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JP6907478B2 - Isoprene manufacturing method - Google Patents

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JP6907478B2 JP2016149806A JP2016149806A JP6907478B2 JP 6907478 B2 JP6907478 B2 JP 6907478B2 JP 2016149806 A JP2016149806 A JP 2016149806A JP 2016149806 A JP2016149806 A JP 2016149806A JP 6907478 B2 JP6907478 B2 JP 6907478B2
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Description

本発明は、イソプレンの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing isoprene.

ポリイソプレンゴムの原料であるイソプレン(2−メチル−1,3−ブタジエン)の工業的製造方法としては、ナフサを熱分解した際に副生するC5留分から抽出できることが知られている。しかし、上記副生成物から製造されるイソプレンは供給量が必ずしも十分ではなく、又、原料となる石油価格の変動の影響を受け易いことから、近年ではイソプレンの安定的な確保のために、非石油資源由来のイソプレンの製造方法の開発、具体的には動物細胞、又は植物細胞等にイソプレン合成酵素遺伝子を組み込むことにより得られる形質転換体を用いて、イソプレンを製造する方法の開発が進められてきた。 It is known that isoprene (2-methyl-1,3-butadiene), which is a raw material of polyisoprene rubber, can be extracted from the C5 distillate produced as a by-product when naphtha is thermally decomposed as an industrial production method. However, the supply of isoprene produced from the above-mentioned by-products is not always sufficient, and it is easily affected by fluctuations in the price of petroleum as a raw material. Development of a method for producing isoprene derived from petroleum resources, specifically, development of a method for producing isoprene using a transformant obtained by incorporating the isoprene synthase gene into animal cells or plant cells is being promoted. I came.

上記形質転換体としては、例えば、特許文献1には、「(a)イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド、(b)5−ホスホメバロン酸キナーゼをコードするポリヌクレオチド、及び、(c)ジホスホメバロン酸デカルボキシラーゼをコードするポリヌクレオチド、からなる群より選択される少なくとも1種で形質転換され、且つ、有用部分の生産性が高められた、形質転換植物。」が記載され、具体例として、イソプレン合成酵素遺伝子を発現させたシロイヌナズナが記載されている。 Examples of the transformant include, in Patent Document 1, "(a) a polynucleotide encoding isoprene synthase, (b) a polynucleotide encoding 5-phosphomevalonate kinase, and (c) diphosphomevalonate de. A transformed plant that has been transformed with at least one selected from the group consisting of a polynucleotide encoding a carboxylase and has an increased productivity of a useful portion. ”As a specific example, isoprene synthase. The white dogs that have expressed the gene are described.

特開2008−035831号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-035831

本発明者らは、特許文献1に記載された、イソプレン合成酵素遺伝子を発現させたシロイヌナズナを用いてイソプレンの製造を試みたところ、生成されたイソプレンの回収が煩雑であり、低効率であることを知見した。また、シロイヌナズナの栽培には所定の容積を要し、単位容積当たりのイソプレン収率が悪いことも、また、知見した。 The present inventors attempted to produce isoprene using Arabidopsis thaliana expressing the isoprene synthase gene described in Patent Document 1, and the recovery of the produced isoprene was complicated and low efficiency. Was found. It was also found that the cultivation of Arabidopsis thaliana requires a predetermined volume and the isoprene yield per unit volume is poor.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、生成したイソプレンの回収が容易であり、かつ、単位容積あたりの収率の高いイソプレンの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for producing isoprene, which can easily recover the produced isoprene and has a high yield per unit volume.

本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された藻類を用いることによれば上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies to achieve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by using algae transformed with a polynucleotide encoding isoprene synthase, and the present invention has been made. Was completed.

[1] 液体培地と、イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された藻類と、を容器内に収容する工程Aと、藻類を液体培地中で培養して、培養液を得る工程Bと、容器内の気相からイソプレンを採取する工程Cと、を含有するイソプレンの製造方法。
[2] 藻類が珪藻である、[1]に記載のイソプレンの製造方法。
[3] 工程Bにおける培養温度が、10〜40℃である、[1]又は[2]に記載のイソプレンの製造方法。
[1] A step A in which a liquid medium and algae transformed with a polynucleotide encoding isoprene synthase are housed in a container, and a step B in which the algae are cultured in the liquid medium to obtain a culture solution. A method for producing isoprene, which comprises the step C of collecting isoprene from the gas phase in the container.
[2] The method for producing isoprene according to [1], wherein the algae are diatoms.
[3] The method for producing isoprene according to [1] or [2], wherein the culture temperature in step B is 10 to 40 ° C.

本発明によれば、生成したイソプレンの回収が容易であり、かつ、単位容積あたりの収率の高いイソプレンの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing isoprene, which can easily recover the produced isoprene and has a high yield per unit volume.

以下、本発明について、実施態様に基づき、詳細に説明する。
なお、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様に基づいてなされるもので、本発明はそのような実施態様に限定されない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the embodiments.
It should be noted that the description of the constituent elements described below is based on the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to such an embodiment.
In the present specification, the numerical range represented by using "~" means a range including the numerical values before and after "~" as the lower limit value and the upper limit value.

[イソプレンの製造方法]
上記実施態様に係るイソプレンの製造方法は、
・工程A:液体培地と、イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された藻類と、を容器内に収容する工程
・工程B:藻類を液体培地中で培養して、培養液を得る工程
・工程C:容器内の気相からイソプレンを採取する工程
とを含有する。
[Manufacturing method of isoprene]
The method for producing isoprene according to the above embodiment is
-Step A: A step of accommodating a liquid medium and algae transformed with a polynucleotide encoding isoprene synthase in a container-Step B: A step of culturing the algae in a liquid medium to obtain a culture solution. -Step C: Contains a step of collecting isoprene from the gas phase in the container.

上記イソプレンの製造方法においては、イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された藻類を容器内で培養し、上記容器内の気相部分(例えば、ヘッドスペース等が挙げられる)から、イソプレンを採取する。
藻類は、シロイヌナズナ等の陸生植物と比較し、単位容積あたりの培養効率が高いため、効率的にイソプレンを製造することができる。
また、藻類は雰囲気中の炭酸ガスを固定する能力が高く、後述するジメチルアリルピロリン酸を光合成により、効率よく生成することができるため、効率的にイソプレンを製造することができる。
また、藻類は閉鎖系の容器内で培養することができるため、生成したイソプレンを容器内の気相から容易に採取することができる。
上記の相乗効果により、上記実施態様に係るイソプレンの製造方法は所望の効果を得ることができたものと推測される。
以下では、それぞれの工程について、その態様を説明する。
In the above method for producing isoprene, algae transformed with a polynucleotide encoding isoprene synthase is cultured in a container, and isoprene is obtained from a gas phase portion (for example, headspace) in the container. Collect.
Since algae have higher culture efficiency per unit volume than terrestrial plants such as Arabidopsis thaliana, isoprene can be efficiently produced.
In addition, algae have a high ability to fix carbon dioxide gas in the atmosphere, and dimethylallyl pyrophosphate, which will be described later, can be efficiently produced by photosynthesis, so that isoprene can be efficiently produced.
Moreover, since the algae can be cultured in a closed container, the produced isoprene can be easily collected from the gas phase in the container.
It is presumed that the method for producing isoprene according to the above embodiment was able to obtain a desired effect due to the above synergistic effect.
Hereinafter, aspects of each step will be described.

