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JP7649100B2 - How to produce ammonia - Google Patents

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JP7649100B2 JP2019038967A JP2019038967A JP7649100B2 JP 7649100 B2 JP7649100 B2 JP 7649100B2 JP 2019038967 A JP2019038967 A JP 2019038967A JP 2019038967 A JP2019038967 A JP 2019038967A JP 7649100 B2 JP7649100 B2 JP 7649100B2
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

本発明は、広く、アンモニアを生産する方法等に関する。 The present invention broadly relates to a method for producing ammonia, etc.

アンモニアは、農作物の窒素系肥料や食品等の原料として幅広く利用されており、農作物や食品の増産に寄与し、今日の人口増加を支え続けてきた。アンモニアの大半は、ハーバー・ボッシュ法によって工業的に生産されているが、この工程には高温、高圧という条件が必要で大量のエネルギーを要する等、環境負荷の大きさに問題がある。ハーバー・ボッシュ法に頼らないアンモニア製造法も検討されており、例えば、土壌細菌等の窒素固定細菌を用いたアンモニア生産法が提案されている。しかしながら、当該方法には窒素固定細菌によるアンモニアの生産速度や用いられる細菌の安全性の課題があった。 Ammonia is widely used as a raw material for nitrogen-based fertilizers for agricultural crops and food, contributing to increased production of agricultural crops and food, and continuing to support today's growing population. Most ammonia is produced industrially using the Haber-Bosch process, but this process requires high temperatures and pressures, and requires a large amount of energy, which creates problems with the large environmental impact. Ammonia production methods that do not rely on the Haber-Bosch process are also being considered, and one example is an ammonia production method that uses nitrogen-fixing bacteria such as soil bacteria. However, this method has issues with the rate at which ammonia is produced by the nitrogen-fixing bacteria and the safety of the bacteria used.

一方で、エネルギー問題や地球環境問題が深刻化している今日、再生可能性やカーボンニュートラルの観点からバイオマスが注目されてきた。 On the other hand, today, as energy and global environmental issues become more serious, biomass has been attracting attention from the perspective of renewable energy and carbon neutrality.

バイオマス中の代表的成分は、糖質、タンパク質等である。デンプン系や木質系等の糖質系バイオマスは、バイオエタノール製造に利用されているものの、食品廃棄物等のタンパク質が豊富なバイオマスは、バイオエタノール製造の原料としては不向きであり、ほとんどが利用されていない。 The main components of biomass are carbohydrates, proteins, etc. Although carbohydrate-based biomass such as starch-based and wood-based biomass is used to produce bioethanol, protein-rich biomass such as food waste is not suitable as a raw material for bioethanol production, and most of it is not used.

特開2010-046026号公報JP 2010-046026 A 特許第4615126号公報Patent No. 4615126

本発明者は、バイオマスのタンパク質を含有する材料を、ソースとして効率的に利用することが可能であれば有用であるとの考えのもと、研究を行った。 The inventors conducted research based on the idea that it would be useful if it were possible to efficiently use biomass protein-containing materials as a source.

グルタミナーゼは、グルタミンと水を基質に、1分子のグルタミンから、アンモニアとグルタミン酸を1分子ずつ作りだす酵素である。グルタミナーゼにより生成するグルタミン酸はうま味成分であり、食品製造において重要な物質の一つである。 Glutaminase is an enzyme that uses glutamine and water as substrates to produce one molecule of ammonia and one molecule of glutamic acid from one molecule of glutamine. Glutamic acid produced by glutaminase is an umami component and is one of the important substances in food manufacturing.

グルタミナーゼを菌体内に発現する場合には、その菌体培養液や破砕液からグルタミナーゼを分離、精製するが、通常、菌体内の他の酵素、例えばグルタミン酸デヒドロゲナーゼ等の酵素も含まれることがあるので、菌体内発現のグルタミナーゼを使ってアンモニアを生産する場合、生成されたアンモニアが菌体内の他の酵素によって速やかに他のアミノ酸へと変換されてしまう。特に、酵母はこのような窒素同化能力が高いため、高濃度のアンモニアを得ることは困難であった。 When glutaminase is expressed intracellularly, it is separated and purified from the bacterial culture or cell lysate. However, other intracellular enzymes, such as glutamate dehydrogenase, may also be present. Therefore, when using intracellularly expressed glutaminase to produce ammonia, the generated ammonia is quickly converted into other amino acids by other intracellular enzymes. In particular, yeast has a high nitrogen assimilation ability, making it difficult to obtain high concentrations of ammonia.

また、本発明者らによるバイオマスからのアンモニア生産法の研究において、バイオマス中に高濃度に含まれているグルコースが、アンモニア生産反応を阻害していることが明らかとなった。 In addition, in the inventors' research into ammonia production methods from biomass, it became clear that glucose, which is present in high concentrations in biomass, inhibits the ammonia production reaction.

上記事情に鑑みて、本発明は、環境負荷が低い、新規なアンモニア生産法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a novel method for producing ammonia that has a low environmental impact.

本発明者らは、タンパク質が豊富なバイオマス等のタンパク質含有材料の原料に対し、アンモニアの生産に関連する遺伝子を改変した微生物を加えることにより、上記課題を達成することを見出し、本発明を完成させるに至った。 The inventors discovered that the above object can be achieved by adding a microorganism with a modified gene related to ammonia production to a protein-containing raw material such as protein-rich biomass, and thus completed the present invention.

