JP6622564B2 - Method for producing 1,4-butanediol - Google Patents
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Description
本発明は1,4ブタンジオール生産能を付与された遺伝子組換え微生物を用いた1,4-ブタンジオールの製造方法に関する。より具体的にはグルコースから1,4-ブタンジオール合成する生合成能を付与した微生物に関する。 The present invention relates to a method for producing 1,4-butanediol using a genetically modified microorganism imparted with the ability to produce 1,4 butanediol. More specifically, the present invention relates to a microorganism imparted with a biosynthetic ability to synthesize 1,4-butanediol from glucose.
1,4-ブタンジオールは繊維、エンプラ、フィルムなどの利用価値のあるポリエチレンテレフタレートに代表されるポリエステル及びポリウレタンの製造に使用されるモノマーとして、また環状化合物の合成用出発原料としてテトラヒドロフランやγ-ブチロラクトンの製造など、広範囲な用途を有する化合物である。 1,4-Butanediol is used as a monomer used in the production of polyesters and polyurethanes represented by polyethylene terephthalate, such as fibers, engineering plastics and films, and as a starting material for the synthesis of cyclic compounds. Tetrahydrofuran and γ-butyrolactone The compound has a wide range of uses such as the production of
1,4-ブタンジオールの製造方法としては、化学合成による方法が知られている。アセチレンを原料に1,4−ブチンジオール合成し、水素化させることで1,4-ブタンジオールを生産する方法とブタジエンを原料に生産する方法などが挙げられる。デメリットとして化学合成法では高温高圧設備が必要であり、原料として化石資源に依存するため、資源枯渇による原料高騰の恐れがある。 As a method for producing 1,4-butanediol, a method by chemical synthesis is known. Examples include a method for producing 1,4-butanediol by synthesizing 1,4-butynediol from acetylene and hydrogenating it, and a method for producing butadiene from the raw material. Disadvantages are chemical synthesis methods that require high-temperature and high-pressure equipment and depend on fossil resources as raw materials, which may lead to rising raw materials due to resource depletion.
近年、化石資源の枯渇問題や地球温暖化問題の観点から、再生可能資源としてバイオマス(植物資源)由来の原料からの化学品・エネルギー生産体系の確立に対して社会的に需要が高まってきている。 In recent years, from the viewpoint of fossil resource depletion problems and global warming problems, there has been an increasing social demand for establishing chemical and energy production systems from raw materials derived from biomass (plant resources) as renewable resources. .
バイオマス由来の原料を用いた生物学的な手法としては、遺伝子組換え微生物によるグルコースから宿主由来の代謝ルートを一部利用し、CoA中間体を経由して1,4-ブタンジオールを生産する方法が知られている(特許文献1)。 As a biological method using biomass-derived raw materials, a method of producing 1,4-butanediol via a CoA intermediate using a host-derived metabolic route from glucose by a genetically modified microorganism Is known (Patent Document 1).
しかし、これまでにバイオマス由来の原料から1,4−ブタンジオールを製造した報告は少なく、特許文献1の手法においても、デメリットとしては宿主由来の代謝ルートの利用によりCoA中間体を経由するため、反応ステップも多く生産制御が難しいと予想される。そこで、さらに新規なバイオマスなどの再生可能資源からの1,4−ブタンジオールのより効率的な製造方法が望まれていた。
However, there have been few reports on the production of 1,4-butanediol from biomass-derived raw materials so far, and even in the method of
本発明は、バイオマス(植物資源)の再生可能資源を原料とし、1,4−ブタンジオールを生産することができる微生物の提供を課題とする。また本発明は、目的の機能を有する微生物を用いて1,4−ブタンジオールを製造できる方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a microorganism capable of producing 1,4-butanediol using a renewable resource of biomass (plant resource) as a raw material. Another object of the present invention is to provide a method capable of producing 1,4-butanediol using a microorganism having a target function.
再生可能資源であるバイオマスを原料として1,4−ブタンジオールを製造するための方法を開発することを目的として、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、グルコキナーゼ遺伝子、イノシトール-3-リン酸シンターゼ遺伝子、イノシトールリン酸ホスファターゼ遺伝子、ミオイノシトールオキシゲナーゼ遺伝子、ウロン酸デヒロドゲナーゼ遺伝子、グルカル酸デヒドラターゼ遺伝子、5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ遺伝子、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子、デカルボキシラーゼ遺伝子を保有する遺伝子組換え微生物を作製し、当該遺伝子組換え微生物による発酵でグルコースからケト酸中間体を経由する人工代謝経路で1,4-ブタンジオールを製造できることに成功した。具体的には、以下に示される経路を経ることにより、グルコースから1,4−ブタンジオールを製造することに成功した。
(経路1)グルコースからグルコース−6リン酸
(経路2)グルコース−6リン酸からmyo-イノシトール-3リン酸
(経路3)myo-イノシトール-3リン酸からmyo-イノシトール
(経路4)myo-イノシトールからグルクロン酸
(経路5)グルクロン酸からグルカル酸
(経路6)グルカル酸から5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸
(経路7)5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸から2-オキソグルタル酸セミアルデヒド
(経路8)2-オキソグルタル酸セミアルデヒドから2-オキソ-5-ヒドロキシ-ペンタン酸
(経路9)2-オキソ-5-ヒドロキシ-ペンタン酸から4-ヒドロキシ-ブチルアルデヒド
(経路10)4-ヒドロキシ-ブチルアルデヒドから1,4-ブタンジオール
。
With the aim of developing a method for producing 1,4-butanediol from biomass, which is a renewable resource, the present inventors have conducted extensive research, and as a result, have found that the glucokinase gene, inositol-3-phosphorus Gene group with acid synthase gene, inositol phosphate phosphatase gene, myo-inositol oxygenase gene, uronic acid dehydrogenase gene, glucaric acid dehydratase gene, 5-keto-4-deoxy-glucaric acid dehydratase gene, alcohol dehydrogenase gene, decarboxylase gene A recombinant microorganism was produced, and 1,4-butanediol was successfully produced from glucose by an artificial metabolic pathway via a keto acid intermediate by fermentation using the genetically modified microorganism. Specifically, it succeeded in producing 1,4-butanediol from glucose through the route shown below.
(Route 1) Glucose to glucose-6 phosphate
(Route 2) Glucose-6 phosphate to myo-inositol-3 phosphate
(Route 3) myo-inositol from myo-inositol-3-phosphate
(Route 4) Myo-inositol to glucuronic acid
(Route 5) Glucuronic acid to glucaric acid
(Route 6) Glucaric acid to 5-keto-4-deoxy-glucaric acid
(Route 7) 5-Keto-4-deoxy-glucaric acid to 2-oxoglutaric acid semialdehyde
(Route 8) 2-oxo-5-hydroxy-pentanoic acid from 2-oxoglutaric acid semialdehyde
(Path 9) 2-Oxo-5-hydroxy-pentanoic acid to 4-hydroxy-butyraldehyde
(Route 10) 1,4-Butanediol from 4-hydroxy-butyraldehyde
.
本発明者らは以上の知見により、微生物が有する代謝産物である酵素群を利用して、上記酵素を含む微生物において1,4-ブタンジオールを生成することに成功し、これにより本発明を完成するに至った。 Based on the above knowledge, the present inventors have succeeded in producing 1,4-butanediol in a microorganism containing the above enzyme by utilizing an enzyme group which is a metabolite of the microorganism, thereby completing the present invention. It came to do.
すなわち、本発明は、1,4-ブタンジオール生産微生物を提供する。あるいは本発明は、当該微生物を用いた1,4-ブタンジオールの効率的な生産方法を提供するものであり、具体的には、以下の〔1〕〜〔10〕を提供する。
〔1〕以下の反応の(経路1)から(経路10)を触媒する各酵素を発現し、グルコースから1,4-ブタンジオールを生成することができる、遺伝子組換え微生物:
(経路1)グルコキナーゼ、
(経路2)イノシトール-3-リン酸シンターゼ、
(経路3)イノシトールリン酸ホスファターゼ、
(経路4)ミオイノシトールオキシゲナーゼ、
(経路5)ウロン酸デヒロドゲナーゼ、
(経路6)グルカル酸デヒドラターゼ、
(経路7)5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ、
(経路8)アルコールデヒドロゲナーゼ、
(経路9)デカルボキシラーゼ、及び
(経路10)アルコールデヒドロゲナーゼ。
[反応]
〔2〕以下の反応の(経路1)から(経路10)を触媒する国際酵素分類により特定された各酵素を発現し、グルコースから1,4-ブタンジオールを生成することができる、遺伝子組換え微生物:
(経路1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.-に分類されるグルコキナーゼ、
(経路2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(経路3)国際酵素分類においてEC:3.1.3.-に分類されるホスファターゼ、
(経路4)国際酵素分類においてEC:1.13.-.-に分類されるオキシゲナーゼ、
(経路5)国際酵素分類においてEC:1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(経路6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.-に分類されるデヒドラターゼ、
(経路7)国際酵素分類においてEC:4.2.1.-に分類されるデヒドラターゼ、
(経路8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(経路9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.-に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(経路10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ:
[反応]
。
〔3〕各酵素が、以下に特定される、〔2〕記載の遺伝子組換え微生物:
(経路1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.2に分類されるグルコキナーゼ、
(経路2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(経路3)国際酵素分類においてEC: 3.1.3.25に分類されるホスファターゼ、
(経路4)国際酵素分類においてEC: 1.13.99.1に分類されるオキシゲナーゼ、
(経路5)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.203に分類されるデヒドロゲナーゼ、
(経路6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.40に分類されるデヒドラターゼ、
(経路7)国際酵素分類においてEC: 4.2.1.41に分類されるデヒドラターゼ、
(経路8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(経路9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.74に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(経路10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ。
〔4〕以下の酵素1〜酵素10を発現する、遺伝子組換え微生物:
グルコキナーゼ活性を有する酵素1が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:1に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:1に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:2に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:2に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:1に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
イノシトール-3-リン酸シンターゼ活性を有する酵素2が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:3に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:3に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:4に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:4に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:3に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
イノシトールリン酸ホスファターゼ活性を有する酵素3が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:5に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:5に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:6に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:6に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:5に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
ミオイノシトールオキシゲナーゼ活性を有する酵素4が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:7に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:7に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:8に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:8に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:7に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
ウロン酸デヒロドゲナーゼ活性を有する酵素5が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:9に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:9に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:10に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:10に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:9に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素6が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:11に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:11に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:12に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:12に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:11に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素7が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:13に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:13に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:14に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:14に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:13に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素8が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:16又は22に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
デカルボキシラーゼ活性を有する酵素9が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:17又は19に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:18又は20に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:18又は20に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、又は、
(e)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素10が、以下からなる群から選択される:
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:16又は22に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体。
〔5〕微生物が、以下からなる群から選択される、〔1〕〜〔4〕のいずれか記載の微生物:
エシェリヒア(Escherichia)属、バチルス(Bacillus)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、セラチア(Serratia)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、コリネバクテリイウム(Corynebacterium)属、ストレプトコッカス(Streptococcus)属、ラクトバチルス(Lactobacillus)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、クライベロマイセス(Kluyveromyces)属、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属、チゴサッカロマイセス(Zygosaccharomyces)属、ヤロウイア(Yarrowia)属、トリコスポロン(Trichosporon)属、ロドスポリジウム(Rhodosporidium)属、ピキア(Pichia)属、キャンディダ(Candida)属、ノイロスポラ(Neurospora)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、セファロスポリウム(Cephalosporium)属、及びトリコデルマ(Trichoderma)属。
〔6〕以下の工程からなる、グルコースから1,4-ブタンジオールを生産する方法:
(工程1)グルコースからグルコース−6リン酸を生成する工程:
(工程2)グルコース−6リン酸からmyo-イノシトール-3リン酸を生成する工程:
(工程3)myo-イノシトール-3リン酸からmyo-イノシトールを生成する工程:
(工程4)myo-イノシトールからグルクロン酸を生成する工程:
(工程5)グルクロン酸からグルカル酸を生成する工程:
(工程6)グルカル酸から5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸を生成する工程:
(工程7)5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸から2-オキソグルタル酸セミアルデヒドを生成する工程:
(工程8)2-オキソグルタル酸セミアルデヒドから2-オキソ-5-ヒドロキシ-ペンタン酸を生成する工程:
(工程9)2-オキソ-5-ヒドロキシ-ペンタン酸から4-ヒドロキシ-ブチルアルデヒドを生成する工程:
(工程10)4-ヒドロキシ-ブチルアルデヒドから1,4-ブタンジオールを生成する工程:
。
〔7〕〔6〕記載の(工程1)〜(工程10)の各工程が、以下の酵素により触媒される、グルコースから1,4-ブタンジオールを生産する方法:
(工程1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.-に分類されるグルコキナーゼ、
(工程2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(工程3)国際酵素分類においてEC:3.1.3.-に分類されるホスファターゼ、
(工程4)国際酵素分類においてEC:1.13.-.-に分類されるオキシゲナーゼ、
(工程5)国際酵素分類においてEC:1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(工程6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.-に分類されるデヒドラターゼ、
(工程7)国際酵素分類においてEC:4.2.1.-に分類されるデヒドラターゼ、
(工程8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(工程9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.-に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(工程10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ。
〔8〕(工程1)〜(工程10)の各工程が、以下の酵素により触媒される、〔7〕記載の方法:
(工程1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.2に分類されるグルコキナーゼ、
(工程2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(工程3)国際酵素分類においてEC: 3.1.3.25に分類されるホスファターゼ、
(工程4)国際酵素分類においてEC: 1.13.99.1に分類されるオキシゲナーゼ、
(工程5)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.203に分類されるデヒドロゲナーゼ、
(工程6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.40に分類されるデヒドラターゼ、
(工程7)国際酵素分類においてEC: 4.2.1.41に分類されるデヒドラターゼ、
(工程8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(工程9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.74に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(工程10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ。
〔9〕(工程1)〜(工程10)を触媒する各酵素が、以下に特定されるものである、〔6〕記載の方法:
(工程1)を触媒する、グルコキナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:1に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:1に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:2に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:2に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:1に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程2)を触媒する、イノシトール-3-リン酸シンターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:3に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:3に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:4に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:4に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:3に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程3)を触媒する、イノシトールリン酸ホスファターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:5に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:5に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:6に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:6に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:5に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程4)を触媒する、ミオイノシトールオキシゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:7に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:7に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:8に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:8に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:7に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程5)を触媒する、ウロン酸デヒロドゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:9に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:9に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:10に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:10に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:9に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程6)を触媒する、グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:11に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:11に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:12に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:12に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:11に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程7)を触媒する、5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:13に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:13に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:14に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:14に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:13に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程8)を触媒する、アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:16又は22に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程9)を触媒する、デカルボキシラーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:17又は19に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:18又は20に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:18又は20に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程10)を触媒する、アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択される、
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:16又は22に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体。
〔10〕グルコースと〔1〕〜〔5〕のいずれか記載の微生物とを混合し、該微生物を培養する工程を含む、1,4-ブタンジオールを生産する方法。
That is, the present invention provides a 1,4-butanediol-producing microorganism. Alternatively, the present invention provides an efficient production method of 1,4-butanediol using the microorganism, and specifically provides the following [1] to [10].
[1] A genetically modified microorganism capable of expressing each enzyme that catalyzes (Route 1) to (Route 10) of the following reaction and producing 1,4-butanediol from glucose:
(Route 1) Glucokinase,
(Route 2) Inositol-3-phosphate synthase,
(Route 3) Inositol phosphate phosphatase,
(Route 4) Myo-inositol oxygenase,
(Route 5) Uronic acid dehydrogenase,
(Route 6) Glucarate dehydratase,
(Route 7) 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase,
(Route 8) Alcohol dehydrogenase,
(Route 9) Decarboxylase, and (Route 10) Alcohol dehydrogenase.
[reaction]
[2] Genetic recombination capable of expressing each enzyme specified by the international enzyme classification that catalyzes (Route 1) to (Route 10) of the following reaction and producing 1,4-butanediol from glucose Microorganisms:
(Route 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.- in the international enzyme classification,
(Route 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Route 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.- in the international enzyme classification,
(Route 4) Oxygenase classified as EC: 1.13 .-.- in the international enzyme classification,
(Route 5) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Route 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.- in the international enzyme classification,
(Route 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.- in the international enzyme classification,
(Route 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Route 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.- in the international enzyme classification, and (Path 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification:
[reaction]
.