〔工程A〕
工程Aは、液体培地と、イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された藻類と、を容器内に収容する工程である。
[Step A]
Step A is a step of containing a liquid medium and algae transformed with a polynucleotide encoding isoprene synthase in a container.

<液体培地>
工程Aにおいて使用される液体培地としては特に制限されず、公知の液体培地を用いることができる。
液体培地としては、例えば、海水を含む液体培地が挙げられる。
液体培地としては、例えば、窒素源、リン、マグネシウム、ケイ素、カリウム、ナトリウム、カルシウム、及びビタミン類等を含有する培地が挙げられる。
上記液体培地の具体例としては、例えば、海塩及び所定量のNaSiOを補充したダイゴIMK培養培地等が挙げられる。
<Liquid medium>
The liquid medium used in the step A is not particularly limited, and a known liquid medium can be used.
Examples of the liquid medium include a liquid medium containing seawater.
Examples of the liquid medium include a medium containing a nitrogen source, phosphorus, magnesium, silicon, potassium, sodium, calcium, vitamins and the like.
Specific examples of the liquid medium include Daigo IMK culture medium supplemented with sea salt and a predetermined amount of Na 2 SiO 3.

<イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された藻類>
工程Aにおいて使用されるイソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された藻類としては特に制限されず、公知の方法で形質転換された藻類を用いることができる。
<Algae transformed with a polynucleotide encoding isoprene synthase>
The algae transformed with the polynucleotide encoding the isoprene synthase used in step A is not particularly limited, and the algae transformed by a known method can be used.

(イソプレン合成酵素)
本明細書において、イソプレン合成酵素とは、イソプレン合成活性を有するタンパク質を意図し、ジメチルアリルピロリン酸(DMAPP)が酸化的に脱リン酸される反応を触媒する酵素である。
イソプレン合成酵素としては、イソプレン合成酵素を生産するあらゆる種に由来するものが挙げられるが、その中でも、例えば、高等植物又はシダ植物に由来のものが好ましく、特に、広葉樹、シダ類、及び、針葉樹等のイソプレンの放出量が多い種に由来するものが好ましい。特に、イソプレンの放出量が多いヤナギ科(例えば、ポプラ)、フトモモ科(例えば、ユーカリ)、ブナ科(例えば、コナラ属クヌギ、コナラ属ナラガシワ)、オシダ科(例えば、オシダ)等が好ましい。
イソプレン合成酵素の具体例としては、例えば、ヤナギ科のポプラ(Populus alba)のイソプレン合成酵素(Genbankアクセッション番号:BAD98243)等が挙げられる。
イソプレン合成酵素は、上記具体例に係るイソプレン合成酵素のアミノ酸配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するイソプレン合成酵素が含まれる。
(Isoprene synthase)
As used herein, the isoprene synthase is an enzyme that is intended to be a protein having isoprene synthase activity and catalyzes a reaction in which dimethylallyl pyrophosphate (DMAPP) is oxidatively dephosphoricated.
Examples of the isoprene synthase include those derived from all species that produce isoprene synthase, and among them, those derived from higher plants or pterophyta plants are preferable, and hardwoods, ferns, and conifers are particularly preferable. Those derived from species with a large amount of isoprene released, such as, are preferable. In particular, Salixaceae (eg, poplar), Myrtaceae (eg, Eucalyptus), Fagaceae (eg, Quercus acutissima, Quercus aliena), Dryopteridaceae (eg, Oakida), etc., which release a large amount of isoprene, are preferable.
Specific examples of the isoprene synthase include isoprene synthase (Genbank accession number: BAD98243) of Poplar (Populus alba) of the Salix family.
The isoprene synthase is about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, more preferably about 96% or more, with the amino acid sequence of the isoprene synthase according to the above specific example. More preferably, an isoprene synthase having an amino acid sequence having about 98% or more homology is included.

(イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチド)
イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドとしては、イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドであれば特に制限されず、公知のポリヌクレオチドを用いることができる。
イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドの具体例としては、例えば、ポプラのイソプレン合成酵素遺伝子の塩基配列(Genbankアクセッション番号:AB198180)、及び、クズのイソプレン合成酵素遺伝子の塩基配列(Genbankアクセッション番号:AY316691)等が挙げられる。
イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドは、上記塩基配列と約80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは約90%以上、より好ましくは93%、より好ましくは約96%以上、さらに好ましくは約98%以上の同一性を有する塩基配列を有するポリヌクレオチドが含まれる。
(Polynucleotide encoding isoprene synthase)
The polynucleotide encoding isoprene synthase is not particularly limited as long as it is a polynucleotide encoding isoprene synthase, and known polynucleotides can be used.
Specific examples of the polynucleotide encoding isoprene synthase include, for example, the base sequence of the isoprene synthase gene of poplar (Genbank accession number: AB198180) and the base sequence of the isoprene synthase gene of kudzu (Genbank accession number). : AY316691) and the like.
The polynucleotide encoding isoprene synthase is about 80% or more, preferably 85% or more, more preferably about 90% or more, more preferably 93%, more preferably about 96% or more, still more preferably about 80% or more, more preferably about 96% or more, with the above base sequence. A polynucleotide having a base sequence having about 98% or more identity is included.

(藻類)
藻類としては珪藻綱、ハプト藻綱、ピンギオ藻綱、及び黄金色藻綱等に属する藻類等が挙げられる。なかでも、珪藻網に属する藻類(以下、単に「珪藻」という。)が好ましい。珪藻としては、キートセラス属(Chaetoceros)、ファエオダクチラム属(Phaeoductylum)、シクロテラ属(Cyclotella)、スケルトネマ属(Skeletonema)、オドンテラ属(Odontella)、及びニッチア属(Nitzschia)等に分類される珪藻が挙げられ、なかでもキートセラス属(Chaetoceros)が好ましく、ツノケイソウがより好ましく、Chaetoceros gracilisが更に好ましい。なお、上記珪藻は、変異体であってもよい。
(Algae)
Examples of algae include diatoms, haptophytes, pingio algae, and algae belonging to the golden algae. Of these, algae belonging to the diatom net (hereinafter, simply referred to as "diatoms") are preferable. As diatoms, the genus Chaetoceros, the genus Phaeodactylum, the genus Cyclotella, the genus Skeletonema, the genus Odontella, and the genus Nitzschia are classified into the genus Nitzschia. Among them, the genus Chaetoceros is preferable, Chaetoceros is more preferable, and Chaetoceros glacilis is further preferable. The diatom may be a mutant.

(イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された藻類の製造方法)
イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された藻類の製造方法としては特に制限されず、公知の形質転換の方法を用いることができる。
なかでも、上記ポリヌクレオチドを発現ベクターへ連結した発現プラスミドとして藻類細胞に導入する方法が好ましい。
(Method for producing algae transformed with a polynucleotide encoding isoprene synthase)
The method for producing algae transformed with a polynucleotide encoding isoprene synthase is not particularly limited, and a known transformation method can be used.
Of these, a method of introducing the above-mentioned polynucleotide into an algae cell as an expression plasmid linked to an expression vector is preferable.

発現ベクターとしては、藻類細胞へ導入され得るものであれば特に制限されず、例えば、プラスミドベクター、ファージベクター、及びコスミドベクター等が挙げられる。なかでもプラスミドベクターが好ましい。
特に宿主において自律複製可能又は染色体中への組み込みが可能で、ポリヌクレオチドの転写を可能にする位置にプロモーターを含有しているものが好適に用いられる。PCRによって増幅されたポリヌクレオチドの5’末端は、直接又は適当な配列(例えば、制限酵素認識部位)を介してin−frameでプロモーターの3’末端へ連結される。発現ベクターは、さらに、植物細胞用エンハンサー(例えば、EL2エンハンサー、CaMV35Sエンハンサー等)、選択マーカー遺伝子、標識タグ等を含有してもよい。終止コドンは、必ずしも必要ではないが、構造遺伝子の直下に配置されることが好ましい。また、アミノ酸配列を参考にして、ポリヌクレオチドをin−frameで発現プロモーター、エンハンサー、開始コドン等と連結することができる。各種塩基配列及びアミノ酸配列は、Genbank、EMBL等の検索システムから入手できる。また、アミノ酸配列は、塩基配列に基づきアミノ酸配列を推定するシステム、N末端分析、C末端分析等の常法によっても決定することができる。
The expression vector is not particularly limited as long as it can be introduced into algae cells, and examples thereof include a plasmid vector, a phage vector, and a cosmid vector. Of these, a plasmid vector is preferable.
In particular, those having a promoter at a position capable of autonomous replication or integration into a chromosome in a host and enabling transcription of a polynucleotide are preferably used. The 5'end of the polynucleotide amplified by PCR is linked in-frame to the 3'end of the promoter either directly or via a suitable sequence (eg, restriction enzyme recognition site). The expression vector may further contain a plant cell enhancer (eg, EL2 enhancer, CaMV35S enhancer, etc.), a selectable marker gene, a labeling tag, and the like. The stop codon is not always required, but is preferably located directly below the structural gene. In addition, the polynucleotide can be linked to an expression promoter, enhancer, start codon, etc. in-frame with reference to the amino acid sequence. Various base sequences and amino acid sequences can be obtained from search systems such as Genbank and EMBL. The amino acid sequence can also be determined by a system for estimating the amino acid sequence based on the base sequence, an N-terminal analysis, a C-terminal analysis, or other conventional methods.

プロモーターとしては、藻類細胞中でイソプレン合成酵素の発現を促進すれば、特に制限されず、公知のプロモーターを用いることができる。
プロモーターとしては例えば、EL2プロモーター、CaMV35Sプロモーター、Cabプロモーター、RuBisCoプロモーター、PR1プロモーター、NRプロモータ、及び、ユビキチンプロモーター、並びに、これらを改変したもの等が挙げられる。
The promoter is not particularly limited as long as it promotes the expression of isoprene synthase in algae cells, and a known promoter can be used.
Examples of the promoter include EL2 promoter, CaMV35S promoter, Cab promoter, RuBisCo promoter, PR1 promoter, NR promoter, ubiquitin promoter, and modified ones thereof.

また、上記ベクターは、一般的なベクターに含まれるその他の配列を含んでもよい。例えば、イソプレン合成酵素遺伝子の発現を調整するオペレーター、ターミネーター、及びエンハンサー等のいわゆる調整配列を含んでもよい。更に、上記とは異なるプロモーターやそれに制御される遺伝子(例えば薬剤体制遺伝子)等を含んでもよい。 In addition, the above vector may contain other sequences contained in a general vector. For example, it may include so-called regulatory sequences such as an operator, a terminator, and an enhancer that regulate the expression of the isoprene synthase gene. Further, a promoter different from the above, a gene controlled by the promoter (for example, a drug regime gene) and the like may be included.

上記ベクターは、当業者に周知の方法によって作成することができる。例えば、適切な制限酵素部位を設けたプライマーを用いて上記プロモーター配列を増幅し、制限酵素で切断したドナーベクターに挿入することによって得られる。あるいは「In−Fusion(登録商標)」反応を用いる方法によっても作成することができる。
上記プロモーター配列は、その下流にターミネーター配列が組み込まれた発現カセットとしてドナーベクターに導入してもよい。プロモーター配列とターミネーター配列の聞にイソプレン合成酵素遺伝子が組み込まれていてもよい。イソプレン合成酵素遺伝子を挿入するために、フロモーター配列とターミネーター配列の聞には、制限酵素の切断部位が複数存在する多重クローニング部位が存在することが好ましい。
ターミネーター配列としては、藻類細胞で機能するものであれば特に限定されないが、例えばCglhcr14(Genbankアクセション番号:AB981623)のターミネーター配列:CgLhcr14terが挙げられる。
The vector can be prepared by a method well known to those skilled in the art. For example, it can be obtained by amplifying the promoter sequence with a primer provided with an appropriate restriction enzyme site and inserting it into a donor vector cleaved with a restriction enzyme. Alternatively, it can be prepared by a method using an "In-Fusion®" reaction.
The promoter sequence may be introduced into a donor vector as an expression cassette in which a terminator sequence is incorporated downstream thereof. The isoprene synthase gene may be integrated into the promoter sequence and the terminator sequence. In order to insert the isoprene synthase gene, it is preferable that the flow motor sequence and the terminator sequence have a multiple cloning site having a plurality of restriction enzyme cleavage sites.
The terminator sequence is not particularly limited as long as it functions in algae cells, and examples thereof include a terminator sequence of Cglhcr14 (Genbank accession number: AB981623): CgLhcr14ter.

