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JP7645685B2 - Microorganism capable of producing 2-hydroxyisobutyric acid and method for producing 2-hydroxyisobutyric acid - Google Patents
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JP7645685B2 - Microorganism capable of producing 2-hydroxyisobutyric acid and method for producing 2-hydroxyisobutyric acid - Google Patents

Microorganism capable of producing 2-hydroxyisobutyric acid and method for producing 2-hydroxyisobutyric acid Download PDF

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NPMD NPMD NITE P-03416NITE P-03416

本発明は、2-ヒドロキシイソ酪酸産生能を有する微生物に関し、また、当該微生物を用いた2-ヒドロキシイソ酪酸の製造方法に関する。 The present invention relates to a microorganism capable of producing 2-hydroxyisobutyric acid, and also to a method for producing 2-hydroxyisobutyric acid using the microorganism.

メタクリル酸及びその誘導体、並びに、その重合体であるポリマー(以下、「メタクリル酸等」と略する場合がある)は、アクリル板等に加工され窓材や電子部材等の成形材料として利用される他、塗料、接着剤等の種々の用途に利用されている。現在、メタクリル酸等は、主に石油化学資源を原料として製造され、例えばアセトンを原料するアセトンニンヒドリン法やイソブチレンを原料とする直酸法により製造されている。しかし、石油化学資源は有限であり、かつ、環境負荷も高いことから代替法の構築が求められている。 Methacrylic acid and its derivatives, as well as its polymers (hereinafter sometimes abbreviated as "methacrylic acid, etc.") are processed into acrylic sheets and used as molding materials for windows and electronic components, as well as for a variety of other applications such as paints and adhesives. Currently, methacrylic acid, etc. are mainly produced using petrochemical resources as raw materials, for example, the acetone ninhydrin method using acetone as the raw material or the direct oxidation method using isobutylene as the raw material. However, petrochemical resources are limited and the environmental impact is high, so there is a demand for the development of alternative methods.

そこで、石油化学資源を用いず再生可能資源を用いたメタクリル酸等の製造方法が報告されている。かかる方法は、環境負荷を低減し、かつ、費用効果の高い方法として着目されている。例えば、遺伝子工学的に改変された微生物を用いて、メタクリル酸等に化学的に容易に転換可能な2-ヒドロキシイソ酪酸(以下、「2-HIBA」と略する場合がある)を産生する方法が報告されている(例えば、特許文献1及び2を参照のこと)。 Therefore, methods for producing methacrylic acid and the like using renewable resources instead of petrochemical resources have been reported. Such methods have attracted attention as methods that reduce the environmental burden and are highly cost-effective. For example, a method has been reported in which genetically engineered microorganisms are used to produce 2-hydroxyisobutyric acid (hereinafter sometimes abbreviated as "2-HIBA"), which can be easily chemically converted to methacrylic acid and the like (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1には、遺伝子工学的に改変された微生物を用いて、2-HIBAを、アセトアセチル補酵素A(以下、補酵素Aを「CoA」と略する場合がある)、3-ヒドロキシ酪酸CoA(以下、「3-HB-CoA」と略する場合がある)を経由して産生することが報告されている。具体的には、 アキノコラ・テルシアリカルボニス(Aquincola tertiaricarbonis)のゲノムDNAに対して、3-HB-CoAの2-HIBA-CoAへの異化反応を触媒する酵素であるムターゼをコードする遺伝子領域(icmA及びicmB)をPCRにより増幅し、両者をライゲーションする。続いて、このライゲーション産物をPCRにより増幅し、得られたPCR断片をプラスミドベクターに導入して発現ベクターを得る。続いて、当該発現ベクターでラルストニア・ユートロファ(Ralstonia eutropha)を遺伝子工学的に改変することで、適当な炭素源から2-HIBAを産生できる遺伝子改変株が得られることが報告されている。親株であるラルストニア・ユートロファは、元来、内在性の酵素の作用によりグルコン酸やフルクトース等の適当な炭素源から3-HB-CoAを産生する能力を有する微生物である。したがって、当該親株に外来性ムターゼを導入した遺伝子改変株は、3-HB-CoAを2-HIBA-CoAに変換でき、更に、内在性の酵素による加水分解を受けて2-HIBAが産生される。特許文献1に記載の実施例では、炭素源としてグルコン酸ナトリウム15g/Lを含む培地から0.72mmol/kgの2-HIBAが産生されたことが確認され、また、フルクトースを炭素源とした場合にも同様に2-HIBAの産生が確認されている。 Patent Document 1 reports that 2-HIBA is produced via acetoacetyl coenzyme A (hereinafter, coenzyme A may be abbreviated as "CoA") and 3-hydroxybutyrate CoA (hereinafter, sometimes abbreviated as "3-HB-CoA") using a genetically engineered microorganism. Specifically, the gene regions (icmA and icmB) encoding mutase, an enzyme that catalyzes the catabolism of 3-HB-CoA to 2-HIBA-CoA, are amplified by PCR from the genomic DNA of Aquincola tertiarycarbonis, and the two are ligated. Subsequently, the ligation product is amplified by PCR, and the resulting PCR fragment is introduced into a plasmid vector to obtain an expression vector. It has been reported that a genetically modified strain capable of producing 2-HIBA from a suitable carbon source can be obtained by genetically modifying Ralstonia eutropha with the expression vector. The parent strain, Ralstonia eutropha, is a microorganism that is originally capable of producing 3-HB-CoA from a suitable carbon source such as gluconic acid or fructose by the action of endogenous enzymes. Therefore, a genetically modified strain in which an exogenous mutase has been introduced into the parent strain can convert 3-HB-CoA to 2-HIBA-CoA, which is then hydrolyzed by the endogenous enzyme to produce 2-HIBA. In the examples described in Patent Document 1, it was confirmed that 0.72 mmol/kg of 2-HIBA was produced from a medium containing 15 g/L of sodium gluconate as a carbon source, and similar production of 2-HIBA was also confirmed when fructose was used as a carbon source.