即ち、本願は以下の発明を包含する。
[1]アンモニアを生産する方法であって、
タンパク質含有材料と、遺伝子組換え微生物とを接触させる工程を含む、方法。
[2]前記タンパク質含有材料は、バイオマスである、[1]に記載の方法。
[3]前記バイオマスは、食品又はその廃棄物を含む、[2]に記載の方法。
[4]前記食品又はその廃棄物は、大豆、その加工物又は残渣を含む、[3]に記載の方法。
[5]前記加工物又は残渣は、分解物を含む、[4]に記載の方法。
[6]前記分解物は、しょうゆ麹を含む、[5]に記載の方法。
[7]前記分解物は、大豆タンパク質又はそのペプチドを含む、[5]に記載の方法。
[8]前記遺伝子組換え微生物は、その細胞表層にグルタミナーゼを提示するよう遺伝子組換えがされている、[1]から[7]のいずれかに記載の方法。
[9]前記微生物は、酵母、大腸菌又は乳酸菌を含む、[8]に記載の方法。
[10]前記酵母の細胞表層に提示しているグルタミナーゼは、酸耐性である、[9]に記載の方法。
[11]前記グルタミナーゼは、麹菌、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)又はエシェリキア・コリ(Escherichia coli)に由来する、[8]から[10]のいずれかに記載の方法。
[12]前記麹菌は、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)又はアスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)を含む、[11]に記載の方法。
[13]前記酵母は、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、ジゴサッカロマイセス・ロキシイ(Zygosaccharomyces rouxii)又はカンジダ・ユチリス(Candida utilis)を含む、[9]から[12]のいずれかに記載の方法。
[14]グルタミン酸が更に生産される、[1]から[13]のいずれかに記載の方法。
[15]前記遺伝子組換え微生物は、glnA及び/又はptsG遺伝子の破壊株である、[1]から[7]のいずれかに記載の方法。
[16]前記微生物は、DgsA及び/又はkivD遺伝子を発現する、[15]に記載の方法。
[17]前記微生物は、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)又はエンテロコッカス・フェカリス(Enterococcus faecalis)を含む、[15]又は[16]に記載の方法。
[18]前記接触工程は、5mM以上の濃度のグルコースの存在下で実施される、[15]から[17]のいずれかに記載の方法。
[19]アンモニアを原料とする製品を製造する方法であって、[1]~[18]のいずれかに記載の方法を用いてアンモニアを生産する工程を含む、方法。
[20]前記製品は、酵母エキス原料又は農産物の肥料である、[19]に記載の製品。
[21]グルタミン酸を生産する方法であって、
タンパク質含有材料と、細胞表層にグルタミナーゼを提示するように遺伝子が組換えられた微生物とを接触させて、グルタミン酸を生成する工程を含む、方法。
[22]グルタミン酸は、食品の製造に使用される、[21]に記載の方法。
[23]前記食品は、しょうゆである、[22]に記載の方法。
[24]食品におけるグルタミン酸を増強する方法であって、
タンパク質含有材料と、細胞表層にグルタミナーゼを提示するように遺伝子が組換えられた微生物とを接触させて、グルタミン酸を生成する工程を含む、方法。
[25]前記食品は、しょうゆである、[24]に記載の方法。
[26]前記タンパク質含有材料は、バイオマスである、[24]または[25]に記載の方法。
[27]前記バイオマスは、大豆又はその加工物を含む、[26]に記載の方法。
[28]前記加工物は、しょうゆ麹を含む、[27]に記載の方法。
[29]前記加工物は、大豆タンパク質又はそのペプチドを含む、[27]に記載の方法。
[30]前記グルタミナーゼは、麹菌に由来する、[24]から[29]のいずれかに記載の方法。
[31]前記麹菌は、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)又はアスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)である、[30]に記載の方法。
[32]前記微生物は、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、ジゴサッカロマイセス・ロキシイ(Zygosaccharomyces rouxii)及びカンジダ・ユチリス(Candida utilis)から選択された酵母である、[24]から[31]のいずれかに記載の方法。
That is, the present application includes the following inventions.
[1] A method for producing ammonia, comprising:
A method comprising the step of contacting a protein-containing material with a genetically modified microorganism.
[2] The method according to [1], wherein the protein-containing material is biomass.
[3] The method according to [2], wherein the biomass includes food or waste thereof.
[4] The method according to [3], wherein the food or food waste comprises soybeans, processed soybeans or residues thereof.
[5] The method according to [4], wherein the processed product or residue includes a decomposition product.
[6] The method according to [5], wherein the decomposition product contains soy sauce koji.
[7] The method according to [5], wherein the hydrolysate contains soy protein or a peptide thereof.
[8] The method according to any one of [1] to [7], wherein the genetically modified microorganism has been genetically modified to display glutaminase on its cell surface.
[9] The method according to [8], wherein the microorganism comprises yeast, Escherichia coli or lactic acid bacteria.
[10] The method according to [9], wherein the glutaminase displayed on the cell surface of the yeast is acid-resistant.
[11] The method according to any one of [8] to [10], wherein the glutaminase is derived from Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis, or Escherichia coli.
[12] The method according to [11], wherein the koji fungus includes Aspergillus oryzae or Aspergillus sojae.
[13] The method according to any one of [9] to [12], wherein the yeast includes Saccharomyces cerevisiae, Zygosaccharomyces rouxii, or Candida utilis.
[14] The method according to any one of [1] to [13], further comprising producing glutamic acid.
[15] The method according to any one of [1] to [7], wherein the genetically modified microorganism is a disruptant of the glnA and/or ptsG genes.
[16] The method according to [15], wherein the microorganism expresses the DgsA and/or kivD genes.
[17] The method according to [15] or [16], wherein the microorganism comprises Escherichia coli, Bacillus subtilis, or Enterococcus faecalis.
[18] The method according to any one of [15] to [17], wherein the contacting step is carried out in the presence of glucose at a concentration of 5 mM or more.
[19] A method for producing a product using ammonia as a raw material, the method comprising a step of producing ammonia using the method according to any one of [1] to [18].
[20] The product according to [19], which is a yeast extract raw material or an agricultural fertilizer.
[21] A method for producing glutamic acid, comprising:
A method comprising the step of contacting a protein-containing material with a microorganism that has been genetically modified to display glutaminase on its cell surface to produce glutamic acid.
[22] The method according to [21], wherein the glutamic acid is used in the production of a food product.
[23] The method according to [22], wherein the food is soy sauce.
[24] A method for enhancing glutamic acid in a food product, comprising the steps of:
A method comprising the step of contacting a protein-containing material with a microorganism that has been genetically modified to display glutaminase on its cell surface to produce glutamic acid.
[25] The method according to [24], wherein the food is soy sauce.
[26] The method according to [24] or [25], wherein the protein-containing material is biomass.
[27] The method according to [26], wherein the biomass comprises soybeans or processed products thereof.
[28] The method according to [27], wherein the processed product comprises soy sauce koji.
[29] The method according to [27], wherein the processed product contains soy protein or a peptide thereof.
[30] The method according to any one of [24] to [29], wherein the glutaminase is derived from Aspergillus oryzae.
[31] The method according to [30], wherein the koji fungus is Aspergillus oryzae or Aspergillus sojae.
[32] The method according to any one of [24] to [31], wherein the microorganism is a yeast selected from Saccharomyces cerevisiae, Zygosaccharomyces rouxii, and Candida utilis.

本発明によれば、タンパク質の豊富なバイオマス等のタンパク質含有材料を原料とするため、環境に優しいアンモニア生産法を提供することができる。 The present invention provides an environmentally friendly method for producing ammonia, since it uses protein-containing materials such as protein-rich biomass as raw materials.

また、本発明によれば、細胞表層にグルタミナーゼを提示する表層提示菌体を生体触媒として用いることで、生産されたアンモニアの窒素同化を防ぐことができ、ひいては効率的にアンモニアを生産することが可能になる。グルタミナーゼは、細胞表層に配置されることで、酸耐性が向上するという利点もある。 In addition, according to the present invention, by using a surface-displaying bacterial cell that displays glutaminase on the cell surface as a biocatalyst, it is possible to prevent nitrogen assimilation of the produced ammonia, and thus to efficiently produce ammonia. Another advantage of glutaminase is that it is located on the cell surface, which improves acid resistance.

グルタミナーゼを提示する表層提示菌体の使用により、アンモニアの生産のみならず、グルタミン酸を同時に生産することもできる。 By using surface-displaying bacteria that display glutaminase, it is possible to produce not only ammonia but also glutamate at the same time.

さらに、本発明によれば、グルコーストランスポーターやグルタミン合成酵素破壊菌株を用いることで、バイオマス中にグルコースが含まれていても、効率的にアンモニアを生産することができる。 Furthermore, according to the present invention, by using a glucose transporter or glutamine synthetase disrupted strain, ammonia can be produced efficiently even when the biomass contains glucose.