[3] The genetically modified microorganism according to [2], wherein each enzyme is specified below:
(Route 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.2 in the international enzyme classification,
(Route 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Route 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.25 in the international enzyme classification,
(Route 4) Oxygenase classified as EC: 1.13.99.1 in the international enzyme classification,
(Route 5) Dehydrogenase classified as EC: 1.1.1.203 in the international enzyme classification,
(Route 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.40 in the international enzyme classification,
(Route 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.41 in the international enzyme classification,
(Route 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Route 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.74 in the international enzyme classification, and (Path 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification.
[4] Genetically modified microorganisms that express the
The
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
The
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 4,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
The enzyme 3 having inositol phosphate phosphatase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
The enzyme 4 having myo-inositol oxygenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7,
The enzyme 5 having uronic acid dehydrogenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
The enzyme 6 having glucarate dehydratase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12;
(D) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
Enzyme 7 having 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
The enzyme 8 having alcohol dehydrogenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 16 or 22,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15 or 21;
The enzyme 9 having decarboxylase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19,
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18 or 20,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18 or 20, or
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17 or 19,
The
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 16 or 22,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
(E) A protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21.
[5] The microorganism according to any one of [1] to [4], wherein the microorganism is selected from the group consisting of:
Escherichia genus, Bacillus genus, Pseudomonas genus, Serratia genus, Brevibacterium genus, Corynebacterium genus, Streptococcus genus, Lactobacillus ( Lactobacillus genus, Rhodococcus genus, Streptomyces genus, Saccharomyces genus, Kluyveromyces genus, Schizosaccharomyces genus, Zygosaccharomyces genus Yarrowia, Trichosporon, Rhodosporidium, Pichia, Candida, Neurospora, Aspergillus, Cephalosporium And Trichoderma (Trichoderma) sp.
[6] A method for producing 1,4-butanediol from glucose, comprising the following steps:
(Step 1) Step of producing glucose-6 phosphate from glucose:
(Step 2) Step of producing myo-inositol-3 phosphate from glucose-6 phosphate:
(Step 3) Step of producing myo-inositol from myo-inositol-3-phosphate:
(Step 4) Step of generating glucuronic acid from myo-inositol:
(Step 5) Step of generating glucaric acid from glucuronic acid:
(Step 6) Step of producing 5-keto-4-deoxy-glucaric acid from glucaric acid:
(Step 7) Step of producing 2-oxoglutaric acid semialdehyde from 5-keto-4-deoxy-glucaric acid:
(Step 8) Step of producing 2-oxo-5-hydroxy-pentanoic acid from 2-oxoglutarate semialdehyde:
(Step 9) Step of producing 4-hydroxy-butyraldehyde from 2-oxo-5-hydroxy-pentanoic acid:
(Step 10) Step of producing 1,4-butanediol from 4-hydroxy-butyraldehyde:
.
[7] A method for producing 1,4-butanediol from glucose, wherein each step of (Step 1) to (Step 10) described in [6] is catalyzed by the following enzyme:
(Process 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.- in the international enzyme classification,
(Process 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Process 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.- in the international enzyme classification,
(Step 4) Oxygenase classified as EC: 1.13 .-.- in the international enzyme classification,
(Step 5) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Step 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.- in the international enzyme classification,
(Step 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.- in the international enzyme classification,
(Step 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Step 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.- in the international enzyme classification; and (Step 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification.
[8] The method according to [7], wherein each step of (Step 1) to (Step 10) is catalyzed by the following enzyme:
(Process 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.2 in the international enzyme classification,
(Process 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Process 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.25 in the international enzyme classification,
(Process 4) Oxygenase classified in EC: 1.13.99.1 in the international enzyme classification,
(Step 5) Dehydrogenase classified as EC: 1.1.1.203 in the international enzyme classification,
(Step 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.40 in the international enzyme classification,
(Step 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.41 in the international enzyme classification,
(Step 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Step 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.74 in the international enzyme classification, and (Step 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification.
[9] The method according to [6], wherein each enzyme that catalyzes (Step 1) to (Step 10) is specified below:
The enzyme having glucokinase activity that catalyzes (Step 1) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
The enzyme having inositol-3-phosphate synthase activity that catalyzes (step 2) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 4,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
The enzyme having inositol phosphate phosphatase activity that catalyzes (Step 3) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
The enzyme having myo-inositol oxygenase activity that catalyzes (Step 4) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7,
The enzyme having uronic acid dehydrogenase activity that catalyzes (Step 5) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
The enzyme having glucarate dehydratase activity that catalyzes (Step 6) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12;
(D) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
The enzyme having 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase activity that catalyzes (Step 7) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
The enzyme having alcohol dehydrogenase activity that catalyzes (Step 8) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 16 or 22,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15 or 21;
The enzyme having decarboxylase activity that catalyzes (Step 9) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19,
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18 or 20,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18 or 20, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17 or 19,
The enzyme having alcohol dehydrogenase activity that catalyzes (step 10) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 16 or 22,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
(E) A protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21.
[10] A method for producing 1,4-butanediol, comprising a step of mixing glucose and the microorganism according to any one of [1] to [5] and culturing the microorganism.
なお、上述の〔3〕及び〔8〕における(経路8)及び(経路10)並びに(工程8)及び(工程10)では、デヒドロゲナーゼ又はレダクターゼのいずれか又は両方であってよい。これは、当該経路を担う酵素は、アルデヒドの還元反応を進めることができる活性を有していることが十分条件だからである。従って、当該経路においては、デヒドロゲナーゼ又はレダクターゼのいずれか(又は両方)により、本願発明を実施することができる。従って、国際酵素分類を小分類まで特定する必要はない。 In the above [3] and [8], (route 8) and (route 10) and (step 8) and (step 10) may be either dehydrogenase or reductase or both. This is because the enzyme responsible for the pathway has sufficient activity to be able to advance the aldehyde reduction reaction. Therefore, in the said path | route, this invention can be implemented by either (or both) of a dehydrogenase or a reductase. Therefore, it is not necessary to specify the international enzyme classification to the minor classification.
本発明によって、再生可能資源由来の原料であるグルコースなどの炭水化物原料から効率よく1,4-ブタンジオールを生産することができる遺伝子組換え微生物が提供された。また、当該微生物を用いた1,4-ブタンジオールを製造する方法が提供された。本発明の方法は、より安価な原料を利用して1,4-ブタンジオールを製造することができるという点で工業的に有利である。本発明によって、再生可能資源を原料とした1,4-ブタンジオールの生産が可能となった。 According to the present invention, a genetically modified microorganism capable of efficiently producing 1,4-butanediol from a carbohydrate raw material such as glucose which is a raw material derived from a renewable resource is provided. Further, a method for producing 1,4-butanediol using the microorganism was provided. The method of the present invention is industrially advantageous in that 1,4-butanediol can be produced using a less expensive raw material. According to the present invention, 1,4-butanediol can be produced from renewable resources.
本発明は、イノシトール-3-リン酸シンターゼ遺伝子、イノシトールリン酸ホスファターゼ遺伝子、ミオイノシトールオキシゲナーゼ遺伝子、ウロン酸デヒロドゲナーゼ遺伝子、グルカル酸デヒドラターゼ遺伝子、5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ遺伝子、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子、デカルボキシラーゼ遺伝子を保有する形質転換体を作製することで解決される。 The present invention includes inositol-3-phosphate synthase gene, inositol phosphate phosphatase gene, myo-inositol oxygenase gene, uronic acid dehydrogenase gene, glucaric acid dehydratase gene, 5-keto-4-deoxy-glucaric acid dehydratase gene, alcohol dehydrogenase gene This can be solved by preparing a transformant carrying the decarboxylase gene.
本発明は、以下の反応の(経路1)から(経路10)を触媒する各酵素を発現し、グルコースから1,4-ブタンジオールを生成することができる、遺伝子組換え微生物を提供する:
(経路1)グルコキナーゼ、
(経路2)イノシトール-3-リン酸シンターゼ、
(経路3)イノシトールリン酸ホスファターゼ、
(経路4)ミオイノシトールオキシゲナーゼ、
(経路5)ウロン酸デヒロドゲナーゼ、
(経路6)グルカル酸デヒドラターゼ、
(経路7)5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ、
(経路8)アルコールデヒドロゲナーゼ、
(経路9)デカルボキシラーゼ、及び
(経路10)アルコールデヒドロゲナーゼ:
[反応]
。
The present invention provides a genetically modified microorganism capable of expressing each enzyme that catalyzes (Route 1) to (Route 10) of the following reaction and producing 1,4-butanediol from glucose:
(Route 1) Glucokinase,
(Route 2) Inositol-3-phosphate synthase,
(Route 3) Inositol phosphate phosphatase,
(Route 4) Myo-inositol oxygenase,
(Route 5) Uronic acid dehydrogenase,
(Route 6) Glucarate dehydratase,
(Route 7) 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase,
(Route 8) Alcohol dehydrogenase,
(Route 9) Decarboxylase, and (Route 10) Alcohol dehydrogenase:
[reaction]
.
また、本発明は、以下の反応の(経路1)から(経路10)を触媒する国際酵素分類により特定された各酵素を発現し、グルコースから1,4-ブタンジオールを生成することができる、遺伝子組換え微生物を提供する:
(経路1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.-に分類されるグルコキナーゼ、
(経路2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(経路3)国際酵素分類においてEC:3.1.3.-に分類されるホスファターゼ、
(経路4)国際酵素分類においてEC:1.13.-.-に分類されるオキシゲナーゼ、
(経路5)国際酵素分類においてEC:1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(経路6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.-に分類されるデヒドラターゼ、
(経路7)国際酵素分類においてEC:4.2.1.-に分類されるデヒドラターゼ、
(経路8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(経路9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.-に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(経路10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ:
[反応]
。
Further, the present invention expresses each enzyme specified by the international enzyme classification catalyzing (Route 1) to (Route 10) of the following reaction, and can produce 1,4-butanediol from glucose. Provide a genetically modified microorganism:
(Route 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.- in the international enzyme classification,
(Route 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Route 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.- in the international enzyme classification,
(Route 4) Oxygenase classified as EC: 1.13 .-.- in the international enzyme classification,
(Route 5) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Route 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.- in the international enzyme classification,
(Route 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.- in the international enzyme classification,
(Route 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Route 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.- in the international enzyme classification, and (Path 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification:
[reaction]
.
より好ましい態様において、本発明の微生物は、各酵素が、以下に特定される、遺伝子組換え微生物である:
(経路1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.2に分類されるグルコキナーゼ、
(経路2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(経路3)国際酵素分類においてEC: 3.1.3.25に分類されるホスファターゼ、
(経路4)国際酵素分類においてEC: 1.13.99.1に分類されるオキシゲナーゼ、
(経路5)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.203に分類されるデヒドロゲナーゼ、
(経路6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.40に分類されるデヒドラターゼ、
(経路7)国際酵素分類においてEC: 4.2.1.41に分類されるデヒドラターゼ、
(経路8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(経路9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.74に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(経路10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ。
In a more preferred embodiment, the microorganism of the present invention is a genetically modified microorganism, wherein each enzyme is specified below:
(Route 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.2 in the international enzyme classification,
(Route 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Route 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.25 in the international enzyme classification,
(Route 4) Oxygenase classified as EC: 1.13.99.1 in the international enzyme classification,
(Route 5) Dehydrogenase classified as EC: 1.1.1.203 in the international enzyme classification,
(Route 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.40 in the international enzyme classification,
(Route 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.41 in the international enzyme classification,
(Route 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Route 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.74 in the international enzyme classification, and (Path 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification.
またさらに、本発明の一態様として、以下の酵素1〜酵素10を発現する、遺伝子組換え微生物が提供される:
グルコキナーゼ活性を有する酵素1が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:1に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:1に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:2に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:2に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:1に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
イノシトール-3-リン酸シンターゼ活性を有する酵素2が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:3に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:3に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:4に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:4に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:3に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
イノシトールリン酸ホスファターゼ活性を有する酵素3が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:5に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:5に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:6に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:6に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:5に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
ミオイノシトールオキシゲナーゼ活性を有する酵素4が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:7に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:7に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:8に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:8に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:7に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
ウロン酸デヒロドゲナーゼ活性を有する酵素5が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:9に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:9に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:10に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:10に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:9に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素6が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:11に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:11に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:12に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:12に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:11に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素7が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:13に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:13に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:14に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:14に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:13に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素8が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:16又は22に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
デカルボキシラーゼ活性を有する酵素9が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:17又は19に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:18又は20に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:18又は20に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、又は、
(e)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素10が、以下からなる群から選択される:
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:16又は22に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体。
Furthermore, as one aspect of the present invention, a recombinant microorganism that expresses the following
The
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
The
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 4,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
The enzyme 3 having inositol phosphate phosphatase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
The enzyme 4 having myo-inositol oxygenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7,
The enzyme 5 having uronic acid dehydrogenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
The enzyme 6 having glucarate dehydratase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12;
(D) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
Enzyme 7 having 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
The enzyme 8 having alcohol dehydrogenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 16 or 22,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15 or 21;
The enzyme 9 having decarboxylase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19,
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18 or 20,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18 or 20, or
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17 or 19,
The
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 16 or 22,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
(E) A protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21.
本発明の形質転換体は様々な宿主微生物細胞を用いて作製し得る。特に原核微生物を宿主にすることは当該宿主細胞内に1,4-ブタンジオール生合成経路を新たに構築することを可能にするので、合成生物学的手法の適応において極めて魅力的である。本発明において各酵素を発現させるために、形質転換の対象となる微生物は、各酵素を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含む組換えベクターにより形質転換され、各酵素活性を発現することができる生物であれば特に制限はない。利用可能な微生物としては、例えば以下のような微生物を示すことができる。
エシェリヒア(Escherichia)属
バチルス(Bacillus)属
シュードモナス(Pseudomonas)属
セラチア(Serratia)属
ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属
コリネバクテリイウム(Corynebacterium)属
ストレプトコッカス(Streptococcus)属
ラクトバチルス(Lactobacillus)属など宿主ベクター系の開発されている細菌
ロドコッカス(Rhodococcus)属
ストレプトマイセス(Streptomyces)属等宿主ベクター系の開発されている放線菌
サッカロマイセス(Saccharomyces)属
クライベロマイセス(Kluyveromyces)属
シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属
チゴサッカロマイセス(Zygosaccharomyces)属
ヤロウイア(Yarrowia)属
トリコスポロン(Trichosporon)属
ロドスポリジウム(Rhodosporidium)属
ピキア(Pichia)属
キャンディダ(Candida)属等宿主ベクター系の開発されている酵母
ノイロスポラ(Neurospora)属
アスペルギルス(Aspergillus)属
セファロスポリウム(Cephalosporium)属
トリコデルマ(Trichoderma)属等宿主ベクター系の開発されているカビ
The transformant of the present invention can be prepared using various host microbial cells. In particular, using a prokaryotic microorganism as a host makes it possible to construct a new 1,4-butanediol biosynthetic pathway in the host cell, which is very attractive in the application of synthetic biological techniques. In order to express each enzyme in the present invention, a microorganism to be transformed is transformed with a recombinant vector containing a polynucleotide encoding a polypeptide having each enzyme, and can express each enzyme activity. If it is a living thing, there will be no restriction | limiting in particular. Examples of usable microorganisms include the following microorganisms.
Host vector system such as Escherichia genus Bacillus genus Pseudomonas genus Serratia genus Brevibacterium genus Corynebacterium genus Streptococcus genus Lactobacillus genus Bacteria Rhodococcus spp. Streptomyces spp. Host vector systems such as Streptomyces spp. Saccharomyces spp. Kluyveromyces spp. Schizosaccharomyces spp. Saccharomyces (Zygosaccharomyces) genus Yarrowia genus Trichosporon genus Rhodosporidium genus Pichia genus Candida genus yeast neurospora (Neur Molds that have been developed for host vector systems such as ospora, Aspergillus, Cephalosporium, and Trichoderma
形質転換体の作製のための手順および宿主に適合した組み換えベクターの構築は、分子生物学、生物工学、遺伝子工学の分野において慣用されている技術に準じて行うことができる(例えば、Sambrookら、モレキュラー・クローニング、Cold Spring Harbor Laboratories)。 The procedure for producing transformants and the construction of a recombinant vector suitable for the host can be performed according to techniques commonly used in the fields of molecular biology, biotechnology, and genetic engineering (for example, Sambrook et al., Molecular cloning, Cold Spring Harbor Laboratories).