特許文献2には、メチリビウム・ペトロレイフィルム(Methylibium petroleiphilum)由来のムターゼをコードする遺伝子領域であるicmA及びicmBを、ラルストニア・ユートロファ由来のアセチルCoAアセチルトランスフェラーゼ及び3-ヒドロキシ酪酸CoAデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子領域であるphaA及びphaBと組み合わせてプラスミドベクターに導入し発現プラスミドを得て、かかる発現ベクターで大腸菌(Escherichia coli )MG1655株を遺伝子工学的に改変することにより、特許文献1と同様に、適当な炭素源から2-HIBAを産生できる遺伝子改変株が得られることが報告されている。このようにして得られた2-HIBAは脱水反応によりメタクリル酸に変換することができる。 Patent Document 2 reports that by combining icmA and icmB, which are gene regions encoding a mutase derived from Methylibium petroleiphilum, with phaA and phaB, which are gene regions encoding acetyl-CoA acetyltransferase and 3-hydroxybutyrate CoA dehydrogenase derived from Ralstonia eutropha, and introducing them into a plasmid vector to obtain an expression plasmid, and then genetically engineering the Escherichia coli MG1655 strain with the expression vector, a genetically modified strain capable of producing 2-HIBA from a suitable carbon source can be obtained, as in Patent Document 1. The 2-HIBA obtained in this manner can be converted to methacrylic acid by a dehydration reaction.

特表2011-525367号Special table number 2011-525367 特表2012-500641号Special table number 2012-500641

遺伝子工学的手法を利用する有用物質の産生を工業的プロセスとして確立するためには、当該有用物質を産生するように遺伝子工学的に操作された微生物を低コストで大量に培養することが必要となる。そのためには、培地や培養条件、培養装置等を最適化する必要がある。しかし、特許文献1及び特許文献2で構築された遺伝子改変株を含めて、大半の微生物は、NaCl濃度が0Mに近い低塩環境を好適な生育環境とし、また、pHについても中性pH領域を好適な生育環境とする。そのため、特許文献1及び特許文献2で構築された遺伝子改変株を培養する場合には、他の微生物によるコンタミネーションを防止するために、培養に直接使用する培地や培養装置等の滅菌若しくは消毒、培地への抗生物質の投入等が必要となり、煩雑な操作やコストがかかる。 In order to establish the production of useful substances using genetic engineering techniques as an industrial process, it is necessary to culture microorganisms genetically engineered to produce the useful substances in large quantities at low cost. To do this, it is necessary to optimize the culture medium, culture conditions, culture equipment, etc. However, most microorganisms, including the genetically modified strains constructed in Patent Documents 1 and 2, prefer a low-salt environment with a NaCl concentration close to 0M as their preferred growth environment, and also prefer a neutral pH range as their preferred growth environment. Therefore, when culturing the genetically modified strains constructed in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to sterilize or disinfect the culture medium and culture equipment directly used for culture, add antibiotics to the culture medium, etc., in order to prevent contamination by other microorganisms, which requires complicated operations and costs.

そこで、本発明は、再生可能資源から2-HIBAを簡便且つ安価に産生できる微生物、及び、2-HIBAを製造する方法の提供を課題とする。 Therefore, the objective of the present invention is to provide a microorganism that can easily and inexpensively produce 2-HIBA from renewable resources, and a method for producing 2-HIBA.

本発明者は、上記した課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、好塩、好アルカリ性環境で生育可能な細菌であるハロモナス・エスピー(Halomonas sp.)KM-1株に、アシルCoAムターゼ遺伝子(「アシルCoAムターゼ活性を有するタンパク質をコードする核酸分子」を意味する)を導入することにより、適当な炭素源から2-HIBAを簡便且つ安価に産生できる遺伝子改変株を取得した。更に、当該遺伝子改変株を用いることで、簡便且つ安価に2-HIBAを製造できることを見出した。発明者らはこれらの知見に基づき本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research conducted by the inventors to solve the above-mentioned problems, they have obtained a genetically modified strain capable of producing 2-HIBA easily and inexpensively from a suitable carbon source by introducing an acyl-CoA mutase gene (meaning "a nucleic acid molecule encoding a protein having acyl-CoA mutase activity") into Halomonas sp. KM-1 strain, a bacterium capable of growing in a halophilic, alkalophilic environment. Furthermore, they have found that by using this genetically modified strain, 2-HIBA can be produced easily and inexpensively. Based on these findings, the inventors have completed the present invention.

即ち、本発明は、2-ヒドロキシイソ酪酸産生能を有する微生物に関し、その特徴構成は、ハロモナス・エスピー(Halomonas sp.)KM-1(寄託番号FERM BP-10995)株の、好熱菌由来のアシル補酵素Aムターゼ活性を有するタンパク質が発現する改変株である。 That is, the present invention relates to a microorganism capable of producing 2-hydroxyisobutyric acid, characterized in that it is a modified strain of Halomonas sp. KM-1 (deposit number FERM BP-10995) that expresses a protein having acyl-coenzyme A mutase activity derived from a thermophilic bacterium.

