遺伝子のヌクレオチド配列及び当該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3及び4に示す。 Dipicolinate synthase is composed of subunit A and subunit B, and there are genes encoding each subunit. Examples of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene include spoVFA encoding dipicolinate synthase subunit A and spoVFB encoding dipicolinate synthase subunit B. The nucleotide sequence of Bacillus subtilis spoVFA gene and the amino acid sequence of dipicolinate synthase subunit A encoded by the spoVFA gene are shown in SEQ ID NOS: 1 and 2, respectively. The nucleotide sequence of Bacillus subtilis spoVFB gene and the amino acid sequence of dipicolinate synthase subunit B encoded by the spoVFB gene are shown in SEQ ID NOS: 3 and 4, respectively.
枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子に相当する遺伝子としては、枯草菌spoVFA遺伝子と少なくとも80%、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ枯草菌ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットBとともに働いて上述したジピコリン酸合成反応を触媒する活性(ジピコリン酸シンターゼ活性)を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチドが挙げられる。 As a gene corresponding to the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene, the Bacillus subtilis spoVFA gene and at least 80%, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 96% or more, more Preferably, it comprises a nucleotide sequence having an identity of 97% or more, more preferably 98% or more, more preferably 99% or more, and works together with Bacillus subtilis dipicolinate synthase subunit B to catalyze the above-described dipicolinic acid synthesis reaction. A polynucleotide encoding a protein that exerts an activity (dipicolinate synthase activity) that activates
あるいは、枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子に相当する遺伝子としては、枯草菌spoVFB遺伝子と少なくとも80%、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ枯草菌ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットAとともに働いて上述したジピコリン酸合成反応を触媒する活性(ジピコリン酸シンターゼ活性)を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチドが挙げられる。 Alternatively, as the gene corresponding to the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene, at least 80%, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 96% or more with the Bacillus subtilis spoVFB gene. , More preferably 97% or more, more preferably 98% or more, more preferably 99% or more of a nucleotide sequence having an identity, and working together with Bacillus subtilis dipicolinate synthase subunit A, the dipicolinic acid synthesis reaction described above. Examples include a polynucleotide encoding a protein that exerts an activity that catalyzes (dipicolinate synthase activity).
さらに、枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子に相当する遺伝子としては、枯草菌以外の微生物由来のジピコリン酸シンターゼ・サブユニットA又はBをコードする遺伝子が挙げられる。そのような遺伝子の例としては、Bacillus licheniformis由来のspoVFA(配列番号5)及びspoVFB(配列番号6)、Bacillus clausii由来のspoVFA(配列番号7)及びspoVFB(配列番号8)、Clostridium stercorarium由来のspoVFA(配列番号9)及びspoVFB(配列番号10)、ならびにBacillus amyloliquefaciens由来のspoVFA(配列番号11)及びspoVFB(配列番号12)等を挙げることができる。 Furthermore, examples of the gene corresponding to the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene include a gene encoding a dipicolinate synthase subunit A or B derived from a microorganism other than Bacillus subtilis. Examples of such genes include spoVFA (SEQ ID NO: 5) and spoVFB (SEQ ID NO: 6) from Bacillus licheniformis, spoVFA (SEQ ID NO: 7) and spoVFB (SEQ ID NO: 8) from Bacillus clausii, spoVFA from Clostridium stercorarium. (SEQ ID NO: 9) and spoVFB (SEQ ID NO: 10), and spoVFA (SEQ ID NO: 11) and spoVFB (SEQ ID NO: 12) derived from Bacillus amyloliquefaciens.
本発明の枯草菌変異株においては、上述した枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子のうちのいずれか1つ、又はいずれか2つ以上が発現強化されていればよい。好ましくは、上述した枯草菌ジピコリン酸シンターゼのサブユニットAをコードする遺伝子又はこれに相当する遺伝子と、上述した枯草菌ジピコリン酸シンターゼのサブユニットBをコードする遺伝子又はこれに相当する遺伝子とが組み合わせて発現強化されているとよい。より好ましくは、上述した枯草菌ジピコリン酸シンターゼのサブユニットAとサブユニットBをコードする遺伝子とが組み合わせて発現強化されているとよい。 In the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, any one of the above-mentioned Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto, or any two or more, may be enhanced in expression. Preferably, a gene encoding subunit A of Bacillus subtilis dipicolinate synthase or a gene corresponding thereto and a gene encoding subunit B of Bacillus subtilis dipicolinate synthase or a gene corresponding thereto are combined. It is good that the expression is enhanced. More preferably, the expression is enhanced by combining the genes encoding subunit A and subunit B of Bacillus subtilis dipicolinate synthase described above.
本発明の枯草菌変異株において発現強化される枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の好ましい例としては、以下の(i)及び(ii)に記載の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つが挙げられる。
(i)下記(a)〜(f)からなる群より選択される少なくとも1つの枯草菌ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットA遺伝子又はこれに相当する遺伝子:
(a)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号1に示すヌクレオチド配列と少なくとも80%、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチドであって、数個とは59個、好ましくは44個、より好ましくは29個、より好ましくは14個、より好ましくは5個、より好ましくは2個である;及び、
(f)配列番号2に示すアミノ酸配列と少なくとも80%、好ましくは80%以上、より好ましくは85%、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(ii)下記(j)〜(o)からなる群より選択される少なくとも1つの枯草菌ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットB遺伝子又はこれに相当する遺伝子:
(j)配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(k)配列番号3に示すヌクレオチド配列と少なくとも80%、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(l)配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(m)配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(n)配列番号4に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチドであって、数個とは40個、好ましくは30個、より好ましくは20個、より好ましくは10個、より好ましくは4個、より好ましくは2個である;及び、
(o)配列番号4に示すアミノ酸配列と少なくとも80%、好ましくは80%以上、より好ましくは85%、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
Preferred examples of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene whose expression is enhanced in the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention or a gene corresponding thereto are selected from the group consisting of the genes described in (i) and (ii) below. At least one is mentioned.
(I) At least one Bacillus subtilis dipicolinate synthase subunit A gene selected from the group consisting of the following (a) to (f) or a gene corresponding thereto:
(A) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1;
(B) at least 80%, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 96% or more, more preferably 97% or more with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1; Poly, which encodes a protein having a nucleotide sequence having an identity of preferably 98% or more, more preferably 99% or more, and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene according to (ii) nucleotide;
(C) Dipicolinate synthase activity in the presence of a protein encoded by the gene described in (ii), which hybridizes to a complementary strand of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 under stringent conditions A polynucleotide encoding a protein that exerts
(D) a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
(E) Dipicoline in the presence of the protein encoded by the gene described in (ii), which consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 A polynucleotide encoding a protein exhibiting acid synthase activity, wherein several is 59, preferably 44, more preferably 29, more preferably 14, more preferably 5, and more preferably 2. Individual; and
(F) At least 80%, preferably 80% or more, more preferably 85%, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 98% or more, more preferably with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. Is a polynucleotide consisting of an amino acid sequence having 99% or more identity, and encoding a protein exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene according to (ii);
(Ii) at least one Bacillus subtilis dipicolinate synthase subunit B gene selected from the group consisting of the following (j) to (o) or a gene corresponding thereto:
(J) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3;
(K) at least 80%, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 96% or more, more preferably 97% or more, with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3; Poly, which encodes a protein having a nucleotide sequence having an identity of preferably 98% or more, more preferably 99% or more, and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (i) nucleotide;
(L) Dipicolinic acid synthase activity in the presence of a protein encoded by the gene described in (i), which hybridizes to a complementary strand of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 under stringent conditions A polynucleotide encoding a protein that exerts
(M) a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4;
(N) Dipicoline in the presence of the protein encoded by the gene described in (i), which consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. A polynucleotide encoding a protein exhibiting acid synthase activity, wherein several is 40, preferably 30, more preferably 20, more preferably 10, more preferably 4, more preferably 2. Individual; and
(O) At least 80%, preferably 80% or more, more preferably 85%, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 98% or more, more preferably with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. Is a polynucleotide consisting of an amino acid sequence having 99% or more identity, and encoding a protein exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (i).
より好ましくは、本発明の枯草菌変異株においては、上記(i)及び(ii)に記載の遺伝子が組み合わせて発現強化される。さらに好ましくは、本発明の枯草菌変異株においては、上記(i)(a)の遺伝子と、上記(ii)(j)〜(o)の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つとの組み合わせ、又は上記(i)(a)〜(f)の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つと、上記(ii)(j)の遺伝子との組み合わせが発現強化される。なお好ましくは、本発明の枯草菌変異株においては、上記(i)(a)の遺伝子と上記(ii)(j)の遺伝子との組み合わせが発現強化される。 More preferably, in the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, expression is enhanced by combining the genes described in (i) and (ii) above. More preferably, in the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, a combination of the above-mentioned (i) (a) gene with at least one selected from the group consisting of the above-mentioned (ii) (j) to (o) genes Alternatively, the expression of the combination of at least one selected from the group consisting of the above-mentioned genes (i) (a) to (f) and the above-mentioned gene (ii) (j) is enhanced. In addition, preferably, in the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, the expression of the combination of the gene of (i) (a) and the gene of (ii) (j) is enhanced.