微生物菌体内などにおいて、本発明の各酵素遺伝子を発現させるためには、まず微生物中で安定に存在するプラスミドベクターまたはファージベクターへ本発明のDNAを導入し、その遺伝情報を転写・翻訳させる。そのためには、転写・翻訳を制御するユニットにあたるプロモーターを本発明のDNA鎖の5'-側上流に、より好ましくはターミネーターを3'-側下流に、それぞれ組み込めばよい。このプロモーター、ターミネーターとしては、宿主として利用する微生物中において機能することが知られているプロモーター、ターミネーターを用いる。これら各種微生物において利用可能なベクター、プロモーター、ターミネーター等に関しては、例えば「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」、特に酵母に関しては、Adv. Biochem. Eng. 43, 75-102 (1990)、Yeast 8, 423-488 (1992)、等に詳細に記載されている。エシェリヒア属、特に大腸菌エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)においては、プラスミドベクターとして、例えばpBR、pUC系プラスミドを利用でき、lac(β−ガラクトシダーゼ)、trp(トリプトファンオペロン)、tac、trc(lac、trpの融合)、λファージPL、PR等に由来するプロモーター等が利用できる。また、ターミネーターとしては、trpA由来、ファージ由来、rrnBリボソーマルRNA由来のターミネーター等を用いることができる。 In order to express each enzyme gene of the present invention in a microorganism or the like, first, the DNA of the present invention is introduced into a plasmid vector or a phage vector stably existing in the microorganism, and the genetic information is transcribed and translated. For that purpose, a promoter corresponding to a unit controlling transcription / translation may be incorporated upstream of the 5′-side of the DNA strand of the present invention, more preferably a terminator downstream of the 3′-side. As the promoter and terminator, a promoter and terminator known to function in a microorganism used as a host is used. Regarding vectors, promoters, terminators and the like that can be used in these various microorganisms, for example, “Basic Course of Microbiology 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”, particularly regarding yeast, Adv. Biochem. Eng. 43, 75-102 (1990), Yeast 8, 423-488 (1992). In the genus Escherichia, particularly Escherichia coli, for example, plasmids such as pBR and pUC can be used, and lac (β-galactosidase), trp (tryptophan operon), tac, trc (lac, trp) Fusion), promoters derived from λ phage PL, PR, etc. can be used. Moreover, as the terminator, a terminator derived from trpA, phage, or rrnB ribosomal RNA can be used.
バチルス属においては、ベクターとしてpUB110系プラスミド、pC194系プラスミド等が利用可能であり、染色体にインテグレートさせることも可能である。また、プロモーターまたはターミネーターとしてapr(アルカリプロテアーゼ)、npr(中性プロテアーゼ)、またはamy(α−アミラーゼ)等が利用できる。 In the genus Bacillus, pUB110 series plasmids, pC194 series plasmids and the like can be used as vectors, and can be integrated into chromosomes. Moreover, apr (alkaline protease), npr (neutral protease), amy (α-amylase) or the like can be used as a promoter or terminator.
シュードモナス属においては、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス・セパシア(Pseudomonas cepacia)等の宿主ベクター系が開発されている。トルエン化合物の分解に関与するプラスミドTOLプラスミドを基本にした広宿主域ベクター(RSF1010等に由来する自律的複製に必要な遺伝子を含む)pKT240等が利用可能である。プロモーターまたはターミネーターとしては、リパーゼ(特開平5-284973)遺伝子等が利用できる。 In the genus Pseudomonas, host vector systems such as Pseudomonas putida and Pseudomonas cepacia have been developed. A broad host range vector (including genes necessary for autonomous replication derived from RSF1010) pKT240 based on the plasmid TOL plasmid involved in the degradation of toluene compounds can be used. As the promoter or terminator, a lipase (Japanese Patent Laid-Open No. 5-284973) gene or the like can be used.
ブレビバクテリウム属、特にブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)においては、pAJ43(Gene 39, 281 (1985))等のプラスミドベクターが利用可能である。プロモーターまたはターミネーターとしては、大腸菌で使用されているプロモーター、ターミネーターがそのまま利用可能である。コリネバクテリウム属、特にコリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)においては、pCS11(特開昭57-183799)、pCB101(Mol. Gen. Genet. 196, 175(1984)等のプラスミドベクターが利用可能である。 In the genus Brevibacterium, especially Brevibacterium lactofermentum, plasmid vectors such as pAJ43 (Gene 39, 281 (1985)) can be used. As the promoter or terminator, promoters and terminators used in E. coli can be used as they are. In the genus Corynebacterium, especially Corynebacterium glutamicum, plasmid vectors such as pCS11 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-183799) and pCB101 (Mol. Gen. Genet. 196, 175 (1984) are available. is there.
ストレプトコッカス(Streptococcus)属においては、pHV1301(FEMS Microbiol. Lett. 26, 239 (1985)、pGK1(Appl. Environ. Microbiol. 50, 94 (1985))等がプラスミドベクターとして利用可能である。 In the genus Streptococcus, pHV1301 (FEMS Microbiol. Lett. 26, 239 (1985), pGK1 (Appl. Environ. Microbiol. 50, 94 (1985)), etc. can be used as a plasmid vector.
ラクトバチルス(Lactobacillus)属においては、ストレプトコッカス属用に開発されたpAMβ1(J. Bacteriol. 137, 614 (1979))等が利用可能であり、プロモーターとして大腸菌で利用されているものが利用可能である。ロドコッカス(Rhodococcus)属においては、ロドコッカス・ロドクロウス(Rhodococcus
rhodochrous)から単離されたプラスミドベクター等が利用可能である (J. Gen. Microbiol. 138,1003 (1992))。
In the genus Lactobacillus, pAMβ1 (J. Bacteriol. 137, 614 (1979)) developed for Streptococcus can be used, and those used in Escherichia coli as promoters can be used. . In the genus Rhodococcus, Rhodococcus
Plasmid vectors isolated from rhodochrous are available (J. Gen. Microbiol. 138,1003 (1992)).
ストレプトマイセス(Streptomyces)属においては、HopwoodらのGenetic Manipulation of Streptomyces: A Laboratory Manual Cold Spring Harbor Laboratories (1985)に記載の方法に従って、プラスミドを構築することができる。特に、ストレプトマイセス・リビダンス(Streptomyces lividans)においては、pIJ486 (Mol. Gen. Genet. 203, 468-478, 1986)、pKC1064(Gene 103,97-99 (1991))、pUWL-KS (Gene 165,149-150(1995))等が使用できる。また、ストレプトマイセス・バージニア(Streptomyces virginiae)においても、同様のプラスミドを使用することができる(Actinomycetol. 11, 46-53 (1997))。 In the genus Streptomyces, plasmids can be constructed according to the method described in Hopwood et al., Genetic Manipulation of Streptomyces: A Laboratory Manual Cold Spring Harbor Laboratories (1985). In particular, in Streptomyces lividans, pIJ486 (Mol. Gen. Genet. 203, 468-478, 1986), pKC1064 (Gene 103,97-99 (1991)), pUWL-KS (Gene 165,149) -150 (1995)) can be used. The same plasmid can also be used in Streptomyces virginiae (Actinomycetol. 11, 46-53 (1997)).
サッカロマイセス(Saccharomyces)属、特にサッカロマイセス・セレビジアエ(Saccharomyces cerevisiae)においては、YRp系、YEp系、YCp系、YIp系プラスミド等が利用可能であり、染色体内に多コピー存在するリボソームDNAとの相同組み換えを利用したインテグレーションベクター(EP 537456など)は、多コピーで遺伝子を導入でき、かつ安定に遺伝子を保持できるため極めて有用である。また、ADH(アルコール脱水素酵素)、GAPDH(グリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素)、PHO(酸性ホスファターゼ)、GAL(β−ガラクトシダーゼ)、PGK(ホスホグリセレートキナーゼ)、ENO(エノラーゼ)等のプロモーターおよびターミネーターが利用可能である。 In the genus Saccharomyces (especially Saccharomyces cerevisiae), YRp, YEp, YCp, and YIp plasmids can be used, and homologous recombination with multiple copies of ribosomal DNA in the chromosome is possible. The integration vector used (EP 537456, etc.) is extremely useful because it can introduce a gene in multiple copies and can stably hold the gene. ADH (alcohol dehydrogenase), GAPDH (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase), PHO (acid phosphatase), GAL (β-galactosidase), PGK (phosphoglycerate kinase), ENO (enolase) And other promoters and terminators are available.
クライベロマイセス属、特にクライベロマイセス・ラクティス(Kluyveromyces lactis)においては、サッカロマイセス・セレビジアエ由来2μm系プラスミド、pKD1系プラスミド(J. Bacteriol. 145, 382-390(1981))、キラー活性に関与するpGKl1由来プラスミド、クライベロマイセス属における自律増殖遺伝子KARS系プラスミド、リボソームDNA等との相同組み換えにより染色体中にインテグレート可能なベクタープラスミド(EP 537456など)などが利用可能である。また、ADH、PGK等に由来するプロモーター、ターミネーターが利用可能である。 In Kluyveromyces genus, especially Kluyveromyces lactis, 2μm plasmid derived from Saccharomyces cerevisiae, pKD1 plasmid (J. Bacteriol. 145, 382-390 (1981)), involved in killer activity A plasmid derived from pGKl1, an autonomously proliferating gene KARS plasmid in the genus Kleberomyces, a vector plasmid (EP 537456 etc.) that can be integrated into the chromosome by homologous recombination with ribosomal DNA and the like can be used. In addition, promoters and terminators derived from ADH, PGK and the like can be used.
シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属においては、シゾサッカロマイセス・ポンベ由来のARS (自律複製に関与する遺伝子)、およびサッカロマイセス・セレビジアエ由来の栄養要求性を相補する選択マーカーを含むプラスミドベクター等が利用可能である(Mol. Cell. Biol. 6, 80 (1986))。また、シゾサッカロマイセス・ポンベ由来のADHプロモーターなどが利用できる(EMBO J. 6, 729(1987))。特に、pAUR224は、宝酒造から市販されており容易に利用できる。 In the genus Schizosaccharomyces, plasmid vectors containing ARS (genes involved in autonomous replication) derived from Schizosaccharomyces pombe and selection markers that complement auxotrophy derived from Saccharomyces cerevisiae are available. (Mol. Cell. Biol. 6, 80 (1986)). Moreover, the ADH promoter derived from Schizosaccharomyces pombe can be used (EMBO J. 6, 729 (1987)). In particular, pAUR224 is commercially available from Takara Shuzo and can be easily used.
チゴサッカロマイセス属(Zygosaccharomyces)においては、チゴサッカロマイセス・ロウキシ (Zygosaccharomyces rouxii)由来の pSB3(Nucleic Acids Res. 13, 4267(1985))などに由来するプラスミドベクター等が利用可能であり、サッカロマイセス・セレビジアエ由来 PHO5 プロモーター、およびチゴサッカロマイセス・ロウキシ由来 GAP-Zr(グリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素)のプロモーター(Agri. Biol. Chem. 54, 2521 (1990))等が利用可能である。 In the genus Zygosaccharomyces, plasmid vectors derived from pSB3 (Nucleic Acids Res. 13, 4267 (1985)) derived from Zygosaccharomyces rouxii are available. PHO5 derived from Saccharomyces cerevisiae Promoters and GAP-Zr (Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) promoters (Agri. Biol. Chem. 54, 2521 (1990)) derived from Tigo Saccharomyces rouxi can be used.
ピキア(Pichia)属においては、ピキア・アンガスタ(Pichia angusta、旧名:ハンゼヌラ・ポリモルファ(Hansenula polymorpha))において宿主ベクター系が開発されている。ベクターとしては、ピキア・アンガスタ由来自律複製に関与する遺伝子(HARS1、HARS2)も利用可能であるが、比較的不安定であるため、染色体への多コピーインテグレーションが有効である(Yeast 7, 431-443(1991))。また、メタノールなどで誘導されるAOX(アルコールオキシダーゼ)、FDH(ギ酸脱水素酵素)のプロモーター等が利用可能である。また、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)などにピキア由来自律複製に関与する遺伝子 (PARS1、PARS2)等を利用した宿主ベクター系が開発されており(Mol. Cell. Biol. 5, 3376 (1985))、高濃度培養とメタノールで誘導可能なAOXなど強いプロモーターが利用できる(Nucleic Acids Res. 15, 3859 (1987))。 In the genus Pichia, a host vector system has been developed in Pichia angusta (former name: Hansenula polymorpha). As vectors, genes involved in autonomous replication derived from Pichia Angusta (HARS1, HARS2) can be used, but because they are relatively unstable, multicopy integration into the chromosome is effective (Yeast 7, 431- 443 (1991)). In addition, AOX (alcohol oxidase), FDH (formic acid dehydrogenase) promoters induced by methanol, etc. can be used. In addition, host vector systems using Pichia pastoris and other genes involved in Pichia-derived autonomous replication (PARS1, PARS2) have been developed (Mol. Cell. Biol. 5, 3376 (1985)). Strong promoters such as high concentration culture and methanol-inducible AOX can be used (Nucleic Acids Res. 15, 3859 (1987)).
キャンディダ(Candida)属においては、キャンディダ・マルトーサ(Candida maltosa)、キャンディダ・アルビカンス(Candida albicans)、キャンディダ・トロピカリス(Candida tropicalis)、キャンディダ・ウチルス (Candida utilis) 等において宿主ベクター系が開発されている。キャンディダ・マルトーサにおいてはキャンディダ・マルトーサ由来ARSがクローニングされ(Agri. Biol. Chem. 51, 51, 1587 (1987))、これを利用したベクターが開発されている。また、キャンディダ・ウチルスにおいては、染色体インテグレートタイプのベクターの強力なプロモーターが開発されている(特開平08-173170)。 In the genus Candida, host vector systems in Candida maltosa, Candida albicans, Candida tropicalis, Candida utilis, etc. Has been developed. In Candida maltosa, ARS derived from Candida maltosa has been cloned (Agri. Biol. Chem. 51, 51, 1587 (1987)), and vectors using this have been developed. In Candida utilis, a strong promoter for a chromosome integration type vector has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 08-173170).
アスペルギルス(Aspergillus)属においては、アスペルギルス・ニガー (Aspergillus niger) 、アスペルギルス・オリジー (Aspergillus oryzae) 等がカビの中で最もよく研究されており、プラスミド、および染色体へのインテグレーションの利用が可能であり、菌体外プロテアーゼやアミラーゼ由来のプロモーターが利用可能である(Trends in Biotechnology 7, 283-287 (1989))。 In the genus Aspergillus, Aspergillus niger, Aspergillus oryzae, etc. are the most studied among molds, and integration into plasmids and chromosomes is possible, Promoters derived from extracellular proteases or amylases are available (Trends in Biotechnology 7, 283-287 (1989)).
トリコデルマ(Trichoderma)属においては、トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reesei)を利用したホストベクター系が開発され、菌体外セルラーゼ遺伝子由来プロモーター等が利用できる(Biotechnology 7, 596-603 (1989))。また、微生物以外でも、植物、動物において様々な宿主・ベクター系が開発されており、特に蚕を用いた昆虫(Nature 315, 592-594 (1985))、菜種、トウモロコシ、またはジャガイモ等の植物中に大量に異種タンパク質を発現させる系が開発されており好適に利用できる。 In the genus Trichoderma, a host vector system using Trichoderma reesei has been developed, and an extracellular cellulase gene-derived promoter or the like can be used (Biotechnology 7, 596-603 (1989)). In addition to microorganisms, various host and vector systems have been developed in plants and animals, especially in plants such as insects using moths (Nature 315, 592-594 (1985)), rapeseed, corn, or potatoes. A system for expressing a large amount of heterologous protein has been developed and can be suitably used.
本発明による1,4-ブタンジオールの製造方法において原料となる発酵性基質としては、グルコースなどの糖類の他、用いる宿主微生物によっては他の糖類やグリセロールなど微生物が異化代謝することができ、その代謝産物としてmyo-イノシトール、グルカル酸等を生成しうるものであれば好適に用いることができる。 As a fermentable substrate used as a raw material in the method for producing 1,4-butanediol according to the present invention, in addition to sugars such as glucose, microorganisms such as other sugars and glycerol can catabolize and metabolize depending on the host microorganism used. Any metabolite that can produce myo-inositol, glucaric acid and the like can be preferably used.
単一のベクター中に複数の遺伝子を導入する場合には、プロモーター、ターミネーターなど発現制御に関わる領域をそれぞれの遺伝子に連結する方法やラクトースオペロンのような複数のシストロンを含むオペロンとして発現させることも可能である。 When introducing multiple genes into a single vector, methods such as linking promoter- and terminator-related regions related to expression control to each gene, or expressing as an operon containing multiple cistrons such as the lactose operon. Is possible.
1,4-ブタンジオールを生産するための原料である発酵性基質の濃度に特に制限はないが、通常0.1〜30%程度、好ましくは0.5〜15%、より好ましくは1〜10%の濃度が用いられる。 Although there is no restriction | limiting in particular in the density | concentration of the fermentable substrate which is a raw material for producing 1, 4- butanediol, Usually, about 0.1-30%, Preferably it is 0.5-15%, More preferably, it is 1-10. % Concentration is used.