他の特徴構成は、前記アシル補酵素Aムターゼは、キルピディア・ツスシー(Kyrpidia tusciae)由来のメチルマロニル補酵素Aムターゼである。 Another characteristic feature is that the acyl-coenzyme A mutase is methylmalonyl-coenzyme A mutase derived from Kyrpidia tusciae.

他の特徴構成は、ハロモナス・エスピー KM-1/pOGE705KS-Ktmutase株(受託番号NITE P-03416)である。 Another characteristic configuration is the Halomonas sp. KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain (accession number NITE P-03416).

上記特徴構成によれば、本発明の微生物は、ハロモナス・エスピー KM-1株を親株として、好熱菌由来のアシルCoAムターゼ(「アシルCoAムターゼ活性を有するタンパク質」を意味する)を発現するように改変されたものである。当該改変を有する本発明の微生物は、適当な炭素源から2-HIBAを産生することができる。かかる2-HIBAは、メタクリル酸等に化学的に容易に転換可能であることから、本発明の微生物を用いることにより、再生可能資源からメタクリル酸等を供給することができる。 According to the above characteristic configuration, the microorganism of the present invention is a parent strain of Halomonas sp. KM-1 that has been modified to express acyl-CoA mutase (meaning a "protein having acyl-CoA mutase activity") derived from a thermophilic bacterium. The microorganism of the present invention having the modification can produce 2-HIBA from an appropriate carbon source. Since such 2-HIBA can be easily chemically converted to methacrylic acid, etc., it is possible to supply methacrylic acid, etc. from renewable resources by using the microorganism of the present invention.

本発明の微生物は、親株であるKM-1株と同様、好塩、好アルカリ性を示すことから、塩濃度が比較的高い条件であっても、また、アルカリ性条件であっても好適に培養することができる。そのため、好適条件下での培養により、他の微生物の混入及び増殖の恐れを概ね排除することができる。したがって、海水を用いた培養等を含めて非滅菌系での培養が可能であり、培養に際して培地や培養装置に対して滅菌処理等を行う必要はなく、従来に比べて簡便かつ安価に培養することができる。 The microorganism of the present invention, like the parent strain KM-1, is halophilic and alkalophilic, and can therefore be suitably cultured even under conditions of relatively high salt concentration or alkaline conditions. Therefore, by culturing under suitable conditions, the risk of contamination and proliferation of other microorganisms can be largely eliminated. Therefore, culture can be performed in a non-sterile system, including culture using seawater, and there is no need to sterilize the medium or culture device during culture, making it possible to culture more easily and inexpensively than in the past.

また、本発明は、2-ヒドロキシイソ酪酸の製造方法に関し、その特徴構成は、上記本発明の微生物を、炭素源と無機塩を含む培地で培養する培養工程と、前記培養工程で得られる培養物から2-ヒドロキシイソ酪酸を回収する回収工程と、を含む。 The present invention also relates to a method for producing 2-hydroxyisobutyric acid, the method comprising a culture step of culturing the microorganism of the present invention in a medium containing a carbon source and inorganic salts, and a recovery step of recovering 2-hydroxyisobutyric acid from the culture obtained in the culture step.

上記特徴構成によれば、本発明の2-HIBAの製造方法は、上記した優れた特性を有する本発明の微生物を用いるものであることから、再生可能資源から、簡便且つ安価に、2-HIBAを製造することができる。 According to the above-mentioned characteristic configuration, the method for producing 2-HIBA of the present invention uses the microorganism of the present invention having the above-mentioned excellent properties, so that 2-HIBA can be produced easily and inexpensively from renewable resources.

本実施形態に係る微生物による2-HIBA産生経路を示すフロー図。FIG. 1 is a flow diagram showing a 2-HIBA production pathway by a microorganism according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る微生物に導入された遺伝子の一例として選定されたキルピディア・ツスシー由来のメチルマロニルCoAムターゼオペロンの構成を示す概略図。Schematic diagram showing the structure of the methylmalonyl-CoA mutase operon derived from Kilpidia tussui, selected as an example of a gene introduced into the microorganism according to this embodiment. pBBR12ベクターから薬剤耐性マーカ(CmR)を除去したpBBR122△Cmの概略を示すプラスミドマップ。1 is a plasmid map showing an outline of pBBR122ΔCm, which is a pBBR12 vector in which the drug resistance marker (CmR) has been removed. 本実施形態に係る微生物の一例であるKM-1/pOGE705KS-Ktmutase株に導入されたプラスミドベクター(IPTG誘導型発現ベクター)の概略を示すプラスミドマップ。1 is a plasmid map showing an outline of a plasmid vector (IPTG-inducible expression vector) introduced into the KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain, which is an example of a microorganism according to this embodiment. 本実施形態に係る微生物の一例であるKM-1/pOGE705KS-Ktmutase株が、アシルCoAムターゼ遺伝子が導入されている遺伝子改変株であることをPCRにより確認した結果を示す電気泳動図。FIG. 2 is an electrophoretic diagram showing the results of confirming by PCR that the KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain, which is an example of a microorganism according to this embodiment, is a genetically modified strain into which an acyl-CoA mutase gene has been introduced.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかし、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。 The following describes an embodiment of the present invention in detail. However, the present invention is not limited to this embodiment.