藻類へのポリヌクレオチド又はそれを含む発現プラスミドの導入方法としては、特に制限されず公知の方法を用いることができる。
上記導入方法としては、例えば、酢酸リチウム法、エレクトロポレーション法、アグロ
バクテリウム法、遺伝子銃(パーティクルガン)法、リン酸カルシウム法、プロトプラス
ト法、並びに、Gene,17,107(1982)、Molecular & General Genetics,168,111(1979)及びMolecular Cloning 2nd ed.(Sambrook,J., Fritsch,E.F., Maniatis,T. Cold Spring Harvor Laboratory Press 1989)、Photosynth Res. 123: 203−211. doi: 10.1007/s11120−014−0048−y.、及び、Plant Molecular Biology Manual (Stanton B. Gelvin and Robert A. Schilperoort. Kluwer Academic Publishers 1988)等の文献(これらは、本書においてその全体が援用される)に記載の方法等を好適に用いることができる。
さらに、通常、発現プラスミドが導入されている個体を選択する。発現プラスミドが導入されている個体の選択は、常法、例えば、薬物含有培地による選択、ホルモン含有培地による選択、栄養要求性による選択により行なうことができる。さらに、ゲノムPCR、RT−PCR、ノザンハイブリダイゼーション、ウェスタン解析等の常法を用いて、植物細胞染色体への上記ポリヌクレオチドの組み込み等を確認することができる。
The method for introducing the polynucleotide or the expression plasmid containing the polynucleotide into algae is not particularly limited, and a known method can be used.
Examples of the above-mentioned introduction method include lithium acetate method, electroporation method, Agrobacterium method, gene gun (particle gun) method, calcium phosphate method, protoplast method, Gene, 17, 107 (1982), Molecular & Genetic. Genetics, 168, 111 (1979) and Molecular Cloning 2nd ed. (Sambrook, J., Fritsch, EF, Maniatis, T. Cold Spring Laboratory Laboratory Press 1989), Photosynth Res. 123: 203-211. doi: 10.1007 / s11120-014-0048-y. , And the literature such as Plant Molecular Biological Manual (Stanton B. Gelvin and Robert A. Schilperort. Kruwer Academic Public Publics 1988), etc. are preferably used in the literature (these are preferred in this document, etc.). can.
In addition, individuals into which the expression plasmid has been introduced are usually selected. The individual into which the expression plasmid has been introduced can be selected by a conventional method, for example, selection by a drug-containing medium, selection by a hormone-containing medium, or selection by auxotrophy. Furthermore, the integration of the above polynucleotide into the plant cell chromosome can be confirmed by using conventional methods such as genome PCR, RT-PCR, Northern hybridization, and Western analysis.

ここで、形質転換とは、一般的に、ある細胞から単離したDNAが他の細胞に取り込まれ、細胞染色体と組換えを起こす遺伝現象をいうが(東京化学同人 生化学辞典 第2版、416〜417ページ)、現在では、プラスミドやそれに結合した遺伝子なども含めてDNA分子を直接細胞に導入することを意味する(岩波 生物学辞典 第4版、380ページ〜381ページ)。明細書において、形質転換とは、ポリヌクレオチド(例えば、DNA、mRNA)を細胞に導入することを意味し、このときポリヌクレオチドが細胞染色体との組換えを起こしてもよいし起こさなくてもよい。表現型及び遺伝型を安定して発現させるには、オリゴヌクレオチドが細胞染色体との組換えを起こすことが望ましく、さらに、その細胞染色体との組換えがホモ接合型であることが望ましい。 Here, transformation generally refers to a genetic phenomenon in which DNA isolated from one cell is taken up by another cell and recombines with a cell chromosome (Tokyo Chemical Dominant Biochemistry Dictionary, 2nd Edition,). 416-417), which means that DNA molecules including plasmids and genes bound to them are directly introduced into cells (Iwanami Biology Dictionary, 4th edition, 380-381). As used herein, transformation means introducing a polynucleotide (eg, DNA, mRNA) into a cell, with or without the polynucleotide undergoing recombination with a cell chromosome. .. In order to stably express the phenotype and genotype, it is desirable that the oligonucleotide undergoes recombination with a cell chromosome, and further, it is desirable that the recombination with the cell chromosome is homozygous.

<容器>
上記液体培地、及び、形質転換された藻類を収容するための容器としては、特に制限されず、公知の容器を用いることができる。
上記容器としては、例えば、平板培養容器、管型培養容器、エアドーム型培養容器、及び中空のシリンダー型容器等が挙げられる。上記容器は、密閉容器であってもよい。
<Container>
The liquid medium and the container for containing the transformed algae are not particularly limited, and known containers can be used.
Examples of the container include a flat plate culture container, a tube type culture container, an air dome type culture container, a hollow cylinder type container, and the like. The container may be a closed container.

〔工程B〕
工程Bは、藻類を液体培地中で培養して、培養液を得る工程である。
藻類を液体培地中で培養する方法としては特に制限されず、公知の方法を用いることができる。
[Step B]
Step B is a step of culturing algae in a liquid medium to obtain a culture solution.
The method for culturing algae in a liquid medium is not particularly limited, and a known method can be used.

培養方法としては、藻類をバッチ培養法、流加培養法、及び、連続培養法等の公知の発酵方法を用いて培養する方法が挙げられる。
バッチ培養法は、培地に藻類を加え、培養条件の制御を行いながら培養を行う方法である。バッチ培養法では、藻類は、穏やかな誘導期から対数増殖期を経て最終的に成長速度が減少又は停止する定常期に至る。イソプレンは、対数増殖期及び/又は定常期の形質転換体によって産出されることが多い。
Examples of the culturing method include a method of culturing algae using a known fermentation method such as a batch culture method, a fed-batch culture method, and a continuous culture method.
The batch culture method is a method in which algae are added to a medium and culture is performed while controlling the culture conditions. In the batch culture method, the algae go from a mild induction phase to a logarithmic growth phase and finally to a stationary phase in which the growth rate decreases or stops. Isoprenes are often produced by transformants in the logarithmic and / or stationary phase.

流加培養法は、上述したバッチ法に加えて、発酵プロセスが進行するに従い徐々に炭素源を添加する方法である。流加培養法は、カタボライト抑制により藻類の代謝が抑制される傾向があり、培地中の炭素源の量を制限することが好ましいときに有効である。 The fed-batch culture method is a method in which a carbon source is gradually added as the fermentation process progresses, in addition to the batch method described above. The fed-batch culture method is effective when the catabolite repression tends to suppress the metabolism of algae and it is preferable to limit the amount of carbon source in the medium.

連続培養法は、一定の速度でバイオリアクターに所定量の培地を連続的に供給しながら、同時に同量の培養液を抜き取る培養法である。連続培養法では培養物を一定の高密度に保つことができ、培養液中の藻類は主に対数増殖期にある。
適宜、培地の一部又は全部を入れ換えることにより、栄養素の補給を行うことができ、藻類の生育に悪影響を及ぼす可能性のある代謝副産物、及び死細胞の蓄積を防ぐ
ことができる。
The continuous culture method is a culture method in which a predetermined amount of medium is continuously supplied to a bioreactor at a constant rate, and at the same time, the same amount of culture medium is withdrawn. In the continuous culture method, the culture can be kept at a constant high density, and the algae in the culture medium are mainly in the logarithmic growth phase.
By replacing a part or all of the medium as appropriate, nutrients can be supplemented, and the accumulation of metabolic by-products and dead cells that may adversely affect the growth of algae can be prevented.

