JP5901964B2 - Recombinant microorganism - Google Patents
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Description
本発明は、組換え微生物に関する。 The present invention relates to a recombinant microorganism.
セルラーゼは、セルロースのβ-1,4-グルコシド結合を加水分解する酵素の総称であり、アミラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼと共に加水分解酵素の代表的存在である。セルラーゼの基質となるセルロースは、植物細胞壁の主成分として年間1000億トン以上も生産されるバイオマスであり、衣料、紙、建築材料等に有効利用されている。また、セルロースは、グルコースが直鎖状に結合した巨大分子であるため、分解によって燃料物質やより高付加価値の代謝物質に変換が可能である。そのため、セルロースの効率的分解や、その分解産物の有効利用に関する研究が広く行われている。セルロースを高付加価値物質に変換する場合、通常、セルロース原料を前処理によって高反応性セルロースに変換した後、グルコースなどの低分子糖に分解する。得られた低分子糖は微生物による発酵等の化学反応を経て、高付加価値物質へと変換される。近年この一連のプロセスのセルロース分解工程においては、より経済的な方法として、セルラーゼよる酵素分解が一般に利用されている。
しかし、現状ではセルラーゼによるセルロース分解の速度は充分ではなく、必要な分解速度を達成するためには多量の酵素を使用するか、多種類の酵素を混合して使用しなければならない。またこのことは必然的に、酵素に多額のコストがかかる結果となる。そこで、効率的にセルロース分解産物を生産する高活性のセルラーゼをコードするセルラーゼ遺伝子を効率的に選択する、セルラーゼ遺伝子のスクリーニング方法が求められている。
Cellulase is a general term for enzymes that hydrolyze the β-1,4-glucoside bond of cellulose, and is a typical hydrolase along with amylase, protease, and lipase. Cellulose, which is a substrate for cellulase, is biomass that is produced by more than 100 billion tons per year as the main component of plant cell walls, and is effectively used for clothing, paper, building materials, and the like. In addition, since cellulose is a macromolecule in which glucose is linearly bonded, it can be converted into a fuel substance or a higher value-added metabolite by decomposition. Therefore, research on efficient degradation of cellulose and effective utilization of the degradation products has been widely conducted. When cellulose is converted into a high value-added substance, the cellulose raw material is usually converted into highly reactive cellulose by pretreatment and then decomposed into low molecular sugars such as glucose. The obtained low molecular weight sugar is converted into a high value-added substance through a chemical reaction such as fermentation by a microorganism. In recent years, in the cellulose decomposition step of this series of processes, enzymatic decomposition by cellulase is generally used as a more economical method.
However, at present, the rate of cellulose degradation by cellulase is not sufficient, and in order to achieve the necessary degradation rate, a large amount of enzyme must be used or a mixture of many types of enzymes must be used. This inevitably results in significant costs for the enzyme. Accordingly, there is a need for a cellulase gene screening method that efficiently selects cellulase genes that encode highly active cellulases that efficiently produce cellulose degradation products.
従来のセルラーゼ遺伝子のスクリーニング方法としては、土壌などの微生物源をカルボキシメチルセルロース(CMC)や微結晶セルロース等を添加した固形培地上に培養し、コンゴーレッド等の色素を用いたCMCの分解に伴うハロー形成、微結晶セルロース分解に伴うクリアハローの形成等を指標にセルラーゼ生産菌を単離し、その微生物よりセルラーゼ遺伝子を取得する方法が挙げられる。近年ではDNAを適当な制限酵素で分解するか、RNAからcDNAを得て、これらDNAを用いて形質転換を行い、上記と同様にハロー形成する形質転換体よりセルラーゼ遺伝子を取得することが可能となっている。しかし、これらの方法では無数のセルラーゼ遺伝子を有しない微生物から少数のセルラーゼ遺伝子を有する微生物を見つけ出す必要があり、多大な試行錯誤が必要とされる。
そこで、より効率的なセルラーゼのスクリーニング方法として、グルコマンナン資化(利用)オペロンを有する微生物を用いたスクリーニング方法が考えられる。
枯草菌(Bacillus subtilis)等のゲノム上には、グルコマンナンの資化に関わるタンパク質をコードする遺伝子から構成されるグルコマンナン資化オペロンが存在する。枯草菌において、グルコマンナン資化オペロンは、8つのORF(open reading frame)からなる。
枯草菌のグルコマンナン資化オペロンの作用機序は非特許文献1等に詳細に記載されており、その概略を図2に基づいて説明する。枯草菌のグルコマンナン資化オペロンは、gmuB遺伝子、gmuA遺伝子、gmuC遺伝子、gmuD遺伝子、gmuR遺伝子、gmuE遺伝子、gmuF遺伝子、及びgmuG遺伝子がこの順に連結して構成される。このうち、gmuG遺伝子がコードし、細胞外に分泌されたβ-1,4-マンナナーゼ(以下、本明細書において、β-1,4-マンナナーゼを「GmuG」ともいう)は、グルコマンナンを部分的に分解し、オリゴグルコマンナンを生成する(図2中、「Glucomannan*」と表記する)。このオリゴグルコマンナンは、gmuB遺伝子、gmuA遺伝子及びgmuC遺伝子がそれぞれコードするGmuB、GmuA、及びGmuCから構成されるPTS(phosphotransferase system)により細胞内に取り込まれる。細胞内に取り込まれた、セロビオースやマンノビオース等のグルコマンナン分解物(図2中、「Glucomannan**-P」と表記する)は、グルコマンナン資化オペロンのインデューサーとして機能し、グルコマンナン資化オペロンの発現を誘導する。一方、グルコマンナン資化オペロンの発現は、gmuR遺伝子がコードする内部リプレッサー(以下、本明細書において「GmuR」ともいう)や、炭素カタボライト抑制因子(CcpA)等により制御される。
As a conventional screening method for cellulase genes, a microbial source such as soil is cultured on a solid medium supplemented with carboxymethylcellulose (CMC), microcrystalline cellulose or the like, and halo accompanying the degradation of CMC using a pigment such as Congo Red. Examples include a method of isolating a cellulase-producing bacterium using the formation and formation of clear halo accompanying microcrystalline cellulose decomposition as an index, and obtaining a cellulase gene from the microorganism. In recent years, it is possible to obtain a cellulase gene from a transformant that forms a halo in the same manner as above by degrading DNA with an appropriate restriction enzyme or obtaining cDNA from RNA and performing transformation using these DNAs. It has become. However, in these methods, it is necessary to find a microorganism having a small number of cellulase genes from microorganisms not having an infinite number of cellulase genes, and a great deal of trial and error is required.
Therefore, as a more efficient screening method for cellulase, a screening method using a microorganism having a glucomannan utilization (utilization) operon is conceivable.
On the genome of Bacillus subtilis etc., there exists a glucomannan utilization operon composed of a gene encoding a protein involved in utilization of glucomannan. In Bacillus subtilis, the glucomannan utilization operon consists of eight ORFs (open reading frames).
The mechanism of action of the glucomannan utilization operon of Bacillus subtilis is described in detail in Non-Patent Document 1, etc., and its outline will be described based on FIG. The glucomannan utilization operon of Bacillus subtilis is composed of gmuB gene, gmuA gene, gmuC gene, gmuD gene, gmuR gene, gmuE gene, gmuF gene, and gmuG gene in this order. Of these, β-1,4-mannanase encoded by the gmuG gene and secreted extracellularly (hereinafter, β-1,4-mannanase is also referred to as “GmuG” in this specification) is a part of glucomannan. It is decomposed to produce oligoglucomannan (indicated as “Glucomannan * ” in FIG. 2). This oligoglucomannan is taken into cells by PTS (phosphotransferase system) composed of GmuB, GmuA, and GmuC encoded by the gmuB gene, gmuA gene, and gmuC gene, respectively. The glucomannan degradation products such as cellobiose and mannobiose (indicated as “Glucomannan **- P” in FIG. 2) incorporated into the cell function as an inducer of the glucomannan-utilizing operon. Induces operon expression. On the other hand, the expression of the glucomannan-utilizing operon is controlled by an internal repressor encoded by the gmuR gene (hereinafter also referred to as “GmuR” in this specification), a carbon catabolite repressing factor (CcpA), and the like.
このような微生物を用い、グルコマンナン資化オペロンの発現を利用してセルラーゼ遺伝子を効率的にスクリーニングする場合、薬剤耐性遺伝子や栄養要求性遺伝子等の選択マーカーを宿主微生物(親微生物)に導入し、グルコマンナン資化オペロンの発現に伴う選択マーカーの発現に基づいて形質転換体を選抜することを可能とする必要がある。しかし、これまでに、グルコマンナン資化オペロンを有する微生物において、グルコマンナン資化オペロンを利用した選択マーカーの発現がどのように誘導されるか、解明されていない。 When such a microorganism is used to efficiently screen the cellulase gene using the expression of the glucomannan-utilizing operon, a selection marker such as a drug resistance gene or an auxotrophic gene is introduced into the host microorganism (parent microorganism). It is necessary to be able to select a transformant based on the expression of a selection marker accompanying the expression of a glucomannan-utilizing operon. However, to date, it has not been elucidated how expression of a selectable marker using a glucomannan-utilized operon is induced in a microorganism having a glucomannan-utilized operon.
本発明は、グルコマンナン資化オペロンを有する微生物においてセロビオース等のグルコマンナン分解物がインデューサーとしてグルコマンナン資化オペロンの発現を制御することを利用し、宿主微生物のゲノムに挿入された目的遺伝子の発現がセロビオースにより制御される、組換え微生物の提供を課題とする。
また、本発明は、前記組換え微生物を効率的に製造するための、組換え微生物の作製方法の提供を課題とする。
さらに、本発明は、当該組換え微生物を用いたセルラーゼ遺伝子のスクリーニング方法の提供を課題とする。
The present invention utilizes the fact that a glucomannan degradation product such as cellobiose controls the expression of a glucomannan-utilizing operon as an inducer in a microorganism having a glucomannan-utilizing operon, and the target gene inserted into the genome of the host microorganism It is an object to provide a recombinant microorganism whose expression is controlled by cellobiose.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a recombinant microorganism for efficiently producing the recombinant microorganism.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for screening a cellulase gene using the recombinant microorganism.
上記課題に鑑み、本発明者等は、ゲノム上にグルコマンナン資化オペロンを有する微生物において、該オペロンを利用してゲノム中に挿入された選択マーカーなどの目的遺伝子を発現させる場合の、目的遺伝子発現のメカニズムについて鋭意検討を行った。その結果、グルコマンナン資化オペロンを構成する8つのORFのうち、gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流に目的遺伝子を導入することにより、目的遺伝子の発現がセロビオース等のグルコマンナン分解物により制御可能となることを見出した。さらに、目的遺伝子の発現がセロビオースにより発現制御されるので、セルロースを基質としてセロビオースを生成するセルラーゼをコードする遺伝子のスクリーニングにこのような組換え微生物が好適に用いられることを見出した。本発明はこれらの知見に基づき完成するに至った。 In view of the above-mentioned problems, the present inventors, in a microorganism having a glucomannan-utilizing operon on the genome, expresses a target gene such as a selection marker inserted into the genome using the operon. We intensively studied the mechanism of expression. As a result, by introducing the target gene downstream of the gmuG gene or the gene corresponding to the gmuG gene among the eight ORFs constituting the glucomannan utilization operon, the expression of the target gene is caused by a glucomannan degradation product such as cellobiose. I found out that it becomes controllable. Furthermore, since the expression of the target gene is controlled by cellobiose, it has been found that such a recombinant microorganism can be suitably used for screening a gene encoding cellulase that produces cellobiose using cellulose as a substrate. The present invention has been completed based on these findings.
本発明は、枯草菌のgmuB遺伝子、gmuA遺伝子、gmuC遺伝子、gmuD遺伝子、gmuR遺伝子、gmuE遺伝子、gmuF遺伝子及びgmuG遺伝子からなるグルコマンナン資化オペロン又は前記遺伝子に相当する遺伝子からなりグルコマンナン資化オペロンとして機能するオペロンをゲノム上に有する微生物において、前記gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流に目的遺伝子が作動可能に連結している、組換え微生物に関する。 The present invention relates to a glucomannan utilization operon comprising a gmuB gene, a gmuA gene, a gmuC gene, a gmuD gene, a gmuR gene, a gmuE gene, a gmuF gene and a gmuG gene of Bacillus subtilis or a gene corresponding to the gene. The present invention relates to a recombinant microorganism in which a target gene is operably linked downstream of the gmuG gene or a gene corresponding to the gmuG gene in a microorganism having an operon functioning as an operon on the genome.
