JP7475866B2 - 2,5-ピリジンジカルボン酸類生産能を有する形質転換細胞 - Google Patents
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Description
1)4-アミノ安息香酸類を生合成する能力を有する微生物において、下記(I)及び(II)のポリペプチドの発現が強化された、2,5-ピリジンジカルボン酸類生産能を有する形質転換細胞。
(I)4-アミノ安息香酸水酸化活性を有するポリペプチド
(II)4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチド
2)1)の形質転換細胞を培養する工程を含む、2,5-ピリジンジカルボン酸類又はその塩の製造方法。
で示される2,5-ピリジンジカルボン酸誘導体が挙げられる。
で示される4-アミノ安息香酸誘導体が挙げられる。
4-ヒドロキシ安息香酸-3-モノオキシゲナーゼは、本来の基質である4-ヒドロキシ安息香酸の他に、類似する分子構造を有する4-アミノ安息香酸の3位の水酸化を触媒する活性を有することが知られている(例えば、Domenico L. Gatti et al., Biochemistry, Vol.35, No.2, pp.567-578 (1996))。また、斯かるHFM122及びHFM689は、本出願人により、4-アミノ安息香酸類の水酸化を触媒する活性、好ましくは4-アミノ安息香酸類の3位の水酸化を触媒する活性を有することが見出されている(特願2018-171849)。したがって、本発明において、「4-アミノ安息香酸水酸化活性」とは、4-アミノ安息香酸類の水酸化を触媒する活性、好ましくは4-アミノ安息香酸類の3位の水酸化を触媒する活性を意味する。
斯かる4-アミノ安息香酸水酸化活性は、例えば特願2018-171849に記載の方法等により決定することができる。
配列番号6で示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドは、4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼとして知られている。4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼは、4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸のベンゼン環を酸化的に開裂して2-アミノ-5-カルボキシムコン-6-セミアルデヒドを生成する酵素である。
4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼ活性は、例えば公知の方法(前記非特許文献6))等により決定することができる。
(a)配列番号1で示されるヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド、又は配列番号1で示されるヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、4-アミノ安息香酸水酸化活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(b)配列番号3で示されるヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド、又は配列番号3で示されるヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、4-アミノ安息香酸水酸化活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(c)配列番号5で示されるヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド、又は配列番号5で示されるヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
宿主細胞のゲノム上に存在する前記ポリヌクレオチドの制御領域を強制御領域に置換する方法としては、強制御領域と選択マーカーのポリヌクレオチド配列を含むDNA断片を宿主細胞に導入し、相同組換え又は非相同組換え等により形質転換された細胞を選択する方法等が挙げられる。
ここで、4-アミノ安息香酸類を生合成するために必要なポリペプチドとしては、(III)4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸シンターゼ(4-amino-4-deoxychorismate synthase)、(IV)4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸リアーゼ(4-amino-4-deoxychorismate lyase)等が挙げられる。したがって、4-アミノ安息香酸類の供給能の強化は、これらのいずれか1以上の発現を強化する態様が挙げられる。