なお、本発明における「%」は、いずれも「重量/容量(w/v)」を意味する。 In the present invention, “%” means “weight / volume (w / v)”.
また、原料は発酵開始時に一括して添加することも可能であるが、発酵液中に連続的、もしくは間欠的に添加することも可能である。 The raw materials can be added all at once at the start of fermentation, but can also be added continuously or intermittently to the fermentation broth.
また、本発明の遺伝子組換え微生物は、好ましくは、式1で示される反応を触媒する酵素遺伝子を単離した後、大腸菌などを宿主として活性を増強させた遺伝子組換え大腸菌を用いることができる。本目的のために用いられる遺伝子組換え大腸菌は、一般的に大腸菌の培養に用いられる培地で培養することができ、公知の方法によって発現誘導することによって高発現させることができる。例えば、当該酵素活性が増強された大腸菌を2×YT培地(2.0%バクト−トリプトン、1.0%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)中で培養し、イソプロピル−チオ−β−D−ガラクトピラノシド(IPTG)によって発現誘導させ、十分に増殖させた後に、培養液をそのまま、もしくは、菌体を回収して1,4-ブタンジオール生産に用いることができる。
In addition, the genetically modified microorganism of the present invention can be preferably used a genetically modified Escherichia coli whose activity is enhanced using Escherichia coli as a host after isolating an enzyme gene that catalyzes the reaction represented by
1,4-ブタンジオール生産に使用する本発明の遺伝子組換え微生物は、下記の発酵性基質を含む1,4-ブタンジオール生産用発酵液で生育させながら1,4-ブタンジオールを生産させても良く、予め培養して増殖させた培養液、もしくは、回収した菌体を用いても良い。予め培養して増殖させた培養液、もしくは、回収した菌体の量は、通常は、発酵性基質を含む1,4-ブタンジオール生産用発酵液量に対して0.1〜100%、好ましくは0.5〜50%、より好ましくは1〜20%程度用いることができる(ここで言う「%」は、1,4-ブタンジオール生産用発酵液に対する植菌率を示しており、「[予め増殖させた培養液]/[1,4-ブタンジオール生産用発酵液](v/v)」を意味する)。 The genetically modified microorganism of the present invention used for 1,4-butanediol production produces 1,4-butanediol while growing in a 1,4-butanediol production fermentation solution containing the following fermentable substrate. It is also possible to use a culture solution that has been cultured and proliferated in advance, or a recovered microbial cell. The amount of the culture solution that has been cultured and grown in advance or the amount of the collected cells is usually 0.1 to 100%, preferably 1 to 100% of the fermentation solution for producing 1,4-butanediol containing a fermentable substrate. Can be used in an amount of about 0.5 to 50%, more preferably about 1 to 20% (here, “%” indicates the inoculation rate with respect to 1,4-butanediol-producing fermentation broth, and “[[ Preliminarily grown culture solution] / [fermented solution for producing 1,4-butanediol] (v / v) ”).
1,4-ブタンジオール生産用発酵液は、1,4-ブタンジオールを生産するための発酵性基質以外にも、必要に応じて1,4-ブタンジオールの生産を促進するものが含まれていることが好ましく、本目的のために用いられる遺伝子組換え大腸菌の栄養源となる培地成分を含んでいてもよい。具体的には、大腸菌の培養に用いられる培地であるLB(1.0%バクト−トリプトン、0.5%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)、2×YT(2.0%バクト−トリプトン、1.0%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)、M9培地(6.8g/L Na2HPO4、3.0g/L KH2PO4、0.5g/L NaCl、1.0g/L NH4Cl、0.493g/L MgSO4・7H2O、14.7mg/L CaCl2・2H2O、pH7.5)などを挙げることができる。予め培養して十分量の菌体を1,4−ブタンジオール生産用発酵液に供する場合は、より高濃度の発酵性基質の存在下で1,4-ブタンジオールの生産を行うことができ、上記培地を除くこともできる。また、必要に応じて発酵中のpHを1,4-ブタンジオール生産に適したpHに維持させるための成分、例えば緩衝剤を10mM〜800mM、好ましくは、50〜500mM、より好ましくは100〜250mM含んでいてもよく、具体的には、MOPS緩衝液、HEPES緩衝液、MES緩衝液、Tris緩衝液、リン酸緩衝液などを挙げることができる。発酵温度は本発明の遺伝子組換え微生物が発酵性基質の資化能力を発現でき、且つ、式1で示される反応を触媒する酵素活性を発現でき、1,4-ブタンジオールを生成できる温度であれば良く、通常5〜60℃、好ましくは10〜50℃、より好ましくは20〜40℃で行うことができる。またpHも、式1で示される反応を触媒する酵素活性を発現でき、1,4-ブタンジオールを生成できるpHであれば良く、通常はpH4〜12、好ましくは、pH5〜11、より好ましくはpH6〜9で行うことができる。また、発酵は攪拌下、あるいは静置下で行うことができる。また、発酵性基質をより効率的に1,4-ブタンジオールに変換させるために、十分量の酸素を供給した好気的条件下、酸素供給量を制限した微好気的条件下、もしくは、酸素を供給しない嫌気的条件下の反応培地で行うことができる。
In addition to the fermentable substrate for producing 1,4-butanediol, fermented liquor for 1,4-butanediol production includes those that promote the production of 1,4-butanediol as necessary. Preferably, it may contain a medium component that serves as a nutrient source for the recombinant E. coli used for this purpose. Specifically, LB (1.0% bacto-tryptone, 0.5% bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2), which is a medium used for culturing Escherichia coli, 2 × YT (2 0.0% bacto-tryptone, 1.0% bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2), M9 medium (6.8 g / L Na2HPO4, 3.0 g / L KH2PO4, 0.5 g / L) NaCl, 1.0 g / L NH4Cl, 0.493 g / L MgSO4 · 7H2O, 14.7 mg / L CaCl2 · 2H2O, pH 7.5). When a sufficient amount of cells are cultured in advance and used in the fermentation liquid for 1,4-butanediol production, 1,4-butanediol can be produced in the presence of a higher concentration of fermentable substrate, The medium can also be removed. Further, if necessary, components for maintaining the pH during fermentation at a pH suitable for 1,4-butanediol production, such as a buffering agent, 10 mM to 800 mM, preferably 50 to 500 mM, more preferably 100 to 250 mM. Specific examples include MOPS buffer, HEPES buffer, MES buffer, Tris buffer, phosphate buffer, and the like. The fermentation temperature is a temperature at which the genetically modified microorganism of the present invention can express the ability to assimilate the fermentable substrate, can express the enzyme activity that catalyzes the reaction represented by
本発明の1,4-ブタンジオールの製造は、水中もしくは水に溶解しにくい有機溶媒、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、クロロホルム、n−ヘキサン、メチルイソブチルケトン、メチルターシャリーブチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどの有機溶媒中、もしくは、水性媒体との2相系、もしくは水に溶解する有機溶媒、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトニトリル、アセトン、ジメチルスルホキシドなどとの混合系により行うことができる。本発明の反応は、バッチ式、流加式、連続式のいずれの生産方式で行うことも可能であり、固定化菌体、固定化酵素、膜リアクターなどを利用して行うことも可能である。 The production of 1,4-butanediol of the present invention can be carried out in water or an organic solvent that is difficult to dissolve in water, such as ethyl acetate, butyl acetate, toluene, chloroform, n-hexane, methyl isobutyl ketone, methyl tertiary butyl ether, diisopropyl ether. Or a two-phase system with an aqueous medium, or a mixed system with an organic solvent that dissolves in water, for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetonitrile, acetone, dimethyl sulfoxide, or the like. The reaction of the present invention can be carried out by any of batch, fed-batch, and continuous production methods, and can also be carried out using immobilized cells, immobilized enzymes, membrane reactors, and the like. .
反応により生成した1,4-ブタンジオールの精製は、遠心分離や濾過などによる分離、有機溶媒による抽出、イオン交換クロマトグラフィーなどの各種クロマトグラフィー、吸着剤による吸着、凝集剤、脱水剤による脱水もしくは凝集、晶析、蒸留、などを適宜組み合わせることにより行うことができる。 Purification of 1,4-butanediol produced by the reaction includes separation by centrifugation or filtration, extraction by organic solvent, various chromatography such as ion exchange chromatography, adsorption by adsorbent, flocculant, dehydration by dehydrating agent or Aggregation, crystallization, distillation, and the like can be combined as appropriate.
たとえば、微生物菌体を含む発酵液を遠心分離や膜濾過等によって微生物菌体を除去、タンパク質を除去した後、水溶液中から、濃縮、蒸留などの公知の方法により1,4-ブタンジオールを精製することができる。 For example, fermentation liquid containing microbial cells is removed by centrifugation, membrane filtration, etc., microbial cells are removed, proteins are removed, and 1,4-butanediol is purified from the aqueous solution by known methods such as concentration and distillation. can do.
本発明の図1で示す酵素としては、下記(a)から(e)のいずれかに記載の酵素を挙げることができる。
(a)配列番号:1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21のいずれかに記載されたアミノ酸配列を有するタンパク質、
(b)配列番号:1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21のいずれかに記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数(2以上、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜5)のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する酵素
(c)配列番号:1、3、5、7、9、11、13、15、17、19、21のいずれかに記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質
Examples of the enzyme shown in FIG. 1 of the present invention include the enzymes described in any of (a) to (e) below.
(A) a protein having an amino acid sequence described in any one of SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21;
(B) In the amino acid sequence according to any one of SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, and 21, one or more (two or more, preferably 2 to 20, More preferably, an enzyme having an amino acid sequence in which 2 to 5) amino acids are substituted, deleted, inserted or added (c) SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, A protein having 85% or more identity with the amino acid sequence of any one of 19 and 21
本発明において、「ある特定の配列番号に記載されたアミノ酸配列からなる酵素」のホモログは、「ある特定の配列番号に記載されたアミノ酸配列において、1若しくは複数(2以上、好ましくは2〜20、より好ましくは2〜5)のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列を有する酵素」と表すことができる。当該ホモログは、特定の配列番号に記載されたアミノ酸配列からなる酵素と機能的に同等なタンパク質を意味する。本発明において「機能的に同等」とは、本明細書に記載する、各酵素の酵素活性(触媒反応、化学反応等)と同じ機能を有することを意味する。ある特定の配列番号に記載のアミノ酸配列において、たとえば100以下、通常50以下、好ましくは30以下、より好ましくは15以下、更に好ましくは10以下、あるいは5以下のアミノ酸残基の変異は許容される。一般にタンパク質の機能の維持のためには、置換するアミノ酸は、置換前のアミノ酸と類似の性質を有するアミノ酸であることが好ましい。このようなアミノ酸残基の置換は、保存的置換と呼ばれている。例えば、Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Met、Phe、Trpは、共に非極性アミノ酸に分類されるため、互いに似た性質を有する。また、非荷電性としては、Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn、Glnが挙げられる。また、酸性アミノ酸としては、AspおよびGluが挙げられる。また、塩基性アミノ酸としては、Lys、Arg、Hisが挙げられる。これらの各グループ内のアミノ酸置換は許容される。 In the present invention, a homologue of “an enzyme consisting of an amino acid sequence described in a specific SEQ ID NO” is one or more (two or more, preferably 2-20 in the amino acid sequence described in a specific SEQ ID NO. , More preferably 2-5) an enzyme having an amino acid sequence substituted, deleted, inserted, or added. The homolog means a protein functionally equivalent to an enzyme consisting of the amino acid sequence described in a specific SEQ ID NO. In the present invention, “functionally equivalent” means having the same function as the enzyme activity (catalytic reaction, chemical reaction, etc.) of each enzyme described in the present specification. In the amino acid sequence described in a specific SEQ ID NO, for example, mutation of amino acid residues of 100 or less, usually 50 or less, preferably 30 or less, more preferably 15 or less, more preferably 10 or less, or 5 or less is allowed. . In general, in order to maintain the function of a protein, the amino acid to be substituted is preferably an amino acid having properties similar to the amino acid before substitution. Such substitution of amino acid residues is called conservative substitution. For example, Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Met, Phe, and Trp are all classified as nonpolar amino acids, and thus have similar properties to each other. Further, examples of the non-chargeability include Gly, Ser, Thr, Cys, Tyr, Asn, and Gln. Moreover, Asp and Glu are mentioned as an acidic amino acid. Examples of basic amino acids include Lys, Arg, and His. Amino acid substitutions within each of these groups are allowed.
当業者であれば、本明細書において開示された塩基配列からなる各酵素のDNAに部位特異的変異導入法(Nucleic Acid Res. 10,pp.6487(1982), Methods in Enzymol.100,pp.448 (1983), Molecular Cloning 2ndEdt., Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989) , PCR A Practical Approach IRL Press pp.200 (1991) )などを用いて、適宜置換、欠失、挿入、および/または付加変異を導入することにより各酵素のホモログをコードするポリヌクレオチドを得ることができる。各酵素のホモログをコードするポリヌクレオチドを宿主に導入して発現させることにより、各酵素のホモログを得ることが可能である。 Those skilled in the art will be able to introduce site-directed mutagenesis (Nucleic Acid Res. 10, pp. 6487 (1982), Methods in Enzymol. 100, pp. 448 (1983), Molecular Cloning 2ndEdt., Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989), PCR A Practical Approach IRL Press pp.200 (1991)), etc. A polynucleotide encoding a homologue of each enzyme can be obtained. By introducing a polynucleotide encoding the homologue of each enzyme into a host and expressing it, it is possible to obtain a homologue of each enzyme.
さらに、本発明の各酵素のホモログとは、各酵素に対応した配列番号に示されるアミノ酸配列と少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%、より好ましくは80%、より好ましくは85%、より好ましくは90%、さらにより好ましくは95%以上(例えば、95%、96%、97%、98%、又は99%以上)の同一性を有するタンパク質をいう。タンパク質の同一性検索は、例えばSWISS-PROT, PIR, DADなどのタンパク質のアミノ酸配列に関するデータベースやDDBJ、EMBL、あるいはGene-BankなどのDNA配列に関するデータベース、DNA配列を元にした予想アミノ酸配列に関するデータベースなどを対象に、BLAST、FASTAなどのプログラムを利用して、例えば、インターネットを通じて行うことができる。 Furthermore, the homologue of each enzyme of the present invention is at least 50%, preferably at least 70%, more preferably 80%, more preferably 85%, more preferably the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: corresponding to each enzyme. A protein having 90%, even more preferably 95% or more (eg, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99% or more) identity. Protein identity searches include databases related to amino acid sequences of proteins such as SWISS-PROT, PIR, and DAD, databases related to DNA sequences such as DDBJ, EMBL, and Gene-Bank, and databases related to predicted amino acid sequences based on DNA sequences. For example, it can be performed through the Internet using programs such as BLAST and FASTA.
本発明に記載の各酵素は、当該酵素と機能的に同等な活性を有する限り、付加的なアミノ酸配列を結合することができる。たとえば、ヒスチジンタグやHAタグのような、タグ配列を付加することができる。あるいは、他のタンパク質との融合タンパク質とすることもできる。また本発明の各酵素あるいはそのホモログは、各酵素と機能的に同等な活性を有する限り、断片であってもよい。 Each enzyme described in the present invention can bind an additional amino acid sequence as long as it has a functionally equivalent activity to the enzyme. For example, tag sequences such as histidine tags and HA tags can be added. Alternatively, it can be a fusion protein with another protein. Each enzyme of the present invention or a homologue thereof may be a fragment as long as it has an activity functionally equivalent to each enzyme.
本発明に記載された各酵素をコードするポリヌクレオチドは、以下のような方法によって単離することができる。例えば、各酵素に対応した配列番号に示される塩基配列を元にPCR用のプライマーを設計し、酵素生産株の染色体DNAもしくは、cDNAライブラリーを鋳型としてPCRを行うことにより本発明のDNAを得ることができる。さらに、得られたDNA断片をプローブとして、酵素生産株の染色体DNAの制限酵素消化物をファージ、プラスミドなどに導入し、大腸菌を形質転換して得られたライブラリーやcDNAライブラリーを利用して、コロニーハイブリダイゼーション、プラークハイブリダイゼーションなどにより、各酵素のポリヌクレオチドを得ることができる。 The polynucleotide encoding each enzyme described in the present invention can be isolated by the following method. For example, a primer for PCR is designed based on the base sequence represented by the sequence number corresponding to each enzyme, and the DNA of the present invention is obtained by performing PCR using the chromosomal DNA or cDNA library of the enzyme production strain as a template. be able to. Furthermore, using the obtained DNA fragment as a probe, restriction enzyme digests of chromosomal DNA of enzyme production strains are introduced into phages, plasmids, etc., and E. coli is transformed to obtain libraries and cDNA libraries. The polynucleotide of each enzyme can be obtained by colony hybridization, plaque hybridization, or the like.