藻類の培養条件としては、イソプレン合成酵素遺伝子の発現が可能な条件であれば、特に限定されず、標準的な細胞培養条件を用いることができる。培養温度としては、例えば、10〜40℃が好ましく、20〜25℃がより好ましい。
また、ガス組成としては、CO濃度が0.04〜10%であることが好ましく、pHが、4〜10であることが好ましい。
なかでも、藻類として珪藻を用いる場合、培養温度としては、15〜35℃が好ましく、20〜25℃がより好ましい。また、ガス組成としては、CO濃度が0.04〜5%であることが好ましく、pHが、7〜9であることが好ましい。形質転換された珪藻を上記の培養温度で培養することにより、イソプレン合成酵素遺伝子の発現がより促進される。
The culture conditions for algae are not particularly limited as long as the isoprene synthase gene can be expressed, and standard cell culture conditions can be used. The culture temperature is preferably, for example, 10 to 40 ° C, more preferably 20 to 25 ° C.
As for the gas composition, the CO 2 concentration is preferably 0.04 to 10%, and the pH is preferably 4 to 10.
Among them, when diatoms are used as algae, the culture temperature is preferably 15 to 35 ° C, more preferably 20 to 25 ° C. The gas composition preferably has a CO 2 concentration of 0.04 to 5% and a pH of 7 to 9. By culturing the transformed diatom at the above culture temperature, the expression of the isoprene synthase gene is further promoted.

〔工程C〕
工程Cは、容器内の気相からイソプレンを採取する工程である。上記の方法により生成したイソプレンを採取する方法としては、ガスストリッピング、分留、固相に吸着させたイソプレンモノマーの熱、又は真空による固相からの脱着、及び、溶媒による抽出等が挙げられる。
例えば、ガスストリッピングでは、アウトガスから連続的にイソプレンガスを除去する。このようなイソプレンガスの除去は種々の方法で行うことができ、固相への吸着、液相への分離、又はイソプレンガスを直接凝縮させる方法が挙げられる。
[Step C]
Step C is a step of collecting isoprene from the gas phase in the container. Examples of the method for collecting the isoprene produced by the above method include gas stripping, fractional distillation, heat of the isoprene monomer adsorbed on the solid phase, desorption from the solid phase by vacuum, extraction with a solvent, and the like. ..
For example, in gas stripping, isoprene gas is continuously removed from the outgas. Such removal of isoprene gas can be performed by various methods, and examples thereof include adsorption to a solid phase, separation into a liquid phase, and direct condensation of isoprene gas.

上記イソプレンの製造方法によれば、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP)からイソプレンを効率的に製造することができる。上記イソプレンの製造方法では、DMAPPは、藻類により、培地中の炭素源から効率的に供給される。藻類は、培地中の炭素源から、イソプレンを主にアウトガスとして生産するため、藻類から発生するイソプレンを採取することができる。なお、イソプレン合成酵素の基質であるDMAPPは、培地中の炭素源を素に、宿主内のメバロン酸経路又はメチルエリスリトールリン酸経路で合成される。 According to the above-mentioned method for producing isoprene, isoprene can be efficiently produced from dimethylallyl diphosphate (DMAPP). In the above method for producing isoprene, DMAPP is efficiently supplied from a carbon source in the medium by algae. Since algae produce isoprene mainly as outgas from a carbon source in the medium, isoprene generated from the algae can be collected. DMAPP, which is a substrate of isoprene synthase, is synthesized by the mevalonate pathway or the methylerythritol phosphate pathway in the host based on the carbon source in the medium.

藻類(なかでも珪藻)は集光能力及びCO固定能力が高いため、上記DMAPPを効率よく生産することができるため、イソプレンの生成効率が高まる。
また、藻類は上記のとおり容器内で大量に培養することができるため、シロイヌナズナ等を用いる場合と比較して、単位容積あたりのイソプレン生産量が高い。
また、藻類は上記のとおり閉鎖系の容器内で培養することができるため、生成したイソプレンは、上記閉鎖系の容器のヘッドスペースから簡単に回収することができる。
上記のとおり、本発明の実施態様に係るイソプレンの製造方法によれば、生成したイソプレンの回収が容易である。また、上記イソプレンの製造方法は、単位容積あたりの収率の高い。
Since algae (among others, diatoms) have high light-collecting ability and CO 2 fixing ability, the above-mentioned DMAPP can be efficiently produced, so that the isoprene production efficiency is increased.
Further, since algae can be cultivated in a large amount in a container as described above, the amount of isoprene produced per unit volume is higher than that in the case of using Arabidopsis thaliana or the like.
Further, since the algae can be cultured in the closed system container as described above, the produced isoprene can be easily recovered from the head space of the closed system container.
As described above, according to the method for producing isoprene according to the embodiment of the present invention, the produced isoprene can be easily recovered. Moreover, the above-mentioned method for producing isoprene has a high yield per unit volume.

以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。 The present invention will be described in more detail below based on examples. The materials, amounts used, ratios, treatment contents, treatment procedures, etc. shown in the following examples can be appropriately changed as long as they do not deviate from the gist of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limiting by the examples shown below.

[ギンドロ由来イソプレン合成酵素遺伝子のクローニング]
〔植物材料及び生育条件〕
イソプレン合成酵素遺伝子は、ポプラ属樹木のギンドロ(Populus alba)から、イソプレン合成酵素遺伝子配列を利用したPCRにてクローニングした。
(Populus alba)は、900mLセルカルチャーフラスコに、Linsmaier−Skoog寒天培地(1%、質量/容量)に3%のショ糖を添加したもの(pH5.7)を加えて、培養を行った。培養条件は25℃、長日条件(16時間明期(120μmol/ms)、8時間暗期)であった。
[Cloning of isoprene synthase gene derived from poplar]
[Plant materials and growing conditions]
The isoprene synthase gene was cloned from Poplar (Populus alba), a poplar tree, by PCR using the isoprene synthase gene sequence.
(Populus alba) was cultured by adding a 900 mL cell culture flask to a Linsmaier-Skoog agar medium (1%, mass / volume) to which 3% sucrose was added (pH 5.7). The culture conditions were 25 ° C. and long days (16 hours light period (120 μmol / m 2 s), 8 hours dark period).

〔Populus albaからのtotal RNAの抽出〕
Total RNAの抽出は、RNeasy Plant Mini Kit(Qiagen,Valencia,CA,USA)のプロトコールに従って行った。試料はP.alba(約5cm草丈)緑葉130mgをサンプリングし、液体窒素で凍結したものを用いた。
[Extraction of total RNA from Populus alba]
Extraction of Total RNA was performed according to the protocol of RNeasy Plant Mini Kit (Qiagen, Valencia, CA, USA). The sample is P.I. 130 mg of alba (about 5 cm plant height) green leaves were sampled and frozen in liquid nitrogen.