具体的には、(iii)4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸シンターゼをコードするポリヌクレオチド(例えば、配列番号7)及び(iv)4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸リアーゼをコードするポリヌクレオチド(例えば、配列番号8)から選ばれる1以上及びこれと作動可能に連結された制御領域を含むベクターやDNA断片を微生物に導入する方法や、微生物が本来有する以下のポリヌクレオチドの制御領域の1以上を強制御領域に置換する方法等が挙げられる。
また、窒素源としては、例えば、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、カゼイン加水分解物、大豆粕アルカリ抽出物、メチルアミン等のアルキルアミン類、又はアンモニアもしくはその塩等を使用することができる。
その他、リン酸塩、炭酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カルシウム、カリウム、鉄、マンガン、亜鉛等の塩類、特定のアミノ酸、特定のビタミン、消泡剤等も必要に応じて使用してもよい。
<1>4-アミノ安息香酸類を生合成する能力を有する微生物において、下記(I)及び(II)のポリペプチドの発現が強化された、2,5-ピリジンジカルボン酸類生産能を有する形質転換細胞。
(I)4-アミノ安息香酸水酸化活性を有するポリペプチド
(II)4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチド
<2>(I)の4-アミノ安息香酸水酸化活性を有するポリペプチドが、(A)配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるポリペプチド、又は配列番号2で示されるアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ4-アミノ安息香酸水酸化活性を有するポリペプチド、又は(B)配列番号4で示されるアミノ酸配列からなるポリペプチド、又は配列番号4で示されるアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ4-アミノ安息香酸水酸化活性を有するポリペプチドである、<1>の形質転換細胞。
<3>(II)の4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼ活性を示すポリペプチドが、(C)配列番号6で示されるアミノ酸配列からなるポリペプチド、又は配列番号6で示されるアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドである、<1>又は<2>の形質転換細胞。
<4>4-アミノ安息香酸類を生合成する能力を有する微生物が、下記(III)及び(IV)から選ばれる1以上の酵素の発現が強化された微生物である、<1>~<3>のいずれかの形質転換細胞。
(III)4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸シンターゼ
(IV)4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸リアーゼ
<5>大腸菌又はコリネバクテリム属菌である、<1>~<4>のいずれかの形質転換細胞。
<6>コリネバクテリウム属菌がコリネバクテリウム・グルタミカムである、<5>の形質転換細胞
<7><1>~<6>のいずれかの形質転換細胞を培養する工程を含む、2,5-ピリジンジカルボン酸類又はその塩の製造方法。
<8>炭素源として糖類を含む培地で培養される、<7>の方法。
<9>前記培養物から2,5-ピリジンジカルボン酸類又はその塩を回収する工程を含む、<7>又は<8>の方法。
<10>2,5-ピリジンジカルボン酸類が、下記の一般式(1):
<11>式(1)及び(2)において、R1及びR2が共に水素原子である、<9>の方法。
実施例1 2,5-ピリジンジカルボン酸の製造
以下の実施例において、特に記載のない限りPCRはPrimeSTAR Max Premix(タカラバイオ)を使用して行った。
(1)2,5-ピリジンジカルボン酸製造用プラスミドの作製
(a)プラスミドpECsf_gapS_pabABCの作製
コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032株から常法によって抽出されたゲノムを鋳型に、プライマーGN14_127(配列番号9,TATTAATTAAATGCGCGTTTTAATTATTGATAATTATGATTC)とGN14_133(配列番号10,TTGCGGCCGCTTGTTTAAACCTCCTTACAGAAAAATGGTTGGGCG)を用いたPCRにて4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸シンターゼをコードする遺伝子及び4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸リアーゼをコードする遺伝子が含まれたDNA断片を増幅し、これをプラスミドpECsf_gapS(特開2016-146779号公報参照)のPacI部位とNotI部位の間に挿入することで、プラスミドpECsf_gapS_pabABCを得た。
上記で得られたプラスミドpECsf_gapS_pabABCを鋳型に、プライマーpabABCcory vec R(配列番号11,AAATTTAAACCTCCTTTACAGAAAAATGGTTGG)とpabABCcory vec F(配列番号12,GGAGGTTTAAACAAGCGGCCGCGATATC)を用いたPCRにてベクター用DNA断片を合成した。続いて4-アミノ安息香酸水酸化活性を有するポリペプチドHFM122をコードする遺伝子(配列番号1)を含むプラスミドを人工遺伝子合成により作製し、これを鋳型としてプライマーpECsfD HFM122 F(配列番号13,AGGAGGTTTAAATTTATGCGCACTCAGGTGGCTAT)とpECsfD HFM122 R(配列番号14,CTTGTTTAAACCTCCTTATACGAGTGGCAGTCCTA)を用いたPCRにてインサート用DNA断片を合成した。これらのPCR産物に対してDpnI(タカラバイオ)による処理を行った後、NucleoSpin Gel and PCR Clean-up(タカラバイオ)を用いて各DNA断片を精製し、In-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ)により連結することでプラスミドpECsf_gapS_pabABC_HFM122を構築した。得られたプラスミド溶液を用いてECOS Competent E. coli DH5α株(ニッポンジーン)を形質転換し、細胞液をLBKm寒天培地(Bacto Trypton 1%、Yeast Extract 0.5%、NaCl 1%,カナマイシン硫酸塩50μg/mL、寒天 1.5%)に塗布した後37℃で一晩静置し、得られたコロニーに対しSapphire Amp(タカラバイオ)及びプライマーpabABC+pobA for CPCR F(配列番号15,GCTATCAAAACATTCGGCACATTGGTTTTCC)、pabABC+pobA for CPCR R(配列番号16,GGAAGATGCGTGATCTGATCCTTCAACTC)を用いたPCR反応を行い、目的DNA断片の導入が確認された形質転換株を選抜した。得られた形質転換株をLBKm液体培地(Bacto Trypton 1%、Yeast Extract 0.5%、NaCl 1%,カナマイシン硫酸塩50μg/mL)2mLに接種し、37℃で一晩培養した。この培養液よりNucleoSpin Plasmid EasyPure(タカラバイオ)を用いてプラスミドの精製を行った。
上記で得られたプラスミドpECsf_gapS_pabABC_HFM122を鋳型に、プライマーpabC last R(配列番号17,TTACAGAAAAATGGTTGGGCGCAA)とHFM122 F(配列番号18,ATGCGCACTCAGGTGGCTATCG)を用いたPCRにてベクター用DNA断片を合成した。続いて、コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032株が有するtuf遺伝子(cg0587)のプロモーター(以下、tuプロモーターと称する)を含むDNA断片(配列番号19,TACGTACCTGCAGGTAGCGTGTCAGTAGGCGCGTAGGGTAAGTGGGGTAGCGGCTTGTTAGATATCTTGAAATCGGCTTTCAACAGCATTGATTTCGATGTATTTAGCTGGCCGTTACCCTGCGAATGTCCACAGGGTAGCTGGTAGTTTGAAAATCAACGCCGTTGCCCTTAGGATTCAGTAACTGGCACATTTTGTAATGCGCTAGATCTGTGTGCTCAGTCTTCCAGGCTGCTTATCACAGTGAAAGCAAAACCAATTCGTGGCTGCGAAAGTCGTAGCCACCACGAAGTCCAAAGGAGGATCTAAATTATGAATAATATAAAAGGAGGAATTAATTAA)を人工遺伝子合成により作製し、これを鋳型としてプライマーpabC-Ptu F(配列番号20,ACCATTTTTCTGTAATACGTACCTGCAGGTAGCGTG)とPtu-HFM122 R(配列番号21,CACCTGAGTGCGCATTTAATTAATTCCTCCTTTTA)を用いたPCRにてインサート用DNA断片を合成した。