また、本発明は、枯草菌のgmuB遺伝子、gmuA遺伝子、gmuC遺伝子、gmuD遺伝子、gmuR遺伝子、gmuE遺伝子、gmuF遺伝子及びgmuG遺伝子からなるグルコマンナン資化オペロン又は前記各遺伝子に相当する遺伝子からなりグルコマンナン資化オペロンとして機能するオペロンをゲノム上に有する微生物において、前記gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流に目的遺伝子を作動可能に連結する工程を含む、前記組換え微生物の作製方法に関する。 The present invention also relates to a glucomannan-utilizing operon comprising a gmuB gene, a gmuA gene, a gmuC gene, a gmuD gene, a gmuR gene, a gmuE gene, a gmuF gene and a gmuG gene of Bacillus subtilis or a gene corresponding to each of the above genes. The present invention relates to a method for producing the recombinant microorganism, comprising a step of operably linking a target gene downstream of the gmuG gene or a gene corresponding to the gmuG gene in a microorganism having an operon functioning as a mannan-utilizing operon on the genome.
さらに、本発明は、前記組換え微生物を用いるセルラーゼ遺伝子のスクリーニング方法であって、該組換え微生物に導入した前記目的遺伝子の発現を指標として、セルラーゼをコードする遺伝子を選択する、セルラーゼ遺伝子のスクリーニング方法に関する。 Furthermore, the present invention provides a cellulase gene screening method using the above-mentioned recombinant microorganism, wherein the cellulase gene is selected by selecting the gene encoding cellulase using the expression of the target gene introduced into the recombinant microorganism as an index. Regarding the method.
本発明の組換え微生物は、目的遺伝子がグルコマンナン資化オペロンと作動可能に連結しているので、グルコマンナン資化オペロンのインデューサーであるセロビオース等のグルコマンナン分解物により目的遺伝子の発現が制御される。
また、本発明の組換え微生物の作製方法は、前記組換え微生物を効率的に作製することができる。
さらに、本発明の組換え微生物を用いたセルラーゼ遺伝子のスクリーニング方法は、セルラーゼ遺伝子のスクリーニングに好適である。
In the recombinant microorganism of the present invention, since the target gene is operably linked to the glucomannan-utilizing operon, the expression of the target gene is controlled by a glucomannan degradation product such as cellobiose which is an inducer of the glucomannan-utilizing operon. Is done.
Moreover, the method for producing a recombinant microorganism of the present invention can produce the recombinant microorganism efficiently.
Further, the cellulase gene screening method using the recombinant microorganism of the present invention is suitable for cellulase gene screening.
本明細書において、「遺伝子の上流」とは、複製開始点からの位置ではなく、対象の遺伝子の開始コドンの5'末端側に続く領域をさす。また、「遺伝子の下流」とは、対象の遺伝子の終始コドンの3'末端側に続く領域をさす。 As used herein, “upstream of a gene” refers to a region that is not located from the replication start point but continues to the 5 ′ end of the start codon of the gene of interest. Further, “downstream of the gene” refers to a region continuing to the 3 ′ end side of the stop codon of the target gene.
本明細書に記載の枯草菌の各遺伝子の名称及びゲノム上での配置、並びに各遺伝子がコードするタンパク質の名称及びそれらの機能は、FEMS Microbiol.Lett.,2008,vol.279,No.1,p.103-109で報告され、ゲノムデータはBSORF;Bacillus subtilis Genome Database(http://bacillus.genome.jp/bsorf.html)やNCBI Database(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=nucleotide)で公開されているが、本発明ではNCBI Databaseの枯草菌ゲノムデータに基づいて記載している。 The name and arrangement of each gene of Bacillus subtilis described in the present specification, and the name and function of the protein encoded by each gene are described in FEMS Microbiol. Lett., 2008, vol. 279, no. 1, p. 103-109, genome data are BSORF; Bacillus subtilis Genome Database (http://bacillus.genome.jp/bsorf.html) and NCBI Database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites / entrez? db = nucleotide), but in the present invention, it is described based on the genome data of Bacillus subtilis of NCBI Database.
本発明において、アミノ酸配列及び塩基配列の同一性はLipman-Pearson法(Science,227,1435,(1985))によって計算される。具体的には、遺伝情報処理ソフトウェアGenetyx-Win(ソフトウェア開発)のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、パラメーターであるUnit size to compare(ktup)を2として解析を行うことにより算出される。 In the present invention, the identity of amino acid sequences and base sequences is calculated by the Lipman-Pearson method (Science, 227, 1435, (1985)). Specifically, it is calculated by performing analysis with the parameter Unit size to compare (ktup) set to 2 using the homology analysis (Search homology) program of genetic information processing software Genetyx-Win (software development).
本発明において、枯草菌のグルコマンナン資化オペロンはgmuB遺伝子、gmuA遺伝子、gmuC遺伝子、gmuD遺伝子、gmuR遺伝子、gmuE遺伝子、gmuF遺伝子及びgmuG遺伝子、又は前記各遺伝子に相当する遺伝子からなり、それぞれ、マンナナーゼ類似のタンパク質で、グルコマンナンの分解及び利用に関連する酵素をコードする遺伝子である。以下、これらの遺伝子について詳細に説明する。 In the present invention, the glucomannan utilization operon of Bacillus subtilis consists of gmuB gene, gmuA gene, gmuC gene, gmuD gene, gmuR gene, gmuE gene, gmuF gene and gmuG gene, or genes corresponding to the respective genes, It is a mannanase-like protein that encodes an enzyme related to the degradation and utilization of glucomannan. Hereinafter, these genes will be described in detail.
本発明において、gmuB遺伝子(ydhM遺伝子とも称される)、gmuA遺伝子(ydhN遺伝子とも称される)及びgmuC遺伝子(ydhO遺伝子とも称される)は、それぞれGmuB、GmuA及びGmuCをコードする遺伝子である。GmuB、GmuA及びGmuCはPTSを構成するタンパク質であり、枯草菌の細胞外に存在するグルコマンナン分解物がこのPTSを介して細胞内に取り込まれる。このようにして細胞内に取り込まれた、セロビオースやマンノビオース等のグルコマンナン分解物は、グルコマンナン資化オペロンのインデューサーとして機能し、グルコマンナン資化オペロンの発現を誘導する。
本明細書において「gmuB遺伝子に相当する遺伝子」、「gmuA遺伝子に相当する遺伝子」及び「gmuC遺伝子に相当する遺伝子」とは、NCBI Databaseに記載の枯草菌GmuBをコードする遺伝子(gmuB又はydhM)、枯草菌GmuAをコードする遺伝子(gmuA又はydhN)又は枯草菌GmuCをコードする遺伝子(gmuC又はydhO)の塩基配列に対して90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上、の同一性を有する塩基配列を有し、且つGmuB、GmuA又はGmuCと同様にPTSを構成するタンパク質をコードする遺伝子を指す。あるいは、gmuB遺伝子、gmuA遺伝子又はgmuC遺伝子と相同性(homology)又は類似性(similarity)を有する遺伝子も、「gmuB遺伝子に相当する遺伝子」、「gmuA遺伝子に相当する遺伝子」及び「gmuC遺伝子に相当する遺伝子」に含まれる。
In the present invention, (also referred ydhM gene) GmuB gene, (also referred ydhO gene) GmuA gene (also referred ydhN gene) and gmuC gene is a gene encoding GmuB, the GmuA and GmuC respectively . GmuB, GmuA and GmuC are proteins constituting PTS, and a glucomannan degradation product existing outside the cell of Bacillus subtilis is taken into the cell via this PTS. The glucomannan degradation product such as cellobiose and mannobiose thus taken up into the cell functions as an inducer of the glucomannan-utilizing operon and induces the expression of the glucomannan-utilizing operon.
In the present specification, “a gene corresponding to the gmuB gene”, “a gene corresponding to the gmuA gene” and “a gene corresponding to the gmuC gene” are genes ( gmuB or ydhM ) encoding Bacillus subtilis GmuB described in the NCBI Database. , genes encoding Bacillus subtilis GmuA (gmuA or YdhN) or genes encoding Bacillus subtilis GmuC (gmuC or YdhO) to a nucleotide sequence of 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more The gene which codes the protein which has the base sequence which has the identity of these, and comprises PTS similarly to GmuB, GmuA, or GmuC. Alternatively, GmuB gene, a gene having gmuA gene or gmuC gene homology (homology) or similarity to (Similarity) also, "gene corresponding to GmuB gene" corresponds to and "gmuC gene" gene corresponding to gmuA gene " Included in "gene".
本発明において、gmuD遺伝子(ydhP遺伝子とも称される)は、ホスホ−β−グルコシダーゼに類似のタンパク質GmuDをコードする遺伝子である。gmuE遺伝子(ydhR遺伝子とも称される)は、フルクトキナーゼと相同性を有するタンパク質GmuEをコードする遺伝子である。gmuF遺伝子(ydhS遺伝子とも称される)は、マンノース−6−リン酸イソメラーゼと相同性を有するタンパク質GmuFをコードする遺伝子である。GmuD、GmuE及びGmuFはいずれも、前記PTSにより細胞内に取り込まれたグルコマンナン分解物の代謝を行う。
本明細書において「gmuD遺伝子に相当する遺伝子」、「gmuE遺伝子に相当する遺伝子」及び「gmuF遺伝子に相当する遺伝子」とは、NCBI Databaseに記載の枯草菌GmuDをコードする遺伝子(gmuD又はydhP)、枯草菌GmuEをコードする遺伝子(gmuE又はydhR)又は枯草菌GmuFをコードする遺伝子(gmuF又はydhS)の塩基配列に対して90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上、の同一性を有する塩基配列を有し、且つGmuD、GmuE又はGmuFと同様に細胞内に取り込まれたグルコマンナン分解物の代謝を行うタンパク質をコードする遺伝子を指す。あるいは、gmuD遺伝子、gmuE遺伝子又はgmuF遺伝子と相同性又は類似性を有する遺伝子も、「gmuD遺伝子に相当する遺伝子」、「gmuE遺伝子に相当する遺伝子」及び「gmuF遺伝子に相当する遺伝子」に含まれる。
In the present invention, the gmuD gene (also referred to as ydhP gene) is a gene encoding a protein GmuD similar to phospho-β-glucosidase. The gmuE gene (also referred to as ydhR gene) is a gene encoding a protein GmuE having homology with fructokinase. The gmuF gene (also referred to as ydhS gene) is a gene encoding a protein GmuF having homology with mannose-6-phosphate isomerase. GmuD, GmuE, and GmuF all metabolize the glucomannan degradation product taken into the cell by the PTS.
In the present specification, “a gene corresponding to the gmuD gene”, “a gene corresponding to the gmuE gene” and “a gene corresponding to the gmuF gene” are genes ( gmuD or ydhP ) encoding Bacillus subtilis GmuD described in the NCBI Database. , genes encoding Bacillus subtilis GmuE (gmuE or YdhR) or genes encoding Bacillus subtilis GmuF (gmuF or YdhS) to a nucleotide sequence of 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more And a gene that encodes a protein that metabolizes a glucomannan degradation product incorporated into cells in the same manner as GmuD, GmuE, or GmuF. Alternatively, included in gmuD genes, genes with gmuE gene or gmuF gene homology or similarity also, "gene corresponding to gmuD gene", "gene corresponds to gmuE gene" and "gene corresponding to gmuF gene" .
本発明において、gmuR遺伝子(ydhQ遺伝子とも称される)は、転写調節因子の1種である、GntRファミリーに属するDNA結合タンパク質GmuRをコードする遺伝子である。GmuRにより、グルコマンナン資化オペロンの発現が抑制される。
本明細書において「gmuR遺伝子に相当する遺伝子」とは、NCBI Databaseに記載の枯草菌GmuRをコードする遺伝子(gmuR又はydhQ)の塩基配列に対して90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上、の同一性を有する塩基配列を有し、且つGmuRと同様にグルコマンナン資化オペロンの発現の抑制を行うタンパク質をコードする遺伝子を指す。あるいは、gmuR遺伝子と相同性又は類似性を有する遺伝子も、「gmuR遺伝子に相当する遺伝子」に含まれる。
In the present invention, the gmuR gene (also referred to as ydhQ gene) is a gene encoding a DNA-binding protein GmuR belonging to the GntR family, which is a kind of transcription regulatory factor. GmuR suppresses the expression of the glucomannan utilization operon.
By "gene corresponding to GmuR gene" as used herein, a gene encoding a Bacillus subtilis GmuR according to NCBI Database (gmuR or YdhQ) to a nucleotide sequence of 90% or more, more preferably 95% or more, Particularly preferably, it refers to a gene encoding a protein having a base sequence having an identity of 98% or more and suppressing the expression of a glucomannan-utilizing operon in the same manner as GmuR. Alternatively, a gene having gmuR gene homology or similarity is also included in the "gene corresponding to gmuR gene".