〔微生物〕
本実施形態に係る微生物は、ハロモナス・エスピー(Halomonas sp.)KM-1株(以下、「KM-1株」と略する場合がある)を親株とする改変株である。当該微生物は、KM-1株では発現しない、好熱菌由来のアシルCoAムターゼを発現するように改変されたものであり、2-HIBA産生能を有する。
[Microorganisms]
The microorganism according to the present embodiment is a modified strain having Halomonas sp. KM-1 strain (hereinafter, sometimes abbreviated as "KM-1 strain") as a parent strain. The microorganism has been modified to express acyl-CoA mutase derived from a thermophilic bacterium, which is not expressed in the KM-1 strain, and has the ability to produce 2-HIBA.

ここで、親株であるKM-1株は、平成19年7月10日付で、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(〒305-8566茨城県つくば市東1-1-1中央第6)に受託番号FERM P-21316として寄託されている。また、この菌株は、現在国際寄託に移管されており、その受託番号はFERM BP-10995である。KM-1株の16S rRNA遺伝子は、DDBJにAccession Number AB477015として登録されている。 The parent strain, KM-1, was deposited on July 10, 2007 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Chuo 6, 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki 305-8566) under the accession number FERM P-21316. This strain has now been transferred to an international depository, and its accession number is FERM BP-10995. The 16S rRNA gene of the KM-1 strain has been registered with the DDBJ under the accession number AB477015.

本実施形態に係る微生物は、好ましくは遺伝子改変株であり、好熱菌由来のアシルCoAムターゼ遺伝子が導入されている。アシルCoAムターゼは分子内転移酵素であり、3HB-CoAと2-HIBA-CoAとの異化反応を触媒する。当該アシルCoAムターゼの由来は好熱菌であり、好熱菌とは、至適生育温度が45℃以上、好ましくは55℃以上の細菌である。好熱菌由来の酵素は、高い耐熱性を示すとともに、アルカリや酸、変性剤等に対する耐性を示す場合が多く、工業的利用価値が高いことが報告されている。好熱菌としては、例えば、キルピディア・ツスシーが挙げられる。 The microorganism according to this embodiment is preferably a genetically modified strain, into which an acyl-CoA mutase gene derived from a thermophilic bacterium has been introduced. Acyl-CoA mutase is an intramolecular transferase that catalyzes the catabolic reaction between 3HB-CoA and 2-HIBA-CoA. The acyl-CoA mutase is derived from a thermophilic bacterium, which is a bacterium with an optimum growth temperature of 45°C or higher, preferably 55°C or higher. Enzymes derived from thermophilic bacteria are highly heat-resistant and often resistant to alkalis, acids, denaturants, etc., and have been reported to have high industrial utility. An example of a thermophilic bacterium is Kirpidia tussui.

好熱菌由来のアシルCoAムターゼ遺伝子としては、例えば、キルピディア・ツスシー DSM2912株由来のメチルマロニルCoAムターゼ遺伝子(Applied and Environmental Microbiology, 2015 July, 81(14), 4564-4572)が例示できる。その塩基配列の一例を配列番号1(メチルマロニルCoAムターゼオペロン:MeaB+ラージサブユニット+スモールサブユニット)に示す。なお、当該塩基配列によってコードされるアミノ酸配列を配列番号2~4(メチルマロニルCoAムターゼオペロン:配列番号2:MeaB、配列番号3:ラージサブユニット、配列番号4:スモールサブユニット)に示す。また、アシルCoAムターゼ遺伝子は、アシルCoAムターゼ活性を有するタンパク質をコードする限り、配列番号1に示す塩基配列と、少なくとも70%以上、80%以上、85%以上、90%以上、若しくは95%以上の配列同一性を示す塩基配列を含むものであってもよい。更に、アシルCoAムターゼ遺伝子は、配列番号2~4に示すアミノ酸配列と、少なくとも70%以上、80%以上、85%以上、90%以上、若しくは95%以上の配列同一性を示すアミノ酸配列を有するアシルCoAムターゼ活性を有するタンパク質をコードするものであってもよい。 An example of an acyl-CoA mutase gene derived from a thermophilic bacterium is the methylmalonyl-CoA mutase gene derived from Kirpidia tussii DSM2912 strain (Applied and Environmental Microbiology, 2015 July, 81(14), 4564-4572). An example of the base sequence is shown in SEQ ID NO: 1 (methylmalonyl-CoA mutase operon: MeaB + large subunit + small subunit). The amino acid sequences encoded by the base sequence are shown in SEQ ID NOs: 2 to 4 (methylmalonyl-CoA mutase operon: SEQ ID NO: 2: MeaB, SEQ ID NO: 3: large subunit, SEQ ID NO: 4: small subunit). In addition, the acyl-CoA mutase gene may contain a base sequence that shows at least 70% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more sequence identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, so long as it encodes a protein having acyl-CoA mutase activity. Furthermore, the acyl-CoA mutase gene may encode a protein having acyl-CoA mutase activity that has an amino acid sequence that shows at least 70% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more sequence identity with the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 2 to 4.

本実施形態に係る微生物の例として、下記の実施例で示すKM-1/pOGE705KS-Ktmutase株が挙げられる。当該菌株は、親株であるKM-1株に、配列番号1に示すキルピディア・ツスシー DSM2912株由来のアシルCoAムターゼ遺伝子を導入した遺伝子改変株であり、2021年2月17日付で、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(〒305-8566茨城県つくば市東1-1-1中央第6)に受託番号NITE P-03416として寄託されている。 An example of a microorganism according to this embodiment is the KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain shown in the following examples. This strain is a genetically modified strain in which the acyl-CoA mutase gene derived from the Kilpidia tussui DSM2912 strain shown in SEQ ID NO: 1 has been introduced into the parent strain KM-1, and has been deposited on February 17, 2021 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Chuo 6, 1-1-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki 305-8566) under the accession number NITE P-03416.