本発明の枯草菌変異株において発現強化される枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の別の好ましい例としては、上述した枯草菌のspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子、Bacillus licheniformisのspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子、Bacillus clausiiのspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子、Clostridium stercorariumのspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子、ならびにBacillus amyloliquefaciensのspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つが挙げられ、このうち、枯草菌spoVFA遺伝子及び枯草菌spoVFB遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つがより好ましい。 Another preferable example of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or the gene corresponding thereto, the expression of which is enhanced in the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, includes the above-mentioned Bacillus subtilis spoVFA gene and spoVFB gene, Bacillus licheniformis spoVFA gene and spoVFB gene. Gene, at least one selected from the group consisting of Bacillus clausii spoVFA gene and spoVFB gene, Clostridium stercorarium spoVFA gene and spoVFB gene, and Bacillus amyloliquefaciens spoVFA gene and spoVFB gene. Among them, Bacillus subtilis spoVFA gene More preferably, at least one selected from the group consisting of Bacillus subtilis spoVFB gene.
本発明の枯草菌変異株において発現強化される枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子のなお別の好ましい例としては、枯草菌のspoVFA遺伝子、Bacillus licheniformisのspoVFA遺伝子、Bacillus clausiiのspoVFA遺伝子、Clostridium stercorariumのspoVFA遺伝子、及びBacillus amyloliquefaciensのspoVFA遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つと、枯草菌のspoVFB遺伝子、Bacillus licheniformisのspoVFB遺伝子、Bacillus clausiiのspoVFB遺伝子、Clostridium stercorariumのspoVFB遺伝子、及びBacillus amyloliquefaciensのspoVFB遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つとの組み合わせが挙げられ、このうち、枯草菌spoVFA遺伝子と枯草菌spoVFB遺伝子との組み合わせがより好ましい。 Still another preferable example of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene whose expression is enhanced in the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention or a gene corresponding thereto is, as a Bacillus subtilis spoVFA gene, a Bacillus licheniformis spoVFA gene, or a Bacillus clausii spoVFA gene. , The Clostridium stercorarium spoVFA gene and the Bacillus amyloliquefaciens spoVFA gene, and the Bacillus subtilis spoVFB gene, the Bacillus licheniformis spoVFB gene, the Bacillus clausii spoVFBsp gene, and the Clostridium spoVFA gene, and the Clostridium Clostridium gene. Examples thereof include a combination with at least one selected from the group consisting of amyloliquefaciens spoVFB genes, and among these, a combination of Bacillus subtilis spoVFA gene and Bacillus subtilis spoVFB gene is more preferable.
上記ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現を強化する手段としては、例えば、ゲノム上の当該目的遺伝子を、野生型に比較し該遺伝子の発現を強化できる制御領域(強発現制御領域)の制御下に配置すること、及び制御領域、好ましくは強発現制御領域の制御下に配置された当該目的遺伝子を、宿主が本来有するジピコリン酸シンターゼ遺伝子に加えて、細胞内のゲノム中若しくはプラスミド中に導入すること、などが挙げられる。 As means for enhancing the expression of the dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto, for example, the target gene on the genome, a control region capable of enhancing the expression of the gene compared to the wild type (strong expression control region) Of the target gene, which is placed under the control of a control region, preferably a strong expression control region, in addition to the dipicolinate synthase gene originally possessed by the host, Introduced into, and so on.
例えば、本発明の枯草菌変異株は、上述のゲノム領域が1つ以上、好ましくは全て欠失した枯草菌変異株を宿主として、そのゲノム上の目的ジピコリン酸シンターゼ遺伝子の制御領域配列を強発現制御領域に置換することによって作製することができる。あるいは、本発明の枯草菌変異株は、強発現制御領域の制御下に配置された目的ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子を当該宿主のゲノム中若しくはプラスミド中に導入することによって作製することができる。またあるいは、複数の目的ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子を当該宿主中に作動可能に存在させる改変により、該目的遺伝子の発現を強化することもできる。 For example, the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention uses a Bacillus subtilis mutant strain having one or more, preferably all deletions of the above-mentioned genomic region as a host, and strongly expresses the control region sequence of the target dipicolinate synthase gene on the genome. It can be produced by substituting the control region. Alternatively, the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention is prepared by introducing the dipicolinate synthase gene of interest placed under the control of a strong expression control region or a gene corresponding thereto into the genome of the host or into a plasmid. You can Alternatively, the expression of the target gene can be enhanced by modifying a plurality of target dipicolinate synthase genes or genes corresponding thereto to be operably present in the host.
ジピコリン酸シンターゼ遺伝子発現強化のための詳細な手順の例を以下に記載する。まず、制御領域及び上記ジピコリン酸シンターゼ遺伝子は、当該制御領域の制御下に当該遺伝子が発現されるように配置され、さらに宿主ゲノムとの相同領域と結合されたDNA断片として構築され得る。例えば、上流から、制御領域(例えば、後述するspoVG遺伝子制御領域)、ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットA遺伝子、ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットB遺伝子の順で配置した断片を作製し、さらにその断片に宿主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。次いで、このDNA断片を上述した宿主に導入すれば、宿主ゲノム中に当該DNA断片が挿入されて、宿主を形質転換することができる。形質転換法としては、宿主となる枯草菌に応じて適切な、且つ一般的な方法を採用することができる。得られた形質転換体は、形質転換前の宿主と比べてジピコリン酸シンターゼ遺伝子を多数保有しているため、該遺伝子の発現量が増加する。 An example of a detailed procedure for enhancing dipicolinate synthase gene expression is described below. First, the control region and the dipicolinate synthase gene are arranged so that the gene is expressed under the control of the control region, and can be constructed as a DNA fragment bound to a region homologous to the host genome. For example, a fragment in which a regulatory region (for example, a spoVG gene regulatory region described later), a dipicolinic acid synthase subunit A gene, and a dipicolinic acid synthase subunit B gene are arranged in this order from the upstream, and the fragment is used as a host A DNA fragment is prepared by ligating the homologous region with a part of the genome. Then, when this DNA fragment is introduced into the above-mentioned host, the DNA fragment is inserted into the host genome and the host can be transformed. As a transformation method, an appropriate and general method can be adopted depending on the host Bacillus subtilis. Since the obtained transformant possesses a large number of dipicolinate synthase genes as compared with the host before transformation, the expression level of the genes is increased.
本発明においてジピコリン酸シンターゼ遺伝子の発現強化に使用され得る制御領域の例としては、バシラス属細菌由来のα−アミラーゼ遺伝子の制御領域、プロテアーゼ遺伝子の制御領域、リボソームタンパク質をコードする遺伝子(rplS遺伝子等)の制御領域、aprE遺伝子の制御領域、又はspoVG遺伝子の制御領域;Bacillus sp.KSM−S237株のセルラーゼ遺伝子の制御領域;Staphylococcus aureus由来のカナマイシン耐性遺伝子の制御領域、又はクロラムフェニコール耐性遺伝子の制御領域等(いずれも、特開2009−089708号公報を参照)が例示されるが、特に限定されない。目的遺伝子の野生型の制御領域に比較して、目的遺伝子の発現を強化することができる制御領域が好ましい。 Examples of the control region that can be used for enhancing the expression of the dipicolinate synthase gene in the present invention include a control region of an α-amylase gene derived from Bacillus bacterium, a control region of a protease gene, a gene encoding a ribosomal protein (rplS gene, etc. ) Control region, aprE gene control region, or spoVG gene control region; Bacillus sp. The control region of the cellulase gene of the KSM-S237 strain; the control region of the kanamycin resistance gene derived from Staphylococcus aureus, the control region of the chloramphenicol resistance gene, etc. (both refer to JP-A-2009-089708) are exemplified. However, it is not particularly limited. A control region capable of enhancing the expression of the target gene is preferable as compared to the wild-type control region of the target gene.
(1−3.alsS遺伝子又はalsD遺伝子の欠失又は不活性化、及びackA遺伝子、又はpta遺伝子の欠失又は不活性化)
本発明の枯草菌変異株においては、alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている。好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株においては、alsS遺伝子及びalsD遺伝子が欠失又は不活性化されている。
(1-3. Deletion or inactivation of alsS gene or alsD gene, and deletion or inactivation of ackA gene or pta gene)
In the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, at least one gene selected from the group consisting of the alsS gene and the alsD gene is deleted or inactivated. In a preferred embodiment, in the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, the alsS gene and the alsD gene are deleted or inactivated.