本発明において、gmuG遺伝子(ydhT遺伝子とも称される)は、シグナル配列をN末端側に有する、β-1,4-マンナナーゼGmuGをコードする遺伝子である。gmuG遺伝子がコードするGmuGが細胞外に分泌されると、グルコマンナンをセロビオースやマンノビオース等に分解する。
本明細書において「gmuG遺伝子に相当する遺伝子」とは、NCBI Databaseに記載の枯草菌GmuGをコードする遺伝子(gmuG又はydhT)の塩基配列に対して90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上、の同一性を有する塩基配列を有し、且つGmuGと同様に細胞外に分泌されるとグルコマンナンをセロビオースやマンノビオース等に分解するタンパク質をコードする遺伝子を指す。あるいは、gmuG遺伝子と相同性又は類似性を有する遺伝子も、「gmuG遺伝子に相当する遺伝子」に含まれる。
In the present invention, the gmuG gene (also referred to as ydhT gene) is a gene encoding β-1,4-mannanase GmuG having a signal sequence on the N-terminal side. When GmuG encoded by the gmuG gene is secreted extracellularly, glucomannan is decomposed into cellobiose, mannobiose and the like.
By "gene corresponding to GmuG gene" as used herein, a gene encoding a Bacillus subtilis GmuG according to NCBI Database (gmuG or YdhT) to a nucleotide sequence of 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably refers to a gene encoding a 98 percent or more, of having a nucleotide sequence identity with, and GmuG as well as protein degrades when secreted extracellularly glucomannan cellobiose and mannobiose like. Alternatively, a gene having gmuG gene homology or similarity is also included in the "gene corresponding to gmuG gene".
本発明の組換え微生物のグルコマンナン資化オペロン、及び該オペロンを構成する各遺伝子の塩基配列について、配列番号1に示す、枯草菌168株のグルコマンナン資化オペロンを構成する各遺伝子の塩基配列に基づき説明する。しかし、本発明はこれに制限するものではない。
gmuB遺伝子の塩基配列は配列番号1に示す塩基配列の969〜1280番目の領域、gmuA遺伝子の塩基配列は配列番号1に示す塩基配列の1280〜1612番目の領域、gmuC遺伝子の塩基配列は配列番号1に示す塩基配列の1631〜2959番目の領域、gmuD遺伝子の塩基配列は配列番号1に示す塩基配列の2977〜4374番目の領域、gmuR遺伝子の塩基配列は配列番号1に示す塩基配列の4517〜5230番目の領域、gmuE遺伝子の塩基配列は配列番号1に示す塩基配列の5259〜6158番目の領域、gmuF遺伝子の塩基配列は配列番号1に示す塩基配列の6155〜7102番目の領域、gmuG遺伝子の塩基配列は配列番号1に示す塩基配列の7121〜8209番目の領域にそれぞれ該当する。
Regarding the glucomannan-utilizing operon of the recombinant microorganism of the present invention and the base sequence of each gene constituting the operon, the base sequence of each gene constituting the glucomannan-utilizing operon of Bacillus subtilis 168 strain shown in SEQ ID NO: 1 Based on However, the present invention is not limited to this.
969-1280 th region of the nucleotide sequence the nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 1 of gmuB gene, 1280-1612 th region of the nucleotide sequence the nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 1 of gmuA gene, nucleotide sequence of gmuC gene SEQ ID NO: The 1631 to 2959th region of the base sequence shown in Fig. 1, the base sequence of the gmuD gene is the 2977 to 4374th region of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and the base sequence of the gmuR gene is 4517 to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. The 5230th region, the gmuE gene base sequence is the 5259-6158th region of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, the gmuF gene base sequence is the 6155-7102th region of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, the gmuG gene The base sequence corresponds to the 7121st to 8209th region of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1.
gmuB遺伝子に相当する遺伝子、gmuA遺伝子に相当する遺伝子、gmuC遺伝子に相当する遺伝子、gmuD遺伝子に相当する遺伝子、gmuR遺伝子に相当する遺伝子、gmuE遺伝子に相当する遺伝子、gmuF遺伝子に相当する遺伝子及びgmuG遺伝子に相当する遺伝子としては、下記表1に記載の相同遺伝子も挙げられる。表1は、各菌種の代表的な菌株と各遺伝子に相当する相同遺伝子を挙げたものである。表1に記載の菌種と同種の異なる菌株が有する、表1と同じ相同遺伝子又は別の相同遺伝子も、本発明における各遺伝子に相当する遺伝子に含まれる。 a gene corresponding to the gmuB gene, a gene corresponding to the gmuA gene, a gene corresponding to the gmuC gene, a gene corresponding to the gmuD gene, a gene corresponding to the gmuR gene, a gene corresponding to the gmuE gene, a gene corresponding to the gmuF gene, and gmuG Examples of the gene corresponding to the gene include homologous genes described in Table 1 below. Table 1 lists representative strains of each bacterial species and homologous genes corresponding to the respective genes. The same homologous genes as those in Table 1 or different homologous genes possessed by different strains of the same species as those in Table 1 are also included in the genes corresponding to the respective genes in the present invention.
本発明の組換え微生物のグルコマンナン資化オペロンにおけるgmuB遺伝子、gmuA遺伝子、gmuC遺伝子、gmuD遺伝子、gmuR遺伝子、gmuE遺伝子、gmuF遺伝子及びgmuG遺伝子の各遺伝子、又は各遺伝子に相当する遺伝子の配列については、これらの遺伝子が構成するオペロンがグルコマンナン資化オペロンとして機能する限り特に制限はない。例えば、gmuB遺伝子又はその相同遺伝子、gmuA遺伝子又はその相同遺伝子、gmuC遺伝子又はその相同遺伝子、gmuD遺伝子又はその相同遺伝子、gmuR遺伝子又はその相同遺伝子、gmuE遺伝子又はその相同遺伝子、gmuF遺伝子又はその相同遺伝子、及びgmuG遺伝子又はその相同遺伝子がゲノム上でこの順で連結してグルコマンナン資化オペロンを構成するのが好ましく、gmuB遺伝子、gmuA遺伝子、gmuC遺伝子、gmuD遺伝子、gmuR遺伝子、gmuE遺伝子、gmuF遺伝子、及びgmuG遺伝子がゲノム上でこの順で連結してグルコマンナン資化オペロンを構成するのがより好ましい。あるいは、前記各遺伝子に相当する遺伝子がグルコマンナン資化オペロンとして機能する限り、各遺伝子がゲノム上の離れた位置にそれぞれ存在してもよい。例えば、バチルス・アミロリケファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)DSM7株において、gmuR遺伝子はグルコマンナン資化オペロンを構成する他の遺伝子とは離れた位置に存在するが、インデューサーとなるグルコマンナン分解物が存在しない状態ではグルコマンナン資化オペロンの発現が抑制される。したがって、バチルス・アミロリケファシエンスDSM7株のように、前記各遺伝子に相当する遺伝子がゲノム上の離れた位置に存在する微生物であっても、これらの遺伝子がグルコマンナン資化オペロンとして機能する限り、本発明に用いる宿主微生物に含むものとする。 Regarding the gmuB gene, gmuA gene, gmuC gene, gmuD gene, gmuR gene, gmuE gene, gmuF gene and gmuG gene in the glucomannan utilization operon of the recombinant microorganism of the present invention, or the sequence of the gene corresponding to each gene There are no particular restrictions as long as the operons constituted by these genes function as glucomannan-utilizing operons. For example, GmuB gene or a homologous gene thereof, GmuA gene or a homologous gene thereof, GmuC gene or a homologous gene thereof, GmuD gene or a homologous gene thereof, GmuR gene or a homologous gene thereof, GmuE gene or a homologous gene thereof, GmuF gene or a homologous gene thereof , And the gmuG gene or homologous genes thereof are preferably linked in this order on the genome to constitute a glucomannan-utilizing operon, gmuB gene, gmuA gene, gmuC gene, gmuD gene, gmuR gene, gmuE gene, gmuF gene More preferably, the gmuG gene is linked in this order on the genome to constitute a glucomannan-utilizing operon. Or as long as the gene corresponding to each said gene functions as a glucomannan utilization operon, each gene may exist in the distant position on a genome, respectively. For example, in Bacillus amyloliquefaciens (Bacillus amyloliquefaciens) DSM7 strain, GmuR gene is present in a position away from the other genes constituting the glucomannan assimilation operon, there is glucomannan hydrolysates as the inducer In a state where the glucomannan is not used, expression of the glucomannan utilization operon is suppressed. Therefore, as long as these genes function as a glucomannan-utilizing operon, even in the case of microorganisms in which genes corresponding to the respective genes are present at distant positions on the genome, such as the Bacillus amyloliquefaciens DSM7 strain, , To be included in the host microorganism used in the present invention.
本発明の組換え微生物において、目的遺伝子が、gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流に作動可能に連結している。gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流であって、且つ当該オペロンのターミネーターの上流に目的遺伝子を作動可能に連結させることで、発現誘導型プロモーターであるグルコマンナン資化オペロンのインデューサーの制御下で目的遺伝子の発現が可能となる。ここで、発現誘導型プロモーターとは、特定の条件下でのみ遺伝子発現を誘導する機能を有するプロモーターを意味する。本発明において「特定の条件下」とは、発現系にセロビオースなどのグルコマンナン分解物が存在することをさす。また、「目的遺伝子を作動可能に連結させる」とは、グルコマンナン資化オペロンの発現に伴い遺伝子の転写を誘導し得るように目的遺伝子が連結されていることをいう。 In the recombinant microorganism of the present invention, the target gene is operably linked downstream of the gmuG gene or a gene corresponding to the gmuG gene. Control of the inducer of the glucomannan-utilizing operon, which is an expression-inducible promoter, by operably linking the target gene downstream of the gmuG gene or a gene corresponding to the gmuG gene and upstream of the terminator of the operon The target gene can be expressed below. Here, the expression inducible promoter means a promoter having a function of inducing gene expression only under specific conditions. In the present invention, “specific conditions” means that a degradation product of glucomannan such as cellobiose is present in the expression system. Further, “operably linking the target gene” means that the target gene is linked so that transcription of the gene can be induced with the expression of the glucomannan-utilizing operon.
gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流に作動可能に連結させる目的遺伝子としては特に制限はなく、収縮タンパク質、輸送タンパク質、シグナルタンパク質、生体防御タンパク質、受容体タンパク質、構造タンパク質、遺伝子調節タンパク質、酵素、及び貯蔵タンパク質等のタンパク質をコードする遺伝子、薬剤耐性遺伝子、栄養要求性遺伝子、並びに機能性RNA等のノンコーディングRNAをコードする遺伝子が挙げられる。本発明の微生物をセルラーゼ遺伝子などの外来遺伝子のスクリーニングに用いる場合は、目的遺伝子の発現を指標として外来遺伝子の選択を行う観点から、薬剤耐性遺伝子、栄養要求性遺伝子、リポーター遺伝子等、選択マーカーとなり得る遺伝子が好ましい。
前記薬剤耐性遺伝子としては特に制限はなく、クロラムフェニコール耐性遺伝子(cat遺伝子)、テトラサイクリン耐性遺伝子(tet遺伝子)、ネオマイシン耐性遺伝子(nem遺伝子)、エリスロマイシン耐性遺伝子(erm遺伝子)、スペクチノマイシン耐性遺伝子(spm遺伝子)、カナマイシン耐性遺伝子などが挙げられる。
栄養要求性遺伝子としては特に制限はなく、ウラシル、アデニン等の核酸要求性遺伝子、メチオニン、トリプトファン等のアミノ酸要求性遺伝子などが挙げられる。
その他の目的遺伝子としては、緑色蛍光タンパク質(GFP)、β-グルクロニダーゼ(GUS)、β-ガラクトシダーゼ(β-Gal)等のリポーター遺伝子などが挙げられる。
これら目的遺伝子はプロモーター配列を有さないことが好ましい。
The target gene to be operably linked downstream of the gmuG gene or the gene corresponding to the gmuG gene is not particularly limited, and is a contraction protein, transport protein, signal protein, biological defense protein, receptor protein, structural protein, gene regulatory protein, Examples include genes that encode proteins such as enzymes and storage proteins, drug resistance genes, auxotrophic genes, and non-coding RNAs such as functional RNAs. When the microorganism of the present invention is used for screening a foreign gene such as a cellulase gene, it serves as a selection marker for a drug resistance gene, an auxotrophic gene, a reporter gene, etc. from the viewpoint of selecting a foreign gene using the expression of the target gene as an index. The gene obtained is preferred.
The drug resistance gene is not particularly limited, and is a chloramphenicol resistance gene ( cat gene), tetracycline resistance gene ( tet gene), neomycin resistance gene ( nem gene), erythromycin resistance gene ( erm gene), spectinomycin resistance Gene ( spm gene), kanamycin resistance gene and the like.
There is no restriction | limiting in particular as an auxotrophic gene, Nucleic acid requirement genes, such as uracil and adenine, Amino acid requirement genes, such as methionine and tryptophan, etc. are mentioned.
Other target genes include reporter genes such as green fluorescent protein (GFP), β-glucuronidase (GUS), and β-galactosidase (β-Gal).
These target genes preferably do not have a promoter sequence.