(生理・生化学的特徴)
本実施形態に係る微生物は、親株であるKM-1株と同様の生理・生化学的特徴を有する。当該微生物は、酸化的代謝も嫌気的代謝も使い分けることができ、遊離酸素の存在の有無にかかわらず生育が可能で、かつ、遊離酸素の存在下のほうが生育し易い傾向となる、所謂、通性嫌気性菌の性質を有する。
(Physiological and biochemical characteristics)
The microorganism according to this embodiment has the same physiological and biochemical characteristics as the parent strain KM-1 strain. The microorganism can selectively use both oxidative and anaerobic metabolism, can grow regardless of the presence or absence of free oxygen, and tends to grow more easily in the presence of free oxygen, i.e., has the properties of a so-called facultative anaerobe.

本実施形態に係る微生物は、好塩菌であり、0.1~2.5M程度の塩濃度を好適な生育条件とし、塩の不存在下でも生育可能である。 The microorganism in this embodiment is a halophilic bacterium, and its optimal growth condition is a salt concentration of about 0.1 to 2.5 M, but it can also grow in the absence of salt.

本実施形態に係る微生物は、通常、pH5~12程度、特にはpH8~11程度を好適な生育条件とし、アルカリ性環境下でも生育可能である。 The microorganisms according to this embodiment typically grow best in conditions of pH 5 to 12, and particularly pH 8 to 11, and can grow even in alkaline environments.

本実施形態に係る微生物は、通常、20~37℃程度、特には30~37℃程度を好適な生育条件とする。 The microorganisms of this embodiment typically grow best at temperatures between 20 and 37°C, and particularly between 30 and 37°C.

本実施形態に係る微生物は、塩濃度が比較的高い条件であっても、また、アルカリ性条件であっても好適に培養することができる。そのため、好適条件下での培養により、他の微生物の混入及び増殖の恐れを概ね排除することができる。したがって、海水を用いた培養等を含めて非滅菌系での培養が可能であり、培養に際して培地や培養装置に対して滅菌処理等を行う必要はなく、従来に比べて簡便かつ安価に培養することができる。 The microorganisms according to this embodiment can be cultured suitably even under conditions of relatively high salt concentration or alkaline conditions. Therefore, by culturing under suitable conditions, the risk of contamination and proliferation of other microorganisms can be largely eliminated. Therefore, culture can be performed in a non-sterile system, including culture using seawater, and there is no need to sterilize the culture medium or culture device during culture, making it possible to culture more simply and inexpensively than in the past.

(2-HIBA産生能)
実施形態に係る微生物は、適当な炭素源から2-HIBAを産生する能力を有する。以下、当該微生物による2-HIBAの産生能を図1に基づいて説明する。親株であるKM-1株では、一連の酵素群、即ち、PhaA、PhaB、PhaC、により、PHB合成経路が形成されていることが報告されている(特開2019-176838号等を参照のこと)。ここで、PhaAはβ-ケトチオラーゼ(アセチルCoAアセチルトランスフェラーゼ)とも称され、アセチルCoAをアセトアセチルCoAに変換する。アセチルCoAは、例えば、各種炭素源の資化過程で生成されたピルビン酸の好気的代謝過程を経て生成される。PhaBは、アセトアセチルCoA還元酵素(3-ヒドロキシ酪酸CoAデヒドロゲナーゼ)とも称され、アセトアセチルCoAを(R)-3-ヒドロキシ酪酸CoA(以下、「(R)-3HB-CoA」と称する場合がある)に還元する。PhaCは、ポリヒドロキシアルカン酸重合酵素とも称され、(R)-3HB-CoAを重合してポリヒドロキシ酪酸(以下、「PHB」と称する場合がある)を合成する。更にPHBは、ポリヒドロキシアルカン酸解重合酵素とも称されるPhaZにより、重合度1~5の(R)-3-ヒドロキシ酪酸(以下、「(R)-3HB」と称する場合がある)に分解される。
(2-HIBA production ability)
The microorganism according to the embodiment has the ability to produce 2-HIBA from a suitable carbon source. Hereinafter, the ability of the microorganism to produce 2-HIBA will be described based on FIG. 1. It has been reported that in the parent strain KM-1, a series of enzymes, namely, PhaA, PhaB, and PhaC, form a PHB synthesis pathway (see JP 2019-176838 A, etc.). Herein, PhaA is also called β-ketothiolase (acetyl CoA acetyltransferase) and converts acetyl CoA to acetoacetyl CoA. Acetyl CoA is produced, for example, through the aerobic metabolic process of pyruvic acid produced in the assimilation process of various carbon sources. PhaB is also called acetoacetyl CoA reductase (3-hydroxybutyrate CoA dehydrogenase) and reduces acetoacetyl CoA to (R)-3-hydroxybutyrate CoA (hereinafter, sometimes referred to as "(R)-3HB-CoA"). PhaC, also called polyhydroxyalkanoate polymerase, polymerizes (R)-3HB-CoA to synthesize polyhydroxybutyrate (hereinafter, sometimes referred to as "PHB"). PHB is further decomposed by PhaZ, also called polyhydroxyalkanoate depolymerase, into (R)-3-hydroxybutyrate (hereinafter, sometimes referred to as "(R)-3HB") with a degree of polymerization of 1 to 5.