〔P.alba total RNAを用いた逆転写反応〕
Total RNA 2.5μgをSuperScript III RNase H reverse transcriptase Kit(Invitrogen,Carlsbad,CA,USA)を用いて逆転写反応に供した。
[P. Reverse transcription reaction using alba total RNA]
2.5 μg of Total RNA was subjected to reverse transcription reaction using SuperScript III RNase H- reverse transcriptase Kit (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA).

Total RNA(2.5μg)12μl(RNase free水でメスアップ)
50μM oligo(dT)20 1μl
10mM dNTP Mix 1μl
合計 14μl
Total RNA (2.5 μg) 12 μl (volumetric flask with RNase free water)
50 μM oligo (dT) 20 1 μl
10 mM dNTP Mix 1 μl
14 μl in total

上記の反応液を65℃で5分間加熱後、氷上に移し、5 x First−Strand Buffer 4μl,0.1M DTT1μl,RNaseOUT TM RNase inhibitor 1μl,SuperScript TM III reverse transcriptase 1μlを加え50℃で60分間インキュベートして逆転写反応を行った。その際、反応液をまず湯浴にて一気に温め、反応液の蒸発を防ぐためにエアインキュベーターに移し、反応を行った。その後ヒートブロック(70℃)で15分間加熱し酵素を失活させた。室温に戻した後、反応液にRNase H 1μlを加え、37℃で20分間インキュベートしてテンプレートのRNAを分解した。この逆転写反応産物をテンプレートとしてポジティブコントロールであるβ−actin(ベータ−アクチン)が増幅することを確認した。 After heating the above reaction solution at 65 ° C. for 5 minutes, transfer it to ice, add 5 x First-Strand Buffer 4 μl, 0.1 M DTT 1 μl, RNase OUT TM RNase inhibitor 1 μl, and add SuperScript TM III reverse transcriptase for 60 minutes. Then, a reverse transcription reaction was carried out. At that time, the reaction solution was first warmed in a hot water bath at once, and then transferred to an air incubator to prevent evaporation of the reaction solution, and the reaction was carried out. Then, it was heated in a heat block (70 ° C.) for 15 minutes to inactivate the enzyme. After returning to room temperature, 1 μl of RNase H was added to the reaction solution, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 20 minutes to decompose the RNA of the template. It was confirmed that β-actin (beta-actin), which is a positive control, is amplified by using this reverse transcription reaction product as a template.

〔RT−PCRによるP.albaイソプレン合成酵素(PaIspS)遺伝子の単離〕
Hybrid poplar(P.tremula x P.alba)イソプレン合成酵素遺伝子の配列を基に設計したプライマーペア(Fw.1,Rv.1)を用いて、上記逆転写産物をテンプレートとして、KOD−Plus−DNA polymerase(TOYOBO,Osaka,Japan)によりRT−PCRを行った。
[P. by RT-PCR. Isolation of the alba isoprene synthase (PaIspS) gene]
Using a primer pair (Fw.1, Rv.1) designed based on the sequence of the hybrid poplar (P. tremula x P. alba) isoprene synthase gene, using the above reverse transcriptase as a template, KOD-Plus-DNA RT-PCR was performed by polymerase (TOYOBO, Osaka, Japan).

Fw.1: 5’-ggggacaagtttgtacaaaaaagcaggcttcatggcaactgaattattgtgcttgc -3’
Rv.1: 5’-ggggaccactttgtacaagaaagctgggtcttatctctcaaagggtagaataggctctg -3’
(アンダーラインの配列はサブクローニングのためのGATEWAY systemのa
ttBサイトの配列)
Fw.1: 5'- ggggacaagtttgtacaaaaaagcaggcttc atggcaactgaattattgtgcttgc -3'
Rv.1: 5'- ggggaccactttgtacaagaaagctgggtc ttatctctcaaagggtagaataggctctg -3'
(The underlined sequence is a in the GATEWAY system for subcloning.
ttB site array)

10 x KOD plus buffer 5μl
2mM dNTP 5μl
25mM MgSO 2μl
50μM プライマー(Fw.1、Rv.1) 各1μlずつ
RTproduct 1μl
1U/μlKOD−Plus−DNA polymerase 1μl
上記をHOで50μlまでメスアップ

PCR program
#1:95℃ 4min
#2:95℃ 1min
53℃ 30sec
68℃ 2min
(30cycles)
#3:68℃ 5min
#4:4℃ ∞

アガロース電気泳動により目的の大きさのバンドが増幅したことを確認した後、GAT
EWAY TM system(Invitrogen)を用いてBPrecombinationにより、pDONR221にサブクローニングした後、シーケンスにより配列を確認した。得られたコンストラクトをpDONR221−PaIspS(Genbankアクセッション番号:AB198180)とした(以下、「PaIspS遺伝子」という。)。
10 x KOD plus buffer 5 μl
2 mM dNTP 5 μl
25 mM sulfonyl 4 2 μl
50 μM primer (Fw.1, Rv.1) 1 μl each RT product 1 μl
1 U / μl KOD-Plus-DNA polymerase 1 μl
Female up the above-mentioned up to 50μl with H 2 O

PCR program
# 1: 95 ° C 4min
# 2: 95 ° C for 1 min
53 ° C 30 sec
68 ℃ 2min
(30 cycles)
# 3: 68 ℃ 5min
# 4: 4 ℃ ∞

After confirming that a band of the desired size was amplified by agarose gel electrophoresis, GAT
After subcloning to pDONR221 by BPrecombination using the EWAY TM system (Invitrogen), the sequence was confirmed by sequence. The obtained construct was designated as pDONR221-PaIspS (Genbank accession number: AB198180) (hereinafter referred to as "PaIspS gene").

[発現ベクターの作製]
以下の方法により、各発現ベクターを作製した。
[Preparation of expression vector]
Each expression vector was prepared by the following method.

〔L4fPaISベクターの作製〕
葉緑体移行配列を含めた全長タンパク質をコードするPaIspS遺伝子を、pCgLhcf4p plasmidのBamHI−PstIサイトに挿入して、L4fPaISベクターを得た。なお、pCgLhcf4p plasmidは、pCgNRp plasmid(GenBankのアクセッション番号:AB981622)のNRプロモーター部分を、Fcp遺伝子(Cg_lhcf4)のプロモーター配列(GenBankのアクセッション番号:AB981630)に置き換えて得た。上記により得られた発現ベクターをL4fPaISベクター(配列番号1)とした。
[Preparation of L4fPaIS vector]
The PaIspS gene encoding the full-length protein including the chloroplast translocation sequence was inserted into the BamHI-PstI site of pCgLhcf4p plasmid to obtain an L4fPaIS vector. The pCgLhcf4p plasmid was obtained by replacing the NR promoter portion of the pCgNRp plasmid (GenBank accession number: AB981622) with the promoter sequence of the Fcp gene (Cg_lhcf4) (GenBank accession number: AB981630). The expression vector obtained as described above was designated as an L4fPaIS vector (SEQ ID NO: 1).