なお、本発明におけるハイブリダイゼーションの「ストリンジェントな条件」を具体的に例示すれば、例えば6×SSC、0.5%(W/V) SDS、100μg/ml 変性サケ精子DNA、5×デンハルト溶液(1×デンハルト溶液は0.2%ポリビニールピロリドン、0.2%牛血清アルブミン、および0.2%フィコールを含む)を含む溶液中、45℃、好ましくは55℃、より好ましくは60℃、さらに好ましくは65℃で一晩ハイブリダイゼーションを行い、ハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて、4×SSC、0.5% SDS、20分を3回行う条件である。より好ましくはハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて 4×SSC、0.5% SDS、20分を2回、2×SSC、0.5% SDS、20分を1回行う条件である。より好ましくはハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて 4×SSC、0.5% SDS、20分を2回、続いて 1×SSC、0.5% SDS、20分を1回行う条件である。より好ましくはハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて 2×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 1×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 0.5×SSC、0.5% SDS、20分を1回行う条件である。より好ましくはハイブリダイゼーション後の洗浄を、ハイブリダイゼーションと同じ温度にて 2×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 1×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 0.5×SSC、0.5% SDS、20分を1回、続いて 0.1×SSC、0.5% SDS、20分を1回行う条件である。 Specific examples of “stringent conditions” for hybridization in the present invention include 6 × SSC, 0.5% (W / V) SDS, 100 μg / ml denatured salmon sperm DNA, 5 × Denhardt's solution (1 X Denhardt's solution in a solution containing 0.2% polyvinylpyrrolidone, 0.2% bovine serum albumin, and 0.2% ficoll) at 45 ° C, preferably 55 ° C, more preferably 60 ° C, more preferably 65 ° C overnight. The conditions are such that hybridization is performed, and washing after hybridization is performed 3 times at 4 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes at the same temperature as hybridization. More preferably, the conditions are such that washing after hybridization is performed twice at 4 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes, and once at 2 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes at the same temperature as hybridization. More preferably, the conditions are such that washing after hybridization is performed twice at 4 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes, followed by 1 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes at the same temperature as hybridization. . More preferably, post-hybridization washing is performed at the same temperature as the hybridization, 2 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, followed by 1 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, then 0.5 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once. More preferably, post-hybridization washing is performed at the same temperature as the hybridization, 2 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, followed by 1 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, then 0.5 This is a condition in which × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once, followed by 0.1 × SSC, 0.5% SDS, 20 minutes once.
また、PCRにより得られたDNA断片の塩基配列を解析し、得られた配列から、既知のDNAの外側に伸長させるためのPCRプライマーを設計し、酵素生産株の染色体DNAを適当な制限酵素で消化後、自己環化反応によりDNAを鋳型として逆PCRを行うことにより(Genetics 120, 621-623 (1988))、また、RACE法(Rapid Amplification of cDNA End、「PCR実験マニュアル」p25-33, HBJ出版局)などにより各酵素のポリヌクレオチドを得ることも可能である。 In addition, the base sequence of the DNA fragment obtained by PCR is analyzed, and from the obtained sequence, a PCR primer for extending outside the known DNA is designed, and the chromosomal DNA of the enzyme production strain is expressed with an appropriate restriction enzyme. After digestion, reverse PCR is performed using DNA as a template by self-cyclization reaction (Genetics 120, 621-623 (1988)). Also, RACE method (Rapid Amplification of cDNA End, “PCR Experiment Manual” p25-33, It is also possible to obtain polynucleotides of each enzyme by HBJ Publishing Bureau).
なお本発明において、各酵素のポリヌクレオチドとしては、以上のような方法によってクローニングされたゲノムDNA、あるいはcDNAの他、合成によって得られたDNAが含まれる。 In the present invention, the polynucleotide of each enzyme includes genomic DNA cloned by the method as described above, or cDNA, as well as DNA obtained by synthesis.
グルコキナーゼ活性測定法−1
100mM リン酸カリウム緩衝液(pH 7.5)、10mM グルコース、5mM 塩化マグネシウム、0.3mM ATP、0.3mM NADPからなる組成液を、25℃、3分間平衡化した後、グルコキナーゼとグルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼを含む無細胞抽出液を添加する。グルコキナーゼによってグルコースのリン酸化が行われグルコース-6-リン酸が生成し、グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼよって6-ホスホ-グルコノ-1,5-ラクトンが生成される。グルコース-6-リン酸の酸化におけるNADPHの増加に伴う340nmの吸光度の増加を測定する。1分間に1μmolのNADPHの増加を触媒する酵素量を1Uとすることができる。また、タンパク質の定量は、Bovine serum albuminを標準タンパク質として、バイオラッド製タンパク質アッセイキットを用いた色素結合法により行う。
Method for measuring glucokinase activity-1
After equilibrating a composition solution consisting of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), 10 mM glucose, 5 mM magnesium chloride, 0.3 mM ATP, 0.3 mM NADP for 3 minutes at 25 ° C., glucokinase and glucose-6-phosphate Add cell-free extract containing dehydrogenase. Glucose is phosphorylated by glucokinase to produce glucose-6-phosphate, and 6-phospho-glucono-1,5-lactone is produced by glucose-6-phosphate dehydrogenase. Measure the increase in absorbance at 340 nm with increasing NADPH in the oxidation of glucose-6-phosphate. The amount of enzyme that catalyzes the increase of 1 μmol NADPH per minute can be 1 U. The protein is quantified by a dye binding method using Biovine protein assay kit using Bovine serum albumin as a standard protein.
イノシトール-3-リン酸シンターゼ活性測定法−2
1 ml 50 mM TrisHCl緩衝液(pH 8.0)、5 mM グルコース6リン酸、0.2 mM DTT, 2 mM NH4Cl、1 mM NAD+からなる組成液を、37℃、3分間平衡化し、Ino1を含む細胞抽出液を添加し37℃ 60分間反応させ、100 μl 20%トリクロロ酢酸を加え酵素反応を停止させる。4℃、10000xgで15分遠心し、上澄みを採取する。0.5ml上澄み溶液と0.1 ml 0.2 M NaIO4を混合し37℃ 60分間反応させる。この操作によって、グルコース6リン酸が酸化してリン酸が遊離する。酵素活性は、BioAssay system製malachite green phosphate assay kitを用いて遊離リン酸測定を行う。Kitの説明書に従い混合を行い色素620nmの吸光度を測定する。0.1mM KH2PO4標準溶液から検量線を作成し、定量する。1分間に1 μmolの基質を触媒する酵素量を1Uとすることができる。退色を避けるため、これらの操作は染色後2時間以内に行う。
Inositol-3-phosphate synthase activity measurement method-2
1
イノシトールリン酸ホスファターゼ(SuhB)活性測定法−3
1ml 50 mM TrisHCl緩衝液(pH 8.0)、0.7 mM d-myo-inositol-1-phosphate、10 mM MgCl2, 250mM KClからなる組成液を、37℃、3分間平衡化し、SuhBを含む細胞抽出液を添加し37℃, 2時間反応させ、100 μl 20%トリクロロ酢酸を加え酵素反応を停止させる。4℃、10000xgで15分遠心したあと上澄みを採取する。Ino1と同じく酵素活性は、BioAssay system製malachite green phosphate assay kitを用いて遊離リン酸測定を行う。Kitの説明書に従い混合を行い色素620nmの吸光度を測定する。0.1mM KH2PO4標準溶液から検量線を作成し、定量する。1分間に1μmolの基質を触媒する酵素量を1Uとすることができる。退色を避けるため、これらの操作は染色後2時間以内に行う。
Inositol phosphate phosphatase (SuhB) activity measurement method-3
1
ミオイノシトールオキシゲナーゼ(MIOX)活性測定法−4
50 mM TrisHCl緩衝液(pH 8.0)、2 mM L-システイン, 1 mM Fe(NH4)(SO4)2、60 mM myo-inositolからなる組成液を30℃、10分間平衡化し、MIOXを含む細胞抽出液を添加し30℃,60分反応させ、1/10量の20%トリクロロ酢酸を加え酵素反応を停止させる。4℃、10000xgで15分遠心したあと、上澄みを採取する。活性測定はサンプルとorcinol溶液=1:2で混合し、98℃, 30分反応させ室温で冷却し、670nmの吸光度の増加を測定する。グルクロン酸の既知濃度の標準溶液から検量線を作成し、定量する。1分間に1μmolのNADHの増加を触媒する酵素量を1Uとすることができる。
オリシカル溶液(orcinol solution)組成:
10 ml 5 M HC1に40 mg orcinol および5.4 mg FeCl3混合
Myoinositol oxygenase (MIOX) activity measurement method-4
A composition consisting of 50 mM TrisHCl buffer (pH 8.0), 2 mM L-cysteine, 1 mM Fe (NH 4 ) (SO 4 ) 2 , 60 mM myo-inositol is equilibrated at 30 ° C. for 10 minutes and contains MIOX The cell extract is added and reacted at 30 ° C. for 60 minutes, and 1/10 amount of 20% trichloroacetic acid is added to stop the enzyme reaction. Centrifuge at 10000xg for 15 minutes at 4 ℃ and collect the supernatant. The activity is measured by mixing the sample and orcinol solution = 1: 2, reacting at 98 ° C. for 30 minutes, cooling at room temperature, and measuring the increase in absorbance at 670 nm. A calibration curve is prepared from a standard solution of known concentration of glucuronic acid and quantified. The amount of enzyme that catalyzes the increase of 1 μmol of NADH per minute can be 1 U.
Orcinol solution composition:
10 ml 5 M HC1 mixed with 40 mg orcinol and 5.4 mg FeCl 3
ウロン酸デヒドロゲナーゼ(Udh)活性測定法-5
100mM リン酸カリウム緩衝液(pH 8.0)、10mM グルクロン酸、1mM NAD+からなる組成液を、25℃、3分間平衡化した後、ウロン酸デヒドロゲナーゼを含む無細胞抽出液を添加し、グルクロン酸の酸化におけるNADHの増加に伴う340nmの吸光度の増加を測定する。1分間に1μmolのNADHの増加を触媒する酵素量を1Uとすることができる。また、タンパク質の定量は、Bovine serum albuminを標準タンパク質として、バイオラッド製タンパク質アッセイキットを用いた色素結合法により行う。
Uronic acid dehydrogenase (Udh) activity assay-5
A composition solution consisting of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0), 10 mM glucuronic acid, and 1 mM NAD + was equilibrated at 25 ° C. for 3 minutes, and then a cell-free extract containing uronic acid dehydrogenase was added. Measure the increase in absorbance at 340 nm with increasing NADH in oxidation. The amount of enzyme that catalyzes the increase of 1 μmol of NADH per minute can be 1 U. The protein is quantified by a dye binding method using Biovine protein assay kit using Bovine serum albumin as a standard protein.
グルカル酸デヒドラターゼ(GudD)活性測定法-6
100mM リン酸カリウム緩衝液(pH 7.5)、10mM グルカル酸、5mM 塩化マグネシウムからなる組成液を、30℃、3分間平衡化した後、グルカル酸デヒドラターゼを含む無細胞抽出液を添加し、グルカル酸の脱水によって5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸が生成される。反応後、組成液に1%酢酸ナトリウム/1%塩酸セミカルバジド溶液を等量添加し、30℃、1時間で保温してセミカルバゾン誘導体を生成させ、250nmの吸光度の増加を測定する。1分間に1μmolのNADHの増加を触媒する酵素量を1Uとすることができる。また、タンパク質の定量は、Bovine serum albuminを標準タンパク質として、バイオラッド製タンパク質アッセイキットを用いた色素結合法により行う。
Glucarate Dehydratase (GudD) Activity Measurement Method-6
A composition solution consisting of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), 10 mM glucaric acid, 5 mM magnesium chloride was equilibrated at 30 ° C. for 3 minutes, and then a cell-free extract containing glucaric acid dehydratase was added to Dehydration produces 5-keto-4-deoxy-glucaric acid. After the reaction, an equal amount of 1% sodium acetate / 1% semicarbazide hydrochloride solution is added to the composition solution, and the mixture is kept at 30 ° C. for 1 hour to form a semicarbazone derivative, and the increase in absorbance at 250 nm is measured. The amount of enzyme that catalyzes the increase of 1 μmol of NADH per minute can be 1 U. The protein is quantified by a dye binding method using Biovine protein assay kit using Bovine serum albumin as a standard protein.
5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ(KdgD)活性測定法-7
100mM リン酸カリウム緩衝液(pH 7.5)、10mM 5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸、5mM 塩化マグネシウム、0.3mM NADPHからなる組成液を、25℃、3分間平衡化した後、5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼとアルコールデヒドロゲナーゼ(yjgB)を含む無細胞抽出液を添加する。5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼによって5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸の脱水が行われ2-オキソグルタル酸セミアルデヒドが生成し、アルコールデヒドロゲナーゼによる還元によって2-オキソ-5-ヒドロキシ-ペンタン酸が生成される。2-オキソグルタル酸セミアルデヒドの還元におけるNADPHの減少に伴う340nmの吸光度の減少を測定する。1分間に1μmolのNADHの増加を触媒する酵素量を1Uとすることができる。また、タンパク質の定量は、Bovine serum albuminを標準タンパク質として、バイオラッド製タンパク質アッセイキットを用いた色素結合法により行う。
5-Keto-4-deoxy-glucarate dehydratase (KdgD) activity assay-7
A composition solution consisting of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), 10 mM 5-keto-4-deoxy-glucaric acid, 5 mM magnesium chloride, 0.3 mM NADPH was equilibrated at 25 ° C. for 3 minutes, and then 5-keto- A cell-free extract containing 4-deoxy-glucarate dehydratase and alcohol dehydrogenase (yjgB) is added. 5-keto-4-deoxy-glucaric acid dehydratase dehydrates 5-keto-4-deoxy-glucaric acid to produce 2-oxoglutaric acid semialdehyde, which is reduced by alcohol dehydrogenase to give 2-oxo-5-hydroxy- Pentanoic acid is produced. Measure the decrease in absorbance at 340 nm with NADPH reduction in the reduction of 2-oxoglutarate semialdehyde. The amount of enzyme that catalyzes the increase of 1 μmol of NADH per minute can be 1 U. The protein is quantified by a dye binding method using Biovine protein assay kit using Bovine serum albumin as a standard protein.
アルコールデヒドロゲナーゼ(YjgB)活性測定法-8
100mM リン酸カリウム緩衝液(pH 7.5)、5mM ペンタナール、0.3mM NADPHからなる組成液を、25℃、3分間平衡化した後、アルコールデヒドロゲナーゼを含む無細胞抽出液を添加し、ペンタナールの還元によるNADPHの増加に伴う340nmの吸光度の増加を測定する。1分間に1μmolのNADHの増加を触媒する酵素量を1Uとすることができる。また、タンパク質の定量は、Bovine serum albuminを標準タンパク質として、バイオラッド製タンパク質アッセイキットを用いた色素結合法により行う。
Alcohol dehydrogenase (YjgB) activity measurement method-8
A composition solution consisting of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), 5 mM pentanal, and 0.3 mM NADPH is equilibrated at 25 ° C. for 3 minutes, and then a cell-free extract containing alcohol dehydrogenase is added to the NADPH by reduction of pentanal. Measure the increase in absorbance at 340 nm with increasing. The amount of enzyme that catalyzes the increase of 1 μmol of NADH per minute can be 1 U. The protein is quantified by a dye binding method using Biovine protein assay kit using Bovine serum albumin as a standard protein.
デカルボキシラーゼ(KivD/KdcA)活性測定法-9
100mM リン酸カリウム緩衝液(pH 6.5)、10mM 3-メチル-2-オキソブチル酸、5mM 塩化マグネシウム、1mM ピロリン酸チアミン、0.3mM NADPHからなる組成液を、25℃、3分間平衡化した後、デカルボキシラーゼとアルコールデヒドロゲナーゼ(yjgB)を含む無細胞抽出液を添加する。デカルボキシラーゼによって3-メチル-2-オキソブチル酸の脱炭酸が行われ2-メチル-プロパナール が生成し、アルコールデヒドロゲナーゼによる還元によって2-メチル-プロパノールが生成される。2-メチル-プロパナールの還元におけるNADPHの減少に伴う340nmの吸光度の減少を測定する。1分間に1μmolのNADHの増加を触媒する酵素量を1Uとすることができる。また、タンパク質の定量は、Bovine serum albuminを標準タンパク質として、バイオラッド製タンパク質アッセイキットを用いた色素結合法により行う。
Decarboxylase (KivD / KdcA) activity measurement method-9
After equilibrating a composition solution consisting of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 6.5), 10 mM 3-methyl-2-oxobutyric acid, 5 mM magnesium chloride, 1 mM thiamine pyrophosphate, 0.3 mM NADPH for 3 minutes at 25 ° C., A cell-free extract containing carboxylase and alcohol dehydrogenase (yjgB) is added. Decarboxylase decarboxylates 3-methyl-2-oxobutyric acid to produce 2-methyl-propanal, and reduction with alcohol dehydrogenase produces 2-methyl-propanol. Measure the decrease in absorbance at 340 nm with the decrease in NADPH in the reduction of 2-methyl-propanal. The amount of enzyme that catalyzes the increase of 1 μmol of NADH per minute can be 1 U. The protein is quantified by a dye binding method using Biovine protein assay kit using Bovine serum albumin as a standard protein.