本明細書において、alsS遺伝子はアルファ−アセトラクテートシンターゼをコードする遺伝子であり、alsD遺伝子はアルファ−アセトラクテートデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子である。アルファ−アセトラクテートシンターゼ(AlsS)及びアルファ−アセトラクテートデヒドロゲナーゼ(AlsD)は、共にアセトイン合成に係る遺伝子であり、下記式(2)で示されるアセトインの合成反応を担っている。 As used herein, the alsS gene is a gene encoding alpha-acetolactate synthase, and the alsD gene is a gene encoding alpha-acetolactate dehydrogenase. Both alpha-acetolactate synthase (AlsS) and alpha-acetolactate dehydrogenase (AlsD) are genes involved in acetoin synthesis, and are responsible for the synthesis reaction of acetoin represented by the following formula (2).
枯草菌において、alsS遺伝子とalsD遺伝子は、alsSD遺伝子群として1つのオペロンを形成している。本発明の枯草菌変異株において欠失又は不活性化され得る遺伝子のBSORF DBにおける登録番号及びコードするタンパク質を以下の表2に示す。当業者は、当該BSORF DBの情報に基づいて、親株における上記遺伝子を同定することができる。 In Bacillus subtilis, the alsS gene and the alsD gene form one operon as a group of alsSD genes. Table 2 below shows the accession numbers in BSORF DB of the genes that can be deleted or inactivated in the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention and the encoded proteins. Those skilled in the art can identify the gene in the parent strain based on the information in the BSORF DB.
本発明の枯草菌変異株においては、alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化に加えて、更にackA遺伝子及びpta遺伝子から選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている。好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株においては、ackA遺伝子及びpta遺伝子が欠失又は不活性化されている。
本明細書において、ackA遺伝子は酢酸キナーゼをコードする遺伝子であり、pta遺伝子はリン酸アセチルトランスフェラーゼをコードする遺伝子である(表3)。
酢酸キナーゼ(AckA)及びリン酸アセチルトランスフェラーゼ(Pta)は、いずれも酢酸合成に関与している酵素であり、AckAは、ADPとアセチルリン酸から、ATPと酢酸を生成する反応、Ptaは、アセチルCoAとリン酸からCoAとアセチルリン酸を生成する反応を担っている。
In the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, in addition to deletion or inactivation of at least one gene selected from the group consisting of the alsS gene and the alsD gene, at least one gene selected from the ackA gene and the pta gene is further selected. The gene has been deleted or inactivated. In a preferred embodiment, in the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, the ackA gene and the pta gene are deleted or inactivated.
As used herein, the ackA gene is a gene encoding acetate kinase, and the pta gene is a gene encoding phosphate acetyltransferase (Table 3).
Acetate kinase (AckA) and phosphate acetyltransferase (Pta) are both enzymes involved in acetic acid synthesis, AckA is a reaction that produces ATP and acetic acid from ADP and acetylphosphate, and Pta is acetyl. It is responsible for the reaction that produces CoA and acetyl phosphate from CoA and phosphoric acid.
遺伝子を欠失又は不活性化させる手段としては、該遺伝子のヌクレオチド配列上の1つ以上のヌクレオチドに対する突然変異導入、又は該ヌクレオチド配列に対する別のヌクレオチド配列の置換若しくは挿入、あるいは該遺伝子の配列の一部若しくは全部の削除などが挙げられる。遺伝子の転写を阻害する変異を導入する手段としては、該遺伝子のプロモーター領域に対する突然変異導入や、別のヌクレオチド配列での置換若しくは挿入による、当該プロモーターの不活性化が挙げられる。上記突然変異導入や、ヌクレオチド配列の置換若しくは挿入のための具体的な手法としては、紫外線照射、部位特異的変異導入、及び上記(1−1.ゲノム領域欠失枯草菌変異株)にて説明したSOE−PCR法や相同組換え法、などを挙げることができる。欠失又は不活性化させる遺伝子の枯草菌ゲノム上での位置やヌクレオチド配列は、上述したBSORF DBにて確認することができる。 As a means for deleting or inactivating a gene, a mutation is introduced to one or more nucleotides on the nucleotide sequence of the gene, or a substitution or insertion of another nucleotide sequence to the nucleotide sequence, or a sequence of the gene Some or all of them may be deleted. Means for introducing a mutation that inhibits transcription of a gene include inactivating the promoter by introducing a mutation into the promoter region of the gene or by substitution or insertion with another nucleotide sequence. Specific methods for introducing the above-mentioned mutation and for replacing or inserting the nucleotide sequence include UV irradiation, site-specific mutation introduction, and the above (1-1. Genomic region deletion Bacillus subtilis mutant strain). The SOE-PCR method and the homologous recombination method described above can be mentioned. The position of the gene to be deleted or inactivated on the Bacillus subtilis genome and the nucleotide sequence can be confirmed by the above-mentioned BSORF DB.
(2.枯草菌変異株を用いたDPA生産)
本発明のアセトイン合成遺伝子と酢酸合成に関与する遺伝子を共に欠失又は不活性化した枯草菌変異株は、後記実施例に示すように、極めて高いDPA生産能を有している。すなわち、アセトイン合成遺伝子と酢酸合成に関与する遺伝子をそれぞれ単独で欠失又は不活性化した枯草菌変異株は、何れもDPA生産能が向上するが、アセトイン合成遺伝子と酢酸合成に関与する遺伝子を同時に欠失又は不活性化した枯草菌変異株においては、そのDPA生産能は、相加効果を遥かに超えて相乗的に向上する(実施例2参照)。
したがって、上述した枯草菌変異株を培養することによって当該菌体外に効率よくDPAを生産することができ、本発明の別の態様は、上述した枯草菌変異株を用いるDPA又はその塩の製造方法に係るものである。
(2. DPA production using Bacillus subtilis mutant strain)
The Bacillus subtilis mutant strain of the present invention in which both the acetoin synthetic gene and the gene involved in acetic acid synthesis are deleted or inactivated has an extremely high DPA-producing ability, as shown in Examples below. That is, the Bacillus subtilis mutant strains in which the acetoin synthesis gene and the gene involved in acetic acid synthesis are individually deleted or inactivated have an improved DPA-producing ability. In the Bacillus subtilis mutant strain that is deleted or inactivated at the same time, its DPA-producing ability synergistically improves far beyond the additive effect (see Example 2).
Therefore, by culturing the Bacillus subtilis mutant strain described above, DPA can be efficiently produced outside the cell, and another aspect of the present invention is the production of DPA or a salt thereof using the Bacillus subtilis mutant strain described above. It relates to the method.
本発明のDPA又はその塩の製造方法においては、先ず、上記本発明の枯草菌変異株を培養する。培養す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。 In the method for producing DPA or a salt thereof of the present invention, first, the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention is cultured. The method of culturing is not particularly limited, and an ordinary method for culturing a microorganism can be used. That is, the medium used is a normal medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic ions and, if necessary, other organic components. As the carbon source, glucose, lactose, galactose, fructose, starch and cellulose hydrolysates, sugars such as molasses, alcohols such as glycerol, ethanol and sorbitol, and 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 nitrogen sources, organic nitrogen such as soybean hydrolyzate, ammonia gas, ammonia water, urea, glutamic acid, lysine, glycine, alanine, methionine, aspartic acid, arginine, etc. Can be used. It is desirable to contain required substances such as vitamins and amino acids, or if necessary, yeast extract, corn steep liquor, etc., as an organic trace nutrient source. 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, if necessary. In some cases, a defoaming agent or the like is also added.
培地のpHは、枯草菌が生育し得る範囲、好ましくは6.0〜8.0に調節すればよく、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、15〜42℃、好ましくは28〜37℃で、6〜96時間、好ましくは2〜4日間行い、必要により通気や攪拌を加えてもよい。 The pH of the medium may be adjusted to a range in which Bacillus subtilis can grow, preferably 6.0 to 8.0. The pH may be adjusted with an inorganic or organic acid, an alkaline solution, urea, calcium carbonate, ammonia or the like. You can use it. Culturing is carried out at 15 to 42 ° C, preferably 28 to 37 ° C for 6 to 96 hours, preferably 2 to 4 days, and aeration and stirring may be added if necessary.
以上のように、本発明の枯草菌変異株を培養することによって、培養上清中にDPAが生産される。あるいは、上記のように培養した微生物を、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DPAを産生させることも可能である。このとき、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DPAを産生させることが可能である。 As described above, by culturing the Bacillus subtilis mutant strain of the present invention, DPA is produced in the culture supernatant. Alternatively, it is also possible to produce DPA in the reaction supernatant by suspending the microorganism cultured as described above in an aqueous solution containing aspartic acid and / or pyruvic acid. At this time, it is possible to more efficiently produce DPA by coexisting with a substance that is added to the medium as an energy source.
次いで、生産されたDPAを、培養物中から回収する。DPAの回収は、公知の方法に従って行うことができる。例えば、上記培養上清又は反応上清液からのDPAの単離は、公知の方法、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等、又はそれらを組み合わせることで実施することができる。この方法により、容易にジピコリン酸の結晶又は沈殿を得ることができる。 The DPA produced is then recovered from the culture. Collection of DPA can be performed according to a known method. For example, isolation of DPA from the above culture supernatant or reaction supernatant is carried out by a known method, such as adsorption / desorption with an ion exchange resin, solid-liquid separation by crystallization, removal of impurities by membrane treatment, or a combination thereof. It can be carried out. By this method, crystals or precipitate of dipicolinic acid can be easily obtained.