本発明に用いられる目的遺伝子の一例として、クロラムフェニコール耐性遺伝子(cat遺伝子)について説明する。
黄色ブドウ球菌由来のクロラムフェニコール耐性遺伝子の塩基配列(プロモーター配列を含む)を配列番号2及び図3に示し、当該塩基配列からなるクロラムフェニコール耐性遺伝子がコードするアミノ酸配列を配列番号3に示す。なお、図3には、黄色ブドウ球菌由来のクロラムフェニコール耐性遺伝子におけるプロモーター配列及びシャイン・ダルガノ(Shine-Dalgarno)配列(本明細書において、SD配列ともいう)を併せて示す。
真正細菌のプロモーターは、転写開始点から約10塩基上流と約35塩基上流に見られる、2つの短い配列から成っている。転写開始点から約10塩基上流の配列は「-10領域」とも呼ばれ、多くの遺伝子の-10領域からは「5’-TATAAT-3’」という6塩基の共通配列が見出されている。この-10領域は、原核生物における転写の開始に不可欠である。転写開始点から約35塩基上流の配列は「-35領域」とも呼ばれ、5’-TTGACA-3’という6塩基の共通配列である。この-35領域は、転写の強度を高める機能を持つ。目的遺伝子の転写開始点の上流に-10領域及び-35領域が含まれていないと、自力での転写が不可能となる。また、SD配列はリボゾーム結合部位であり、タンパク質の翻訳に必須の配列である。
本発明において、gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流に連結される目的遺伝子は、プロモーター配列を有さない(前記-10領域及び-35領域を有さない)ことが好ましい。すなわち、目的遺伝子の翻訳開始点(又はSD配列)より上流の配列を含まず、目的遺伝子の転写開始点(又はSD配列)及びそれより下流の領域をgmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流であって、且つ当該オペロンのターミネーターの上流に作動可能に連結することが好ましい。このような構成とすることで、グルコマンナン資化オペロンのインデューサーの制御下でのみ、目的遺伝子の発現が可能となる。
As an example of the target gene used in the present invention, a chloramphenicol resistance gene ( cat gene) will be described.
The nucleotide sequence (including promoter sequence) of the chloramphenicol resistance gene derived from Staphylococcus aureus is shown in SEQ ID NO: 2 and FIG. 3, and the amino acid sequence encoded by the chloramphenicol resistance gene comprising the nucleotide sequence is SEQ ID NO: 3. Shown in FIG. 3 also shows the promoter sequence and Shine-Dalgarno sequence (also referred to as SD sequence in this specification) in the chloramphenicol resistance gene derived from Staphylococcus aureus.
Eubacterial promoters consist of two short sequences found about 10 bases upstream and about 35 bases upstream from the start of transcription. A sequence about 10 bases upstream from the transcription start point is also called “-10 region”, and a common sequence of 6 bases “5′-TATAAT-3 ′” is found in the -10 region of many genes. . This -10 region is essential for the initiation of transcription in prokaryotes. The sequence about 35 bases upstream from the transcription start point is also called “-35 region”, and is a 6-base consensus sequence of 5′-TTGACA-3 ′. This -35 region has the function of increasing the transfer strength. If the -10 region and -35 region are not included upstream of the transcription start site of the target gene, transcription by itself is impossible. The SD sequence is a ribosome binding site and is an essential sequence for protein translation.
In the present invention, the target gene linked downstream of the gmuG gene or the gene corresponding to the gmuG gene preferably does not have a promoter sequence (does not have the -10 region and -35 region). That is, a sequence upstream of the translation start point (or SD sequence) of the target gene is not included, and the transcription start point (or SD sequence) of the target gene and a region downstream thereof are downstream of the gene corresponding to the gmuG gene or gmuG gene. And preferably operatively connected upstream of the operon terminator. With such a configuration, the target gene can be expressed only under the control of the inducer of the glucomannan-utilizing operon.
gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子と、目的遺伝子(マーカー遺伝子)との連結は、当該分野で通常用いられる方法により行うことができる。例えば、図4に示すように、SOE(splicing by overlap extension)-PCR法(Gene,1989,vol.77(1),p.61-68参照)よって目的遺伝子導入用SOE-PCR断片を作製し、SOE-PCR断片を宿主微生物の細胞内に導入し、2重交差法による相同組換えによって宿主微生物のゲノムにマーカー遺伝子を直接組み込むことによって、本発明の組換え微生物を作製することができる。 The gmuG gene or a gene corresponding to the gmuG gene and the target gene (marker gene) can be linked by a method usually used in the art. For example, as shown in FIG. 4, a SOE-PCR fragment for introducing a target gene is prepared by SOE (splicing by overlap extension) -PCR method (see Gene, 1989, vol. 77 (1), p. 61-68). The recombinant microorganism of the present invention can be produced by introducing the SOE-PCR fragment into the host microorganism cell and directly integrating the marker gene into the genome of the host microorganism by homologous recombination by the double crossover method.
以下に、具体例を挙げて、本発明の組換え微生物の作製方法について説明する。しかし、本発明はこれに制限するものではない。
まず、目的遺伝子を導入する宿主微生物のゲノムDNA又はそのcDNAを鋳型として目的遺伝子挿入部位の上流断片(以下、断片(A)ともいう)及び下流断片(以下、断片(B)ともいう)を、目的遺伝子の塩基配列が組み込まれたプラスミドなどを鋳型として目的遺伝子断片(以下、断片(C)ともいう)をそれぞれPCRにより調製する。なお、断片(A)の3’末端に目的遺伝子の5’末端側の10〜30塩基対程度が付加されるようにデザインしたプライマーを用いてPCRを行う。また、断片(B)の5’末端に、目的遺伝子の3’末端側の10〜30塩基対程度が付加されるようにデザインしたプライマーを用いてPCRを行う。ここで、断片(A)及び断片(B)のサイズに特に制限はないが、0.1kb〜3kbが好ましく、0.5kb〜3kbがより好ましく、0.5kb〜2kbがさらに好ましい。
断片(A)、断片(B)及び断片(C)の3種類のPCR断片を鋳型としてPCRを行うことにより、断片(A)の3’末端及び断片(B)の5’末端に付加した目的遺伝子の部分配列と、断片(C)との間でアニールが生じ、断片(A)と断片(B)との間に断片(C)を挿入した目的遺伝子導入用SOE-PCR断片(断片(D))が得られる。
かくして得られた断片(D)を通常の方法により宿主微生物細胞内に導入し、相同組換えが生じる条件下において断片(D)と宿主微生物のゲノムとを近接させると、目的遺伝子挿入部位の上流及び下流の相同領域において細胞内で二重交差の相同組換えが起こり、宿主微生物のゲノム上の目的遺伝子挿入部位に目的遺伝子が挿入される。
Hereinafter, the method for producing the recombinant microorganism of the present invention will be described with specific examples. However, the present invention is not limited to this.
First, an upstream fragment (hereinafter also referred to as a fragment (A)) and a downstream fragment (hereinafter also referred to as a fragment (B)) of a target gene insertion site using a genomic DNA of a host microorganism into which the target gene is introduced or a cDNA thereof as a template, A target gene fragment (hereinafter also referred to as fragment (C)) is prepared by PCR using a plasmid or the like in which the base sequence of the target gene is incorporated as a template. PCR is performed using a primer designed to add about 10 to 30 base pairs on the 5 ′ end side of the target gene to the 3 ′ end of the fragment (A). Further, PCR is performed using a primer designed to add about 10 to 30 base pairs on the 3 ′ end side of the target gene to the 5 ′ end of the fragment (B). Here, the size of the fragment (A) and the fragment (B) is not particularly limited, but is preferably 0.1 kb to 3 kb, more preferably 0.5 kb to 3 kb, and even more preferably 0.5 kb to 2 kb.
Purpose of addition to the 3 ′ end of the fragment (A) and the 5 ′ end of the fragment (B) by performing PCR using the three types of PCR fragments of the fragment (A), the fragment (B) and the fragment (C) as a template An annealing occurs between the partial sequence of the gene and the fragment (C), and the SOE-PCR fragment for introducing the target gene (fragment (D) with the fragment (C) inserted between the fragment (A) and the fragment (B) )) Is obtained.
When the fragment (D) thus obtained is introduced into a host microorganism cell by a conventional method and the fragment (D) and the genome of the host microorganism are brought close to each other under conditions where homologous recombination occurs, upstream of the target gene insertion site. In the homologous region downstream, double crossover homologous recombination occurs in the cell, and the target gene is inserted into the target gene insertion site on the genome of the host microorganism.
ここで、相同組換えが生じる条件下とは、宿主微生物が本来的に有している組換え反応に関与する酵素等の機能を失っていない状態を意味する。断片(D)と宿主微生物のゲノムとの間の組換え方法としては特に制限はなく、一般的なコンピテントセル形質転換方法(例えば、J.Bacterial.,1967,vol.93,p.1925など参照)、プロトプラスト形質転換法(例えば、Mol.Gen.Genet.,1979,vol.168,p.111など参照)、エレクトロポレーション法(例えば、FEMS Microbiol.Lett.,1990,vol.55,p.135など参照)、LP形質転換方法(例えば、Archives of Microbiology,1987,vol.146,p.353-357;Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry,2001,vol.65,No.4,p.823-829参照)、塩化カルシウム法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、アグロバクテリウム法、パーティクルガン法、PEG法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法などが挙げられる。例えば、宿主微生物が枯草菌である場合、コンピテントセル形質転換方法に従って以下の様に形質転換を行うことができる。
まず、宿主微生物の菌株を、SPI培地(0.20%(w/v)硫酸アンモニウム、1.40%(w/v)リン酸水素二カリウム、0.60%(w/v)リン酸二水素カリウム、0.10%(w/v)クエン酸三ナトリウム二水和物、0.50%(w/v)グルコース、0.02%(w/v)カザミノ酸(Difco社製)、5mM硫酸マグネシウム、0.25μM塩化マンガン、50μg/mLトリプトファン)において37℃で、例えば生育度(OD600)の値が1程度になるまで振盪培養する。振盪培養後、培養液の一部を9倍量のSPII培地(0.20%(w/v)硫酸アンモニウム、1.40%(w/v)リン酸水素二カリウム、0.60%(w/v)リン酸二水素カリウム、0.10%(w/v)クエン酸三ナトリウム二水和物、0.50%(w/v)グルコース、0.01%(w/v)カザミノ酸(Difco社製)、5mM硫酸マグネシウム、0.40μM塩化マンガン、5μg/mLトリプトファン)に接種し、更に例えば生育度(OD600)の値が0.4程度になるまで振盪培養することで、コンピテントセルを調製する。次いで、DNA断片を、宿主微生物の菌株のコンピテントセルに添加し、1時間〜2時間培養する。添加するDNA断片の量は特に限定されないが、100pg〜100μgが好ましく、1ng〜10μgがより好ましい。また、コンピテントセルの使用量に特に制限はないが、105〜109CFUが好ましく、106〜108CFUがより好ましい。
Here, the conditions under which homologous recombination occurs means a state in which the function of an enzyme involved in the recombination reaction inherently possessed by the host microorganism has not been lost. The recombination method between the fragment (D) and the genome of the host microorganism is not particularly limited, and a general competent cell transformation method (for example, J. Bacterial., 1967, vol. 93, p. 1925, etc.) Protoplast transformation method (see, for example, Mol. Gen. Genet., 1979, vol. 168, p. 111, etc.), electroporation method (see, for example, FEMS Microbiol. Lett., 1990, vol. 55, p. 135), LP transformation methods (for example, Archives of Microbiology, 1987, vol. 146, p.353-357; Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2001, vol. 65, No. 4, p. 823-). 829), calcium chloride method, calcium phosphate method, lipofection method, Agrobacterium method, particle gun method, PEG method, spheroplast method, lithium acetate method and the like. For example, when the host microorganism is Bacillus subtilis, transformation can be performed as follows according to the competent cell transformation method.
First, the strain of the host microorganism was changed to SPI medium (0.20% (w / v) ammonium sulfate, 1.40% (w / v) dipotassium hydrogen phosphate, 0.60% (w / v) dihydrogen phosphate. Potassium, 0.10% (w / v) trisodium citrate dihydrate, 0.50% (w / v) glucose, 0.02% (w / v) casamino acid (Difco), 5 mM sulfuric acid (Magnesium, 0.25 μM manganese chloride, 50 μg / mL tryptophan) at 37 ° C., for example, with shaking until the degree of growth (OD 600 ) is about 1. After shaking culture, a portion of the culture broth was added to 9 times the amount of SPII medium (0.20% (w / v) ammonium sulfate, 1.40% (w / v) dipotassium hydrogen phosphate, 0.60% (w / v). v) Potassium dihydrogen phosphate, 0.10% (w / v) trisodium citrate dihydrate, 0.50% (w / v) glucose, 0.01% (w / v) casamino acid (Difco (Commercially available), 5 mM magnesium sulfate, 0.40 μM manganese chloride, 5 μg / mL tryptophan), and further cultured by shaking until, for example, the degree of growth (OD 600 ) is about 0.4. To prepare. Next, the DNA fragment is added to a competent cell of the host microorganism strain and cultured for 1 to 2 hours. The amount of the DNA fragment to be added is not particularly limited, but is preferably 100 pg to 100 μg, more preferably 1 ng to 10 μg. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular in the usage-amount of a competent cell, 10 < 5 > -10 < 9 > CFU is preferable and 10 < 6 > -10 < 8 > CFU is more preferable.