本実施形態に係る微生物は、KM-1株を親株としてアシルCoAムターゼを発現するように改変されたものであり、図1に示す通り、アシルCoAムターゼは(R)-3HB-CoAと2-HIBA-CoAとの異化反応を触媒する。したがって、当該微生物は、KM-1株とは異なり、適当な各種炭素源から(R)-3HB-CoAを経て2-HIBA-CoAを産生することができる。続いて、2-HIBA-CoAは、内在性のチオエステラーゼにより2-HIBAとCoA-SHに加水分解され、更に、内在性の2-HIBAエクスポーターにより2-HIBAは微生物の体内から遊離する。 The microorganism according to this embodiment is a parent strain of the KM-1 strain that has been modified to express acyl-CoA mutase, and as shown in FIG. 1, acyl-CoA mutase catalyzes the catabolic reaction between (R)-3HB-CoA and 2-HIBA-CoA. Therefore, unlike the KM-1 strain, this microorganism can produce 2-HIBA-CoA from various suitable carbon sources via (R)-3HB-CoA. Next, 2-HIBA-CoA is hydrolyzed to 2-HIBA and CoA-SH by endogenous thioesterase, and 2-HIBA is released from the body of the microorganism by an endogenous 2-HIBA exporter.

2-HIBAは、メタクリル酸等に化学的に容易に転換可能であることから、本発明の微生物を用いることにより、再生可能資源からメタクリル酸等を供給することができる。 Since 2-HIBA can be easily converted chemically into methacrylic acid and other substances, the use of the microorganisms of the present invention makes it possible to supply methacrylic acid and other substances from renewable resources.

(作製方法)
本実施形態に係る微生物は、KM-1株へアシルCoAムターゼ遺伝子を導入し、当該遺伝子を発現させることによって作製することができる。KM-1株へのアシルCoAムターゼ遺伝子の導入は、公知の遺伝子工学的手法を用いて行うことができる。例えば、アシルCoAムターゼ遺伝子を適当なベクター中に挿入して発現ベクターを作製し、当該発現ベクターをKM-1株に導入する。利用可能なベクターとしては、外来核酸分子を組み込め、かつ、KM-1株中で自律的に複製可能なものであれば特に限定はない。そして、当該発現ベクターは、外来核酸分子が、その機能を発現できるように組み込まれ、機能発現に必要な他の公知の塩基配列が含まれる。例えば、通常、プロモーター配列、複製起点、制限酵素開裂部位、転写ターミネーター配列等を含み、更に、リーダー配列、シグナル配列、リボソーム結合配列、及び、マーカー配列等をも含ませることができる。
(Production method)
The microorganism according to this embodiment can be prepared by introducing an acyl-CoA mutase gene into the KM-1 strain and expressing the gene. The introduction of the acyl-CoA mutase gene into the KM-1 strain can be carried out using a known genetic engineering technique. For example, the acyl-CoA mutase gene is inserted into an appropriate vector to prepare an expression vector, and the expression vector is introduced into the KM-1 strain. There is no particular limitation on the vector that can incorporate a foreign nucleic acid molecule and can autonomously replicate in the KM-1 strain. The expression vector incorporates the foreign nucleic acid molecule so that it can express its function, and contains other known base sequences necessary for functional expression. For example, the expression vector usually contains a promoter sequence, a replication origin, a restriction enzyme cleavage site, a transcription terminator sequence, and the like, and can further contain a leader sequence, a signal sequence, a ribosome binding sequence, and a marker sequence.

好適なベクターとしては、プラスミドベクター(pUC系、pBluescript系、pBR系、pGEX系等)、ファージベクター(λgt10、λgt11、及びλZAP等)、コスミドベクター、ウイルスベクター(ワクシニアウイルス、及びバキュロウイルス等)等が挙げられるが、これらに限定するものではなく公知のベクターを用いることができる。好ましくはプラスミドベクターである。 Suitable vectors include plasmid vectors (pUC series, pBluescript series, pBR series, pGEX series, etc.), phage vectors (lambda gt10, lambda gt11, lambda ZAP, etc.), cosmid vectors, and viral vectors (vaccinia virus, baculovirus, etc.), but are not limited to these, and any known vector can be used. Plasmid vectors are preferred.

好適なプロモーター配列は、誘導性プロモーター及び構成的プロモーターの別は問わないが、好ましくは誘導性プロモーターである。誘導性プロモーターは 目的遺伝子の発現を特定の因子の存在又は不存在下において誘導し得るものであり、構成的プロモーターは目的遺伝子を構成的に発現させ得るものである。具体的なプロモーターとしては、lacプロモーター、tacプロモーター、trpプロモーター、T7プロモーター等が好適に例示される。しかし、これに限定するものではなく公知のプロモーター配列を用いることができる。 Suitable promoter sequences may be either inducible or constitutive promoters, but are preferably inducible promoters. An inducible promoter is one that can induce expression of a target gene in the presence or absence of a specific factor, while a constitutive promoter is one that can constitutively express a target gene. Specific suitable promoters include lac promoter, tac promoter, trp promoter, T7 promoter, etc. However, the present invention is not limited to these, and any known promoter sequence can be used.