上記イオン交換樹脂処理などによって得られたDPA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、DPAの塩を得ることができる。具体的な例としては、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。 A salt of DPA can be obtained by adding an alkali in an amount suitable for the purpose to the DPA-containing solution obtained by the above-mentioned ion exchange resin treatment or the like. As a specific example, dipicolinic acid sodium salt can be obtained by adding NaOH.
本発明の例示的実施形態として、さらに以下の組成物及び製造方法を本明細書に開示する。但し、本発明はこれらの実施形態に限定されない。 The following compositions and methods of manufacture are further disclosed herein as exemplary embodiments of the invention. However, the present invention is not limited to these embodiments.
<1>枯草菌変異株であって、
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される1以上の領域が欠失したゲノムを有し、
枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現が強化されており、且つ、
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化され、且つackA遺伝子及びpta遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている、枯草菌変異株。
<1> a Bacillus subtilis mutant strain,
Prophage 6 region, Prophage 1 region, Prophage 4 region, PBSX region, Prophage 5 region, Prophage 3 region, Spb region, PKs region, Skin region, pps region, Prophage 2 region, ydcL-ydeK-ydhUy region, DysL, DyBy, DysBy, DysY, DysBy, DysBy, DysBy. One or more regions selected from the group consisting of the cgeE-ypmQ region, the yeK-yesX region, the pdp-rocR region, the ycxB-sipU region, the SKIN-Pro7 region, the sbo-ywhH region, the yybP-yayaJ region, and the ncM-fosB region. Has a deleted genome,
Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or the expression of a gene corresponding thereto is enhanced, and,
at least one gene selected from the group consisting of alsS gene and alsD gene is deleted or inactivated, and at least one gene selected from the group consisting of ackA gene and pta gene is deleted or inactivated Bacillus subtilis mutant strain.
<2>枯草菌変異株の製造方法であって、
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される1以上の領域が欠失したゲノムを有する枯草菌変異株において
枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現を強化し、且つ、
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化し、且つackA遺伝子及びpta遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化する、ことを含む、方法。
<2> A method for producing a Bacillus subtilis mutant strain,
Prophage 6 region, Prophage 1 region, Prophage 4 region, PBSX region, Prophage 5 region, Prophage 3 region, Spb region, PKs region, Skin region, pps region, Prophage 2 region, ydcL-ydeK-ydhUy region, DysL, DyBy, DysBy, DysY, DysBy, DysBy, DysBy. One or more regions selected from the group consisting of the cgeE-ypmQ region, the yeK-yesX region, the pdp-rocR region, the ycxB-sipU region, the SKIN-Pro7 region, the sbo-ywhH region, the yybP-yayaJ region, and the ncM-fosB region. Enhances the expression of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto in a Bacillus subtilis mutant strain having a deleted genome, and
at least one gene selected from the group consisting of alsS gene and alsD gene is deleted or inactivated, and at least one gene selected from the group consisting of ackA gene and pta gene is deleted or inactivated. A method, including:
<3>上記<1>〜<2>のいずれか1において、好ましくは、上記枯草菌変異株は、prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域が欠失したゲノムを有する。 <3> In any one of the above items <1> to <2>, preferably, the Bacillus subtilis mutant strain is a profile6 region, a profile1 region, a profile4 region, a PBSX region, a profile5 region, a profile3 region, a spb region, and a PKS region. , Skin region, pps region, profile2 region, ydcL-ydeK-ydhU region, yisB-yitD region, yunA-yurT region, cgeE-ypmQ region, yeK-yesX region, pdp-roCR region, ycxB-sipU7 region, SKU region. The region, the sbo-ywhH region, the yybP-yayaJ region and the ncM-fosB region are deleted.
<4>上記<1>〜<3>のいずれか1において、好ましくは、上記各領域は、表1に記載の各オリゴヌクレオチドセットにより挟まれる領域である。 <4> In any one of the above items <1> to <3>, each region is preferably a region sandwiched by the oligonucleotide sets shown in Table 1.
<5>上記<1>〜<4>のいずれか1において、好ましくは、上記枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子は、下記(i)及び(ii)に記載の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つである:
(i)下記(a)〜(f)からなる群より選択される少なくとも1つの枯草菌ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットA遺伝子又はこれに相当する遺伝子:
(a)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号1に示すヌクレオチド配列と80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチドであって、数個とは59個、好ましくは44個、より好ましくは29個、より好ましくは14個、より好ましくは5個、より好ましくは2個である;
(f)配列番号2に示すアミノ酸配列と80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(ii)下記(j)〜(o)からなる群より選択される少なくとも1つの枯草菌ジピコリン酸シンターゼ・サブユニットB遺伝子又はこれに相当する遺伝子:
(j)配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(k)配列番号3に示すヌクレオチド配列と80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(l)配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(m)配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(n)配列番号4に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチドであって、数個とは40個、好ましくは30個、より好ましくは20個、より好ましくは10個、より好ましくは4個、より好ましくは2個である;
(o)配列番号4に示すアミノ酸配列と80%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<5> In any one of the above items <1> to <4>, preferably, the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is a group consisting of the genes described in (i) and (ii) below. Is at least one selected from:
(I) At least one Bacillus subtilis dipicolinate synthase subunit A gene selected from the group consisting of the following (a) to (f) or a gene corresponding thereto:
(A) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1;
(B) 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 96% or more, more preferably 97% or more, more preferably 98% or more with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1. More preferably, a polynucleotide comprising a nucleotide sequence having 99% or more identity and encoding a protein exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene according to (ii);
(C) Dipicolinate synthase activity in the presence of a protein encoded by the gene described in (ii), which hybridizes to a complementary strand of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 under stringent conditions A polynucleotide encoding a protein that exerts
(D) a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
(E) Dipicoline in the presence of the protein encoded by the gene described in (ii), which consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 A polynucleotide encoding a protein exhibiting acid synthase activity, wherein several is 59, preferably 44, more preferably 29, more preferably 14, more preferably 5, and more preferably 2. Individual;
(F) 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 96% or more, more preferably 97% or more, more preferably 98% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; More preferably, a polynucleotide encoding a protein consisting of an amino acid sequence having 99% or more identity and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene according to (ii);
(Ii) at least one Bacillus subtilis dipicolinate synthase subunit B gene selected from the group consisting of the following (j) to (o) or a gene corresponding thereto:
(J) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3;
(K) 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 96% or more, more preferably 97% or more, more preferably 98% or more with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3. More preferably, a polynucleotide comprising a nucleotide sequence having 99% or higher identity and encoding a protein exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene according to (i);
(L) Dipicolinic acid synthase activity in the presence of a protein encoded by the gene described in (i), which hybridizes to a complementary strand of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 under stringent conditions A polynucleotide encoding a protein that exerts
(M) a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4;
(N) Dipicoline in the presence of the protein encoded by the gene described in (i), which consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. A polynucleotide encoding a protein exhibiting acid synthase activity, wherein several is 40, preferably 30, more preferably 20, more preferably 10, more preferably 4, more preferably 2. Individual;
(O) 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, more preferably 96% or more, more preferably 97% or more, more preferably 98% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. More preferably, a polynucleotide encoding a protein having an amino acid sequence having 99% or higher identity and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (i).
<6>上記<5>において、好ましくは、上記枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子は、以下の遺伝子である:
上記(i)記載の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つと、上記(ii)記載の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つとの組み合わせ;
上記(i)(a)の遺伝子と、上記(ii)(j)〜(o)の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つとの組み合わせ;
上記(i)(a)〜(f)の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つと、上記(ii)(j)の遺伝子との組み合わせ;又は
上記(i)(a)の遺伝子と上記(ii)(j)の遺伝子との組み合わせ。
<6> In the above item <5>, preferably, the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is the following gene:
A combination of at least one selected from the group consisting of the genes described in (i) above and at least one selected from the group consisting of the genes described in (ii) above;
A combination of the gene of (i) (a) and at least one selected from the group consisting of the genes of (ii) (j) to (o);
A combination of at least one selected from the group consisting of the above-mentioned (i) (a) to (f) genes with the above-mentioned (ii) (j) genes; or
A combination of the gene of (i) (a) and the gene of (ii) (j).
<7>上記<1>〜<6>のいずれか1において、上記枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子は:
好ましくは、枯草菌のspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子、Bacillus licheniformisのspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子、Bacillus clausiiのspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子、Clostridium stercorariumのspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子、ならびにBacillus amyloliquefaciensのspoVFA遺伝子及びspoVFB遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つである;
より好ましくは、枯草菌spoVFA遺伝子及び枯草菌spoVFB遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つである。
<7> In any one of <1> to <6> above, the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is:
Preferably, Bacillus subtilis spoVFA gene and spoVFB gene, Bacillus licheniformis spoVFA gene and spoVFB gene, Bacillus clausii spoVFA gene and spoVFB gene, Clostridium stercorarium spoVFA gene and spoVFB gene, and Vacillus amylo are Vacillus amylo. Is at least one selected from the group;
More preferably, it is at least one selected from the group consisting of Bacillus subtilis spoVFA gene and Bacillus subtilis spoVFB gene.