目的遺伝子の挿入の確認は、通常の方法により行うことができる。例えば、形質転換体から抽出したゲノムDNAを鋳型としてPCRを行い、目的遺伝子が挿入していることを確認すればよい。
また、目的遺伝子が薬剤耐性遺伝子や栄養要求性遺伝子等の選択マーカーの場合、当該選択マーカーの発現を指標として相同組み換えが行われた形質転換体を分離することができる。例えば、目的遺伝子が薬剤耐性遺伝子の場合、薬剤耐性遺伝子の発現はグルコマンナン資化オペロンに制御されるので、グルコマンナン資化オペロンのインデューサーとして機能するセロビオースやマンノビオース等の存在下で初めて薬剤耐性を獲得する微生物を選択すればよい。
Confirmation of insertion of the target gene can be performed by a usual method. For example, PCR may be performed using genomic DNA extracted from the transformant as a template to confirm that the target gene has been inserted.
In addition, when the target gene is a selection marker such as a drug resistance gene or an auxotrophic gene, a transformant that has undergone homologous recombination can be isolated using the expression of the selection marker as an index. For example, when the target gene is a drug resistance gene, the expression of the drug resistance gene is controlled by the glucomannan-utilized operon. Therefore, drug resistance is the first in the presence of cellobiose or mannobiose that functions as an inducer of the glucomannan-utilized operon. What is necessary is just to select the microorganism which acquires.
本発明の組換え微生物を作製するための宿主微生物としては、枯草菌のgmuB遺伝子、gmuA遺伝子、gmuC遺伝子、gmuD遺伝子、gmuR遺伝子、gmuE遺伝子、gmuF遺伝子及びgmuG遺伝子からなるグルコマンナン資化オペロン又は前記各遺伝子に相当する遺伝子からなりグルコマンナン資化オペロンとして機能するオペロンをゲノム上に有するものであれば特に制限はなく、これらは野生型でも変異株でもよい。具体的には、バチルス・リケニフォルミス(Bacillus licheniformis)、バチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium)、バチルス・アンシラシス(Bacillus anthracis)、バチルス・ハロデュランス(Bacillus halodurans)、枯草菌等のバチルス(Bacillus)属細菌、クロストリジウム(Clostridium)属細菌、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属細菌、シュードモナス(Pseudomonas)属細菌、大腸菌(Escherichia coli)、酵母等が挙げられ、中でもバチルス属細菌が好ましい。特に、全ゲノム情報が明らかにされ、遺伝子工学、ゲノム工学技術が確立されている点、宿主微生物として安全且つ優良と認められる点、タンパク質を菌体外に分泌生産させる能力を有する点から、枯草菌がより好ましい。さらに、選択される宿主微生物は、野生型の菌株、野生型の菌株に対して所定の変異を導入した変異株のいずれも使用することができる。 As a host microorganism for producing the recombinant microorganism of the present invention, a glucomannan-utilizing operon consisting of the Bacillus subtilis gmuB gene, gmuA gene, gmuC gene, gmuD gene, gmuR gene, gmuE gene, gmuF gene and gmuG gene or There is no particular limitation as long as it has an operon consisting of genes corresponding to the above genes and functioning as a glucomannan-utilizing operon on the genome, and these may be wild type or mutant strains. Specifically, Bacillus licheniformis (Bacillus licheniformis), Bacillus megaterium (Bacillus megaterium), Bacillus Anshirashisu (Bacillus anthracis), Bacillus halodurans (Bacillus halodurans), Bacillus such as Bacillus subtilis (Bacillus) bacterium, Clostridium (Clostridium) bacteria, Corynebacterium (Corynebacterium) bacteria, Pseudomonas (Pseudomonas) bacteria, E. coli (Escherichia coli), include yeasts such as, among others Bacillus bacterium is preferable. In particular, since the whole genome information has been clarified, genetic engineering and genomic engineering techniques have been established, it has been recognized as safe and excellent as a host microorganism, and it has the ability to secrete and produce proteins outside the bacterial cell. Bacteria are more preferred. Furthermore, as the host microorganism to be selected, either a wild type strain or a mutant strain in which a predetermined mutation is introduced into the wild type strain can be used.
本発明の組換え微生物において、グルコマンナン資化オペロンの発現が炭素カタボライト抑制因子(CcpA)により抑制される場合、CcpAをコードするccpA遺伝子又はそれに相当する遺伝子を欠失又は不活性化することが好ましい。ccpA遺伝子又はそれに相当する遺伝子を欠失又は不活性化することにより、グルコース等の代謝されやすい糖の存在下においても、セロビオースにより目的遺伝子の発現を確認することが可能となる。ccpA遺伝子としては炭素カタボライト抑制因子をコードする遺伝子であれば制限は無いが、好ましくは枯草菌ccpA遺伝子である。
枯草菌ccpA遺伝子の塩基配列を配列番号40に基づいて説明する。なお、配列番号40に示す塩基配列は、枯草菌ccpA遺伝子の塩基配列(配列番号40で示される塩基配列のうち、1087〜2091番目の領域)、並びにその上流及び下流の塩基配列を示す。ccpA遺伝子に相当する遺伝子としては、当該塩基配列に対して90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上、の同一性を有する塩基配列を有し、かつCcpAをコードする遺伝子をいう。
In the recombinant microorganism of the present invention, when the expression of the glucomannan-utilizing operon is suppressed by a carbon catabolite repressing factor (CcpA), the ccpA gene encoding CcpA or a gene corresponding thereto may be deleted or inactivated. preferable. By deleting or inactivating the ccpA gene or a gene corresponding thereto, the expression of the target gene can be confirmed by cellobiose even in the presence of a sugar that is easily metabolized such as glucose. The ccpA gene is not limited as long as it is a gene encoding a carbon catabolite repressor, but is preferably the Bacillus subtilis ccpA gene.
The base sequence of the Bacillus subtilis ccpA gene will be described based on SEQ ID NO: 40. The base sequence shown in SEQ ID NO: 40 shows the base sequence of the Bacillus subtilis ccpA gene (the 1087-2091st region of the base sequence shown in SEQ ID NO: 40), and the upstream and downstream base sequences. The gene corresponding to ccpA gene, the nucleotide sequence to be 90% or more, more preferably 95% or more, particularly preferably has a nucleotide sequence having identity of 98% or more, and encoding CcpA A gene.
ccpA遺伝子又はそれに相当する遺伝子の欠失又は不活性化方法としては特に制限はなく、通常の方法により行うことができる。例えば、SOE-PCRで作成した線状DNA断片を用いたダブルクロスオーバー法、環状プラスミドを用いたシングルクロスオーバー法、UV照射や変異原物質による突然変異法などが挙げられる。
具体的には、SOE-PCR法(Gene,1989,vol.77(1),p.61-68参照)によって調製される欠失用DNA断片を用いた2重交差法を用いる方法によって、ccpA遺伝子をゲノム上から欠失させることができる。本方法で用いる欠失用DNA断片は、ccpA遺伝子の上流に隣接する約0.1〜3kbの断片(上流断片と称する)と、薬剤耐性マーカー遺伝子断片と、ccpA遺伝子の下流に隣接する約0.1〜3kb断片(下流断片と称する)の3断片を連結したDNA断片である。
There is no restriction | limiting in particular as a deletion or inactivation method of a ccpA gene or a gene corresponding to it, It can carry out by a normal method. Examples thereof include a double crossover method using a linear DNA fragment prepared by SOE-PCR, a single crossover method using a circular plasmid, and a mutation method using UV irradiation or a mutagen.
Specifically, by the method using the double crossover method using the DNA fragment for deletion prepared by the SOE-PCR method (see Gene, 1989, vol. 77 (1), p. 61-68), ccpA A gene can be deleted from the genome. The deletion DNA fragment used in the present method comprises an about 0.1 to 3 kb fragment adjacent to the upstream of the ccpA gene (referred to as upstream fragment), a drug resistance marker gene fragment, and an about 0.1 to 3 kb adjacent to the downstream of the ccpA gene. A DNA fragment in which three fragments (referred to as downstream fragments) are linked.
まず、1回目のPCRによって、欠失対象遺伝子(ccpA遺伝子)の上流断片及び下流断片、並びに薬剤耐性マーカー遺伝子断片の3断片を調製する。この際、結合対象となるDNA断片の末端10〜30塩基対の配列を付加したプライマーを設計する。例えば、上流断片の下流末端に位置する(アニールする)プライマーにおける5’末端に、薬剤耐性マーカー遺伝子断片の上流側10〜30塩基に相当する配列を付加し、また下流断片の上流末端に位置する(アニールする)プライマーにおける5’末端に、薬剤耐性マーカー遺伝子断片の下流側10〜30塩基に相当する配列を付加する。このように設計したプライマーセットを用いて上流断片及び下流断片を増幅した場合、増幅された上流断片の下流側には薬剤耐性マーカー遺伝子断片の上流側に相当する領域が付加されることとなり、増幅された下流断片の上流側には薬剤耐性マーカー遺伝子断片の下流側に相当する領域が付加されることとなる。
次に1回目に調製した上流断片、薬剤耐性マーカー遺伝子断片及び下流断片を混合して鋳型とし、上流断片の上流に位置する(アニールする)プライマー及び下流断片の下流側に位置する(アニールする)プライマーからなる1対のプライマーを用いてSOE-PCRを行う。この2回目のPCRにより、上流断片、薬剤耐性マーカー遺伝子断片及び下流断片をこの順で結合した欠失用DNA断片を増幅することができる。
First, an upstream fragment and a downstream fragment of a deletion target gene ( ccpA gene) and three fragments of a drug resistance marker gene fragment are prepared by the first PCR. At this time, a primer to which a sequence of 10 to 30 base pairs at the end of the DNA fragment to be bound is added is designed. For example, a sequence corresponding to 10 to 30 bases upstream of the drug resistance marker gene fragment is added to the 5 ′ end of the primer located at the downstream end (annealing) of the upstream fragment, and located at the upstream end of the downstream fragment. A sequence corresponding to 10 to 30 bases downstream of the drug resistance marker gene fragment is added to the 5 ′ end of the (annealing) primer. When the upstream fragment and the downstream fragment are amplified using the primer set designed in this way, a region corresponding to the upstream side of the drug resistance marker gene fragment is added to the downstream side of the amplified upstream fragment. A region corresponding to the downstream side of the drug resistance marker gene fragment is added to the upstream side of the downstream fragment.
Next, the first prepared upstream fragment, drug resistance marker gene fragment and downstream fragment are mixed to form a template, which is located upstream of the upstream fragment (annealed) and located downstream of the downstream fragment (annealed). SOE-PCR is performed using a pair of primers. By this second PCR, a deletion DNA fragment in which an upstream fragment, a drug resistance marker gene fragment and a downstream fragment are combined in this order can be amplified.
次いで、欠失用DNA断片による宿主菌の形質転換をコンピテントセル形質転換法(例えば、J.Bacterial.,1967,vol.93,p.1925など参照)などによって行い、欠失用DNA断片とゲノム上の相同領域間での2重交差の相同組換えによって、薬剤耐性マーカー遺伝子が宿主菌ゲノム上のccpA遺伝子に置き換えた形質転換体を得る。形質転換体の選択には欠失用DNA断片に挿入した薬剤耐性マーカー遺伝子による薬剤耐性を指標に行えば良い。こうした菌株からゲノムDNAを抽出し、PCR法などによって目的遺伝子の欠失を確認すれば良い。 Next, transformation of the host bacterium with the deletion DNA fragment is performed by a competent cell transformation method (see, for example, J. Bacterial., 1967, vol. 93, p. 1925, etc.) A transformant in which the drug resistance marker gene is replaced with the ccpA gene on the host fungal genome is obtained by double crossover homologous recombination between homologous regions on the genome. For selection of transformants, drug resistance by a drug resistance marker gene inserted into the deletion DNA fragment may be used as an index. Genomic DNA may be extracted from these strains and the deletion of the target gene may be confirmed by PCR or the like.
本発明の組換え微生物において目的遺伝子がグルコマンナン資化オペロンに作動可能に連結しているので、グルコマンナン資化オペロンのインデューサーであるセロビオース等のグルコマンナン分解物により目的遺伝子の発現が制御される。したがって、本発明の組換え微生物を用いることにより、組換え微生物に導入された目的遺伝子の発現を指標として、セルロースのβ-1,4-グルコシド結合を加水分解してセロビオースの生成を行うセルラーゼをコードする遺伝子のスクリーニングが可能となる。 Since the target gene is operably linked to the glucomannan-utilizing operon in the recombinant microorganism of the present invention, the expression of the target gene is controlled by a glucomannan degradation product such as cellobiose which is an inducer of the glucomannan-utilizing operon. The Therefore, by using the recombinant microorganism of the present invention, a cellulase that produces cellobiose by hydrolyzing the β-1,4-glucoside bond of cellulose using the expression of the target gene introduced into the recombinant microorganism as an index. Screening of the gene to be encoded becomes possible.