一般的に、外来核酸分子を導入する場合に、当該外来核酸分子が微生物の増殖等に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、本実施形態においても、好熱菌由来のアシルCoAムターゼ遺伝子によって遺伝子改変されたKM-1株が十分に増殖するまでは、当該遺伝子の発現を抑制し、ある程度、増殖した段階で当該遺伝子を発現させることが好ましい。例えば、ラクトースオペロンを用いることによって、好熱菌由来のムターゼ遺伝子の発現を制御することができ、イソプロピルβ-D-チオガラクトピラノシド(以下、「IPTG」と略する場合がある)により当該遺伝子の発現を誘導するように構成することができる。 In general, when a foreign nucleic acid molecule is introduced, the foreign nucleic acid molecule may adversely affect the growth of the microorganism. Therefore, in this embodiment as well, it is preferable to suppress the expression of the thermophilic acyl-CoA mutase gene until the KM-1 strain genetically modified with the thermophilic acyl-CoA mutase gene grows sufficiently, and then express the gene when the strain has grown to a certain extent. For example, the expression of the thermophilic mutase gene can be controlled by using the lactose operon, and the expression of the gene can be induced by isopropyl β-D-thiogalactopyranoside (hereinafter sometimes abbreviated as "IPTG").

マーカー配列は、発現ベクターが導入された微生物において表現型選択を付与するものであり、例えば、薬剤耐性遺伝子や、蛍光タンパク質、呈色反応を触媒する酵素の遺伝子をコードする核酸配列等が例示される。具体的には、スペクチノマイシン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子等が例示される。 The marker sequence confers phenotypic selection in the microorganism into which the expression vector has been introduced, and examples thereof include nucleic acid sequences that code for drug resistance genes, fluorescent proteins, and genes for enzymes that catalyze color reactions. Specific examples include the spectinomycin resistance gene, the kanamycin resistance gene, the chloramphenicol resistance gene, and the ampicillin resistance gene.

好熱菌由来のアシルCoAムターゼ遺伝子は、Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)やGenBank、DDBJ、EMBL-Bank等のデータベースにそのアミノ酸配列情報や塩基配列情報が開示されていることから、当該配列情報に基づいて公知の遺伝子工学的手法や化学的合成手法に基づいて調製することができる。遺伝子工学的手法としては、例えば、当該配列情報に基づいて適当なプローブを調製しハイブリダイゼーション法によって、好ましくは好熱菌等の生物体由来の染色体DNA、及び、mRNAから逆転写反応によって合成したcDNA等から所望の好熱菌由来のアシルCoAムターゼ遺伝子を取得することができる。また、当該配列情報に基づいて調製したプライマーを用いたPCRによっても取得することができる。ここで用いられるプローブ及びプライマーは、所望の好熱菌由来のアシルCoAムターゼ遺伝子と相補的な配列を含む10以上、好ましくは15以上、更に好ましくは約20~50の塩基からなるオリゴヌクレオチドとすることができる。例えば、プライマーは、所望の領域を増幅するようにプライマー設計支援ソフト等を用いて設計することができる。ここで、相補的とは、プローブ又はプライマーと標的遺伝子の塩基配列とが塩基対合則に従って特異的に結合し安定な二重鎖構造を形成できることを意味する。ここで、完全な相補性のみならず、プローブ又はプライマーと標的遺伝子の塩基配列が互いに安定な二重鎖構造を形成し得るのに十分である限り、いくつかの塩基のみが塩基対合則に沿って適合する部分的な相補性であっても許容される。プローブ及びプライマーは、常法に基づいて調製することができる。例えば、化学的合成手法や、既に目的となる遺伝子が取得されている場合にはその制限酵素断片等を用いることができる。化学的合成手法としては、公知のホスホアミダイト法等のDNA合成法を用いることができる。 The amino acid sequence information and base sequence information of the acyl-CoA mutase gene derived from a thermophilic bacterium are disclosed in databases such as Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG), GenBank, DDBJ, and EMBL-Bank, and therefore the gene can be prepared based on the sequence information by known genetic engineering techniques or chemical synthesis techniques. As a genetic engineering technique, for example, a suitable probe can be prepared based on the sequence information, and the desired acyl-CoA mutase gene derived from a thermophilic bacterium can be obtained by hybridization, preferably from chromosomal DNA derived from an organism such as a thermophilic bacterium, and cDNA synthesized from mRNA by reverse transcription reaction. The gene can also be obtained by PCR using a primer prepared based on the sequence information. The probe and primer used here can be an oligonucleotide consisting of 10 or more, preferably 15 or more, more preferably about 20 to 50 bases, containing a sequence complementary to the acyl-CoA mutase gene derived from the desired thermophilic bacterium. For example, the primers can be designed using primer design support software or the like so as to amplify the desired region. Here, complementary means that the probe or primer and the base sequence of the target gene can specifically bind to each other according to the base pairing rules to form a stable double-stranded structure. Here, not only complete complementarity but also partial complementarity in which only some bases match according to the base pairing rules is acceptable as long as the probe or primer and the base sequence of the target gene are sufficient to form a stable double-stranded structure with each other. The probe and primers can be prepared based on a conventional method. For example, a chemical synthesis method or, if the target gene has already been obtained, a restriction enzyme fragment thereof can be used. As a chemical synthesis method, a known DNA synthesis method such as the phosphoramidite method can be used.

ベクターへのアシルCoAムターゼ遺伝子の挿入は、例えば、適当な制限酵素で所望のアシルCoAムターゼ遺伝子を切断し、適当なベクターの制限酵素開裂部位、又は、マルチクローニング部位に挿入して連結する方法等を用いることができるが、これに限定されず公知の方法を用いることができる。 The acyl-CoA mutase gene can be inserted into a vector by, for example, cleaving the desired acyl-CoA mutase gene with an appropriate restriction enzyme, and inserting and linking it into a restriction enzyme cleavage site or a multicloning site of an appropriate vector, but is not limited to this and any known method can be used.