<8>上記<7>において、上記枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子は:
好ましくは、枯草菌のspoVFA遺伝子、Bacillus licheniformisのspoVFA遺伝子、Bacillus clausiiのspoVFA遺伝子、Clostridium stercorariumのspoVFA遺伝子、及びBacillus amyloliquefaciensのspoVFA遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つと、枯草菌のspoVFB遺伝子、Bacillus licheniformisのspoVFB遺伝子、Bacillus clausiiのspoVFB遺伝子、Clostridium stercorariumのspoVFB遺伝子、及びBacillus amyloliquefaciensのspoVFB遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つとの組み合わせである;
より好ましくは、枯草菌spoVFA遺伝子及び枯草菌spoVFB遺伝子との組み合わせである。
<8> In the above item <7>, the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is:
Preferably, at least one selected from the group consisting of Bacillus subtilis spoVFA gene, Bacillus licheniformis spoVFA gene, Bacillus clausii spoVFA gene, Clostridium stercorarium spoVFA gene, and Bacillus amyloliquefaciens spoVFA gene; Bacillus licheniformis spoVFB gene, Bacillus clausii spoVFB gene, Clostridium stercorarium spoVFB gene, and at least one selected from the group consisting of Bacillus amyloliquefaciens spoVFB gene;
More preferably, it is a combination with the B. subtilis spoVFA gene and the B. subtilis spoVFB gene.
<9>上記<1>〜<8>のいずれか1において、好ましくは、上記alsS遺伝子とalsD遺伝子とが欠失又は不活性化され、且つ上記ackA遺伝子及びpta遺伝子が欠失又は不活性化されている。 <9> In any one of the above items <1> to <8>, preferably, the arsS gene and alsD gene are deleted or inactivated, and the ackA gene and pta gene are deleted or inactivated. Has been done.
<10>上記<1>〜<9>のいずれか1において、好ましくは、上記alsS遺伝子は配列番号89に示すヌクレオチド配列からなり、alsD遺伝子は配列番号90に示すヌクレオチド配列からなり、ackA遺伝子は配列番号91に示すヌクレオチド配列からなり、pta遺伝子は配列番号92に示すヌクレオチド配列からなる。 <10> In any one of the above items <1> to <9>, preferably, the alsS gene comprises the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 89, the alsD gene comprises the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 90, and the ackA gene comprises It consists of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 91, and the pta gene consists of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 92.
<11>上記<1>〜<10>のいずれか1において、好ましくは、上記枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現の強化が、以下からなる群より選択される制御領域の制御下に配置された当該遺伝子の、ゲノム中又はプラスミド中への導入である:
バシラス属細菌由来のα−アミラーゼ遺伝子の制御領域、プロテアーゼ遺伝子の制御領域、リボソームタンパク質をコードする遺伝子(rplS遺伝子等)の制御領域、aprE遺伝子の制御領域、又はspoVG遺伝子の制御領域;Bacillus sp.KSM−S237株のセルラーゼ遺伝子の制御領域;及び、Staphylococcus aureus由来のカナマイシン耐性遺伝子の制御領域又はクロラムフェニコール耐性遺伝子の制御領域。
<11> In any one of the above items <1> to <10>, preferably, the enhanced expression of the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is a control region selected from the group consisting of: Introduction of the gene under control into the genome or into a plasmid:
Control region of α-amylase gene, control region of protease gene, control region of gene encoding ribosomal protein (rplS gene etc.), control region of aprE gene, or control region of spoVG gene derived from Bacillus bacterium; Bacillus sp. Control region of cellulase gene of KSM-S237 strain; and control region of kanamycin resistance gene or chloramphenicol resistance gene derived from Staphylococcus aureus.
<12>上記<1>及び<3>〜<11>のいずれか1に記載の枯草菌変異株を用いるジピコリン酸又はその塩の製造方法。 <12> A method for producing dipicolinic acid or a salt thereof, which uses the Bacillus subtilis mutant strain according to any one of <1> and <3> to <11>.
<13>上記<2>〜<11>のいずれか1に記載の方法で製造された枯草菌変異株を用いるジピコリン酸又はその塩の製造方法。 <13> A method for producing dipicolinic acid or a salt thereof using the Bacillus subtilis mutant strain produced by the method according to any one of <2> to <11>.
<14>上記枯草菌変異株を培養することと、培養物中からジピコリン酸を回収することとを含む、<12>又は<13>記載の方法。 <14> The method according to <12> or <13>, which comprises culturing the Bacillus subtilis mutant strain and recovering dipicolinic acid from the culture.
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以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the technical scope of the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)菌株の構築
(1−1)トリプトファン要求性解除株の作製
枯草菌野生株ゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株(MGB874株;特開2007−130013号公報)におけるトリプトファン要求性を解除した。枯草菌変異株MGB874株の元株である枯草菌168株は、遺伝子型としてtrpC2を所持している。つまり168株はトリプトファン合成に関与するインドール−3−グリセロールリン酸シンターゼをコードするtrpC遺伝子変異のためトリプトファン合成要求性である。また、枯草菌ATCC6051T株はトリプトファン非要求性であることが知られている(Albertini,A.M.&Galizzi,A.Microbiology,1999,145(Pt12):3319−3320)。枯草菌168株とATCC6051T株のtrpC遺伝子を比較したところ、328番目から330番目のヌクレオチドATTが枯草菌168株では存在しないことがわかった。そこで、ATCC6051T株ゲノムを鋳型とし、表1記載のプライマーtrpC_F1(配列番号13)及びtrpC_R1(配列番号14)を用いてPCRを行い、PCR産物を構築した。このPCR産物を用いて枯草菌変異株MGB874株をコンピテント法で形質転換し、トリプトファン非添加のSMA寒天培地(0.2%硫酸アンモニウム、1.4%リン酸水素2カリウム、0.6%リン酸2水素カリウム、0.1%クエン酸3ナトリウム-2水和物、0.5%グルコース、0.035%硫酸マグネシウム7水和物、1.5%寒天)に生育したコロニーを形質転換体として分離した。こうしてトリプトファン非要求性MGB874T株を得た。
(Example 1) Construction of strain (1-1) Preparation of tryptophan requirement-eliminating strain Tryptophan in Bacillus subtilis mutant strain (MGB874 strain; JP 2007-130013 A) in which large region of Bacillus subtilis wild strain genome was deleted The requirement is released. The Bacillus subtilis 168 strain, which is the original strain of the Bacillus subtilis mutant strain MGB874, has trpC2 as a genotype. That is, strain 168 is auxotrophic for tryptophan due to the trpC gene mutation encoding indole-3-glycerol phosphate synthase involved in tryptophan synthesis. The Bacillus subtilis ATCC6051T strain is known to be non-tryptophan-requiring (Albertini, AM & Galizzi, A. Microbiology, 1999, 145 (Pt12): 3319-3320). When the trpC genes of the Bacillus subtilis 168 strain and the ATCC 6051T strain were compared, it was found that the nucleotides ATTs 328 to 330 were not present in the Bacillus subtilis 168 strain. Therefore, PCR was carried out using the ATCC6051T strain genome as a template and the primers trpC_F1 (SEQ ID NO: 13) and trpC_R1 (SEQ ID NO: 14) described in Table 1 to construct a PCR product. Using this PCR product, a Bacillus subtilis mutant strain MGB874 was transformed by the competent method, and tryptophan-free SMA agar medium (0.2% ammonium sulfate, 1.4% dipotassium hydrogenphosphate, 0.6% phosphorus) was added. Transformed colonies grown on potassium dihydrogen acid, 0.1% trisodium citrate dihydrate, 0.5% glucose, 0.035% magnesium sulfate heptahydrate, 1.5% agar) As separated. Thus, a tryptophan non-auxotrophic MGB874T strain was obtained.