以下、本発明のセルラーゼ遺伝子のスクリーニング方法の実施態様について説明する。しかし、本発明はこれに制限するものではない。 Hereinafter, embodiments of the cellulase gene screening method of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to this.
スクリーニングする遺伝子で形質転換を行い本発明の組換え微生物に該遺伝子を導入した場合、セルロースの存在下で本発明の組換え微生物に導入した遺伝子を発現させ、当該遺伝子がセルラーゼ遺伝子であると、セルロースを基質としてセロビオースが生成する。このセロビオースが組換え微生物の細胞内に取り込まれると、組換え微生物のグルコマンナン資化オペロンのインデューサーとして機能し、gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流に連結する目的遺伝子が発現する。したがって、発現した目的遺伝子を指標とすることでセルラーゼ遺伝子のスクリーニングが可能となる。例えば、本発明の組換え微生物の目的遺伝子として薬剤耐性遺伝子を用いた場合、組換え微生物に導入した被検遺伝子の発現を誘導し、セルロースの存在下で組換え微生物を培養し、組換え微生物が薬剤耐性を獲得した場合、当該組換え微生物に導入した被検遺伝子をセルラーゼ遺伝子として選択すればよい。
メタゲノムからセルラーゼ遺伝子をスクリーニングする場合、そのDNAを適当な制限酵素で処理してスクリーニングに供する遺伝子とすることができる。また、RNAを用いる場合、RNAを逆転写してcDNAを合成することによりスクリーニングに供する遺伝子とすることができる。
When the gene to be screened is transformed and introduced into the recombinant microorganism of the present invention, the gene introduced into the recombinant microorganism of the present invention is expressed in the presence of cellulose, and the gene is a cellulase gene. Cellobiose is produced using cellulose as a substrate. When this cellobiose is taken into the cells of the recombinant microorganism, it functions as an inducer of the glucomannan utilization operon of the recombinant microorganism, and the target gene linked to the downstream of the gene corresponding to the gmuG gene or gmuG gene is expressed. Therefore, the cellulase gene can be screened by using the expressed target gene as an index. For example, when a drug resistance gene is used as the target gene of the recombinant microorganism of the present invention, the expression of a test gene introduced into the recombinant microorganism is induced, the recombinant microorganism is cultured in the presence of cellulose, When drug resistance is acquired, a test gene introduced into the recombinant microorganism may be selected as a cellulase gene.
When screening a cellulase gene from a metagenome, the DNA can be treated with an appropriate restriction enzyme to provide a gene for screening. When RNA is used, it can be used as a gene for screening by reverse transcription of RNA and synthesis of cDNA.
本発明のセルラーゼ遺伝子のスクリーニングにおいて、組換え微生物の培養を行うための培地としては、セルラーゼが加水分解するセルロースが存在する限り特に制限はなく、グリセロール、フルクトース、マルトース、キシロース、アラビノース、各種有機酸等の炭素源、各種アミノ酸、ポリペプトン、トリプトン、硫酸アンモニウムや尿素等の窒素源、ナトリウム塩等の無機塩類及びその他必要な栄養源、微量金属塩等を含む、当該組換え微生物の宿主微生物の培養に通常使用される培地であればよい。また、本発明の組換え微生物のccpA遺伝子を欠失又は不活性化することによりグルコース等の資化され易い糖を炭素源とした培地を使用するができる。
また、本発明に用いられるセルロースとしては特に制限はなく、ミル粉砕セルロース、CMC、Avicel PH101(商品名、Fluka社製)、Cellulose Powder(Fuluka社製)、パルプ、リン酸膨洵セルロース、KCフロックなどが挙げられる。このうち、ミル粉砕セルロース、CMCが好ましい。
In the screening of the cellulase gene of the present invention, the medium for culturing the recombinant microorganism is not particularly limited as long as cellulose capable of hydrolyzing cellulase is present, and glycerol, fructose, maltose, xylose, arabinose, various organic acids For the cultivation of host microorganisms of the recombinant microorganisms, including carbon sources such as various amino acids, polypeptone, tryptone, nitrogen sources such as ammonium sulfate and urea, inorganic salts such as sodium salts and other necessary nutrients, trace metal salts, etc. Any medium that is normally used may be used. In addition, a medium using a sugar as a carbon source such as glucose can be used by deleting or inactivating the ccpA gene of the recombinant microorganism of the present invention.
Further, the cellulose used in the present invention is not particularly limited, and milled cellulose, CMC, Avicel PH101 (trade name, manufactured by Fluka), Cellulose Powder (manufactured by Fluka), pulp, phosphoric acid expanded cellulose, KC floc Etc. Of these, milled cellulose and CMC are preferred.
本発明の組換え微生物は、gmuG遺伝子又はgmuG遺伝子に相当する遺伝子の下流に目的遺伝子が作動可能に連結している。また、グルコマンナン資化オペロンのインデューサーはセロビオースやマンノビオース等である。したがって、前記目的遺伝子の発現はセロビオースやマンノビオース等によって制御される。
さらに、セロビオースによって発現が制御される前記目的遺伝子を指標とすることで、セルロースを基質とし、セロビオースを生成するセルラーゼをコードする遺伝子のスクリーニングに本発明の組換え微生物を好適に用いることができる。
In the recombinant microorganism of the present invention, the target gene is operably linked downstream of the gmuG gene or a gene corresponding to the gmuG gene. The inducers of the glucomannan-utilizing operon include cellobiose and mannobiose. Therefore, the expression of the target gene is controlled by cellobiose, mannobiose, or the like.
Furthermore, by using the target gene whose expression is controlled by cellobiose as an index, the recombinant microorganism of the present invention can be suitably used for screening for a gene encoding cellulase that produces cellobiose using cellulose as a substrate.
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、実施例で使用したプライマーの名称、その配列及び配列番号を表2及び3に示す。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, the technical scope of this invention is not limited to a following example.
In addition, the name of the primer used in the Example, its sequence | arrangement, and sequence number are shown in Table 2 and 3.
以下の実施例におけるDNA断片増幅のためのポリメラーゼ連鎖反応(PCR)には、GeneAmp PCR System(アプライドバイオシステムズ社製)を使用し、Pyrobest DNA Polymerase(タカラバイオ社製)と付属の試薬類を用いてDNA増幅を行った。PCRの反応液組成は、適宜希釈した鋳型DNAを1μL、センス及びアンチセンスプライマーを各々20pmol、並びにPyrobest DNA Polymeraseを2.5U添加して、反応液総量を50μLとした。PCRの反応条件は、98℃で10秒間、55℃で30秒間及び72℃で1〜5分間(目的増幅産物に応じて調整。目安は1kbあたり1分間)の3段階の温度変化を30回繰り返した後、72℃で5分間反応させることにより行った。 For the polymerase chain reaction (PCR) for DNA fragment amplification in the following examples, GeneAmp PCR System (Applied Biosystems) is used, Pyrobest DNA Polymerase (Takara Bio) and attached reagents are used. DNA amplification was performed. The PCR reaction solution composition was 1 μL of appropriately diluted template DNA, 20 pmol each of sense and antisense primers, and 2.5 U of Pyrobest DNA Polymerase, so that the total reaction solution volume was 50 μL. PCR reaction conditions were 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 to 5 minutes (adjusted according to the target amplification product. The standard is 1 minute per 1 kb). After repeating, the reaction was carried out at 72 ° C. for 5 minutes.
また、枯草菌の形質転換は以下の様に行った。
枯草菌株をSPI培地において37℃で、生育度(OD600)の値が1程度になるまで振盪培養した。振盪培養後、培養液の一部を9倍量のSPII培地に接種し、更に生育度(OD600)の値が0.4程度になるまで振盪培養することで、枯草菌株のコンピテントセルを調製した。次いで、調製したコンピテントセル懸濁液(SPII培地における培養液)100μLに各種DNA断片を含む溶液(SOE−PCRの反応液等)5μLを添加し、37℃で1時間振盪培養後、適切な薬剤を含むLB寒天培地(1%トリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl、1.5%寒天)に全量を塗沫した。37℃における静置培養の後、生育したコロニーを形質転換体として分離した。得られた形質転換体のゲノムを抽出し、これを鋳型とするPCRによって、目的とするゲノム構造の改変が為されたことを確認した。
Further, Bacillus subtilis was transformed as follows.
The Bacillus subtilis strain was cultured with shaking in an SPI medium at 37 ° C. until the degree of growth (OD 600 ) reached about 1. After shaking culture, a portion of the culture solution is inoculated into 9 times the amount of SPII medium, and further cultured by shaking until the degree of growth (OD 600 ) is about 0.4. Prepared. Next, 5 μL of a solution containing various DNA fragments (SOE-PCR reaction solution, etc.) is added to 100 μL of the prepared competent cell suspension (culture medium in SPII medium), shaken at 37 ° C. for 1 hour, The whole amount was smeared on LB agar medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl, 1.5% agar) containing the drug. After stationary culture at 37 ° C., the grown colonies were isolated as transformants. The genome of the obtained transformant was extracted, and it was confirmed that the intended genomic structure was altered by PCR using this as a template.
実施例1 組換え微生物の作製
図5に示すように、枯草菌168株のgmuG遺伝子の下流にプロモーターのない薬剤耐性遺伝子を挿入した枯草菌son5株を、図4の概略図で示す方法により作製した。以下、その詳細を説明する。
Example 1 Production of Recombinant Microorganism As shown in FIG. 5, a Bacillus subtilis son5 strain in which a drug resistance gene without a promoter was inserted downstream of the gmuG gene of Bacillus subtilis 168 strain was produced by the method shown in the schematic diagram of FIG. did. Details will be described below.
枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表2に示したson5f1(配列番号22)及びson5/catr(配列番号24)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いて、cat遺伝子の5'末端相同配列を3'末端側に有する、1.0kbの断片(A)をPCRにより作製した。同様に、上記ゲノムDNAを鋳型とし、表2に示したson5/catf(配列番号25)及びson5r1(配列番号27)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いて、cat遺伝子の3'末端相同配列を5'末端側に有する、1.0kbの断片(B)をPCRにより作製した。さらに、プラスミドpC194のDNA(J.Bacteriol.,vol.150,No.2,p.815,1982参照)を鋳型とし、表2に示したcatf2(配列番号4)及びcatr2(配列番号5)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いて、クロラムフェニコール耐性遺伝子(cat遺伝子)を含む0.7kbの断片(C)をPCRにより作製した。 Genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 strain as a template and using a primer set consisting of an oligonucleotide represented by the nucleotide sequence of son5f1 shown in Table 2 (SEQ ID NO: 22) and son5 / catr (SEQ ID NO: 24), cat A 1.0 kb fragment (A) having a 5 ′ terminal homologous sequence of the gene on the 3 ′ terminal side was prepared by PCR. Similarly, the genomic DNA as a template, using son5 / catf primer set consisting of an oligonucleotide represented by the nucleotide sequence of (SEQ ID NO: 25) and Son5r1 (SEQ ID NO: 27) shown in Table 2, 3 of the cat gene A 1.0 kb fragment (B) having a 'terminal homologous sequence at the 5' end was prepared by PCR. Furthermore, using the DNA of plasmid pC194 (see J. Bacteriol., Vol. 150, No. 2, p. 815, 1982) as a template, catf2 (SEQ ID NO: 4) and catr2 (SEQ ID NO: 5) shown in Table 2 A 0.7 kb fragment (C) containing a chloramphenicol resistance gene ( cat gene) was prepared by PCR using a primer set consisting of an oligonucleotide represented by the nucleotide sequence.
次に、得られた1.0kb断片(A)、1.0kb断片(B)及び0.7kbの断片(C)の3断片を混合して鋳型として、表2に示したson5f2(配列番号23)及びson5r2(配列番号26)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いたSOE-PCR法を行い、3断片を断片(A)、断片(C)、断片(B)の順になるように結合させ、2.7kbのDNA断片(D)を得た。 Next, 3 fragments of the obtained 1.0 kb fragment (A), 1.0 kb fragment (B) and 0.7 kb fragment (C) were mixed and used as a template to form son5f2 (SEQ ID NO: 23) shown in Table 2. ) And son5r2 (SEQ ID NO: 26) are subjected to SOE-PCR using a primer set consisting of oligonucleotides, and the three fragments are in the order of fragment (A), fragment (C) and fragment (B). Thus, a 2.7 kb DNA fragment (D) was obtained.