図1-1~図1-4は、pULD1の塩基配列を示す。FIG. 1-1 to FIG. 1-4 show the nucleotide sequence of pULD1. 図1-1~図1-4は、pULD1の塩基配列を示す。FIG. 1-1 to FIG. 1-4 show the nucleotide sequence of pULD1. 図1-1~図1-4は、pULD1の塩基配列を示す。FIG. 1-1 to FIG. 1-4 show the nucleotide sequence of pULD1. 図1-1~図1-4は、pULD1の塩基配列を示す。FIG. 1-1 to FIG. 1-4 show the nucleotide sequence of pULD1. 図2は、実施例1におけるpULD1-Glutaminase組換え株とpULD1組換え株のアンモニア生産性の評価を示す。FIG. 2 shows the evaluation of ammonia productivity of the pULD1-Glutaminase recombinant strain and the pULD1 recombinant strain in Example 1. 図3は、実施例2におけるpULD1-Glutaminase組換え株とpULD1組換え株のアンモニア生産性の評価を示す。FIG. 3 shows the evaluation of ammonia productivity of the pULD1-Glutaminase recombinant strain and the pULD1 recombinant strain in Example 2. 図4は、実施例3におけるDH10B株、ΔglnA株、ΔptsG株、及びΔglnAΔptsG株のアンモニア生産性の評価を示す。FIG. 4 shows the evaluation of ammonia productivity of the DH10B strain, the ΔglnA strain, the ΔptsG strain, and the ΔglnAΔptsG strain in Example 3. 図5は、実施例4におけるDH10B株、ΔglnA株、ΔglnAΔptsG株のアンモニア生産性の評価を示す。FIG. 5 shows the evaluation of ammonia productivity of the DH10B strain, the ΔglnA strain, and the ΔglnAΔptsG strain in Example 4. 図6は、実施例5におけるpULD1-Glutaminase組換え株のグルタミン酸生産性の評価を示す。FIG. 6 shows the evaluation of glutamic acid productivity of the pULD1-Glutaminase recombinant strain in Example 5. 図7は、実施例6におけるpULD1-Glutaminase組換え株のアンモニアとグルタミン酸生産性の評価を示す。FIG. 7 shows the evaluation of ammonia and glutamic acid productivity of the pULD1-Glutaminase recombinant strain in Example 6.

(タンパク質含有材料)
本明細書で使用する場合、「タンパク質含有材料」とは、タンパク質を含有する材料を意味し、肉類、魚介類、卵類等の動物由来のタンパク質を含有する材料や、穀物類、野菜類等の植物由来のタンパク質を含有する材料のみならず、微生物由来のタンパク質を含有する材料を含む、あらゆる生物由来のタンパク質を含有する材料を意味する。限定することを意図するものではないが、そのような材料の例として、バイオマス、例えば、食品を製造する際、特に加工時に生成する廃棄物等が挙げられる。バイオマスは、タンパク質に加え、デンプン等の糖質系の成分を含んでもよい。
Protein-Containing Materials
As used herein, the term "protein-containing material" refers to a material containing protein, and refers to any biologically derived protein-containing material, including not only animal-derived protein-containing materials such as meat, fish, shellfish, and eggs, and plant-derived protein-containing materials such as grains and vegetables, but also microbial-derived protein-containing materials. Examples of such materials include, but are not limited to, biomass, such as waste generated during food production, particularly during processing. Biomass may contain carbohydrate components such as starch in addition to protein.

本明細書で使用する場合、「タンパク質」は上述のような生物由来のタンパク質を意味するが、その分解産物であるオリゴペプチド、ペプチド、アミノ酸を含んでもよい。 As used herein, "protein" refers to proteins derived from living organisms as described above, but may also include their degradation products, such as oligopeptides, peptides, and amino acids.

(バイオマス)
本明細書で使用する場合、「バイオマス」とは、広く、再生可能な、生物由来の有機性資源で、化石資源を除いたものを意味する。このような有機性資源の中でも、タンパク質、アミノ酸、尿素、尿酸等の含窒素化合物を含有する材料は分解を経てアンモニアを生成するため好ましい。窒素含有化合物を含むバイオマスとして、飲食品又はその廃棄物等が挙げられる。バイオマスの種類に応じて飲食品と廃棄物の範囲は互いに変動し得る。生物が大豆である場合を例に説明すると、大豆そのものや、豆乳のような加工物は飲食品に含まれると考えられるが、その残渣である大豆粕は廃棄されて飼料等にされる場合もあれば、おからとして食用にされる場合もあり、食品と廃棄物は明確に区別できない。そのため、本明細書で使用する場合のバイオマスには廃棄物のみならず飲食品も含まれ得る。
(biomass)
As used herein, "biomass" broadly means a renewable, organic resource derived from a living organism, excluding fossil resources. Among such organic resources, materials containing nitrogen-containing compounds such as proteins, amino acids, urea, and uric acid are preferred because they generate ammonia through decomposition. Examples of biomass containing nitrogen-containing compounds include food and beverages and their waste products. The scope of food and beverages and waste products may vary depending on the type of biomass. For example, in the case where the living organism is soybeans, soybeans themselves and processed products such as soy milk are considered to be included in food and beverages, but the soybean meal that is the residue of soybeans may be discarded and used as feed, or may be eaten as soybean pulp, and food and waste cannot be clearly distinguished. Therefore, biomass as used herein may include not only waste products but also food and beverages.

食品やその廃棄物には、微生物により発酵した状態のものや加水分解等で分解された状態のものも含まれる。大豆を例に説明すると、発酵物の例としてしょうゆ麹があり、分解物として、大豆タンパク質やそのペプチド等がある。 Food and food waste include those that have been fermented by microorganisms and those that have been decomposed by hydrolysis. Taking soybeans as an example, an example of a fermented product is soy sauce koji, and decomposition products include soybean protein and its peptides.

(遺伝子組換え微生物)
本明細書で使用する場合、「遺伝子組換え微生物」とは、菌体外でアンモニアを生産できるよう形質転換されている微生物、好ましくは、細胞表層にグルタミナーゼを提示するよう形質転換されている微生物(以下、「グルタミナーゼ表層提示」微生物ともいう)や、アンモニアの生産に悪影響を及ぼす遺伝子が破壊されている微生物を意味する。このような微生物として酵母、大腸菌、乳酸菌が挙げられる。アンモニアを生産できる限り、微生物は同じか異なる種のもののうち、1又は複数の株を同時に使用することもできる。
(Genetically modified microorganisms)
As used herein, "genetically modified microorganism" refers to a microorganism that has been transformed to produce ammonia extracellularly, preferably a microorganism that has been transformed to display glutaminase on the cell surface (hereinafter also referred to as a "glutaminase surface-displaying" microorganism), or a microorganism in which a gene that adversely affects ammonia production has been destroyed. Examples of such microorganisms include yeast, Escherichia coli, and lactic acid bacteria. As long as the microorganisms are capable of producing ammonia, one or more strains of the same or different species can be used simultaneously.

微生物の種類は、アンモニアの生産効率や、アンモニアの最終目的物の用途に応じて当業者が適宜決定することができる。例えば、最終製品が医薬、食品、化粧品のように人体に適用され得るものである場合、微生物は人体に有害ではないものが好ましい。 The type of microorganism can be appropriately determined by a person skilled in the art depending on the efficiency of ammonia production and the end use of the ammonia. For example, if the end product is one that can be applied to the human body, such as medicine, food, or cosmetics, it is preferable that the microorganism is not harmful to the human body.

限定することを意図するものではないが、飲食品に使用可能な酵母の例として、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、ジゴサッカロマイセス・ロキシイ(Zygosaccharomyces rouxii)、カンジダ・ユチリス(Candida utilis)等が挙げられる。これらの酵母は、細胞表層にグルタミナーゼを提示するよう形質転換する場合にも好適に使用することができる。 Although not intended to be limiting, examples of yeast that can be used in foods and beverages include Saccharomyces cerevisiae, Zygosaccharomyces rouxii, and Candida utilis. These yeasts can also be suitably used when transformed to present glutaminase on the cell surface.