(1−2)ジピコリン酸シンターゼ遺伝子が発現強化された枯草菌変異株(MGB874T_PspoVG−spoVFAB株)の構築
上記(1−1)で構築したMGB874T株を宿主として、ジピコリン酸シンターゼ遺伝子が発現強化された枯草菌変異株(MGB874T_PspoVG−spoVFAB株)の構築を行った。枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表1記載のプライマーspoVFA−F1(配列番号15)及びspoVFA−R1(配列番号16)を用いて、断片(A)をPCRにより増幅した。この断片(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領域である。また、同ゲノムDNAを鋳型とし、表1記載のプライマーspoVFA−F2(配列番号17)及びspoVFA−R2(配列番号18)を用いて、断片(B)をPCRにより増幅した。この断片(B)は、spoVFA遺伝子の開始コドンから下流の領域である。さらに、同ゲノムDNAを鋳型とし、表1記載のプライマーspoVGpro−F(配列番号19)及びspoVGpro−R(配列番号20)を用いて、spoVG制御領域配列を含む断片(C)をPCRにより増幅した。さらに、プラスミドpDLT3(Morimoto,T.et al.,Microbiology,2002,Pt11:3539−3552)を鋳型とし、表1記載のプライマーCm−F(配列番号21)及びCm−R(配列番号22)を用いて、クロラムフェニコール耐性遺伝子とその制御領域を含む断片(D)をPCRにより増幅した。
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表1記載のプライマーspoVFA−F1(配列番号15)及びspoVFA−R2(配列番号18)を用いてSOE−PCR法によって結合させ、約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.,1960,81:741−746)により枯草菌MGB874T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、分離した形質転換体をMGB874T_PspoVG−spoVFAB株と称する)。MGB874T_PspoVG−spoVFAB株は、ゲノム上に、生来のspoVFAB遺伝子と、導入したPspoVG制御下のspoVFAB遺伝子の両方を有する、spoVFAB遺伝子の発現が強化された枯草菌変異株である。
PCR及びそれに続くサンガー法(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1982,74:5463−5467)によるシークエンシングによって、構築したMGB874T_PspoVG−spoVFAB株のゲノム上のspoVFA制御領域と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遺伝子制御領域が挿入されていることを確認した。本実施例で得られた枯草菌変異株へのジピコリン酸シンターゼ遺伝子の導入手順及び導入位置を図3に示す。
(1-2) Construction of Bacillus subtilis mutant strain (MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain) having enhanced expression of dipicolinate synthase gene Using the MGB874T strain constructed in (1-1) as a host, the expression of dipicolinate synthase gene was enhanced. A Bacillus subtilis mutant strain (MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain) was constructed. Using the genomic DNA extracted from Bacillus subtilis strain 168 as a template and using the primers spoVFA-F1 (SEQ ID NO: 15) and spoVFA-R1 (SEQ ID NO: 16) shown in Table 1, the fragment (A) was amplified by PCR. This fragment (A) is a region adjacent to the start codon of the spoVFA gene (SEQ ID NO: 1) upstream. The fragment (B) was amplified by PCR using the same genomic DNA as a template and the primers spoVFA-F2 (SEQ ID NO: 17) and spoVFA-R2 (SEQ ID NO: 18) shown in Table 1. This fragment (B) is a region downstream from the start codon of the spoVFA gene. Furthermore, using the same genomic DNA as a template and using the primers spoVGpro-F (SEQ ID NO: 19) and spoVGpro-R (SEQ ID NO: 20) shown in Table 1, a fragment (C) containing the spoVG control region sequence was amplified by PCR. .. Furthermore, using plasmid pDLT3 (Morimoto, T. et al., Microbiology, 2002, Pt 11: 3539-3552) as a template, primers Cm-F (SEQ ID NO: 21) and Cm-R (SEQ ID NO: 22) shown in Table 1 were used. The fragment (D) containing the chloramphenicol resistance gene and its control region was amplified by PCR.
Next, the obtained fragment (A), fragment (D), fragment (C) and fragment (B) are arranged in this order in order of the primers spoVFA-F1 (SEQ ID NO: 15) and spoVFA-R2 ( SEQUENCE ID NO: 18) was used for ligation by the SOE-PCR method to obtain a DNA fragment of about 2.2 kb. The obtained DNA fragment was used to transform the Bacillus subtilis MGB874T strain by the competent method (J. Bacteriol., 1960, 81: 741-746) and grown on LB agar medium containing chloramphenicol. The colony was separated as a transformant (hereinafter, the separated transformant is referred to as MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain). The MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain is a Bacillus subtilis mutant strain having enhanced expression of the spoVFABB gene, which has both the native spoVFAB gene and the introduced spoVFAB gene under PspoVG control on the genome.
Between the spoVFA regulatory region and the spoVFA gene on the genome of the constructed MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain by PCR and subsequent sequencing by the Sanger method (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1982, 74: 5463-5467). It was confirmed that the chloramphenicol resistance gene and the spoVG gene control region were inserted. FIG. 3 shows the procedure for introducing the dipicolinate synthase gene into the Bacillus subtilis mutant strain obtained in this Example, and the introduction position.
(1−3)alsS遺伝子及びalsD遺伝子が欠失された枯草菌変異株(MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSD株)の構築
上記(1−2)で構築したMGB874T_PspoVG−spoVFAB株を宿主として、alsSD遺伝子群が欠失された枯草菌変異株(MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSD株)の構築を行った。本変異株の作製は、IPTG制御領域と遊離のmRNA切断リボヌクレアーゼであるmazF遺伝子を融合したカセットを使用するマーカーフリーの欠失法にて構築した(Morimoto,T. et al.,In Strain Engineering,pp345−358.Springer)。
始めに、枯草菌変異株MGB874T株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表1記載のプライマーalsSD−DF1(配列番号23)及びalsSD−DR1(配列番号24)を用いて、alsSD遺伝子群の開始コドン上流に隣接する領域である断片(A)をPCRにより増幅した。また、同ゲノムDNAを鋳型とし、表1記載のプライマーalsSD−DF2(配列番号25)及びalsSD−DR2(配列番号26)を用いて、alsD遺伝子の停止コドン下流の領域である断片(B)をPCRにより増幅した。さらに、同ゲノムDNAを鋳型とし、表1記載のプライマーalsSD−IF(配列番号27)及びalsSD−IR(配列番号28)を用いて、alsSD遺伝子群ORF内と相同領域である断片(C)をPCRにより増幅した。さらに、枯草菌変異株TOM310(Morimoto,T. et al.,In Strain Engineering,pp345−358.Springer)を鋳型とし、表1記載のプライマーpAPNC−F(配列番号29)及びchpA−R(配列番号30)を用いて、スペクチノマイシン耐性遺伝子を含むmazFカセット断片(D) をPCRにより増幅した。
次に、得られた断片(A)、断片(B)、断片(D)及び断片(C)をこの順となる様に表1記載のプライマーalsSD−DF1(配列番号23)及びalsSD−IR(配列番号28)を用いてSOE−PCR法によって結合させ、最終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.,1960,81:741−746)により枯草菌MGB874T_PspoVG−spoVFAB株の形質転換を行い、IPTGを含まずスペクチノマイシンを含む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。
最後に、mazF遺伝子カセットを除くため、IPTGを含むLB寒天培地上で培養し、生育したコロニーを選択した。得られた変異株は、断片(B)において細胞内相同組換えによりmazFカセットが除去された変異株となる(以下、MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSD株と称する)。MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSD株は、ゲノム上のalsS遺伝子開始コドンからalsD遺伝子停止コドン領域が欠失し、さらに 薬剤選択マーカーが除去された変異を有する枯草菌変異株である。本実施例でのmazF遺伝子カセットを使用するマーカーフリーの欠失法にて構築したalsSD遺伝子群欠失方法を図4に示した。
得られた形質転換体MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSD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,1982,74:5463)によるシークエンシングによって、ゲノム上のalsSD遺伝子群の欠失が生じていることを確認した。
(1-3) Construction of Bacillus subtilis mutant strain (MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSD strain) in which the alsS gene and the alsD gene are deleted, the alsSD gene group is deleted using the MGB874T_PspoVG-spoVFABB strain constructed in (1-2) above as a host. The Bacillus subtilis mutant strain (MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSD strain) was constructed. This mutant strain was constructed by a marker-free deletion method using a cassette in which an IPTG control region and a mazF gene, which is a free mRNA-cleaving ribonuclease, were fused (Morimoto, T. et al., In Strain Engineering, pp345-358. Springer).
First, using the genomic DNA extracted from Bacillus subtilis mutant strain MGB874T as a template and using primers alsSD-DF1 (SEQ ID NO: 23) and alsSD-DR1 (SEQ ID NO: 24) shown in Table 1, the start codon of the alsSD gene group A fragment (A), which is a region adjacent to the upstream, was amplified by PCR. In addition, using the same genomic DNA as a template and using the primers alsSD-DF2 (SEQ ID NO: 25) and alsSD-DR2 (SEQ ID NO: 26) shown in Table 1, a fragment (B) that is a region downstream of the stop codon of the alsD gene was obtained. It was amplified by PCR. Furthermore, using the same genomic DNA as a template and using the primers alsSD-IF (SEQ ID NO: 27) and alsSD-IR (SEQ ID NO: 28) shown in Table 1, a fragment (C) that is a homologous region in the arsSD gene group ORF is obtained. It was amplified by PCR. Furthermore, using the Bacillus subtilis mutant strain TOM310 (Morimoto, T. et al., In Strain Engineering, pp345-358. Springer) as a template, the primers pAPNC-F (SEQ ID NO: 29) and chpA-R (SEQ ID NO :) shown in Table 1 were used. 30) was used to amplify the mazF cassette fragment (D) containing the spectinomycin resistance gene by PCR.