さらに、コンピテントセル形質転換法によって、得られたDNA断片(D)を用いて、枯草菌168株の形質転換を行った。形質転換後、セロビオース(0.1%)及びクロラムフェニコール(10ppm)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。得られた形質転換体のゲノムDNAを抽出し、PCRによってgmuG遺伝子の下流にcat遺伝子が挿入していることを確認した。このように構築した株を枯草菌son5株とする。 Furthermore, Bacillus subtilis 168 strain was transformed by the competent cell transformation method using the obtained DNA fragment (D). After transformation, colonies grown on LB agar medium containing cellobiose (0.1%) and chloramphenicol (10 ppm) were isolated as transformants. Genomic DNA of the obtained transformant was extracted, and it was confirmed by PCR that the cat gene was inserted downstream of the gmuG gene. The strain thus constructed is designated as Bacillus subtilis son5 strain.
断片(A)、断片(B)、断片(C)及び断片(D)の作製に用いたプライマーを表4の通りとした以外は、枯草菌son5株と同様にして、枯草菌son1株、枯草菌son2株、枯草菌son3株及び枯草菌son4株をそれぞれ作製した。また、枯草菌son1株、枯草菌son2株、枯草菌son3株、枯草菌son4株及び枯草菌son5株のゲノム上におけるcat遺伝子の挿入位置を図5に示す。 Similar to Bacillus subtilis son5 strain except that the primers used for the preparation of fragment (A), fragment (B), fragment (C) and fragment (D) were as shown in Table 4, Bacillus subtilis son1 strain, Bacillus subtilis Bacteria son2 strain, Bacillus subtilis son3 strain and Bacillus subtilis son4 strain were prepared, respectively. FIG. 5 shows the insertion position of the cat gene on the genome of Bacillus subtilis son1, strain Bacillus subtilis son2, strain Bacillus subtilis son3, Bacillus subtilis son4, and Bacillus subtilis son5.
試験例1
実施例1で作製した各形質転換体をそれぞれLB+Cmプレート(クロラムフェニコール:10ppm)とLB+Cm+セロビオースプレート(クロラムフェニコール:10ppm、セロビオース:0.1%(w/v))に植菌し、30℃、2日間培養した後、生育状況(コロニーの有無)の確認を行なった。その結果を表5に示す。また、枯草菌son5株を培養したLB+Cmプレート及びLB+Cm+セロビオースプレートを図6に示す。
Test example 1
Each transformant prepared in Example 1 was planted on an LB + Cm plate (chloramphenicol: 10 ppm) and an LB + Cm + cellobiose plate (chloramphenicol: 10 ppm, cellobiose: 0.1% (w / v)). After culturing and culturing at 30 ° C. for 2 days, the growth status (presence or absence of colonies) was confirmed. The results are shown in Table 5. FIG. 6 shows an LB + Cm plate and an LB + Cm + cellobiose plate in which Bacillus subtilis son5 strain was cultured.
表5に示すように、クロラムフェニコール耐性遺伝子をgmuG遺伝子の下流以外の部位に挿入した、枯草菌son1株、枯草菌son2株、枯草菌son3株及び枯草菌son4株は、セロビオースの有無に関わらず生育可能であった。すなわち、これらの組換え微生物においては、クロラムフェニコール耐性遺伝子の発現をセロビオースにより制御できなかった。枯草菌son1株は、グルコマンナン資化オペロンのプロモーターのcre配列にcat遺伝子を導入したため、gmuR遺伝子がコードする内部リプレッサーGmuRの結合に影響を与え、グルコマンナン資化オペロンのインデューサーであるセロビオースの有無に関わらず生育できたものと考えられる。枯草菌son3株及びson4株は、cat遺伝子をgmuR遺伝子の上流又はgmuR遺伝子中に導入したため、gmuR遺伝子がコードするGmuRの発現に影響を及ぼし、cat遺伝子が構成的に発現し、セロビオースの有無に関わらず生育できたものと考えられる。
一方、表5及び図6に示すように、枯草菌son5株については、セロビオース非存在下ではクロラムフェニコールを含む培地では生育できないのに対し、セロビオース存在下では薬剤耐性を獲得し、クロラムフェニコールを含む培地でも生育することが可能である。
As shown in Table 5, Bacillus subtilis son1 strain, Bacillus subtilis son2 strain, Bacillus subtilis son3 strain, and Bacillus subtilis son4 strain in which a chloramphenicol resistance gene was inserted at a site other than the downstream of the gmuG gene were tested for the presence or absence of cellobiose. Nevertheless, it was able to grow. That is, in these recombinant microorganisms, the expression of the chloramphenicol resistance gene could not be controlled by cellobiose. Since Bacillus subtilis son1 strain introduced the cat gene into the cre sequence of the promoter of the glucomannan-utilizing operon, it affected the binding of the internal repressor GmuR encoded by the gmuR gene, and cellobiose, the inducer of the glucomannan-utilizing operon. It is thought that it was able to grow up with or without. Bacillus subtilis son3 strain and son4 strain, since the introduction of the cat gene upstream or gmuR gene of gmuR gene affects expression of GmuR that gmuR gene encodes, cat gene constitutively expressed, in the presence of cellobiose It is thought that it was able to grow regardless.
On the other hand, as shown in Table 5 and FIG. 6, Bacillus subtilis son5 strain cannot grow in a medium containing chloramphenicol in the absence of cellobiose, but acquires drug resistance in the presence of cellobiose, and chloram It is also possible to grow on a medium containing phenicol.
試験例2
クロラムフェニコールを10ppm及びセロビオースを0.1%(w/v)含有する5mLのLB培地に、30℃で一晩で振盪培養した枯草菌son5株の培養液を菌体濃度がOD600=0.03になるように植菌し、37℃で、180rpmで振盪培養し、菌株の生育度(OD600)を測定した。また、比較として、セロビオースを含有しない以外は同様に培養を行い、枯草菌son5株の生育度を測定した。その結果を図7に示す。
図7に示すように、セロビオース非存在下では枯草菌son5株は生育できなかったのに対し、セロビオース存在下で枯草菌son5株の生育が可能となった。これは、セロビオースがグルコマンナン資化オペロンのインデューサーとして機能することでグルコマンナン資化オペロンの発現を誘導し、グルコマンナン資化オペロンのgmuG遺伝子の下流に作動可能に連結させた薬剤耐性遺伝子が発現して、枯草菌son5株が薬剤耐性を獲得したためである。
Test example 2
The culture solution of Bacillus subtilis son5 strain cultured overnight at 30 ° C. in 5 mL of LB medium containing 10 ppm chloramphenicol and 0.1% (w / v) cellobiose is adjusted to an OD 600 = 0.03. The inoculum was inoculated and cultured at 37 ° C. with shaking at 180 rpm, and the growth degree (OD 600 ) of the strain was measured. For comparison, the same culture was performed except that cellobiose was not contained, and the growth degree of Bacillus subtilis son5 strain was measured. The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the Bacillus subtilis son5 strain could not grow in the absence of cellobiose, whereas the Bacillus subtilis son5 strain could grow in the presence of cellobiose. This is because cellobiose functions as an inducer of the glucomannan- utilized operon, induces the expression of the glucomannan- utilized operon, and a drug resistance gene operably linked downstream of the gmuG gene of the glucomannan- utilized operon This is because Bacillus subtilis son5 strain was expressed and acquired drug resistance.
また、セロビオースに代えて、セロトリオース、セロテトラオース、セロペンタオース又はセロヘキサオースを用いたこと以外は同様に培養を行い、枯草菌son5株の生育度を測定した。その結果を図8に示す。
図8に示すように、セロトリオース、セロテトラオース、セロペンタオース又はセロヘキサオース存在下では枯草菌son5株は生育できなかった。したがって、本発明の組換え微生物のグルコマンナン資化オペロンのgmuG遺伝子の下流に作動可能に連結させた目的遺伝子の発現は、セロビオースにより制御されることを示唆している。
Moreover, it culture | cultivated similarly except having used cellotriose, cellotetraose, cellopentaose, or cellohexaose instead of cellobiose, and the growth degree of Bacillus subtilis son5 stock | strain was measured. The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 8, Bacillus subtilis son5 strain could not grow in the presence of cellotriose, cellotetraose, cellopentaose or cellohexaose. Therefore, it is suggested that the expression of the target gene operably linked downstream of the gmuG gene of the glucomannan utilization operon of the recombinant microorganism of the present invention is controlled by cellobiose.
実施例2 セルラーゼ遺伝子のスクリーニング
(1)枯草菌セルラーゼ遺伝子bglC過剰発現プラスミドの構築
In-FusionTM Advantage PCR Cloning Kit(Clontech社製)のプロトコールに従い、バチルス・エスピー(Bacillus sp.)KSM-S237株(FERM BP-7875)由来のアルカリセルラーゼ遺伝子(特開2000-210081号公報参照)のプロモーターとシグナル配列をコードするDNA断片が挿入された組換えプラスミドpHYS237(Biosci.Biotechnol.Biochem.,2000,vol.64(11),p.2281-2289参照)を鋳型として、表3に示したPSF_infu(EcI)(配列番号28)とPS237R(配列番号29)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いて、DNA断片を増幅した。さらに、枯草菌168株のゲノムDNAを鋳型として、表3に示したbglC-sig/PSF(配列番号30)とbglC_infu(SaI)(配列番号31)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いて、枯草菌セルラーゼ遺伝子bglCを増幅した。これらDNA断片と、制限酵素EcoRI及びSalIで処理し線状化したシャトルベクターpHY300PLK、及びIn-Fusion酵素を適当量で混合し、30分間反応を行なった。このように作製したプラスミドを用いて、大腸菌HB101コンピテントセル(TaKaRa社製)の形質転換を行った。CMC及びトリパンブルーを含有するLB寒天培地を用いて、テトラサイクリン耐性を獲得した形質転換体を選抜した。この様にして、S237セルラーゼのプロモーター配列及びシグナル配列をbglCの構造遺伝子と連結させてプラスミドpHPS-bglCを作製した。
なお、枯草菌としては168株としては、国立遺伝学研究所ではMGNA-A001、米国のBacillus Genetic Stock Center(BGSC)ではアクセスナンバー1A1として登録されている株と同じ株を用いた。
Example 2 Cellulase Gene Screening (1) Construction of Bacillus subtilis cellulase gene bglC overexpression plasmid
According to the protocol of In-Fusion ™ Advantage PCR Cloning Kit (manufactured by Clontech), an alkaline cellulase gene derived from Bacillus sp. KSM-S237 strain (FERM BP-7875) (see JP 2000-210081) Table 3 shows a recombinant plasmid pHYS237 (see Biosci. Biotechnol. Biochem., 2000, vol. 64 (11), p. 2281-2289) into which a DNA fragment encoding a promoter and a signal sequence is inserted as a template. The DNA fragment was amplified using a primer set consisting of oligonucleotides represented by the base sequences of PSF_infu (EcI) (SEQ ID NO: 28) and PS237R (SEQ ID NO: 29). Further, a primer set comprising oligonucleotides represented by the base sequences of bglC-sig / PSF (SEQ ID NO: 30) and bglC_infu (SaI) (SEQ ID NO: 31) shown in Table 3 using the genomic DNA of Bacillus subtilis 168 strain as a template Was used to amplify the Bacillus subtilis cellulase gene bglC . These DNA fragments, the shuttle vector pHY300PLK treated with restriction enzymes Eco RI and Sal I and linearized, and In-Fusion enzyme were mixed in appropriate amounts and reacted for 30 minutes. Escherichia coli HB101 competent cell (manufactured by TaKaRa) was transformed with the thus prepared plasmid. Using an LB agar medium containing CMC and trypan blue, transformants that acquired tetracycline resistance were selected. In this way, to produce a promoter sequence and signal sequence of the S237 cellulase ligated with the structural gene of BglC with plasmid pHPS-bglC.
As Bacillus subtilis, 168 strains used were the same strains registered as MGNA-A001 at the National Institute of Genetics and access number 1A1 at Bacillus Genetic Stock Center (BGSC) in the United States.
(2)bglC過剰発現プラスミドを用いた形質転換体の作製
前記プラスミドpHPS-bglCを、プロトプラスト形質転換法(Mol.Gen.Genet.,1979,vol.168,p.111)に従い、枯草菌son5株に導入した。形質転換体はテトラサイクリン(Tc)入りのDM3寒天培地(1%CMC、0.5%カザミノ酸、0.5%酵母エキス(Difco社製)、0.01%メチオニン、0.01%リジン、0.01%トリプトファン、8.1%コハク酸Na・6H2O、0.35%リン酸水素2カリウム、0.15%リン酸水素1カリウム、0.5%グルコース、20mM塩化マグネシウム、0.01%トリパンブルー、0.01%BSA、50ppmテトラサイクリン)より選抜した。
(2) Preparation of transformant using bglC overexpression plasmid According to the protoplast transformation method (Mol. Gen. Genet., 1979, vol. 168, p. 111), the plasmid pHPS-bglC Introduced. The transformant was DM3 agar medium containing tetracycline (Tc) (1% CMC, 0.5% casamino acid, 0.5% yeast extract (Difco), 0.01% methionine, 0.01% lysine, 0.01% tryptophan, 8.1% sodium succinate. 6H 2 O, 0.35% dipotassium hydrogen phosphate, 0.15% monopotassium hydrogen phosphate, 0.5% glucose, 20 mM magnesium chloride, 0.01% trypan blue, 0.01% BSA, 50 ppm tetracycline).