グルタミナーゼは、過酷な条件下でもアンモニアの生産効率が高い特性を有するものが好ましい。そのようなグルタミナーゼとして、例えばアスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)やアスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)等の麹菌、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)に由来するグルタミナーゼが挙げられる。アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)由来のグルタミナーゼをコードする遺伝子(配列番号8-10)、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)由来のグルタミナーゼをコードする遺伝子(配列番号11)を以下の表1に記載する。
The glutaminase is preferably one that has a property of high ammonia production efficiency even under harsh conditions. Examples of such glutaminase include glutaminase derived from koji mold such as Aspergillus oryzae and Aspergillus sojae, Bacillus subtilis, and Escherichia coli. Genes encoding glutaminase derived from Aspergillus oryzae (SEQ ID NO: 8-10) and gene encoding glutaminase derived from Escherichia coli (SEQ ID NO: 11) are shown in Table 1 below.

アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)は表1の遺伝子のオルソログを有する。 Aspergillus sojae and Bacillus subtilis have orthologs of the genes in Table 1.

グルタミナーゼ遺伝子を用いた遺伝子組換えは常法により行うことができる。例えば、バクテリオファージ、コスミド、又は原核細胞若しくは真核細胞の形質転換に用いられるプラスミド等のベクターにグルタミナーゼ遺伝子を組み込むことで、各々のベクターに対応する宿主細胞がその細胞表層にグルタミナーゼを提示するよう形質転換される。細胞表層に提示されたグルタミナーゼにより、アンモニアは菌体外で生産されるため、菌体内に取り込まれない限り窒素同化されず、効率的な生産が可能になる。 Genetic recombination using the glutaminase gene can be carried out by standard methods. For example, by incorporating the glutaminase gene into a vector such as a bacteriophage, cosmid, or a plasmid used for transformation of prokaryotic or eukaryotic cells, the host cell corresponding to each vector is transformed to display glutaminase on its cell surface. Since ammonia is produced outside the bacterial cell by glutaminase displayed on the cell surface, nitrogen is not assimilated unless it is taken up into the bacterial cell, enabling efficient production.

限定することを意図するものではないが、飲食品に使用可能なその他の微生物の例として、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)、エンテロコッカス・フェカリス(Enterococcus faecalis)、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)等が挙げられる。これらの微生物は、アンモニアの生産に悪影響を及ぼす遺伝子、例えばグルタミン合成酵素をコードする遺伝子やホスホトランスフェラーゼシステム(PTS)を構成するタンパク質をコードする遺伝子を破壊した株を作成する場合にも好適に使用することができる。グルタミン合成酵素をコードする遺伝子としてglnAがある。また、PTSを構成するタンパク質をコードする遺伝子として、enzyme II(EII)のドメインA、B、CをコードするptsG遺伝子がある。これらの遺伝子を破壊することで、バイオマスにグルコースが含まれていても、効率的にアンモニアを生産することが可能になる。 Although not intended to be limiting, other examples of microorganisms that can be used in foods and beverages include Bacillus subtilis, Enterococcus faecalis, and Escherichia coli. These microorganisms can also be used favorably when creating strains in which genes that adversely affect ammonia production, such as genes encoding glutamine synthetase and genes encoding proteins that constitute the phosphotransferase system (PTS), have been disrupted. An example of a gene that encodes glutamine synthetase is glnA. Another example of a gene that encodes proteins that constitute the PTS is the ptsG gene, which encodes domains A, B, and C of enzyme II (EII). By disrupting these genes, it becomes possible to efficiently produce ammonia even if the biomass contains glucose.

上記遺伝子の破壊は、対象の遺伝子の一部又は全部を破壊すること、例えばglnA遺伝子の一部又は全部を欠失させたり、glnA遺伝子の途中に薬剤耐性遺伝子等、別の遺伝子を挿入する等して正常に機能しないように遺伝子を修飾すること等を意味する。 Disruption of the above-mentioned genes means disrupting part or all of the target gene, for example deleting part or all of the glnA gene, or modifying the gene so that it does not function normally by inserting another gene, such as a drug resistance gene, into the middle of the glnA gene.

微生物は更に、アンモニアの生産効率増大に関与する遺伝子が発現するよう、別の遺伝子で更に形質転換されていてもよいし、その生産効率低下に関与する遺伝子が破壊するような変異が導入されていてもよい。アンモニアの生産効率増大に関与する遺伝子として、グルコースカタボライト抑制に関与する転写因子であるDgsAや、アミノ酸脱炭酸酵素であるkivd等がある。 The microorganism may be further transformed with another gene to express a gene involved in increasing the efficiency of ammonia production, or a mutation may be introduced to destroy a gene involved in decreasing the production efficiency. Genes involved in increasing the efficiency of ammonia production include DgsA, a transcription factor involved in glucose catabolite repression, and kivd, an amino acid decarboxylase.

(アンモニア生産方法)
タンパク質含有材料と遺伝子組換え微生物との接触工程は、遺伝子組換え微生物がアンモニアを生産するのに必要な条件のもと行われる。その条件は使用する微生物の種類に応じて当業者が適宜決定することができる。
(Method of producing ammonia)
The contact step between the protein-containing material and the genetically modified microorganism is carried out under conditions necessary for the genetically modified microorganism to produce ammonia, which conditions can be appropriately determined by a person skilled in the art depending on the type of microorganism used.

バイオマス中にグルコースが含まれている場合、その濃度が増大するにつれてアンモニアの生産が阻害されてしまうが、ptsG遺伝子とglnA遺伝子を破壊することで生産効率の低下を防ぐことができる。そのため、上記接触工程は、高濃度、例えば5mM以上、好ましくは10mM以上、より好ましくは50mM以上のグルコースの存在下でも実施可能である。 When glucose is contained in the biomass, ammonia production is inhibited as the concentration increases, but by disrupting the ptsG gene and the glnA gene, a decrease in production efficiency can be prevented. Therefore, the above contact step can be carried out even in the presence of high concentrations of glucose, for example, 5 mM or more, preferably 10 mM or more, and more preferably 50 mM or more.

(アンモニアの用途)
生産されたアンモニアは種々の用途、例えば、酵母エキス等の飲食品、硝酸等の基礎化学品、硫安等の窒素肥料等の原料に好適に使用される。
(Uses of ammonia)
The produced ammonia can be suitably used for various applications, for example, as a raw material for food and beverage products such as yeast extract, basic chemicals such as nitric acid, and nitrogen fertilizers such as ammonium sulfate.

(グルタミン酸の生産)
グルタミナーゼ表層提示微生物を使用した場合、菌体外において更にグルタミン酸を生産することができる。
(glutamic acid production)
When a glutaminase surface-displaying microorganism is used, glutamic acid can be further produced outside the bacterial cell.

(グルタミン酸の用途)
グルタミン酸は、しょうゆ、うま味調味料の原料として好適に使用することができる。
(Uses of glutamic acid)
Glutamic acid can be suitably used as a raw material for soy sauce and umami seasonings.

以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these.

実施例で使用したプライマーの配列情報について表2に記載する。
The sequence information of the primers used in the examples is shown in Table 2.