アルコールデヒドロゲナーゼ(YqhD)活性測定法-10
100mM リン酸カリウム緩衝液(pH 7.5)、5mM ブタナール、0.3mM NADPHからなる組成液を、25℃、3分間平衡化した後、アルコールデヒドロゲナーゼを含む無細胞抽出液を添加し、ペンタナールの還元によるNADPHの増加に伴う340nmの吸光度の増加を測定する。1分間に1μmolのNADHの増加を触媒する酵素量を1Uとすることができる。また、タンパク質の定量は、Bovine serum albuminを標準タンパク質として、バイオラッド製タンパク質アッセイキットを用いた色素結合法により行う。
Alcohol dehydrogenase (YqhD) activity measurement method-10
A composition solution consisting of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), 5 mM butanal, 0.3 mM NADPH was equilibrated at 25 ° C. for 3 minutes. Measure the increase in absorbance at 340 nm with increasing. The amount of enzyme that catalyzes the increase of 1 μmol of NADH per minute can be 1 U. The protein is quantified by a dye binding method using Biovine protein assay kit using Bovine serum albumin as a standard protein.
また、本発明は、以下の工程からなる、グルコースから1,4-ブタンジオールを生産する方法を提供する:
(工程1)グルコースからグルコース−6リン酸を生成する工程:
(工程2)グルコース−6リン酸からmyo-イノシトール-3リン酸を生成する工程:
(工程3)myo-イノシトール-3リン酸からmyo-イノシトールを生成する工程:
(工程4)myo-イノシトールからグルクロン酸を生成する工程:
(工程5)グルクロン酸からグルカル酸を生成する工程:
(工程6)グルカル酸から5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸を生成する工程:
(工程7)5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸から2-オキソグルタル酸セミアルデヒドを生成する工程:
(工程8)2-オキソグルタル酸セミアルデヒドから2-オキソ-5-ヒドロキシ-ペンタン酸を生成する工程:
(工程9)2-オキソ-5-ヒドロキシ-ペンタン酸から4-ヒドロキシ-ブチルアルデヒドを生成する工程:
(工程10)4-ヒドロキシ-ブチルアルデヒドから1,4-ブタンジオールを生成する工程:
。
The present invention also provides a method for producing 1,4-butanediol from glucose, comprising the following steps:
(Step 1) Step of producing glucose-6 phosphate from glucose:
(Step 2) Step of producing myo-inositol-3 phosphate from glucose-6 phosphate:
(Step 3) Step of producing myo-inositol from myo-inositol-3-phosphate:
(Step 4) Step of generating glucuronic acid from myo-inositol:
(Step 5) Step of generating glucaric acid from glucuronic acid:
(Step 6) Step of producing 5-keto-4-deoxy-glucaric acid from glucaric acid:
(Step 7) Step of producing 2-oxoglutaric acid semialdehyde from 5-keto-4-deoxy-glucaric acid:
(Step 8) Step of producing 2-oxo-5-hydroxy-pentanoic acid from 2-oxoglutarate semialdehyde:
(Step 9) Step of producing 4-hydroxy-butyraldehyde from 2-oxo-5-hydroxy-pentanoic acid:
(Step 10) Step of producing 1,4-butanediol from 4-hydroxy-butyraldehyde:
.
またさらに、本発明は、上述の(工程1)〜(工程10)の各工程が、以下の酵素により触媒される、グルコースから1,4-ブタンジオールを生産する方法を提供する:
(工程1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.-に分類されるグルコキナーゼ、
(工程2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(工程3)国際酵素分類においてEC:3.1.3.-に分類されるホスファターゼ、
(工程4)国際酵素分類においてEC:1.13.-.-に分類されるオキシゲナーゼ、
(工程5)国際酵素分類においてEC:1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(工程6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.-に分類されるデヒドラターゼ、
(工程7)国際酵素分類においてEC:4.2.1.-に分類されるデヒドラターゼ、
(工程8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(工程9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.-に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(工程10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ。
Furthermore, the present invention provides a method for producing 1,4-butanediol from glucose, in which each of the above-mentioned (Step 1) to (Step 10) is catalyzed by the following enzyme:
(Process 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.- in the international enzyme classification,
(Process 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Process 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.- in the international enzyme classification,
(Step 4) Oxygenase classified as EC: 1.13 .-.- in the international enzyme classification,
(Step 5) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Step 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.- in the international enzyme classification,
(Step 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.- in the international enzyme classification,
(Step 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Step 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.- in the international enzyme classification; and (Step 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification.
本発明のより好ましい態様において、上述の(工程1)〜(工程10)の各工程は、以下の酵素により触媒される:
(工程1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.2に分類されるグルコキナーゼ、
(工程2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(工程3)国際酵素分類においてEC: 3.1.3.25に分類されるホスファターゼ、
(工程4)国際酵素分類においてEC: 1.13.99.1に分類されるオキシゲナーゼ、
(工程5)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.203に分類されるデヒドロゲナーゼ、
(工程6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.40に分類されるデヒドラターゼ、
(工程7)国際酵素分類においてEC: 4.2.1.41に分類されるデヒドラターゼ、
(工程8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(工程9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.74に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(工程10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ。
In a more preferred embodiment of the present invention, each of the steps (step 1) to (step 10) described above is catalyzed by the following enzymes:
(Process 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.2 in the international enzyme classification,
(Process 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Process 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.25 in the international enzyme classification,
(Process 4) Oxygenase classified in EC: 1.13.99.1 in the international enzyme classification,
(Step 5) Dehydrogenase classified as EC: 1.1.1.203 in the international enzyme classification,
(Step 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.40 in the international enzyme classification,
(Step 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.41 in the international enzyme classification,
(Step 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Step 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.74 in the international enzyme classification, and (Step 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification.
また、本発明の一態様として、(工程1)〜(工程10)を触媒する各酵素が、以下に特定される酵素である態様を挙げることができる:
(工程1)を触媒する、グルコキナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:1に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:1に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:2に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:2に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:1に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程2)を触媒する、イノシトール-3-リン酸シンターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:3に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:3に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:4に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:4に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:3に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程3)を触媒する、イノシトールリン酸ホスファターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:5に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:5に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:6に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:6に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:5に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程4)を触媒する、ミオイノシトールオキシゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:7に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:7に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:8に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:8に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:7に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程5)を触媒する、ウロン酸デヒロドゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:9に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:9に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:10に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:10に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:9に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程6)を触媒する、グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:11に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:11に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:12に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:12に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:11に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程7)を触媒する、5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:13に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:13に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:14に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:14に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:13に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程8)を触媒する、アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:16又は22に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程9)を触媒する、デカルボキシラーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:17又は19に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:18又は20に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:18又は20に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程10)を触媒する、アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択される、
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、
(d)配列番号:16又は22に記載された塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(e)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と85%以上の同一性を有するタンパク質誘導体。
In addition, as an aspect of the present invention, an aspect in which each enzyme that catalyzes (Step 1) to (Step 10) is an enzyme specified below:
The enzyme having glucokinase activity that catalyzes (Step 1) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
The enzyme having inositol-3-phosphate synthase activity that catalyzes (step 2) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 4,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
The enzyme having inositol phosphate phosphatase activity that catalyzes (Step 3) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
The enzyme having myo-inositol oxygenase activity that catalyzes (Step 4) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7,
The enzyme having uronic acid dehydrogenase activity that catalyzes (Step 5) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 10; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
The enzyme having glucarate dehydratase activity that catalyzes (Step 6) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12;
(D) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
The enzyme having 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase activity that catalyzes (Step 7) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14;
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14; and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
The enzyme having alcohol dehydrogenase activity that catalyzes (Step 8) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 16 or 22,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15 or 21;
The enzyme having decarboxylase activity that catalyzes (Step 9) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19,
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18 or 20,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18 or 20, and
(E) a protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17 or 19,
The enzyme having alcohol dehydrogenase activity that catalyzes (step 10) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 16 or 22,
(D) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
(E) A protein derivative having 85% or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21.
また、本発明は、グルコースと本発明の微生物とを混合し、該微生物を培養する工程を含む、1,4-ブタンジオールを生産する方法を提供する。 The present invention also provides a method for producing 1,4-butanediol, which comprises the steps of mixing glucose and the microorganism of the present invention and culturing the microorganism.
1,4-ブタンジオールを生産するための原料であるグルコース等の発酵性基質の濃度に特に制限はないが、通常0.1〜30%程度、好ましくは0.5〜15%、より好ましくは1〜10%の濃度を用いることができる。 The concentration of the fermentable substrate such as glucose that is a raw material for producing 1,4-butanediol is not particularly limited, but is usually about 0.1 to 30%, preferably 0.5 to 15%, more preferably A concentration of 1-10% can be used.
また、原料は発酵開始時に一括して添加することも可能であるが、発酵液中に連続的、もしくは間欠的に添加することも可能である。 The raw materials can be added all at once at the start of fermentation, but can also be added continuously or intermittently to the fermentation broth.
また、本発明の遺伝子組換え微生物は、好ましくは、図1で示される反応を触媒する酵素遺伝子を単離した後、大腸菌などを宿主として活性を増強させた遺伝子組換え大腸菌を用いることができる。本目的のために用いられる遺伝子組換え大腸菌は、一般的に大腸菌の培養に用いられる培地で培養することができ、公知の方法によって発現誘導することによって高発現させることができる。例えば、当該酵素活性が増強された大腸菌を2×YT培地(2.0%バクト−トリプトン、1.0%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)中で培養し、イソプロピル−チオ−β−D−ガラクトピラノシド(IPTG)によって発現誘導させ、十分に増殖させた後に、培養液をそのまま、もしくは、菌体を回収して1,4-ブタンジオール生産に用いることができる。 In addition, the genetically modified microorganism of the present invention is preferably a genetically modified Escherichia coli whose activity is enhanced using Escherichia coli as a host after isolating the enzyme gene that catalyzes the reaction shown in FIG. . The genetically modified E. coli used for this purpose can be cultured in a medium generally used for culturing E. coli, and can be highly expressed by inducing expression by a known method. For example, E. coli having enhanced enzyme activity is cultured in 2 × YT medium (2.0% bacto-tryptone, 1.0% bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2), and isopropyl -After induction of expression with thio-β-D-galactopyranoside (IPTG) and sufficient growth, the culture solution can be used as it is, or the cells can be recovered and used for 1,4-butanediol production. it can.
1,4-ブタンジオール生産に使用する本発明の遺伝子組換え微生物は、下記の発酵性基質を含む1,4-ブタンジオール生産用発酵液で生育させながら1,4-ブタンジオールを生産させても良く、予め培養して増殖させた培養液、もしくは、回収した菌体を用いても良い。予め培養して増殖させた培養液、もしくは、回収した菌体の量は、通常は、発酵性基質を含む1,4-ブタンジオール生産用発酵液量に対して0.1〜100%、好ましくは0.5〜50%、より好ましくは1〜20%程度用いることができる(ここで言う「%」は、1,4-ブタンジオール生産用発酵液に対する植菌率を示しており、「[予め増殖させた培養液]/[1,4-ブタンジオール生産用発酵液](v/v)」を意味する)。 The genetically modified microorganism of the present invention used for 1,4-butanediol production produces 1,4-butanediol while growing in a 1,4-butanediol production fermentation solution containing the following fermentable substrate. It is also possible to use a culture solution that has been cultured and proliferated in advance, or a recovered microbial cell. The amount of the culture solution that has been cultured and grown in advance or the amount of the collected cells is usually 0.1 to 100%, preferably 1 to 100% of the fermentation solution for producing 1,4-butanediol containing a fermentable substrate. Can be used in an amount of about 0.5 to 50%, more preferably about 1 to 20% (here, “%” indicates the inoculation rate with respect to 1,4-butanediol-producing fermentation broth, and “[[ Preliminarily grown culture solution] / [fermented solution for producing 1,4-butanediol] (v / v) ”).
1,4-ブタンジオール生産用発酵液は、1,4-ブタンジオールを生産するための発酵性基質以外にも、必要に応じて1,4-ブタンジオールの生産を促進するものが含まれていることが好ましく、本目的のために用いられる遺伝子組換え大腸菌の栄養源となる培地成分を含んでいてもよい。具体的には、大腸菌の培養に用いられる培地であるLB(1.0%バクト−トリプトン、0.5%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)、2×YT(2.0%バクト−トリプトン、1.0%バクト−酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)、M9培地(6.8g/L Na2HPO4、3.0g/L KH2PO4、0.5g/L NaCl、1.0g/L NH4Cl、0.493g/L MgSO4・7H2O、14.7mg/L CaCl2・2H2O、pH7.5)などを挙げることができる。予め培養して十分量の菌体を1,4−ブタンジオール生産用発酵液に供する場合は、より高濃度の発酵性基質の存在下で1,4-ブタンジオールの生産を行うことができ、上記培地を除くこともできる。また、必要に応じて発酵中のpHを1,4-ブタンジオール生産に適したpHに維持させるための成分、例えば緩衝剤を10mM〜800mM、好ましくは、50〜500mM、より好ましくは100〜250mM含んでいてもよく、具体的には、MOPS緩衝液、HEPES緩衝液、MES緩衝液、Tris緩衝液、リン酸緩衝液などを挙げることができる。発酵温度は本発明の遺伝子組換え微生物が発酵性基質の資化能力を発現でき、且つ、式1で示される反応を触媒する酵素活性を発現でき、1,4-ブタンジオールを生成できる温度であれば良く、通常5〜60℃、好ましくは10〜50℃、より好ましくは20〜40℃で行うことができる。またpHも、式1で示される反応を触媒する酵素活性を発現でき、1,4-ブタンジオールを生成できるpHであれば良く、通常はpH4〜12、好ましくは、pH5〜11、より好ましくはpH6〜9で行うことができる。また、発酵は攪拌下、あるいは静置下で行うことができる。また、発酵性基質をより効率的に1,4-ブタンジオールに変換させるために、十分量の酸素を供給した好気的条件下、酸素供給量を制限した微好気的条件下、もしくは、酸素を供給しない嫌気的条件下の反応培地で行うことができる。
In addition to the fermentable substrate for producing 1,4-butanediol, fermented liquor for 1,4-butanediol production includes those that promote the production of 1,4-butanediol as necessary. Preferably, it may contain a medium component that serves as a nutrient source for the recombinant E. coli used for this purpose. Specifically, LB (1.0% bacto-tryptone, 0.5% bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2), which is a medium used for culturing Escherichia coli, 2 × YT (2 0.0% bacto-tryptone, 1.0% bacto-yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2), M9 medium (6.8 g / L Na2HPO4, 3.0 g / L KH2PO4, 0.5 g / L) NaCl, 1.0 g / L NH4Cl, 0.493 g / L MgSO4 · 7H2O, 14.7 mg / L CaCl2 · 2H2O, pH 7.5). When a sufficient amount of cells are cultured in advance and used for 1,4-butanediol-producing fermentation broth, 1,4-butanediol can be produced in the presence of a higher concentration of fermentable substrate, The medium can also be removed. Further, if necessary, components for maintaining the pH during fermentation at a pH suitable for 1,4-butanediol production, for example, a buffering agent of 10 mM to 800 mM, preferably 50 to 500 mM, more preferably 100 to 250 mM. Specific examples include MOPS buffer, HEPES buffer, MES buffer, Tris buffer, phosphate buffer, and the like. The fermentation temperature is a temperature at which the genetically modified microorganism of the present invention can express the ability to assimilate the fermentable substrate, can express the enzyme activity that catalyzes the reaction represented by
本発明の1,4-ブタンジオールの製造は、水中もしくは水に溶解しにくい有機溶媒、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、クロロホルム、n−ヘキサン、メチルイソブチルケトン、メチルターシャリーブチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどの有機溶媒中、もしくは、水性媒体との2相系、もしくは水に溶解する有機溶媒、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトニトリル、アセトン、ジメチルスルホキシドなどとの混合系により行うことができる。本発明の反応は、バッチ式、流加式、連続式のいずれの生産方式で行うことも可能であり、固定化菌体、固定化酵素、膜リアクターなどを利用して行うことも可能である。 The production of 1,4-butanediol of the present invention can be carried out in water or an organic solvent that is difficult to dissolve in water, for example, ethyl acetate, butyl acetate, toluene, chloroform, n-hexane, methyl isobutyl ketone, methyl tertiary butyl ether, diisopropyl ether. Or a two-phase system with an aqueous medium, or a mixed system with an organic solvent that dissolves in water, for example, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, acetonitrile, acetone, dimethyl sulfoxide, or the like. The reaction of the present invention can be carried out by any of batch, fed-batch, and continuous production methods, and can also be carried out using immobilized cells, immobilized enzymes, membrane reactors, and the like. .