〔L4fP31PaISベクターの作製〕
PaIspS遺伝子の有する本来の葉緑体移行配列を、珪藻のCgPsb31遺伝子(Genbankアクセッション番号:AB373992)の葉緑体移行配列に置き換えた融合タンパク質をコードする改変PaIspS遺伝子をIn_Fusion反応で作成し、pCgLhcf4p plasmidのBamHI−PstIサイトに挿入して、L4fP31PaISベクターを得た。上記により得られた発現ベクターをL4fP31PaISベクター(配列番号3)とした。
[Preparation of L4fP31PaIS vector]
A modified PaIspS gene encoding a fusion protein in which the original chloroplast transfer sequence of the PaIspS gene was replaced with the chloroplast transfer sequence of the diatom CgPsb31 gene (Genbank accession number: AB373992) was prepared by the In_Fusion reaction, and pCgLhcf4p. The L4fP31PaIS vector was obtained by inserting into the BamHI-PstI site of plasmid. The expression vector obtained as described above was designated as an L4fP31PaIS vector (SEQ ID NO: 3).

〔NRPOPaISベクターの作製〕
pCgNRp plasmid(GenBankのアクセッション番号:AB981622)を葉緑体移行シグナル付加型に改変した。C.gracilisゲノムDNAから、CgPsbO(Genbankアクセッション番号:AB373993)遺伝子の葉緑体移行配列をコードする領域をPCRで増幅し、pCgNRp ベクターのBamHI−XbaIサイトに挿入した。その結果として、得られたプラスミドをpCgNRp/PsbOtpベクターとした。
次に両末端にクローニングに必要な配列を付加したPaIspS遺伝子(葉緑体移行配列をコードする領域を除いた配列)をPCRで増幅し、pCgNRp/PsbOtp ベクター内にあらかじめ設計しておいたAflII−XbaI サイトにIn_Fusion反応で挿入した。これをNRPOPaISベクター(配列番号5)とした。
[Preparation of NRPOPAIS vector]
The pCgNRp plasmid (GenBank accession number: AB981622) was modified to add a chloroplast transfer signal. C. From the gracilis genomic DNA, the region encoding the chloroplast translocation sequence of the CgPsbO (Genbank accession number: AB373993) gene was amplified by PCR and inserted into the BamHI-XbaI site of the pCgNRp vector. As a result, the obtained plasmid was used as a pCgNRp / PsbOptp vector.
Next, the PaIspS gene (the sequence excluding the region encoding the chloroplast translocation sequence) to which the sequence required for cloning was added to both ends was amplified by PCR, and AflII-designed in advance in the pCgNRp / PsbOtp vector was added. It was inserted into the XbaI site by the In_Fusion reaction. This was designated as the NRPOPAIS vector (SEQ ID NO: 5).

[発現ベクターの珪藻細胞への導入]
発現ベクターの珪藻細胞への導入は、「Ifuku K, Yan D, Miyahara M, Inoue−Kashino N, Yamamoto YY, Kashino Y. (2015) A stable and efficient nuclear transformation system for the diatom Chaetoceros gracilis. Photosynth Res. 123: 203−211. doi: 10.1007/s11120−014−0048−y.」に記載された方法を参照して行った。具体的には、以下の方法により行った。
まず、珪藻を対数増殖期(珪藻細胞を10%IMK培地中で23℃で培養し、約1.8×10cell/mlとなった状態を意図する。)まで育て、増殖した珪藻細胞を遠心分離(条件:7000g、4分)を用いて回収した。回収した珪藻細胞を0.77Mのマンニトール(10%IMK培地にて希釈)で洗浄した。洗浄後、上記回収した珪藻細胞を0.15mLのIMK培地に再懸濁したのち、5μgの直鎖状プラスミドDNA(上記の「L4fPaISベクター」「L4fP31PaISベクター」、及び、「NRPOPaISベクター」をHind IIIで切断して直鎖状にしたもの)したものと混合して混合液を得た。上記混合液をエレクトロポレーション用のキュベット(間隙 0.2cm)に入れた。次に、キュベットにいれた混合液に対し、ネッパジーンを用いて、以下の条件でエレクトロポレーションを行った。
[Introduction of expression vector into diatom cells]
Introduction into the diatom cell of the expression vector, "Ifuku K, Yan D, Miyahara M, Inoue-Kashino N, Yamamoto YY, Kashino Y. (2015) A stable and efficient nuclear transformation system for the diatom Chaetoceros gracilis. Photosynth Res. 123: 203-211. Doi: 10.1007 / s11120-014-0048-y. ”. Specifically, it was carried out by the following method.
First, the diatomaceous logarithmic growth phase (diatom cells were cultured at 23 ° C. in 10% IMK medium, intended state was about 1.8 × 10 6 cell / ml. ) Grown to the proliferated diatom cells Recovered using centrifugation (conditions: 7000 g, 4 minutes). The recovered diatom cells were washed with 0.77 M mannitol (diluted with 10% IMK medium). After washing, the collected diatom cells were resuspended in 0.15 mL of IMK medium, and then 5 μg of linear plasmid DNA (the above-mentioned “L4fPaIS vector”, “L4fP31PaIS vector”, and “NRPOPaIS vector” was added to HindIII. A mixed solution was obtained by mixing with the one cut in the above to make it linear. The above mixture was placed in a cuvette for electroporation (gap 0.2 cm). Next, the mixed solution contained in the cuvette was electroporated under the following conditions using Neppagene.

300V(パルス幅 5msec; 9パルス; インターバル 50msec;10%減少速度)、次いで、トランスファーパルス 8V(パルス長 50msec; 40パルス;インターバル 50msec;40%減少速度)。
上記の操作は室温で行った。エレクトロポレーションの後、珪藻細胞は4mlのIMK培地に移し、セレクション圧のかからない培地でリカバリーを行った(20℃、16−20時間、通常光照射化)。
次に、珪藻細胞を遠心分離(条件:700g、4分間)を用いて回収し、0.2mlのIMK培地に再懸濁した。形質転換した細胞はIMKプレート(1% agar,400μg/ml nourseothricin)存在下で選抜をした。
300V (pulse width 5msec; 9 pulses; interval 50msec; 10% reduction rate), then transfer pulse 8V (pulse length 50msec; 40 pulses; interval 50msec; 40% reduction rate).
The above operation was performed at room temperature. After electroporation, diatom cells were transferred to 4 ml IMK medium and recovered in medium without selection pressure (20 ° C., 16-20 hours, normal light irradiation).
The diatom cells were then collected by centrifugation (conditions: 700 g, 4 minutes) and resuspended in 0.2 ml IMK medium. Transformed cells were selected in the presence of IMK plates (1% agar, 400 μg / ml noursetricin).