(グルタミナーゼ表層提示酵母の作製) (Creation of yeast that displays glutaminase on its surface)

[グルタミナーゼ発現用プラスミドの作製]
細胞表層提示型グルタミナーゼの発現には、国際公開第2010/101158号に開示の方法に従って作製したプラスミドpULD1を使用し、選択マーカーとしてURA3マーカーを使用した。pULD1の塩基配列(配列番号7)は図1-1~1-4に示す。
[Preparation of a plasmid for expressing glutaminase]
For expression of cell surface-displayed glutaminase, plasmid pULD1 prepared according to the method disclosed in WO 2010/101158 was used, and the URA3 marker was used as a selection marker. The base sequence of pULD1 (SEQ ID NO: 7) is shown in Figures 1-1 to 1-4.

まず、大腸菌(Eschrichia coli)DH5α株(タカラバイオ社)のDNAを鋳型に、一対のプライマーpULD1-Glutaminase_Fw(配列番号1)及びpULD1-Glutaminase_Rv(配列番号2)を用いたPCRにより、グルタミナーゼ遺伝子(YbaS)のDNA断片(配列番号11)を増幅した。得られたDNA断片とpULD1は、制限酵素XhoIとBglII(TOYOBO社)で処理し、それらを連結することでプラスミドpULD1-Glutaminaseを作成した。 First, a DNA fragment (SEQ ID NO: 11) of the glutaminase gene (YbaS) was amplified by PCR using a pair of primers pULD1-Glutaminase_Fw (SEQ ID NO: 1) and pULD1-Glutaminase_Rv (SEQ ID NO: 2) with DNA from Escherichia coli DH5α strain (Takara Bio) as a template. The resulting DNA fragment and pULD1 were treated with restriction enzymes XhoI and BglII (TOYOBO), and then ligated to create the plasmid pULD1-Glutaminase.

[形質転換]
Frozen-EZ Yeast Transformation II(登録商標)キット(Zymo Research社製)を使用して、プラスミドpULD1-GlutaminaseとプラスミドpULD1を出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)W303-1a株(National BioResource Project (NBRP))に導入して形質転換を行った。形質転換により得られたコロニーをSC(ウラシル未添加(以下、「-Uracil」ともいう))培地プレートで選択し、pULD1-Glutaminase組換え株とpULD1組換え株を得た。
[Transformation]
Using a Frozen-EZ Yeast Transformation II (registered trademark) kit (Zymo Research), the plasmid pULD1-Glutaminase and the plasmid pULD1 were introduced into the budding yeast (Saccharomyces cerevisiae) W303-1a strain (National BioResource Project (NBRP)) to perform transformation. Colonies obtained by transformation were selected on SC (uracil-free (hereinafter also referred to as "-Uracil")) medium plates to obtain pULD1-Glutaminase recombinant strains and pULD1 recombinant strains.

[グルタミナーゼ表層提示酵母の評価]
本実施例では、グルタミンからアンモニアを得るために必要な表層提示グルタミナーゼの能力を評価した。
[Evaluation of glutaminase surface-displaying yeast]
In this example, the ability of surface-displayed glutaminase to obtain ammonia from glutamine was evaluated.

200mM MES緩衝液(pH5.5)、120mM又は179mMグルタミンが含まれている反応液に、SC(-Uracil)で一晩培養したpULD1-Glutaminase組換え株とpULD1組換え株を培地のOD600が1となるように加えた。これらを振とう培養機(TAITEC社製BR-23。以下同様)で240rpm、37℃で反応させ、反応後0時間、4時間、8時間、24時間にサンプリングした。 The pULD1-Glutaminase recombinant strain and the pULD1 recombinant strain, which had been cultured overnight in SC (-Uracil), were added to a reaction solution containing 200 mM MES buffer (pH 5.5) and 120 mM or 179 mM glutamine, so that the OD600 of the medium was 1. These were reacted in a shaking incubator (TAITEC BR-23; the same applies below) at 240 rpm and 37°C, and samples were taken at 0, 4, 8, and 24 hours after the reaction.

反応液はブロックインキュベーター(アステック社製BI516。以下同様)で80℃、15分加熱処理した。アンモニア濃度はF-キットアンモニア(JKインターナショナル社製)で測定した。 The reaction solution was heated at 80°C for 15 minutes in a block incubator (BI516, manufactured by Astec Co., Ltd.; the same applies below). The ammonia concentration was measured using an F-kit ammonia (manufactured by JK International Co., Ltd.).

図2に示すように、対照株であるpULD1組換え株では、反応時間中にアンモニアの生産はほとんど見られなかった。一方で、pULD1-Glutaminase組換え株では、顕著なアンモニア濃度増加が観察された。特に120mM グルタミン含有反応液を24時間反応させたとき、反応効率は約109%であった。これは表層提示したグルタミナーゼが効率的にグルタミンからアンモニアを生産したことを示している。上記反応効率は、アンモニア分析値/アンモニア理論上最大値(120mMアンモニア)に基づき算出した。 As shown in Figure 2, in the control pULD1 recombinant strain, almost no ammonia production was observed during the reaction time. On the other hand, a significant increase in ammonia concentration was observed in the pULD1-Glutaminase recombinant strain. In particular, when the reaction solution containing 120 mM glutamine was reacted for 24 hours, the reaction efficiency was approximately 109%. This indicates that the surface-displayed glutaminase efficiently produced ammonia from glutamine. The above reaction efficiency was calculated based on the ammonia analysis value/theoretical maximum value of ammonia (120 mM ammonia).

なお、上述のように反応効率が約109%のように100%を超えた理由としては、酵母菌体内のグルタミン酸が溶出した可能性が考えられる。 As mentioned above, the reaction efficiency exceeded 100%, at approximately 109%, possibly due to the elution of glutamic acid from within the yeast cells.

(グルタミナーゼ表層提示酵母を用いたバイオマスからのアンモニア生産) (Ammonia production from biomass using glutaminase-displaying yeast)

本実施例では、バイオマスとしておから粕を使用した、グルタミナーゼ表層提示酵母によるアンモニア生産の検討を行った。 In this example, we investigated ammonia production by yeast that displays glutaminase on its surface, using soybean pulp as biomass.

まず、10gのおからをミキサー(Iwatani社製IFM-700G)で粉砕し、これに70gの50mM MES緩衝液(pH5.5)を加えた。さらに、プロチンSD-AY10(アマノエンザイム社製)とプロテアックス(アマノエンザイム社製)を1.5g加え、振とう培養機で55℃、200rpm、48時間反応させた。このおからの分解液を定性ろ紙No.2(ADVANTEC社製。以下同様)を用いてろ過した。このろ液に対し、SC(-Uracil)培地で一晩培養したpULD1-Glutaminase組換え株とpULD1組換え株を培地のOD600が1となるように加えた。これらを振とう培養機で240rpm、37℃で10分間反応させ、ブロックインキュベーターで80℃、15分加熱した後、アンモニア濃度を測定した。 First, 10 g of soybean pulverization was performed using a mixer (IFM-700G, manufactured by Iwatani Co., Ltd.), and 70 g of 50 mM MES buffer (pH 5.5) was added to the mixture. 1.5 g of Protin SD-AY10 (manufactured by Amano Enzyme Co., Ltd.) and Proteax (manufactured by Amano Enzyme Co., Ltd.) were added, and the mixture was reacted in a shaking incubator at 55°C and 200 rpm for 48 hours. The decomposition liquid of the soybean pulverization was filtered using qualitative filter paper No. 2 (manufactured by Advantec Co., Ltd.; the same applies below). To the filtrate, pULD1-Glutaminase recombinant strain and pULD1 recombinant strain cultured overnight in SC (-Uracil) medium were added so that the OD600 of the medium became 1. These were reacted in a shaker at 240 rpm and 37°C for 10 minutes, then heated in a block incubator at 80°C for 15 minutes, after which the ammonia concentration was measured.