反応により生成した1,4-ブタンジオールの精製は、遠心分離や濾過などによる分離、有機溶媒による抽出、イオン交換クロマトグラフィーなどの各種クロマトグラフィー、吸着剤による吸着、凝集剤、脱水剤による脱水もしくは凝集、晶析、蒸留、などを適宜組み合わせることにより行うことができる。 Purification of 1,4-butanediol produced by the reaction includes separation by centrifugation or filtration, extraction by organic solvent, various chromatography such as ion exchange chromatography, adsorption by adsorbent, flocculant, dehydration by dehydrating agent or Aggregation, crystallization, distillation, and the like can be combined as appropriate.
たとえば、微生物菌体を含む発酵液を遠心分離や膜濾過等によって微生物菌体を除去、タンパク質を除去した後、水溶液中から、濃縮、蒸留などの公知の方法により1,4-ブタンジオールを精製することができる。 For example, fermentation liquid containing microbial cells is removed by centrifugation, membrane filtration, etc., microbial cells are removed, proteins are removed, and 1,4-butanediol is purified from the aqueous solution by known methods such as concentration and distillation. can do.
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to this.
実施例1:プラスミドの構築
1) イノシトール-3-リン酸シンターゼ遺伝子発現プラスミドpSUSCIN1の構築
サッカロマイシス セレビジエ(Saccharomyces cerevisiae)由来イノシトール-3-リン酸シンターゼ遺伝子のアミノ酸配列(配列番号:3)を基に、大腸菌(Eschericha coli JM109株)の発現に最適化されたino1遺伝子の塩基配列(配列番号:4)を人工合成し、pSE420U (WO 2006-132145)のNdeIサイト及びXhoIサイトに導入した。得られたpSUSCIN1プラスミドを形質転換した大腸菌JM109株をアンピシリン(50mg/L)含むLB培地で生育させ、lacオペロン発現システムを利用してタンパク質発現を行ったところ、当該大腸菌の可溶性画分でのイノシトール-3-リン酸シンターゼの高発現を確認した。
Example 1: Construction of a plasmid
1) Construction of inositol-3-phosphate synthase gene expression plasmid pSUSCIN1 Based on the amino acid sequence of Saccharomyces cerevisiae inositol-3-phosphate synthase gene (SEQ ID NO: 3), Escherichia coli JM109 The base sequence (SEQ ID NO: 4) of the ino1 gene optimized for expression of the strain was artificially synthesized and introduced into the NdeI site and the XhoI site of pSE420U (WO 2006-132145). Escherichia coli JM109 strain transformed with the obtained pSUSCIN1 plasmid was grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L) and protein expression was performed using the lac operon expression system. High expression of -3-phosphate synthase was confirmed.
2) イノシトールリン酸ホスファターゼ遺伝子発現プラスミドpSUECSB1の構築
大腸菌(Eschericha coli)由来イノシトールリン酸ホスファターゼ遺伝子のアミノ酸配列(配列番号:5)を基に、大腸菌(Eschericha coli JM109株)の発現に最適化されたsuhB遺伝子の塩基配列(配列番号:6)を人工合成し、pSE420U (WO 2006-132145)のNdeIサイト及びXhoIサイトに導入した。得られたpSUECSB1プラスミドを形質転換した大腸菌JM109株をアンピシリン(50mg/L)含むLB培地で生育させ、lacオペロン発現システムを利用してタンパク質発現を行ったところ、当該大腸菌の可溶性画分でのイノシトールリン酸ホスファターゼの高発現を確認した。
2) Construction of inositol phosphate phosphatase gene expression plasmid pSUECSB1 Based on the amino acid sequence of the inositol phosphate phosphatase gene derived from Eschericha coli (SEQ ID NO: 5), it was optimized for the expression of E. coli (Eschericha coli JM109 strain). The base sequence of the suhB gene (SEQ ID NO: 6) was artificially synthesized and introduced into the NdeI site and XhoI site of pSE420U (WO 2006-132145). E. coli strain JM109 transformed with the obtained pSUECSB1 plasmid was grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and protein expression was performed using the lac operon expression system.Inositol in the soluble fraction of the E. coli High expression of phosphate phosphatase was confirmed.
3) ミオイノシトールオキシゲナーゼ遺伝子発現プラスミドpSUECSB1の構築
マウス(Mus musculus)由来ミオイノシトールオキシゲナーゼキシゲナーゼ遺伝子のアミノ酸配列(配列番号:7)に、大腸菌(Eschericha coli JM109株)の発現に最適化されたmiox遺伝子の塩基配列(配列番号:8)を人工合成し、pSE420U (WO 2006-132145)のNdeIサイト及びXhoIサイトに導入した。得られたpSUECSB1プラスミドを形質転換した大腸菌JM109株をアンピシリン(50mg/L)含むLB培地で生育させ、lacオペロン発現システムを利用してタンパク質発現を行ったところ、当該大腸菌の可溶性画分でのミオイノシトールオキシゲナーゼの高発現を確認した。
3) Construction of myo-inositol oxygenase gene expression plasmid pSUECSB1 miox optimized for expression of Escherichia coli JM109 in the amino acid sequence (SEQ ID NO: 7) of the mouse (Mus musculus) myo-inositol oxygenase gene The base sequence of the gene (SEQ ID NO: 8) was artificially synthesized and introduced into the NdeI site and XhoI site of pSE420U (WO 2006-132145). The obtained pSUECSB1 plasmid transformed E. coli strain JM109 was grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L) and protein expression was performed using the lac operon expression system. High expression of inositol oxygenase was confirmed.
4) ウロン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子発現プラスミドpSUAUDH1の構築
アグロバクテリウム ツメファシエンス(agrobacterium tumefaciens)由来ウロン酸デヒドロゲナーゼのアミノ酸配列(配列番号:9)を基に、アグロバクテリウム ツメファシエンス(agrobacterium tumefaciens)のゲノムからPCR法によりudh遺伝子の塩基配列(配列番号:10)を合成し、pSE420U (WO 2006-132145)のEcoRIサイト及びHindIIIサイトに導入した。得られたpSUAUDH1プラスミドを形質転換した大腸菌JM109株をアンピシリン(50mg/L)含むLB培地で生育させ、lacオペロン発現システムを利用してタンパク質発現を行ったところ、当該大腸菌の可溶性画分でのウロン酸デヒドロゲナーゼの高発現を確認した。
4) Construction of uronic acid dehydrogenase gene expression plasmid pSUAUDH1 Based on the amino acid sequence of uronate dehydrogenase derived from Agrobacterium tumefaciens (SEQ ID NO: 9), PCR was performed from the genome of Agrobacterium tumefaciens (agrobacterium tumefaciens). The base sequence of the udh gene (SEQ ID NO: 10) was synthesized and introduced into the EcoRI site and HindIII site of pSE420U (WO 2006-132145). E. coli strain JM109 transformed with the obtained pSUAUDH1 plasmid was grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and protein expression was performed using the lac operon expression system. High expression of acid dehydrogenase was confirmed.
5) グルカル酸デヒドラターゼ遺伝子発現プラスミドpSUECGD1の構築
大腸菌(Escherichia coli)由来グルカル酸デヒドラターゼ遺伝子のアミノ酸配列(配列番号:11)を基に、大腸菌(Escherichia coli W3110株)のゲノムからPCR法によりgudD遺伝子の塩基配列(配列番号:12)を合成し、pSE420U (WO 2006-132145)のEcoRIサイト及びHindIIIサイトに導入した。得られたpSUECGD1プラスミドを形質転換した大腸菌JM109株をアンピシリン(50mg/L)含むLB培地で生育させ、lacオペロン発現システムを利用してタンパク質発現を行ったところ、当該大腸菌の可溶性画分でのグルカル酸デヒドラターゼの高発現を確認した。
5) Construction of glucaric acid dehydratase gene expression plasmid pSUECGD1 Based on the amino acid sequence of the glucaric acid dehydratase gene derived from Escherichia coli (SEQ ID NO: 11), the gudD gene was cloned from the genome of Escherichia coli W3110 by PCR. A base sequence (SEQ ID NO: 12) was synthesized and introduced into the EcoRI site and HindIII site of pSE420U (WO 2006-132145). Escherichia coli JM109 transformed with the obtained pSUECGD1 plasmid was grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and protein expression was performed using the lac operon expression system. High expression of acid dehydratase was confirmed.
6) 5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ遺伝子発現プラスミドpSUABKD1の構築
アシネトバクター バイリィ(Acinetobacter baylyi)由来5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ遺伝子のアミノ酸配列(配列番号:13)を基に、大腸菌(Eschericha coliJM109)の発現に最適化されたkdgD塩基配列(配列番号:14)を人工合成し、pSE420U (WO 2006-132145)のNdeIサイト及びXhoIサイトに導入した。得られたpSUABKD1プラスミドを形質転換した大腸菌JM109株をアンピシリン(50mg/L)含むLB培地で生育させ、lacオペロン発現システムを利用してタンパク質発現を行ったところ、当該大腸菌の可溶性画分での5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼの高発現を確認した。
6) Construction of 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase gene expression plasmid pSUABKD1 Based on the amino acid sequence (SEQ ID NO: 13) of 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase gene derived from Acinetobacter baylyi A kdgD base sequence (SEQ ID NO: 14) optimized for expression of E. coli (Eschericha coli JM109) was artificially synthesized and introduced into the NdeI site and XhoI site of pSE420U (WO 2006-132145). Escherichia coli JM109 transformed with the obtained pSUABKD1 plasmid was grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and protein expression was performed using the lac operon expression system. High expression of -keto-4-deoxy-glucarate dehydratase was confirmed.
7) アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子発現プラスミドpSUECYB1の構築
大腸菌(Escherichia coli)由来アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子のアミノ酸配列(配列番号:15)を基に、大腸菌(Escherichia coli W3110株)のゲノムからPCR法によりyjgB遺伝子の塩基配列(配列番号:16)を合成し、pSE420U (WO 2006-132145)のEcoRIサイト及びHindIIIサイトに導入した。得られたpSUECYB1プラスミドを形質転換した大腸菌JM109株をアンピシリン(50mg/L)含むLB培地で生育させ、lacオペロン発現システムを利用してタンパク質発現を行ったところ、当該大腸菌の可溶性画分でのアルコールデヒドロゲナーゼの高発現を確認した。
7) Construction of the alcohol dehydrogenase gene expression plasmid pSUECYB1 Based on the amino acid sequence of the alcohol dehydrogenase gene from Escherichia coli (SEQ ID NO: 15), the base sequence of the yjgB gene from the genome of Escherichia coli W3110 by PCR. (SEQ ID NO: 16) was synthesized and introduced into the EcoRI site and HindIII site of pSE420U (WO 2006-132145). Escherichia coli JM109 strain transformed with the obtained pSUECYB1 plasmid was grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and protein expression was performed using the lac operon expression system. High expression of dehydrogenase was confirmed.
8) デカルボキシラーゼ遺伝子発現プラスミドpSULLDC1とpSULLKA1の構築
ラクトコッカス ラクティス(Lactococcus lactis)由来デカルボキシラーゼ遺伝子(kivD、kdcA遺伝子)のアミノ酸配列(配列番号:17、19)を基に、大腸菌(Eschericha coli JM109株)の発現に最適化されたkivD遺伝子(pSULLDC1用)又はkdcA遺伝子(pSULLKA1用)の塩基配列(配列番号:18、20)を人工合成し、pSE420U (WO 2006-132145)のNdeIサイト及びPacIサイトに導入した。得られたpSULLDC1とpSULLKA1プラスミドを形質転換した大腸菌JM109株をアンピシリン(50mg/L)含むLB培地で生育させ、lacオペロン発現システムを利用してタンパク質発現を行ったところ、当該大腸菌の可溶性画分を用いた酵素活性測定で活性が有ることを確認した。
8) Construction of decarboxylase gene expression plasmids pSULLDC1 and pSULLKA1 Based on the amino acid sequence (SEQ ID NO: 17 and 19) of the decarboxylase gene (kivD, kdcA gene) derived from Lactococcus lactis, Escherichia coli JM109 strain ) Artificially synthesized base sequences (SEQ ID NOs: 18, 20) of the kivD gene (for pSULLDC1) or kdcA gene (for pSULLKA1) optimized for the expression of pSE420U (WO 2006-132145) NdeI site and PacI site Introduced. E. coli strain JM109 transformed with the obtained pSULLDC1 and pSULLKA1 plasmids was grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and protein expression was performed using the lac operon expression system. The activity was confirmed by measuring the enzyme activity used.
9) アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子発現プラスミド pSU-EPD1
大腸菌(Escherichia coli)由来アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子のアミノ酸配列(配列番号:21)を基に、大腸菌(Escherichia coli W3110株)のゲノムからPCR法によりyjgB遺伝子の塩基配列(配列番号:22)を合成し、pSE420U (WO 2006-132145)のNdeIサイト及びPacIサイトに導入した。得られたpSU-EPD1プラスミドを形質転換した大腸菌JM109株をアンピシリン(50mg/L)含むLB培地で生育させ、lacオペロン発現システムを利用してタンパク質発現を行ったところ、当該大腸菌の可溶性画分でのアルコールデヒドロゲナーゼの高発現を確認した。
9) Alcohol dehydrogenase gene expression plasmid pSU-EPD1
Based on the amino acid sequence of the alcohol dehydrogenase gene derived from Escherichia coli (SEQ ID NO: 21), the base sequence of the yjgB gene (SEQ ID NO: 22) was synthesized from the genome of Escherichia coli W3110 by PCR. It was introduced into the NdeI site and PacI site of pSE420U (WO 2006-132145). Escherichia coli JM109 strain transformed with the obtained pSU-EPD1 plasmid was grown in LB medium containing ampicillin (50 mg / L), and protein expression was performed using the lac operon expression system. High expression of alcohol dehydrogenase was confirmed.
なお、大腸菌JM109株はグルコキナーゼを内在的に発現しているため(アミノ酸配列は配列番号:1、塩基配列は配列番号:2に示す)、形質転換用のプラスミドの作成は行わなかった。 Since Escherichia coli JM109 strain endogenously expresses glucokinase (the amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 1 and the base sequence is shown in SEQ ID NO: 2), a plasmid for transformation was not prepared.
実施例2:酵素反応による1,4-ブタンジオール生産
実施例1で得られた各プラスミドを形質転換したE. coli(JM109株)を、アンピシリン(50mg/L)を含む液体LB培地(1.0%トリプトン、0.5%酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)に植菌し、試験管中、30℃で終夜振とう培養した。この各培養菌体1.2mLを、アンピシリン(50mg/L)を含む1.2Lの液体LB培地(1.0%トリプトン、0.5%酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)を入れた発酵槽に植菌し、30℃、pH 7.2を維持し、0.5vvmでエアー通気下、600rpmで攪拌することによって好気条件下で培養を開始した。培養後、OD600が約0.4に達したところで50mMのイソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(IPTG)2.4mLを添加し、培養開始から24時間後に発酵槽の運転を停止させた。
Example 2: Production of 1,4-butanediol by enzymatic reaction E. coli (JM109 strain) transformed with each plasmid obtained in Example 1 was added to a liquid LB medium (1.0%) containing ampicillin (50 mg / L). Tryptone, 0.5% yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2) was inoculated and cultured in a test tube at 30 ° C. overnight. Inoculate 1.2 mL of each cultured cell in a fermenter containing 1.2 L of liquid LB medium (1.0% tryptone, 0.5% yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2) containing ampicillin (50 mg / L). Then, the culture was started under aerobic conditions by maintaining at 30 ° C. and pH 7.2, and stirring at 600 rpm under air aeration at 0.5 vvm. After the culture, when OD600 reached about 0.4, 2.4 mL of 50 mM isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG) was added, and the operation of the fermenter was stopped 24 hours after the start of the culture.