これらのPCR産物に対してDpnI(タカラバイオ)による処理を行った後、NucleoSpin Gel and PCR Clean-up(タカラバイオ)を用いて各DNA断片を精製し、In-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ)により連結することでプラスミドpECsf_gapS_pabABC_tuD_HFM122を構築した。得られたプラスミド溶液を用いてECOS Competent E. coli DH5α株(ニッポンジーン)を形質転換し、細胞液をLBKm寒天培地に塗布した後37℃で一晩静置し、得られたコロニーに対しSapphire Amp(タカラバイオ)及びプライマーPtu seq 1(配列番号22,GCTTGTTAGATATCTTGAAATCGGCTTTC)、pabABC+pobA for CPCR R(配列番号16,GGAAGATGCGTGATCTGATCCTTCAACTC)を用いたPCR反応を行い、目的DNA断片の導入が確認された形質転換株を選抜した。得られた形質転換株をLBKm液体培地2mLに接種し、37℃で一晩培養した。この培養液よりNucleoSpin Plasmid EasyPure(タカラバイオ)を用いてプラスミドの精製を行った。
上記で得られたプラスミドpECsf_gapS_pabABC_tuD_HFM122を鋳型に、プライマーpGapABA_tu vec F(配列番号23,GGAGGTTTAAACAAGCGG)とpGapABA_tu vec R(配列番号24,AATTTAGATCCTCCTTTGGACTTCGTG)を用いたPCRにてベクター用DNA断片を合成した。続いて、人工遺伝子合成により作製したHFM122をコードする遺伝子(配列番号1)を含むプラスミドを鋳型としてプライマーHFM122 ins F(配列番号25,AGGAGGATCTAAATTATGCGCACTCAGGTGGCTATC)とHFM122 ins R(配列番号26,CTTGTTTAAACCTCCTTATACGAGTGGCAGTCCTACG)を用いたPCRにてインサート用DNA断片を合成した。これらのPCR産物に対してDpnI(タカラバイオ)による処理を行った後、NucleoSpin Gel and PCR Clean-up(タカラバイオ)を用いて各DNA断片を精製し、In-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ)により連結することでプラスミドpECsf_gapS_pabABC_tu_HFM122を構築した。得られたプラスミド溶液を用いてECOS Competent E. coli DH5α株(ニッポンジーン)を形質転換し、細胞液をLBKm寒天培地に塗布した後37℃で一晩静置し、得られたコロニーに対しSapphire Amp(タカラバイオ)及びプライマーPtu seq 1(配列番号22,GCTTGTTAGATATCTTGAAATCGGCTTTC)、pabABC+pobA for CPCR R(配列番号16,GGAAGATGCGTGATCTGATCCTTCAACTC)を用いたPCR反応を行い、目的DNA断片の導入が確認された形質転換株を選抜した。得られた形質転換株をLBKm液体培地2mLに接種し、37℃で一晩培養した。この培養液よりNucleoSpin Plasmid EasyPure(タカラバイオ)を用いてプラスミドの精製を行った。
上記で得られたプラスミドpECsf_gapS_pabABC_tu_HFM122を鋳型に、プライマーahdA vec R(配列番号27,CGCTTGTTTAAACCTCCTTATACGAGTGGCAGTCCTACG)とahdA vec F(配列番号28,GCCGCGATATCGTTGTAAAAAACCCCGCTC)を用いたPCRにてベクター用DNA断片を合成した。続いて、4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子ahdA(配列番号5)を含むプラスミドを人工遺伝子合成により作製し、これを鋳型としてプライマーahdA ins F(配列番号29、AGGTTTAAACAAGCGATGATCATCCTGGAAAACTTCAAGATG)とahdA ins R(配列番号30、CAACGATATCGCGGCTTAATCGCGTCCTGGAGCAAC)を用いたPCRにてインサート用DNA断片を合成した。これらのPCR産物に対してDpnI(タカラバイオ)による処理を行った後、NucleoSpin Gel and PCR Clean-up(タカラバイオ)を用いて各DNA断片を精製し、In-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ)により連結することでプラスミドpECsf_gapS_pabABC_tu_HFM122_ahdAを構築した。