図3に示すように、対照株では、反応前後でアンモニア濃度に大きな変化は見られなかった。一方で、pULD1-Glutaminase組換え株では、10分の反応でアンモニア濃度が2倍以上となった。このことからも、グルタミナーゼ表層提示酵母を用いることで、バイオマスからの効率的なアンモニア生産が可能であることが示された。 As shown in Figure 3, in the control strain, no significant change in ammonia concentration was observed before and after the reaction. On the other hand, in the pULD1-Glutaminase recombinant strain, the ammonia concentration more than doubled after 10 minutes of reaction. This also demonstrated that efficient ammonia production from biomass is possible by using yeast that displays glutaminase on its surface.

(glnA、ptsG破壊大腸菌を用いたバイオマスからのアンモニア生産) (Ammonia production from biomass using glnA, ptsG-disrupted E. coli)

本実施例において、バイオマスにグルコースが含まれていても効率的にアンモニアを生産する細菌細胞の樹立を検討した。 In this example, we investigated the establishment of bacterial cells that efficiently produce ammonia even when biomass contains glucose.

[ΔglnA株とΔptsG株の作製]
大腸菌(Escherichia coli)DH10B株(タカラバイオ社)の遺伝子破壊法は、ワンステップ不活性化方法(One-step inactivation method)という手法によって行った。なお、この手法や使用したプラスミドの詳細は当業者に公知である(例えば、山田 雅巳,Environ. Mutagen Res., 25:87-92(2003);Kirill A. Datsenko and Barry L. Wanner, PNAS, vol.97(12): 6640-6645(2000))を参照のこと)。
[Preparation of ΔglnA and ΔptsG strains]
Gene disruption of Escherichia coli DH10B strain (Takara Bio) was performed by a method known as the one-step inactivation method. Details of this method and the plasmids used are known to those skilled in the art (see, for example, Masami Yamada, Environ. Mutagen Res., 25:87-92 (2003); Kirill A. Datsenko and Barry L. Wanner, PNAS, vol.97(12): 6640-6645 (2000)).

まず、ヒートショック法によってプラスミドpKD46を形質転換させたDH10B株をLB培地で37℃一晩培養し、50mLのLB培地(+10mM アラビノース)に2mL植菌した。OD600が0.5になったところで培地を氷冷した。遠心後のペレットを冷水と冷10%グリセロール水溶液で洗浄した後、コンピテントセルとして-80℃で保管した。 First, DH10B strain transformed with plasmid pKD46 by the heat shock method was cultured overnight at 37°C in LB medium, and 2 mL of the culture was inoculated into 50 mL of LB medium (+10 mM arabinose). When the OD600 reached 0.5, the medium was cooled on ice. After centrifugation, the pellet was washed with cold water and cold 10% glycerol solution, and then stored at -80°C as competent cells.

glnAとptsG遺伝子を欠損させるために、プラスミドpKD13を鋳型に、プライマーΔglnA_Fw(配列番号3)とΔglnA_Rv(配列番号4)の組み合わせ、プライマーΔptsG_Fw(配列番号5)とΔptsG_Rv(配列番号6)の組み合わせでPCRを行った。得られたPCR産物はGene PluserII(登録商標)エレクトロポーレーター(Biorad社製)を用いて、600Ω、1.35kV、10μFの条件で、上記コンピテントセルに形質転換させた。 To delete the glnA and ptsG genes, PCR was performed using the plasmid pKD13 as a template with a combination of primers ΔglnA_Fw (sequence number 3) and ΔglnA_Rv (sequence number 4) and a combination of primers ΔptsG_Fw (sequence number 5) and ΔptsG_Rv (sequence number 6). The resulting PCR products were transformed into the above competent cells using a Gene Pluser II (registered trademark) electroporator (Biorad) under conditions of 600 Ω, 1.35 kV, and 10 μF.

その後形質転換した株をSOC培地で一晩静置培養し、さらに翌日LB培地(+カナマイシン)で培養を行うことで、相同組換えが生じてカナマイシン耐性遺伝子が挿入されたΔglnA株とΔptsG株がそれぞれ得られた。得られた株はさらに37℃で培養しpKD46を欠落させた。 The transformed strains were then statically cultured overnight in SOC medium, and the next day in LB medium (plus kanamycin), yielding ΔglnA and ΔptsG strains, each with a kanamycin resistance gene inserted via homologous recombination. The resulting strains were then further cultured at 37°C to eliminate pKD46.

[ΔptsGΔglnA株の作製]
作製したΔptsG株をLB培地(+カナマイシン)で37℃一晩前培養し、50mLのLB培地(+カナマイシン)に2mL植菌した。OD600が0.5になったところで培地を氷冷した。遠心後のペレットを冷水と冷10%グリセロール水溶液で洗浄した後、コンピテントセルとして-80℃で保管した。
[Preparation of ΔptsGΔglnA strain]
The prepared ΔptsG strain was pre-cultured overnight at 37°C in LB medium (+kanamycin), and 2 mL of the strain was inoculated into 50 mL of LB medium (+kanamycin). When the OD600 reached 0.5, the medium was cooled on ice. The pellet after centrifugation was washed with cold water and cold 10% glycerol aqueous solution, and then stored at -80°C as competent cells.

このコンピテントセルにプラスミドpCP20を形質転換させるために、Gene Pulser IIエレクトロポーレーターを用いて、600Ω、1.35kV、10μFの条件で形質転換させた。得られたコロニーは30℃で一晩培養し、さらに37℃で継代培養し、pCP20を欠落させた。 To transform the competent cells with the plasmid pCP20, a Gene Pulser II electroporator was used under conditions of 600 Ω, 1.35 kV, and 10 μF. The resulting colonies were cultured overnight at 30°C and then subcultured at 37°C to remove pCP20.

このΔptsG株について、ΔglnA株を作製する方法と同じ手順で行い、ΔglnAΔptsG株を作製した。 The ΔptsG strain was produced using the same procedure as for producing the ΔglnA strain, to produce the ΔglnAΔptsG strain.

[遺伝子破壊株のアンモニア生産性の評価]
実施例2で作製したおからの分解ろ液に、DH10B株、ΔglnA株、ΔptsG株、及びΔglnAΔptsG株を、それぞれ培地のOD600が0.5となるように加え、振とう培養機で37℃、200rpmで26時間反応させた。
[Evaluation of ammonia productivity of gene disruptant strains]
The DH10B strain, the ΔglnA strain, the ΔptsG strain, and the ΔglnAΔptsG strain were added to the decomposition filtrate of soybean pulp prepared in Example 2 so that the OD600 of the medium was 0.5, and the reaction was carried out in a shaking incubator at 37° C. and 200 rpm for 26 hours.

反応液は遠心分離した。上清をブロックインキュベーターで80℃、15分加熱した後、アンモニア濃度を測定した。おから分解液中には約70mMのグルコースが含まれていた。 The reaction solution was centrifuged. The supernatant was heated in a block incubator at 80°C for 15 minutes, and then the ammonia concentration was measured. The okara decomposition solution contained approximately 70 mM glucose.

