JP6694696B2 - 枯草菌変異株及びそれを用いたジピコリン酸の製造方法 - Google Patents
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Landscapes
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Description
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
Claims (7)
- 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。 - 前記alsS遺伝子及びalsD遺伝子が欠失又は不活性化され、且つ前記ackA遺伝子及びpta遺伝子が欠失又は不活性化されている、請求項1記載の枯草菌変異株。
- 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、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、請求項1又は2記載の枯草菌変異株。
- 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。 - 前記alsS遺伝子及びalsD遺伝子を欠失又は不活性化し、且つ前記ackA遺伝子及びpta遺伝子を欠失又は不活性化する、請求項4記載の方法。
- 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、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、請求項4〜5のいずれか1項記載の方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項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。
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