Next, the obtained fragment (A), fragment (B), fragment (D) and fragment (C) are arranged in this order in the order of primer alsSD-DF1 (SEQ ID NO: 23) and alsSD-IR ( The final DNA fragment was obtained by ligation by SOE-PCR method using SEQ ID NO: 28). The obtained DNA fragment was used to transform the Bacillus subtilis MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain by the competent method (J. Bacteriol., 1960, 81: 741-746), and LB agar containing spectinomycin without IPTG was transformed. Colonies grown on the medium were isolated as transformants.
Finally, in order to remove the mazF gene cassette, the cells were cultured on LB agar medium containing IPTG and grown colonies were selected. The obtained mutant strain becomes a mutant strain in which the mazF cassette has been removed by intracellular homologous recombination in the fragment (B) (hereinafter referred to as MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSD strain). The MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSD strain is a Bacillus subtilis mutant strain having a mutation in which the alsD gene stop codon region is deleted from the alsS gene start codon on the genome and further the drug selection marker is removed. FIG. 4 shows the method for deleting the alsSD gene group constructed by the marker-free deletion method using the mazF gene cassette in this example.
PCR using the genome of the obtained transformant MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSD strain and subsequent sequencing by the Sanger method (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1982, 74: 5463) of the alsSD gene group on the genome. It was confirmed that the deletion had occurred.
(1−4)ackA遺伝子及びpta遺伝子が欠失された枯草菌変異株(MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔackAΔpta株)の構築
上記(1−2)で構築したMGB874T_PspoVG−spoVFAB株を宿主として、上記(1−3)の手法と同様の手法を用いて、ackA遺伝子とpta遺伝子が両方欠失された変異株(MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔackAΔpta株)の構築を行った。
まず、ackA遺伝子の欠失を行った。ackA遺伝子欠失の際、断片(A)増幅には表1記載のプライマーackA−DF1(配列番号31)及びackA−DR1(配列番号32)を、断片(B)増幅には表4記載のプライマーackA−DF2(配列番号33)及びackA−DR2(配列番号34)を、断片(C)増幅には表4記載のプライマーackA−IF(配列番号35)及びackA−IR(配列番号36)を、それぞれ使用した。
続いて、pta遺伝子の欠失を行った。pta遺伝子欠失の際、断片(A)増幅には表1記載のプライマーpta−DF1(配列番号37)及びpta−DR1(配列番号38)を、断片(B)増幅には表4記載のプライマーpta−DF2(配列番号39)及びpta−DR2(配列番号40)を、断片(C)増幅には表4記載のプライマーpta−IF(配列番号41)及びpta−IR(配列番号42)を、それぞれ使用した。
最終的にMGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔackAΔpta株を構築した。得られた形質転換体MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔackAΔpta株のゲノムを用いたPCR及びそれに続くサンガー法によるシークエンシングによって、ゲノム上の変異導入を行った各遺伝子について欠失が生じていることを確認した。
(1-4) Construction of Bacillus subtilis mutant strain lacking ackA gene and pta gene (MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔackAΔpta strain) Using the MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain constructed in (1-2) above as a host, (1-3) above A mutant strain (MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔackAΔpta strain) in which both the ackA gene and the pta gene were deleted was constructed using the same method as described in (1) above.
First, the ackA gene was deleted. When the ackA gene was deleted, the primers ackA-DF1 (SEQ ID NO: 31) and ackA-DR1 (SEQ ID NO: 32) described in Table 1 were used for amplification of the fragment (A), and the primers described in Table 4 were used for amplification of the fragment (B). ackA-DF2 (SEQ ID NO: 33) and ackA-DR2 (SEQ ID NO: 34), and the fragment (C) amplification was performed using the primers ackA-IF (SEQ ID NO: 35) and ackA-IR (SEQ ID NO: 36) described in Table 4. Used respectively.
Subsequently, the pta gene was deleted. When pta gene was deleted, primers pta-DF1 (SEQ ID NO: 37) and pta-DR1 (SEQ ID NO: 38) shown in Table 1 were used for amplification of the fragment (A), and primers of Table 4 were used for amplification of the fragment (B). pta-DF2 (SEQ ID NO: 39) and pta-DR2 (SEQ ID NO: 40), and the fragment (C) amplification was performed using the primers pta-IF (SEQ ID NO: 41) and pta-IR (SEQ ID NO: 42) described in Table 4. Used respectively.
Finally, the MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔackAΔpta strain was constructed. It was confirmed by PCR using the genome of the obtained transformant MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔackAΔpta strain and subsequent sequencing by the Sanger method that a deletion has occurred in each gene into which a mutation was introduced on the genome.
(1−5)alsS遺伝子及びalsD遺伝子、ackA遺伝子及びpta遺伝子が欠失された枯草菌変異株(MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSDΔackAΔpta株)の構築
上記(1−3)で構築したMGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSD株を宿主として、上記(1−4)の手法と同様の手法を用いてMGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSDΔackAΔpta株を構築した。得られた形質転換体MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSDΔackAΔpta株のゲノムを用いたPCR及びそれに続くサンガー法によるシークエンシングによって、ゲノム上の変異導入を行った各遺伝子について欠失が生じていることを確認した。
(1-5) Construction of Bacillus subtilis mutant strain (MGB874T_PspoVG-spoVFFAB_ΔalsSDΔackAΔpta strain) in which alsS gene and alsD gene, ackA gene and pta gene are deleted, MGB874T_PspoVG-sposVFAB_Δ is used as the MGB874T_PspoVG-spoVSDB host, which was constructed in (1-3) above. The MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSDΔackAΔpta strain was constructed using a method similar to the method described in (1-4) above. It was confirmed by PCR using the genome of the obtained transformant MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSDΔackAΔpta strain and subsequent sequencing by the Sanger method that a deletion has occurred in each gene on which the mutation was introduced on the genome.
(実施例2)DPA生産性評価
実施例1で構築したMGB874T_PspoVG−spoVFAB株と、MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSD株、MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔackAΔpta株及びMGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSDΔackAΔpta株を、5mLの合成培地(5.0質量%グルコース、0.6質量%塩化アンモニウム、0.15質量%リン酸水素2カリウム、0.035質量%硫酸マグネシウム7水和物、0.005質量%硫酸マンガン5水和物、50mM MOPS(モノホリノプロパンスルホン酸)緩衝剤(pH7.0)、その他微量金属)で30℃において一晩振盪培養を行い、得られた培養液を、合成培地(5.0質量%グルコース、0.6質量%塩化アンモニウム、0.15質量%リン酸水素2カリウム、0.035質量%硫酸マグネシウム7水和物、0.005質量%硫酸マンガン5水和物、50mM MOPS(モノホリノプロパンスルホン酸)緩衝剤(pH7.0)、その他微量金属、4.0質量%炭酸カルシウム)30mLに接種し、37℃、200rpmで2日間、振盪培養を行った。
培養終了後、下記に示す分析条件にてDPA生産量を測定し、MGB874T_PspoVG−spoVFAB株の生産量を100%とした場合の相対値を求めた。
アセトイン合成遺伝子であるalsS遺伝子及びalsD遺伝子を欠失した枯草菌変異株MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSD株、及び酢酸合成に関与する遺伝子であるackA遺伝子及びpta遺伝子を欠失した枯草菌変異株MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔackAΔpta株は、アセトイン合成遺伝子及び酢酸合成に関与する遺伝子欠失前の株であるMGB874T_PspoVG−spoVFAB株と比較して、DPA生産量がそれぞれ142%と110%まで増加したが、アセトイン合成遺伝子と酢酸合成に関与する遺伝子を同時に欠失した枯草菌変異株MGB874T_PspoVG−spoVFAB_ΔalsSDΔackAΔpta株では、DPA生産量が更に184%まで増加し、高い相乗効果が確認された(表5)。
(Example 2) DPA and MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain constructed in productivity Evaluation Example 1, MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSD strain, the MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔackAΔpta strain and MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSDΔackAΔpta strain, synthetic medium (5.0% glucose 5 mL, 0 0.6% by mass ammonium chloride, 0.15% by mass dipotassium hydrogen phosphate, 0.035% by mass magnesium sulfate heptahydrate, 0.005% by mass manganese sulfate pentahydrate, 50 mM MOPS (monoholinopropane sulfone) Acid) buffer (pH 7.0) and other trace metals) at 30 ° C. with shaking overnight, and the resulting culture solution is used as a synthetic medium (5.0% by mass glucose, 0.6% by mass ammonium chloride). 0.15% by mass dipotassium hydrogen phosphate, 0.035% by mass magnesium sulfate heptahydrate, 0.005% by mass manganese sulphate pentahydrate, 50 mM MOPS (monoholinopropanesulfonic acid) buffer (pH 7. 0), other trace metals, 4.0 mass% calcium carbonate) (30 mL) were inoculated, and shake culture was performed at 37 ° C. and 200 rpm for 2 days.