図4に示すように、DH10B株では効率的にアンモニア生産ができなかった。しかし、グルタミン合成酵素をコードするglnAと、グルコースホスホトランスフェラーゼシステムの主要輸送体をコードするptsGを同時に破壊することで、グルコースを高濃度に含んだバイオマスから高効率でアンモニアを生産することが可能であることが示された。 As shown in Figure 4, the DH10B strain was unable to produce ammonia efficiently. However, it was shown that by simultaneously disrupting glnA, which encodes glutamine synthetase, and ptsG, which encodes the main transporter of the glucose phosphotransferase system, it was possible to produce ammonia highly efficiently from biomass containing high concentrations of glucose.

(遺伝子破壊株のアンモニア生産性の評価) (Evaluation of ammonia productivity in gene disruption strains)

本実施例において、異なる濃度のグルコースの存在下で、実施例3で作製したΔglnAΔptsG株によるアンモニア生産性を検討した。 In this example, ammonia productivity by the ΔglnAΔptsG strain prepared in Example 3 was examined in the presence of different concentrations of glucose.

6g/L リン酸一水素二ナトリウム(ナカライテスク社)、3g/L リン酸二水素一ナトリウム(ナカライテスク社)、0.5g/L塩化ナトリウム(ナカライテスク社)、7.25g/Lイースト抽出物(日本BD社)、0.1mM塩化カルシウム(ナカライテスク社)、1mM硫酸マグネシウム(ナカライテスク社)を混合し、滅菌処理した。このようにして得られた培地にグルコース(ナカライテスク社)を10mM又は50mM加え、培地のOD600が0.5となるように、DH10B株、ΔglnA株又はΔglnAΔptsG株を加え、振とう培養機で37℃、200rpmで26時間反応させた。反応液は遠心分離し、上清をブロックインキュベーターで80℃、15分加熱した後、アンモニア濃度を測定した。 6 g/L disodium monohydrogen phosphate (Nacalai Tesque), 3 g/L monosodium dihydrogen phosphate (Nacalai Tesque), 0.5 g/L sodium chloride (Nacalai Tesque), 7.25 g/L yeast extract (BD Japan), 0.1 mM calcium chloride (Nacalai Tesque), and 1 mM magnesium sulfate (Nacalai Tesque) were mixed and sterilized. 10 mM or 50 mM glucose (Nacalai Tesque) was added to the medium obtained in this way, and the DH10B strain, ΔglnA strain, or ΔglnAΔptsG strain was added so that the OD600 of the medium was 0.5, and the reaction was carried out in a shaking incubator at 37°C and 200 rpm for 26 hours. The reaction solution was centrifuged, and the supernatant was heated at 80°C for 15 minutes in a block incubator, and the ammonia concentration was measured.

図5に示すように、対照株であるDH10B株では効率的にアンモニア生産ができなかった。しかし、ΔglnAΔptsG株では高濃度のグルコースを加えても効率よくアンモニアを生産することが可能であることが示された。 As shown in Figure 5, the control strain, DH10B, was unable to produce ammonia efficiently. However, it was shown that the ΔglnAΔptsG strain was able to produce ammonia efficiently even when a high concentration of glucose was added.

(表層提示グルタミナーゼを使用したグルタミン酸生産) (Glutamate production using surface-displayed glutaminase)

本実施例において、実施例1で作製したグルタミナーゼ表層提示酵母によるグルタミン酸生産の検討を行い、食品製造にも応用可能かを検討した。 In this example, we investigated glutamic acid production using the glutaminase surface-displaying yeast prepared in Example 1, and investigated whether it could be applied to food manufacturing.

[しょうゆ麹の作製]
加熱変性した大豆と小麦を等量含む固体培地に、キッコーマン株式会社が保有する麹菌アスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)の株の胞子を添加して、25~40℃で72時間製麹することによりしょうゆ麹を得た。
[Preparation of soy sauce koji]
Spores of a strain of the koji mold Aspergillus sojae owned by Kikkoman Corporation were added to a solid medium containing equal amounts of heat-denatured soybeans and wheat, and koji was produced at 25 to 40° C. for 72 hours to obtain soy sauce koji.

[グルタミン酸生産性の評価]
得られたしょうゆ麹60gに、乳酸0.6mL、水76mLを加え、さらにSC(-Uracil)培地で一晩培養したpULD1-Glutaminase組換え株とpULD1組換え株を培地のOD600が1となるように加えた。また比較用に、グルタミナーゼ SD-C100S(アマノエンザイム社)を50mg加えた。これらを振とう培養機で240rpm、25℃で24時間反応させ、定性ろ紙No.2でろ過した。ろ液はバイオセンサ(王子計測機器社製BF-5D)でグルタミン酸濃度を求めた。
[Evaluation of glutamic acid productivity]
0.6 mL of lactic acid and 76 mL of water were added to 60 g of the obtained soy sauce koji, and further, the pULD1-Glutaminase recombinant strain and the pULD1 recombinant strain cultured overnight in SC (-Uracil) medium were added so that the OD600 of the medium became 1. For comparison, 50 mg of glutaminase SD-C100S (Amano Enzyme Co., Ltd.) was added. These were reacted in a shaking incubator at 240 rpm and 25°C for 24 hours, and filtered with qualitative filter paper No. 2. The glutamic acid concentration of the filtrate was measured using a biosensor (Oji Scientific Instruments BF-5D).

しょうゆ麹中には麹菌由来のグルタミナーゼが豊富に含まれているが、それらは塩や酸によって失活したり、麹菌由来のプロテアーゼによって分解を受ける。図6に示すように、グルタミナーゼ酵素剤を加えた場合でも、グルタミン酸濃度は上昇しなかった。一方でpULD1-Glutaminase組換え株を添加した条件では、グルタミン酸濃度が20%近く上昇した。これは表層提示されたグルタミナーゼが塩酸、各種酵素に対して安定であり、酸耐性に優れることを示し、食品製造におけるグルタミン酸増強にも有用であることを示している。 Shoyu koji contains a large amount of glutaminase derived from koji mold, but it is inactivated by salt or acid, and is decomposed by proteases derived from koji mold. As shown in Figure 6, the glutamic acid concentration did not increase even when glutaminase enzyme preparation was added. On the other hand, when the pULD1-Glutaminase recombinant strain was added, the glutamic acid concentration increased by nearly 20%. This indicates that the surface-displayed glutaminase is stable against hydrochloric acid and various enzymes, has excellent acid resistance, and is also useful for increasing glutamic acid in food production.

(大豆タンパク質分解物からのアンモニアとグルタミン酸生産) (Ammonia and glutamic acid production from soy protein hydrolysate)

本実施例において、実施例1で作製したグルタミナーゼ表層提示酵母を用いて、大豆タンパク質分解物からのアンモニアとグルタミン酸生産を検討した。 In this example, the glutaminase surface-displaying yeast prepared in Example 1 was used to investigate the production of ammonia and glutamic acid from soy protein hydrolysates.

大豆ペプチドハイニュートS(アマノエンザイム社製)3gに乳酸60μLと水10mLを加え、SC(-Uracil)培地で一晩培養したpULD1-Glutaminase組換え株を培地のOD600が1となるように加えた。これらを振とう培養機で240rpm、37℃で24時間反応させ、ブロックインキュベーターで80℃、15分加熱した後、グルタミン酸濃度とアンモニア濃度を測定した。 60 μL of lactic acid and 10 mL of water were added to 3 g of Soybean Peptide Hi-Nute S (Amano Enzyme), and the pULD1-Glutaminase recombinant strain cultured overnight in SC (-Uracil) medium was added so that the medium had an OD600 of 1. These were reacted in a shaker at 240 rpm and 37°C for 24 hours, and then heated in a block incubator at 80°C for 15 minutes, after which the glutamic acid and ammonia concentrations were measured.