運転停止後、培養液300mLから菌体を回収し、50mM KPB (pH7.5) 5mLに溶解させ、密閉式超音波破砕器で菌体破砕を行った(Run 30秒、Stop 60秒、Cycle 16)。破砕液を遠心分離し、上清を粗酵素液として抽出した。
After stopping the operation, the cells were collected from 300 mL of the culture solution, dissolved in 5 mL of 50 mM KPB (pH 7.5), and disrupted with a sealed ultrasonic crusher (
上記で調製した各酵素液を基に下記の反応液を調製し、30℃の酵素反応を行ない、定期的に反応液200μlをサンプリングし、6倍希釈した反応液をHPLCで分析を行った。 Based on each enzyme solution prepared above, the following reaction solution was prepared, an enzyme reaction at 30 ° C. was performed, 200 μl of the reaction solution was periodically sampled, and the 6-fold diluted reaction solution was analyzed by HPLC.
<HPLC分析条件>
カラム:ULTRON PS-80H (8.0 mm×300 mm) (信和化工製)
溶離液:0.1% ギ酸水溶液
流速:0.7 mL/min
カラム温度:40℃
検出:RI / UV (210nm)
<HPLC analysis conditions>
Column: ULTRON PS-80H (8.0 mm x 300 mm) (manufactured by Shinwa Kako)
Eluent: 0.1% formic acid aqueous solution Flow rate: 0.7 mL / min
Column temperature: 40 ° C
Detection: RI / UV (210nm)
酵素反応開始後、6時間目から1,4-ブタンジオールのピークが確認でき、最大で1,4-ブタンジオール濃度14.8mMまで蓄積することを確認できた(図2)。 The peak of 1,4-butanediol was confirmed from the 6th hour after the start of the enzyme reaction, and it was confirmed that the maximum accumulation of 1,4-butanediol concentration was 14.8 mM (FIG. 2).
実施例3:酵素反応による1,4-ブタンジオール生産
実施例1で得られた酵素群を連結したプラスミドを形質転換したE. coli(JM109株)を、アンピシリン(50mg/L)を含む液体LB培地(1.0%トリプトン、0.5%酵母エキス、1.0%塩化ナトリウム、pH7.2)に植菌し、試験管中、37℃で終夜振とう培養した。この各培養菌体0.5mLを、アンピシリン(50mg/L)を含む10mlの液体DM培地(0.2%グルコース、0.7%K2HPO4, 0.3% KH2PO4, 0.1% (NH4)SO4, 0.01% MgSO4, pH7.2)+ 1ml/L 水道水を混合した試験管に植菌し、37℃振とうすることによって好気条件下で培養を開始した。培養後、OD660が約0.8に達したところでイソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(IPTG)を0.1 mM終濃度になるように添加し、定期的にサンプリングし、フィルター濾過した反応液をHPLCを用いて分析した。
<HPLC分析条件>
カラム:ULTRON PS-80H (8.0 mm×300 mm) (信和加工製)
溶離液:0.1% ギ酸水溶液
流速:0.7 mL/min
カラム温度:40℃
検出:RI / UV (210nm)
Example 3: Production of 1,4-butanediol by enzymatic reaction E. coli (JM109 strain) transformed with a plasmid ligated with the enzyme group obtained in Example 1 was transformed into liquid LB containing ampicillin (50 mg / L). The medium (1.0% tryptone, 0.5% yeast extract, 1.0% sodium chloride, pH 7.2) was inoculated and cultured in a test tube at 37 ° C. with shaking overnight. 0.5 mL of each cultured cell is added to 10 ml of liquid DM medium (0.2% glucose, 0.7% K 2 HPO 4 , 0.3% KH 2 PO 4 , 0.1% (NH 4 ) SO 4 , containing ampicillin (50 mg / L), 0.01% MgSO 4 , pH 7.2) +1 ml / L Inoculated into a test tube mixed with tap water, and cultured under aerobic conditions by shaking at 37 ° C. After culturing, when OD 660 reaches about 0.8, isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG) is added to a final concentration of 0.1 mM, periodically sampled, and the filtered reaction solution is subjected to HPLC. And analyzed.
<HPLC analysis conditions>
Column: ULTRON PS-80H (8.0 mm x 300 mm) (manufactured by Shinwa Processing)
Eluent: 0.1% formic acid aqueous solution Flow rate: 0.7 mL / min
Column temperature: 40 ° C
Detection: RI / UV (210nm)
グルコースから1,4-ブタンジオールの直接生産が確認でき、今回の培養条件では最大で1,4-ブタンジオール濃度1.8mMまで蓄積することを確認できた(図3)。
Direct production of 1,4-butanediol from glucose was confirmed, and it was confirmed that accumulation up to a
本発明の方法は、化石資源の枯渇や原料高騰に依存せずに1,4-ブタンジオールを製造することができるという点で工業的に有利である。本発明によって、再生可能資源を原料とした1,4-ブタンジオールの生産が可能となった。 The method of the present invention is industrially advantageous in that 1,4-butanediol can be produced without depending on depletion of fossil resources and rising raw materials. According to the present invention, 1,4-butanediol can be produced from renewable resources.
Claims (7)
(経路1)グルコキナーゼ、
(経路2)イノシトール-3-リン酸シンターゼ、
(経路3)イノシトールリン酸ホスファターゼ、
(経路4)ミオイノシトールオキシゲナーゼ、
(経路5)ウロン酸デヒロドゲナーゼ、
(経路6)グルカル酸デヒドラターゼ、
(経路7)5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ、
(経路8)アルコールデヒドロゲナーゼ、
(経路9)デカルボキシラーゼ、及び
(経路10)アルコールデヒドロゲナーゼ:
[反応]
。 A genetically modified microorganism capable of expressing each enzyme that catalyzes (Route 1) to (Route 10) of the following reaction and producing 1,4-butanediol from glucose:
(Route 1) Glucokinase,
(Route 2) Inositol-3-phosphate synthase,
(Route 3) Inositol phosphate phosphatase,
(Route 4) Myo-inositol oxygenase,
(Route 5) Uronic acid dehydrogenase,
(Route 6) Glucarate dehydratase,
(Route 7) 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase,
(Route 8) Alcohol dehydrogenase,
(Route 9) Decarboxylase, and (Route 10) Alcohol dehydrogenase:
[reaction]
.
(経路1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.2に分類されるグルコキナーゼ、
(経路2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(経路3)国際酵素分類においてEC: 3.1.3.25に分類されるホスファターゼ、
(経路4)国際酵素分類においてEC: 1.13.99.1に分類されるオキシゲナーゼ、
(経路5)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.203に分類されるデヒドロゲナーゼ、
(経路6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.40に分類されるデヒドラターゼ、
(経路7)国際酵素分類においてEC: 4.2.1.41に分類されるデヒドラターゼ、
(経路8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(経路9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.74に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(経路10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ:
[反応]
。 A genetically modified microorganism capable of expressing each enzyme specified by the international enzyme classification catalyzing (Route 1) to (Route 10) of the following reaction and producing 1,4-butanediol from glucose:
(Route 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.2 in the international enzyme classification,
(Route 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Route 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.25 in the international enzyme classification,
(Route 4) Oxygenase classified as EC: 1.13.99.1 in the international enzyme classification,
(Route 5) Dehydrogenase classified as EC: 1.1.1.203 in the international enzyme classification,
(Route 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.40 in the international enzyme classification,
(Route 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.41 in the international enzyme classification,
(Route 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Route 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.74 in the international enzyme classification, and
(Route 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification:
[reaction]
.
グルコキナーゼ活性を有する酵素1が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:1に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:1に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:2に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:1に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
イノシトール-3-リン酸シンターゼ活性を有する酵素2が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:3に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:3に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:4に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:3に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
イノシトールリン酸ホスファターゼ活性を有する酵素3が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:5に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:5に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:6に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:5に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
ミオイノシトールオキシゲナーゼ活性を有する酵素4が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:7に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:7に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:8に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:7に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
ウロン酸デヒロドゲナーゼ活性を有する酵素5が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:9に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:9に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:10に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:9に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素6が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:11に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:11に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:12に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:11に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素7が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:13に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:13に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:14に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:13に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素8が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
デカルボキシラーゼ活性を有する酵素9が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:17又は19に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:18又は20に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、又は、
(d)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素10が、以下からなる群から選択される:
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体。 A genetically modified microorganism that expresses the following enzymes 1 to 10:
The enzyme 1 having glucokinase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(C) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1,
The enzyme 2 having inositol-3-phosphate synthase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
The enzyme 3 having inositol phosphate phosphatase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5,
The enzyme 4 having myo-inositol oxygenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
The enzyme 5 having uronic acid dehydrogenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(C) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 10, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
The enzyme 6 having glucarate dehydratase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
Enzyme 7 having 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
The enzyme 8 having alcohol dehydrogenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15 or 21;
The enzyme 9 having decarboxylase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19,
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19;
(C) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 18 or 20, or
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17 or 19,
The enzyme 10 having alcohol dehydrogenase activity is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
( D ) A protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21.
エシェリヒア(Escherichia)属、バチルス(Bacillus)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、セラチア(Serratia)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、コリネバクテリイウム(Corynebacterium)属、ストレプトコッカス(Streptococcus)属、ラクトバチルス(Lactobacillus)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、クライベロマイセス(Kluyveromyces)属、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属、チゴサッカロマイセス(Zygosaccharomyces)属、ヤロウイア(Yarrowia)属、トリコスポロン(Trichosporon)属、ロドスポリジウム(Rhodosporidium)属、ピキア(Pichia)属、キャンディダ(Candida)属、ノイロスポラ(Neurospora)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、セファロスポリウム(Cephalosporium)属、及びトリコデルマ(Trichoderma)属。 The microorganism according to any one of claims 1 to 3 , wherein the microorganism is selected from the group consisting of:
Escherichia genus, Bacillus genus, Pseudomonas genus, Serratia genus, Brevibacterium genus, Corynebacterium genus, Streptococcus genus, Lactobacillus ( Lactobacillus genus, Rhodococcus genus, Streptomyces genus, Saccharomyces genus, Kluyveromyces genus, Schizosaccharomyces genus, Zygosaccharomyces genus Yarrowia, Trichosporon, Rhodosporidium, Pichia, Candida, Neurospora, Aspergillus, Cephalosporium And Trichoderma (Trichoderma) sp.
(工程2)グルコース−6リン酸からmyo-イノシトール-3リン酸を生成する工程:
(工程3)myo-イノシトール-3リン酸からmyo-イノシトールを生成する工程:
(工程4)myo-イノシトールからグルクロン酸を生成する工程:
(工程5)グルクロン酸からグルカル酸を生成する工程:
(工程6)グルカル酸から5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸を生成する工程:
(工程7)5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸から2-オキソグルタル酸セミアルデヒドを生成する工程:
(工程8)2-オキソグルタル酸セミアルデヒドから2-オキソ-5-ヒドロキシ-ペンタン酸を生成する工程:
(工程9)2-オキソ-5-ヒドロキシ-ペンタン酸から4-ヒドロキシ-ブチルアルデヒドを生成する工程:
(工程10)4-ヒドロキシ-ブチルアルデヒドから1,4-ブタンジオールを生成する工程:
からなる、グルコースから1,4-ブタンジオールを生産する方法であって、(工程1)〜(工程10)の各工程が、以下の酵素により触媒される方法:
(工程1)国際酵素分類においてEC: 2.7.1.2に分類されるグルコキナーゼ、
(工程2)国際酵素分類においてEC:5.5.1.4に分類されるシンターゼ、
(工程3)国際酵素分類においてEC: 3.1.3.25に分類されるホスファターゼ、
(工程4)国際酵素分類においてEC: 1.13.99.1に分類されるオキシゲナーゼ、
(工程5)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.203に分類されるデヒドロゲナーゼ、
(工程6)国際酵素分類においてEC:4.2.1.40に分類されるデヒドラターゼ、
(工程7)国際酵素分類においてEC: 4.2.1.41に分類されるデヒドラターゼ、
(工程8)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ、
(工程9)国際酵素分類においてEC: 4.1.1.74に分類されるデカルボキシラーゼ、及び
(工程10)国際酵素分類においてEC: 1.1.1.-に分類されるデヒドロゲナーゼ又はレダクターゼ。 (Step 1) Step of producing glucose-6 phosphate from glucose:
(Step 2) Step of producing myo-inositol-3 phosphate from glucose-6 phosphate:
(Step 3) Step of producing myo-inositol from myo-inositol-3-phosphate:
(Step 4) Step of generating glucuronic acid from myo-inositol:
(Step 5) Step of generating glucaric acid from glucuronic acid:
(Step 6) Step of producing 5-keto-4-deoxy-glucaric acid from glucaric acid:
(Step 7) Step of producing 2-oxoglutaric acid semialdehyde from 5-keto-4-deoxy-glucaric acid:
(Step 8) Step of producing 2-oxo-5-hydroxy-pentanoic acid from 2-oxoglutarate semialdehyde:
(Step 9) Step of producing 4-hydroxy-butyraldehyde from 2-oxo-5-hydroxy-pentanoic acid:
(Step 10) Step of producing 1,4-butanediol from 4-hydroxy-butyraldehyde:
A process for producing 1,4-butanediol from glucose, wherein each step of (Step 1) to (Step 10) is catalyzed by the following enzymes:
(Process 1) Glucokinase classified as EC: 2.7.1.2 in the international enzyme classification,
(Process 2) Synthase classified as EC: 5.5.1.4 in the international enzyme classification,
(Process 3) Phosphatase classified as EC: 3.1.3.25 in the international enzyme classification,
(Process 4) Oxygenase classified in EC: 1.13.99.1 in the international enzyme classification,
(Step 5) Dehydrogenase classified as EC: 1.1.1.203 in the international enzyme classification,
(Step 6) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.40 in the international enzyme classification,
(Step 7) Dehydratase classified as EC: 4.2.1.41 in the international enzyme classification,
(Step 8) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification,
(Step 9) Decarboxylase classified as EC: 4.1.1.74 in the international enzyme classification, and
(Step 10) Dehydrogenase or reductase classified as EC: 1.1.1.- in the international enzyme classification .
(工程1)を触媒する、グルコキナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:1に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:1に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:2に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:1に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程2)を触媒する、イノシトール-3-リン酸シンターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:3に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:3に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:4に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:3に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程3)を触媒する、イノシトールリン酸ホスファターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:5に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:5に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:6に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:5に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程4)を触媒する、ミオイノシトールオキシゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:7に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:7に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:8に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:7に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程5)を触媒する、ウロン酸デヒロドゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:9に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:9に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:10に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:9に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程6)を触媒する、グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:11に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:11に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:12に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:11に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程7)を触媒する、5-ケト-4-デオキシ-グルカル酸デヒドラターゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:13に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:13に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:14に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:13に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程8)を触媒する、アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程9)を触媒する、デカルボキシラーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択され、
(a)配列番号:17又は19に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:18又は20に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:17又は19に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体、
(工程10)を触媒する、アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する酵素が、以下からなる群から選択される、
(a)配列番号:15又は21に記載されたアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素、
(c)配列番号:16又は22に記載された塩基配列によりコードされるアミノ酸配列からなる酵素、及び、
(d)配列番号:15又は21に記載のアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するタンパク質誘導体。 The method according to claim 5 , wherein each enzyme that catalyzes (Step 1) to (Step 10) is specified as follows:
The enzyme having glucokinase activity that catalyzes (Step 1) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1;
(C) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1,
The enzyme having inositol-3-phosphate synthase activity that catalyzes (step 2) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 4, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3;
The enzyme having inositol phosphate phosphatase activity that catalyzes (Step 3) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 6, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5,
The enzyme having myo-inositol oxygenase activity that catalyzes (Step 4) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 8, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 7;
The enzyme having uronic acid dehydrogenase activity that catalyzes (Step 5) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
(C) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by the base sequence described in SEQ ID NO: 10, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 9;
The enzyme having glucarate dehydratase activity that catalyzes (Step 6) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 12, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 11;
The enzyme having 5-keto-4-deoxy-glucarate dehydratase activity that catalyzes (Step 7) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme consisting of an amino acid sequence encoded by the base sequence set forth in SEQ ID NO: 14, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 13;
The enzyme having alcohol dehydrogenase activity that catalyzes (Step 8) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15 or 21;
The enzyme having decarboxylase activity that catalyzes (Step 9) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19,
(B) an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 or 19;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18 or 20, and
( D ) a protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17 or 19,
The enzyme having alcohol dehydrogenase activity that catalyzes (step 10) is selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21,
(B) in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21, an enzyme comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted, or added;
(C) an enzyme comprising an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 16 or 22, and
( D ) A protein derivative having 90 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 15 or 21.
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