(3)セルラーゼ遺伝子のスクリーニング
pHPS-bglCを導入した枯草菌son5株、及びコントロールとしてpHY300PLKを導入した枯草菌son5株を、クロラムフェニコール10ppm、及びミル粉砕セルロース又はCMC0.1%を含むLB寒天培地で培養し、生育した単一コロニーをセルロース源(ミル粉砕セルロース又はCMC)を含む又はセルロース源を含まない、SPI+Cm寒天培地及びLB+Cm寒天培地に白金耳で植菌し、30℃、3日培養した。その後、プレートでの菌株の生育を確認した。その結果を図9に示す。
なお、ミル粉砕セルロースは、粉末状パルプ(商品名:W−400G、日本製紙ケミカル社製、400メッシュパス90以上、セルロース含有量99質量%、水分含量1質量%)を媒体撹拌式ミル(アトライタ、三井鉱山(株)製、「MA1D−X」、容器全容量:5.5L)に500g投入し、媒体として、ジルコニアボール(直径10mm、材質:ジルコニア)11kgをアトライタに充填(充填率59%)して、回転数307rpmの条件で、2時間粉砕処理することにより調製した。
(3) Cellulase gene screening
Bacillus subtilis son5 strain introduced with pHPS-bglC and Bacillus subtilis son5 strain introduced with pHY300PLK as a control were grown by culturing on an LB agar medium containing chloramphenicol 10 ppm and milled cellulose or CMC 0.1%. Single colonies were inoculated with a platinum loop on SPI + Cm agar medium and LB + Cm agar medium containing a cellulose source (milled cellulose or CMC) or no cellulose source, and cultured at 30 ° C. for 3 days. Thereafter, the growth of the strain on the plate was confirmed. The result is shown in FIG.
The mill-pulverized cellulose is a powdered pulp (trade name: W-400G, manufactured by Nippon Paper Chemical Co., Ltd., 400 mesh pass 90 or more, cellulose content 99% by mass, moisture content 1% by mass). 500 g is put into “MA1D-X” manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd., total capacity of container: 5.5 L, and 11 kg of zirconia balls (diameter: 10 mm, material: zirconia) is filled in the attritor as a medium (filling rate 59%) ) And pulverizing for 2 hours under the condition of a rotation speed of 307 rpm.
図9に示したように、セルラーゼ遺伝子を含まないプラスミドを導入した枯草菌son5株はセルラーゼを生成することができない。そのため、インデューサーとしてのセロビオースが存在せず、結果として、宿主微生物のゲノムに挿入されたクロラムフェニコール耐性遺伝子が発現せず、クロラムフェニコール存在下では生育することができない。これに対して、bglC高発現プラスミドpHPS-bglCを導入した枯草菌son5株は、bglC遺伝子が発現することでセルラーゼが生産され、セルラーゼによりセルロースを分解してセロビオースが生成される。このセロビオースがグルコマンナン資化オペロンのインデューサーとして機能するので、枯草菌son5株に導入されたcat遺伝子が発現してクロラムフェニコール耐性を獲得し、枯草菌son5株はクロラムフェニコール存在下でも生育することができる。 As shown in FIG. 9, Bacillus subtilis son5 strain into which a plasmid not containing a cellulase gene has been introduced cannot produce cellulase. Therefore, cellobiose as an inducer does not exist, and as a result, the chloramphenicol resistance gene inserted into the genome of the host microorganism is not expressed and cannot grow in the presence of chloramphenicol. In contrast, Bacillus subtilis son5 strain into which the bglC high expression plasmid pHPS-bglC has been introduced produces cellulase by expressing the bglC gene, and cellulose is decomposed by cellulase to produce cellobiose. Since this cellobiose functions as an inducer of the glucomannan-utilizing operon, the cat gene introduced into Bacillus subtilis son5 strain is expressed to acquire chloramphenicol resistance, and Bacillus subtilis son5 strain is in the presence of chloramphenicol. But it can grow.
図10に、セルラーゼ遺伝子のスクリーニングにおける、枯草菌son5株のグルコマンナン資化オペロンの作用機序を模式的に示す。セルラーゼをコードするセルラーゼ遺伝子を本発明の組換え微生物に導入しセルラーゼ遺伝子を発現させると、培地中に含まれるセルロースからセロビオースが生成され、セロビオースがグルコマンナン資化オペロンの発現を誘導する。グルコマンナン資化オペロンには薬剤耐性遺伝子が作動可能に連結しているので、グルコマンナン資化オペロンの発現が誘導されることにより薬剤耐性を獲得する。したがって、薬剤耐性遺伝子を指標とすることで、セルラーゼ遺伝子のスクリーニングが可能となる。 FIG. 10 schematically shows the mechanism of action of the glucomannan-utilizing operon of Bacillus subtilis son5 strain in cellulase gene screening. When a cellulase gene encoding cellulase is introduced into the recombinant microorganism of the present invention and the cellulase gene is expressed, cellobiose is generated from cellulose contained in the medium, and cellobiose induces the expression of the glucomannan-utilizing operon. Since the drug resistance gene is operably linked to the glucomannan-utilized operon, drug resistance is acquired by inducing the expression of the glucomannan-utilized operon. Therefore, the cellulase gene can be screened by using the drug resistance gene as an index.
以上の結果から、本発明によれば、目的遺伝子の発現がグルコマンナン資化オペロンのインデューサーにより制御される、組換え微生物を作成することができる。さらに、本発明の組換え微生物を用いることで、目的遺伝子の発現を指標として、セルラーゼ遺伝子のスクリーニングを行うことができる。 From the above results, according to the present invention, it is possible to create a recombinant microorganism in which the expression of the target gene is controlled by the inducer of the glucomannan-utilizing operon. Furthermore, by using the recombinant microorganism of the present invention, cellulase gene screening can be performed using the expression of the target gene as an index.
実施例3
図11に示したように、ネオマイシン耐性遺伝子(neo遺伝子)をマーカーとして、枯草菌son5株からccpA遺伝子を欠失させた菌株son5A株を作製した。以下、その詳細を説明する。
Example 3
As shown in FIG. 11, a strain son5A strain in which the ccpA gene was deleted from Bacillus subtilis son5 strain was prepared using a neomycin resistance gene ( neo gene) as a marker. Details will be described below.
枯草菌168株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表3に示したccpAFW(配列番号32)及びccpA/NeR(配列番号33)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いて、neo遺伝子の5’末端相同配列を3’末端側に有する、1.0kbの断片(E)をPCRにより作製した。同様に、上記ゲノムDNAを鋳型とし、表3に示したccpA/NeF(配列番号34)及びccpARV(配列番号35)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いて、neo遺伝子の3’末端相同配列を5’末端側に有する、1.0kbの断片(F)をPCRにより作製した。さらに、プラスミドpUB110のDNA(Plasmid,vol.15,p.93,1986参照)を鋳型とし、表3に示したrneof(配列番号38)及びneor(配列番号39)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いて、neo遺伝子を含む1.3kbの断片(G)をPCRにより作製した。 Using a genomic DNA extracted from Bacillus subtilis 168 as a template, and using a primer set consisting of oligonucleotides represented by the base sequences of ccpAFW (SEQ ID NO: 32) and ccpA / NeR (SEQ ID NO: 33) shown in Table 3, neo A 1.0 kb fragment (E) having the 5 ′ end homologous sequence of the gene on the 3 ′ end side was prepared by PCR. Similarly, using the above-described genomic DNA as a template, a primer set consisting of oligonucleotides represented by the base sequences of ccpA / NeF (SEQ ID NO: 34) and ccpARV (SEQ ID NO: 35) shown in Table 3 is used. A 1.0 kb fragment (F) having a 'terminal homologous sequence at the 5' end was prepared by PCR. Furthermore, oligonucleotides represented by the nucleotide sequences of rneof (SEQ ID NO: 38) and neor (SEQ ID NO: 39) shown in Table 3 using plasmid pUB110 DNA (Plasmid, vol. 15, p. 93, 1986) as a template. A 1.3 kb fragment (G) containing the neo gene was prepared by PCR using a primer set consisting of
次に、得られた1.0kb断片(E)、1.0kb断片(F)及び1.3kbの断片(G)の3断片を混合して鋳型として、表3に示したccpAFW2(配列番号36)及びccpARV2(配列番号37)の塩基配列で示されるオリゴヌクレオチドからなるプライマーセットを用いたSOE-PCR法を行い、3断片を断片(E)、断片(G)、断片(F)の順になるように結合させ、3.3kbのDNA断片(H)を得た。 Next, 3 fragments of the obtained 1.0 kb fragment (E), 1.0 kb fragment (F) and 1.3 kb fragment (G) were mixed and used as a template to obtain ccpAFW2 (SEQ ID NO: 36) shown in Table 3. ) And ccpARV2 (SEQ ID NO: 37) are subjected to SOE-PCR using a primer set consisting of oligonucleotides, and the three fragments are in the order of fragment (E), fragment (G) and fragment (F). Thus, a 3.3 kb DNA fragment (H) was obtained.
さらに、コンピテントセル形質転換法によって、得られたDNA断片(H)を用いて、枯草菌son5株の形質転換を行った。形質転換後、ネオマイシン(20ppm)を含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。得られた形質転換体のゲノムDNAを抽出し、PCRによってccpA遺伝子がneo遺伝子に置換していることを確認した。このように構築した株をson5A株とする。 Furthermore, Bacillus subtilis son5 strain was transformed using the obtained DNA fragment (H) by competent cell transformation method. After transformation, colonies grown on LB agar medium containing neomycin (20 ppm) were isolated as transformants. The genomic DNA of the obtained transformant was extracted, and it was confirmed by PCR that the ccpA gene was replaced with the neo gene. The strain constructed in this way is designated as son5A strain.
試験例3
クロラムフェニコールを10ppm、並びに(i)セロビオース0.1%(w/v)、(ii)セロビオース0.1%(w/v)及びグルコース0.1%(w/v)、又は(iii)グルコース0.1%(w/v)を含有する5mLのLB培地に、30℃で一晩で振盪培養した枯草菌son5A株の培養液を菌体濃度がOD600=0.03になるように植菌し、37℃で、180rpmで振盪培養し、菌株の生育度(OD600)を測定した。また、比較として、セロビオース及びグルコースを含有しない以外は同様に培養を行い、枯草菌son5A株の生育度を測定した。その結果を図12に示す。
図12に示すように、ccpA遺伝子又はそれに相当する遺伝子を欠失又は不活性化した枯草菌son5A株は、グルコースの存在の有無に関わらず、クロラムフェニコールに対する耐性を獲得していた。これは、セロビオースがグルコマンナン資化オペロンのインデューサーとして機能することでグルコマンナン資化オペロンの発現を誘導し、グルコマンナン資化オペロンのgmuG遺伝子の下流に作動可能に連結させた薬剤耐性遺伝子が発現して、枯草菌son5A株が薬剤耐性を獲得したためである。したがって、本発明の組換え微生物のccpA遺伝子又はそれに相当する遺伝子を欠失又は不活性化することにより、グルコース等の代謝されやすい糖の存在下においても、セロビオースにより目的遺伝子の発現を確認することが可能である。
Test example 3
10 ppm chloramphenicol and (i) cellobiose 0.1% (w / v), (ii) cellobiose 0.1% (w / v) and glucose 0.1% (w / v), or (iii) glucose 0.1% (w / v) in 5 mL of LB medium, inoculated with a culture solution of Bacillus subtilis son5A strain cultured overnight at 30 ° C. so that the cell concentration is OD 600 = 0.03, and at 180 ° C. at 180 rpm. The strain was grown with shaking and the growth degree (OD 600 ) of the strain was measured. For comparison, culture was performed in the same manner except that cellobiose and glucose were not contained, and the degree of growth of Bacillus subtilis son5A strain was measured. The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 12, the Bacillus subtilis son5A strain in which the ccpA gene or a corresponding gene was deleted or inactivated had acquired resistance to chloramphenicol regardless of the presence or absence of glucose. This is because cellobiose functions as an inducer of the glucomannan- utilized operon, induces the expression of the glucomannan- utilized operon, and a drug resistance gene operably linked downstream of the gmuG gene of the glucomannan- utilized operon This is because Bacillus subtilis son5A strain was expressed and acquired drug resistance. Therefore, by deleting or inactivating the ccpA gene of the recombinant microorganism of the present invention or a gene corresponding thereto, the expression of the target gene can be confirmed by cellobiose even in the presence of a sugar that is easily metabolized such as glucose. Is possible.
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