図7に示すように、グルタミナーゼ表層提示酵母は、大豆分解物中のグルタミンと反応し、アンモニアとグルタミン酸を同時に生産していることが示された。 As shown in Figure 7, it was shown that the glutaminase-displaying yeast reacted with glutamine in the soybean hydrolysate to simultaneously produce ammonia and glutamic acid.

Claims (17)

アンモニアを生産する方法であって、
タンパク質含有材料と、遺伝子組換え微生物とを接触させる工程を含み、
前記遺伝子組換え微生物は、その細胞表層にグルタミナーゼを提示するよう遺伝子組換えがされており、
前記グルタミナーゼは、麹菌、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)又はエシェリキア・コリ(Escherichia coli)に由来する、方法。
1. A method for producing ammonia, comprising:
contacting a protein-containing material with a genetically modified microorganism,
The genetically modified microorganism is genetically modified to display glutaminase on its cell surface,
The method, wherein the glutaminase is derived from Aspergillus oryzae, Bacillus subtilis or Escherichia coli.
前記タンパク質含有材料は、バイオマスである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the protein-containing material is biomass. 前記バイオマスは、食品又はその廃棄物を含む、請求項2に記載の方法。 The method of claim 2, wherein the biomass includes food or waste products thereof. 前記食品又はその廃棄物は、大豆、その加工物又は残渣を含む、請求項3に記載の方法。 The method of claim 3, wherein the food or waste product thereof includes soybeans, processed soybeans, or residues thereof. 前記加工物又は残渣は、分解物を含む、請求項4に記載の方法。 The method of claim 4, wherein the processed product or residue includes a decomposition product. 前記分解物は、しょうゆ麹を含む、請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the decomposition product includes soy sauce koji. 前記分解物は、大豆タンパク質又はそのペプチドを含む、請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the hydrolyzate comprises soy protein or a peptide thereof. 前記微生物は、酵母、大腸菌又は乳酸菌を含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the microorganism comprises yeast, Escherichia coli, or lactic acid bacteria. 前記酵母の細胞表層に提示しているグルタミナーゼは、酸耐性である、請求項8に記載の方法。 The method according to claim 8, wherein the glutaminase displayed on the cell surface of the yeast is acid-resistant. 前記麹菌は、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)又はアスペルギルス・ソーヤ(Aspergillus sojae)を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the koji fungus includes Aspergillus oryzae or Aspergillus sojae. 前記酵母は、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、ジゴサッカロマイセス・ロキシイ(Zygosaccharomyces rouxii)又はカンジダ・ユチリス(Candida utilis)を含む、請求項8または9のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 8 or 9, wherein the yeast comprises Saccharomyces cerevisiae, Zygosaccharomyces rouxii, or Candida utilis. グルタミン酸が更に生産される、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 11, further comprising producing glutamic acid. アンモニアを生産する方法であって、
タンパク質含有材料と、遺伝子組換え微生物とを接触させる工程を含み、
前記遺伝子組換え微生物は、glnA及びptsG遺伝子の破壊株である、方法。
1. A method for producing ammonia, comprising:
contacting a protein-containing material with a genetically modified microorganism,
The method according to claim 1, wherein the genetically modified microorganism is a disruptant of the glnA and ptsG genes.
前記微生物は、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)、バチルス・サブチリス(Bacillus subtilis)又はエンテロコッカス・フェカリス(Enterococcus faecalis)を含む、請求項13に記載の方法。 The method of claim 13, wherein the microorganism comprises Escherichia coli, Bacillus subtilis, or Enterococcus faecalis. 前記微生物は、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)であり、前記接触工程は、5mM以上の濃度のグルコースの存在下で実施される、請求項13に記載の方法。 The method of claim 13, wherein the microorganism is Escherichia coli and the contacting step is carried out in the presence of glucose at a concentration of 5 mM or more. アンモニアを原料とする製品を製造する方法であって、請求項1~15のいずれか一項に記載の方法を用いてアンモニアを生産する工程を含む、方法。 A method for producing a product using ammonia as a raw material, the method comprising the step of producing ammonia using the method according to any one of claims 1 to 15. 前記製品は、酵母エキス原料又は農産物の肥料である、請求項16に記載の方法 17. The method of claim 16, wherein the product is a yeast extract raw material or an agricultural fertilizer.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20240271165A1 (en) * 2021-08-12 2024-08-15 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Method for production of ammonia, using inorganic nanoparticle-microbial complex

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005006649A (en) 2003-05-26 2005-01-13 Kikkoman Corp Method for anaerobically treating soy sauce lee
WO2009087829A1 (en) 2008-01-07 2009-07-16 Kazutoshi Noguchi Method of producing fertilizer
JP2012507265A (en) 2008-12-24 2012-03-29 安▲チ▼酵母股▲フェン▼有限公司 Glutamic acid-rich yeast extract and method for producing the same
JP2013544516A (en) 2010-11-03 2013-12-19 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア Production of biofuels and chemicals by recombinant microorganisms via fermentation of proteinaceous biomass
JP2016528147A (en) 2013-07-30 2016-09-15 ティヴァル エリコプテロス アセソリアス エ インヴェルシオネス リミターダ Ammonia nitriding fertilizers and methods and liquid formulations to improve the effectiveness of ammonium present in soil

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2843937B2 (en) * 1989-03-31 1999-01-06 大和化成株式会社 Salt-tolerant glutaminase
JP3712530B2 (en) * 1998-05-28 2005-11-02 キッコーマン株式会社 A novel Cryptococcus nodaensis, a method for producing a salt-tolerant and heat-resistant glutaminase using the same, and a method for producing a protein hydrolyzate having a high glutamic acid content

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005006649A (en) 2003-05-26 2005-01-13 Kikkoman Corp Method for anaerobically treating soy sauce lee
WO2009087829A1 (en) 2008-01-07 2009-07-16 Kazutoshi Noguchi Method of producing fertilizer
JP2012507265A (en) 2008-12-24 2012-03-29 安▲チ▼酵母股▲フェン▼有限公司 Glutamic acid-rich yeast extract and method for producing the same
JP2013544516A (en) 2010-11-03 2013-12-19 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア Production of biofuels and chemicals by recombinant microorganisms via fermentation of proteinaceous biomass
JP2016528147A (en) 2013-07-30 2016-09-15 ティヴァル エリコプテロス アセソリアス エ インヴェルシオネス リミターダ Ammonia nitriding fertilizers and methods and liquid formulations to improve the effectiveness of ammonium present in soil

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Peilong Lu et al. , L-glutamine provides acid resistance for Escherichia coli through enzymatic release of ammonia, Cell Research, 2013年, Vol. 23, No. 5, pp. 635-644
Yaichi Fukushima et al. , Continuous conversion of glutamine to glutamate by immobilized glutaminase-producing yeast, Journal of Fermentation and Bioengineering, 1990年, Vol. 69, No. 3, pp. 189-191
Yosuke Mikami et al. , Ammonia production from amino acid-based biomass-like sources by engineered Escherichia coli, AMB Express, 2017年, Vol. 7, No. 83, pp. 1-7
近藤昭彦, 細胞表層工学技術の広範な展開と合成生物工学の開拓によるバイオ燃料・グリーン化学品生産のための細胞工場, 生物工学会誌, 2011年, Vol. 89, No. 4, pp. 154-160

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