<導入遺伝子の発現状況の分析>
コロニーPCRにより、薬剤耐性コロニーにおける導入遺伝子の存在を確認した。一部のクローンについて液体培養後、遠心分離により集藻してtotal RNAを単離し、RT−PCRによりmRNAの発現を確認した。
<Analysis of transgene expression status>
Colony PCR confirmed the presence of the transgene in drug-resistant colonies. After liquid culture of some clones, algae were collected by centrifugation to isolate total RNA, and the expression of mRNA was confirmed by RT-PCR.

[実施例1]
L4fPaISベクターを用いて形質転換した珪藻を用いて、下記の方法によりイソプレンを製造した。
[Example 1]
Isoprene was produced by the following method using diatoms transformed with the L4fPaIS vector.

使用した培地の組成は以下のとおりである。
・sea salts 40 g (Sigma−Aldrich社製)
・ダイゴIMK培地 0.252 g (Wako社製)
・珪酸ナトリウム 56.2 μg(終濃度0.2 mM)
上記を蒸留水に溶解し、1Lとした。
The composition of the medium used is as follows.
・ Sea salts 40 g (manufactured by Sigma-Aldrich)
・ Daigo IMK medium 0.252 g (manufactured by Wako)
-Sodium silicate 56.2 μg (final concentration 0.2 mM)
The above was dissolved in distilled water to make 1 L.

形質転換された珪藻の培養と、イソプレンの回収は、以下の装置(リアクター)を用いて行った。装置としては、ポンプ、活性炭、容量300mLのフラスコ、フィルター、採集管をこの順にチューブで接続した装置を用いた。
形質転換された珪藻の培養は、上記培地5mLで前培養した形質転換された珪藻に、培地を加え、100mLとしたものを、容量300mLのフラスコに収容し、温度25℃、大気環境下で行った。
The transformed diatom was cultured and isoprene was recovered using the following device (reactor). As the device, a device in which a pump, activated carbon, a flask having a capacity of 300 mL, a filter, and a collecting tube were connected by tubes in this order was used.
The transformed diatom is cultured in an air environment at a temperature of 25 ° C. by adding a medium to the transformed diatom precultured in 5 mL of the above medium to make 100 mL, and storing the transformed diatom in a flask having a capacity of 300 mL. rice field.

リアクターにおける各部は以下のものを使用した。
・ポンプ:non−noise S100((有)アーテム社製)
・活性炭:有機物除去管(活性炭入)(ジーエルサイエンス社製)
・フィルター:LABODISCRディスポーザブルメンブレンフィルターユニット
The following parts were used in the reactor.
-Pump: non-noise S100 (manufactured by Artem Co., Ltd.)
・ Activated carbon: Organic matter removal pipe (with activated carbon) (manufactured by GL Sciences)
-Filter: LABODISCR Disposable Membrane Filter Unit

・採集管 パーキンエルマー社製、TurboMatrix用ステンレスチューブ(外径6.35mm、長さ89mm)
上記採集管に、2.6−Diphenyl−p−phenylene Oxideをベースにした弱極性のポーラスポリマービーズ(Tenax TA)及び非多孔質の活性炭(Carbopack B)を充填したもの。
-Collection tube PerkinElmer's stainless steel tube for TurboMatrix (outer diameter 6.35 mm, length 89 mm)
The collection tube is filled with weakly polar porous polymer beads (Tenax TA) based on 2.6-Diphenyl-p-phenylene Oxide and non-porous activated carbon (Carbopack B).

上記採集管に採集したイソプレンガスの分析はPerkin−Elmer製ATD−400及び島津製作所製GCFID−GC17Aを用いて行った。分析条件は以下のとおりである。
・加熱脱離(Perkin−Elmer製ATD−400)分析条件
Desorption: 280℃,12mLHe/min,10min
Cold Trap Temp : −10℃
・GCFID(島津製作所製GCFID−GC17A)分析条件
Column: スペルコSPB−1(0.25mm×60m, 1um)
Carrier Gas: He, 2.0mL/min
Split Ratio: 5:1
Colum Temp.: 35℃(5min維持),5℃/minで200℃まで,200℃から10℃/minで250℃(10min維持)
The isoprene gas collected in the collection tube was analyzed using ATD-400 manufactured by Perkin-Elmer and GCFID-GC17A manufactured by Shimadzu Corporation. The analysis conditions are as follows.
-Heat desorption (ATD-400 manufactured by Perkin-Elmer) Analytical conditions Resolution: 280 ° C, 12 mL He / min, 10 min
Cold Trap Temp: -10 ° C
-GCFID (GCFID-GC17A manufactured by Shimadzu Corporation) Analytical conditions Volume: Spellco SPB-1 (0.25 mm x 60 m, 1 um)
Carrier Gas: He, 2.0 mL / min
Spirit Ratio: 5: 1
Volume Temp. : 35 ° C (maintain 5 min), 5 ° C / min up to 200 ° C, 200 ° C to 10 ° C / min 250 ° C (maintain 10 min)

以上の結果から、実施例1のイソプレンの製造方法では、100mlの珪藻培養液から1時間当たり最大約1.2ngのイソプレン生産が認められた。 From the above results, in the method for producing isoprene of Example 1, a maximum of about 1.2 ng of isoprene was produced per hour from 100 ml of the diatom culture solution.

[実施例2及び3]
発現ベクターとして、L4fP31PaISベクター(実施例2)、又は、NRPOPaISベクター(実施例3)を用いたこと以外は実施例1と同様にしてイソプレンを製造したところ、それぞれ1.5ng、10ngのイソプレン生産が認められた以外は実施例1と同様に結果が得られた。
[Examples 2 and 3]
When isoprene was produced in the same manner as in Example 1 except that the L4fP31PaIS vector (Example 2) or the NRPOPAIS vector (Example 3) was used as the expression vector, 1.5 ng and 10 ng of isoprene were produced, respectively. Results were obtained in the same manner as in Example 1 except that it was observed.

Claims (2)

液体培地と、イソプレン合成酵素をコードするポリヌクレオチドで形質転換された珪藻と、を容器内に収容する工程Aと、
前記珪藻を前記液体培地中で培養して、培養液を得る工程Bと、
前記容器内の気相からイソプレンを採取する工程Cと、を含有し、
前記工程Bにおけるガス組成のうち、CO 濃度が0.04〜5%である、イソプレンの製造方法。
Step A in which the liquid medium and the diatom transformed with the polynucleotide encoding isoprene synthase are contained in a container.
Step B of culturing the diatom in the liquid medium to obtain a culture solution,
The step C of collecting isoprene from the gas phase in the container is included .
A method for producing isoprene , wherein the CO 2 concentration is 0.04 to 5% of the gas composition in the step B.
前記工程Bにおける培養温度が、10〜40℃である、請求項1に記載のイソプレンの製造方法。 The method for producing isoprene according to claim 1, wherein the culture temperature in the step B is 10 to 40 ° C.
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