得られたプラスミド溶液を用いてECOS Competent E.coli DH5α株(ニッポンジーン)を形質転換し、細胞液をLBKm寒天培地に塗布した後37℃で一晩静置し、得られたコロニーに対しSapphire Amp(タカラバイオ)及びプライマーPtu seq 1(配列番号22,GCTTGTTAGATATCTTGAAATCGGCTTTC)、pabABC+pobA for CPCR R(配列番号16,GGAAGATGCGTGATCTGATCCTTCAACTC)を用いたPCR反応を行い、目的DNA断片の導入が確認された形質転換株を選抜した。得られた形質転換株をLBKm液体培地2mLに接種し、37℃で一晩培養した。この培養液よりNucleoSpin Plasmid EasyPure(タカラバイオ)を用いてプラスミドの精製を行った。
上記で得られたプラスミドpECsf_gapS_pabABC_tu_HFM122_ahdAを用いて、コリネバクテリウム・グルタミカムDRHG145株(特願2014-523757参照)をエレクトロポレーション法(Bio-rad)により形質転換した。得られた形質転換細胞液をLBKm寒天培地に塗布した後30℃で2日間静置し、得られたコロニーを形質転換株とした。
上記で得られた形質転換株を表3に示すCGXII培地(カナマイシン硫酸塩50μg/mLを含む)10mLに接種し、30℃で48時間培養した後、遠心分離により菌体を除去したものを培養上清とした。得られた培養上清中の2,5-ピリジンジカルボン酸濃度を参考例1の方法に従って定量した。
形質転換株の培養の結果、培養上清中に0.40g/Lの2,5-ピリジンジカルボン酸が検出され、本菌株を用いることで2,5-ピリジンジカルボン酸を製造可能であることが示された。
2,5-ピリジンジカルボン酸の定量はHPLCにより行った。HPLC分析に供する反応液を0.1%リン酸にて適宜希釈した後、アクロプレップ96フィルタープレート(0.2μmGHP膜、日本ポール)を用いて不溶物の除去を行なった。HPLCの装置はChromaster(日立ハイテクサイエンス)を用いた。分析カラムには、L-カラム ODS(4.6mm I.D.×150mm、化学物質評価研究機構)を用い、溶離液Aを0.1M リン酸二水素カリウムの0.1%リン酸溶液、溶離液Bを70%メタノールとし、流速1.0mL/分、カラム温度40℃の条件にてグラジエント溶出を行なった。2,5-ピリジンジカルボン酸の検出にはUV検出器(検出波長280nm)を用いた。標準試料〔2,5-ピリジンジカルボン酸(販売元コードP0552、東京化成工業)〕を用いて濃度検量線を作成し、濃度検量線に基づいて2,5-ピリジンジカルボン酸の定量を行なった。
Claims (6)
- 4-アミノ安息香酸類を生合成する能力を有する微生物において、下記(I)及び(II)のポリペプチドの発現が形質転換により強化された、2,5-ピリジンジカルボン酸類生産能を有する形質転換細胞であって、
(I)4-アミノ安息香酸水酸化活性を有するポリペプチド
(II)4-アミノ-3-ヒドロキシ安息香酸-2,3-ジオキシゲナーゼ活性を有するポリペプチド
該2,5-ピリジンジカルボン酸類が下記の一般式(1):
〔式中、R 1 及びR 2 はそれぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、メトキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、カルボキシ基、メチル基、エチル基を示す。〕
で示される2,5-ピリジンジカルボン酸又はその誘導体であり、
該4-アミノ安息香酸類が下記の一般式(2):
〔式中、R 1 及びR 2 は前記と同じものを示す。〕
で示される4-アミノ安息香酸又はその誘導体である、形質転換細胞。 - 4-アミノ安息香酸類を生合成する能力を有する微生物が、下記(III)及び(IV)から選ばれる1以上の酵素の発現が形質転換により強化された微生物である、請求項1記載の形質転換細胞。
(III)4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸シンターゼ
(IV)4-アミノ-4-デオキシコリスミ酸リアーゼ - 大腸菌又はコリネバクテリム属菌である、請求項1又は2記載の形質転換細胞。
- 請求項1~3のいずれか1項記載の形質転換細胞を培養する工程を含む、2,5-ピリジンジカルボン酸類又はその塩の製造方法。
- 炭素源として糖類を含む培地で培養される、請求項4記載の方法。
- 前記培養後、培養物から2,5-ピリジンジカルボン酸類又はその塩を回収する工程を含む、請求項4又は5記載の方法。
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