After the culture was completed, the DPA production amount was measured under the analysis conditions shown below, and the relative value was calculated when the production amount of the MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain was 100%.
The Bacillus subtilis mutant strain MGB874T_PspoVG-spoVFABB_ΔalsSD strain in which the acetoin synthesis genes arsS gene and alsD gene are deleted, and the Bacillus subtilis mutant strain MGB874T_PspoVG-spoAFAt_Δac, which is a gene involved in acetic acid synthesis, lacking the ackA gene and the pta gene are , Compared with MGB874T_PspoVG-spoVFAB strain which is a strain before gene deletion involving acetoin synthesis gene and acetic acid synthesis, DPA production increased up to 142% and 110% respectively, but involved in acetoin synthesis gene and acetic acid synthesis In the Bacillus subtilis mutant strain MGB874T_PspoVG-spoVFAB_ΔalsSDΔackAΔpta strain in which the gene was simultaneously deleted, the DPA production amount was further increased to 184%, and a high synergistic effect was confirmed (Table 5).
DPAの定量
培養終了後の培養液試料を、室温にて14,800rpmで30分間の遠心分離(日立工機、himacCF15RX)に供し、得られた遠心分離後の試料上清中に含まれるDPAについて、HPLC法にて定量を行った。HPLC装置は、送液ポンプ(島津、LC−9A)、オートサンプラー(日立計測機器、AS−2000)、カラムオーブン(島津、CTO−6A)、UV検出計(島津、SPD−10A)、脱ガス装置(GLサイエンス、DG660B)及びクロマトデータ解析装置(日立計測機器、D−2500)を接続したものを用いた。分析カラムは、High Performance Carbohydrate Column 60(Å)4μm 4.6×250mm HPLC Column(Aminopropylmethylsilyl bonded amorphous silica)(Waters)を使用した。溶離液としては、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とを1:1に混合した溶液を用いた。測定条件は、検出波長を270nmとし、流速を1mL/分とした。HPLC分析に供するサンプルは、不溶物を除くため、MULTI SCREEN MNHV45(MILLIPORE製、0.45μmデュラポア膜)にてフィルターろ過により前処理した。濃度検定は、2,6−Pyridinedicarboxlic acid:DPA,99%(SIGMA−ALDRICH)を用いて作成した検量線に基づいて行った。
Quantification of DPA The culture solution sample after completion of culture was subjected to centrifugation (Hitachi Koki, himacCF15RX) at 14,800 rpm for 30 minutes at room temperature to obtain DPA contained in the obtained sample supernatant after centrifugation. Quantitation was performed by the HPLC method. The HPLC device is a liquid-sending pump (Shimadzu, LC-9A), auto sampler (Hitachi measuring instrument, AS-2000), column oven (Shimadzu, CTO-6A), UV detector (Shimadzu, SPD-10A), degassing. An instrument (GL Science, DG660B) and a chromatographic data analyzer (Hitachi Instrument Co., Ltd., D-2500) connected to each other were used. As the analytical column, a High Performance Carbohydrate Column 60 (Å) 4 μm 4.6 × 250 mm HPLC Column (Aminopropoxymethyl bonded amorphous silicon) (Waters) was used. As the eluent, a 1: 1 mixture of an aqueous solution containing 20 mM EDTA in water with concentrated phosphoric acid adjusted to pH 3.4 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 sample to be subjected to HPLC analysis was pretreated by filter filtration with MULTI SCREEN MNHV45 (manufactured by MILLIPORE, 0.45 μm Durapore membrane) to remove insoluble matter. The concentration test was performed based on a calibration curve prepared using 2,6-pyridinedical boxlic acid: DPA, 99% (SIGMA-ALDRICH).
Claims (7)
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域を欠失したゲノムを有し、
枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現が強化されており、且つ
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化され、且つackA遺伝子及びpta遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化され、
前記枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子が、下記(i)及び(ii)に記載の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つである、枯草菌変異株:
(i)下記(a)〜(b)、(d)〜(f)からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子:
(a)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号1に示すヌクレオチド配列と90%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f)配列番号2に示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(ii)下記(j)〜(k)、(m)〜(o)からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子:
(j)配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(k)配列番号3に示すヌクレオチド配列と90%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(m)配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(n)配列番号4に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(o)配列番号4に示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。 A Bacillus subtilis mutant strain,
Prophage 6 region, Prophage 1 region, Prophage 4 region, PBSX region, Prophage 5 region, Prophage 3 region, Spb region, PKs region, Skin region, pps region, Prophage 2 region, ydcL-ydeK-ydhUy region, DysL, DyBy, DysBy, DysY, DysBy, DysBy, DysBy. It has a genome in which the cgeE-ypmQ region, theyeK-yesX region, the pdp-rocR region, the ycxB-sipU region, the SKIN-Pro7 region, the sbo-ywhH region, the yybP-yayaJ region, and the ncM-fosB region are deleted,
Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is enhanced in expression, and at least one gene selected from the group consisting of alsS gene and alsD gene is deleted or inactivated, and ackA gene and at least one gene selected from the group consisting of pta genes is deleted or inactivated,
A Bacillus subtilis mutant strain, wherein the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is at least one selected from the group consisting of the genes described in (i) and (ii) below:
(I) the following (a) ~ (b), at least one gene selected from the group consisting of (d) ~ (f):
(A) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1;
(B) encodes a protein consisting of a nucleotide sequence having 90% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (ii) A polynucleotide that:
(D) a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
(E) Dipicoline in the presence of the protein encoded by the gene described in (ii), which consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 A polynucleotide encoding a protein exhibiting acid synthase activity;
(F) encodes a protein consisting of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (ii) A polynucleotide that:
(Ii) below (j) ~ (k), at least one gene selected from the group consisting of (m) ~ (o):
(J) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3;
(K) encodes a protein consisting of a nucleotide sequence having 90% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (i) A polynucleotide that:
(M) a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4;
(N) Dipicoline in the presence of the protein encoded by the gene described in (i), which consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. A polynucleotide encoding a protein exhibiting acid synthase activity;
(O) codes for a protein consisting of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (i) A polynucleotide.
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域を欠失したゲノムを有する枯草菌変異株において、
枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子の発現を強化し、且つ、
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化し、且つackA遺伝子及びpta遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化することを含み、
前記枯草菌ジピコリン酸シンターゼ遺伝子又はこれに相当する遺伝子が、下記(i)及び(ii)に記載の遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つである、方法:
(i)下記(a)〜(b)、(d)〜(f)からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子:
(a)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号1に示すヌクレオチド配列と90%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f)配列番号2に示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ(ii)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(ii)下記(j)〜(k)、(m)〜(o)からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子:
(j)配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(k)配列番号3に示すヌクレオチド配列と90%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(m)配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(n)配列番号4に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(o)配列番号4に示すアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ(i)に記載の遺伝子がコードするタンパク質の存在下でジピコリン酸シンターゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。 A method for producing a Bacillus subtilis mutant strain,
Prophage 6 region, Prophage 1 region, Prophage 4 region, PBSX region, Prophage 5 region, Prophage 3 region, Spb region, PKs region, Skin region, pps region, Prophage 2 region, ydcL-ydeK-ydhUy region, DysL, DyBy, DysBy, DysY, DysBy, DysBy, DysBy. Bacillus subtilis mutant strain having a genome in which the cgeE-ypmQ region, the yeK-yesX region, the pdp-rocR region, the ycxB-sipU region, the SKIN-Pro7 region, the sbo-ywhH region, the yybP-yyaJ region, and the yncM-fosB region are deleted. At
Enhance the expression of Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto, and
Deletion or inactivation of at least one gene selected from the group consisting of alsS gene and alsD gene, and deletion or inactivation of at least one gene selected from the group consisting of ackA gene and pta gene Including,
The method wherein the Bacillus subtilis dipicolinate synthase gene or a gene corresponding thereto is at least one selected from the group consisting of the genes described in (i) and (ii) below:
(I) the following (a) ~ (b), at least one gene selected from the group consisting of (d) ~ (f):
(A) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1;
(B) encodes a protein consisting of a nucleotide sequence having 90% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (ii) A polynucleotide that:
(D) a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
(E) Dipicoline in the presence of the protein encoded by the gene described in (ii), which consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 A polynucleotide encoding a protein exhibiting acid synthase activity;
(F) encodes a protein consisting of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (ii) A polynucleotide that:
(Ii) below (j) ~ (k), at least one gene selected from the group consisting of (m) ~ (o):
(J) a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3;
(K) encodes a protein consisting of a nucleotide sequence having 90% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 3 and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (i) A polynucleotide that:
(M) a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4;
(N) Dipicoline in the presence of the protein encoded by the gene described in (i), which consists of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. A polynucleotide encoding a protein exhibiting acid synthase activity;
(O) codes for a protein consisting of an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 and exhibiting dipicolinate synthase activity in the presence of the protein encoded by the gene described in (i) A polynucleotide.
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