構築した発現ベクターを、KM-1株に導入する手段としては、塩化カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポソームフェクション法、マイクロインジェクション法等を用いることができるが、これらに限定されず公知の方法を用いることができる。 The constructed expression vector can be introduced into the KM-1 strain by any known method, including, but not limited to, the calcium chloride method, electroporation, liposome infection, and microinjection.

所望の遺伝子改変株の選別は、公知の方法に基づいて行うことができる。例えば、発現ベクターに含めたマーカー配列の発現の有無により行なうことができる。マーカー配列として薬剤耐性遺伝子を用いる場合には、当該薬剤耐性遺伝子に対応する薬剤を含有する培地で培養することによって行うことができる。また、アシルCoAムターゼ遺伝子の導入を、アシルCoAムターゼ遺伝子に特徴的な塩基配列を含むプライマーを用いたPCRにより確認することにより行ってもよい。 Selection of the desired genetically modified strain can be performed based on known methods. For example, it can be performed based on the presence or absence of expression of a marker sequence included in an expression vector. When a drug resistance gene is used as the marker sequence, it can be performed by culturing in a medium containing a drug corresponding to the drug resistance gene. In addition, introduction of the acyl-CoA mutase gene can be confirmed by PCR using primers containing a base sequence characteristic of the acyl-CoA mutase gene.

[2-HIBAの製造方法]
本実施形態に係る2-HIBAの製造方法は、
(1)本実施形態に係る微生物を炭素源と無機塩を含む培地で培養する培養工程と、
(2)前記培養工程で得られる培養液から2-HIBAを回収する回収工程と、を含むものである。
[Method of producing 2-HIBA]
The method for producing 2-HIBA according to this embodiment is as follows:
(1) a culturing step of culturing a microorganism according to this embodiment in a medium containing a carbon source and an inorganic salt;
(2) a recovery step of recovering 2-HIBA from the culture solution obtained in the culture step.

(工程(1):培養工程)
本実施形態に係る2-HIBAの製造方法における工程(1)は、本実施形態に係る微生物を炭素源と無機塩を含む培地で培養する工程である。
(Step (1): Culture step)
Step (1) in the method for producing 2-HIBA according to this embodiment is a step of culturing the microorganism according to this embodiment in a medium containing a carbon source and inorganic salts.

<微生物>
工程(1)で用いる微生物は、上記した本実施形態に係る微生物を用いる。本実施形態に係る微生物は、親株であるKM-1株と同様にして培養することができる。炭素源と無機塩を含む培地で培養する。なお、「炭素源」及び「炭素源」については、<培地>の欄で後述する。
<Microorganisms>
The microorganism used in step (1) is the microorganism according to the present embodiment. The microorganism according to the present embodiment can be cultured in the same manner as the parent strain KM-1. It is cultured in a medium containing a carbon source and inorganic salts. The "carbon source" and "carbon source" will be described later in the section "Medium".

<培地>
上記工程(1)において用いる培地は、無機塩と炭素源を含有し、好ましくは液体培地である。培地のpHは、特に限定されないが、本実施形態の微生物の生育条件を満たすpHであることが好ましく、具体的にはpH5~12程度の範囲内である。より好ましくはpH8~11程度の範囲内である。アルカリ性の培地を用いることにより、特別な手段を設けなくとも、他の微生物等の混入を効果的に防止することができる。
<Culture medium>
The medium used in the above step (1) contains inorganic salts and a carbon source, and is preferably a liquid medium. The pH of the medium is not particularly limited, but is preferably a pH that satisfies the growth conditions of the microorganism of this embodiment, specifically, within a range of about pH 5 to 12. More preferably, it is within a range of about pH 8 to 11. By using an alkaline medium, contamination with other microorganisms and the like can be effectively prevented without the need for special measures.

工程(1)において用いる培地に含有させる無機塩は特に限定されない。例えば、リン酸塩、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、ナトリウム、マグネシウム、カリウム、マンガン、鉄、亜鉛、銅、コバルト等の金属塩等を用いることができる。 The inorganic salts contained in the medium used in step (1) are not particularly limited. For example, phosphates, nitrates, carbonates, sulfates, and metal salts such as sodium, magnesium, potassium, manganese, iron, zinc, copper, and cobalt can be used.

例えば、ナトリウム塩を無機塩として用いる場合には、NaCl、NaNO、NaNO、NaHCO、NaCO、NaHPO、NaHPO等を用いることができる。また、カリウム塩を無機塩として用いる場合には、KNO、KNO、KHPO、KHPO等を用いることができる。 For example, when a sodium salt is used as the inorganic salt, NaCl, NaNO3 , NaNO2 , NaHCO3, Na2CO3 , Na2HPO4 , NaH2PO4 , etc. can be used. When a potassium salt is used as the inorganic salt, KNO3 , KNO2 , K2HPO4 , KH2PO4 , etc. can be used.

これらの無機塩は、本実施形態に係る菌株にとって窒素源、リン源となるような化合物を用いることが好ましい。 It is preferable to use these inorganic salts as compounds that serve as nitrogen and phosphorus sources for the strain of this embodiment.

窒素源としては、硝酸塩、亜硝酸塩、アンモニウム塩、尿素、グルタミン酸等を用いることができるが、特に限定はされない。例えばNaNO、NaNO、NHCl等の窒素含有化合物を用いることができる。 The nitrogen source may be, but is not limited to, nitrates, nitrites, ammonium salts, urea, glutamic acid, etc. For example, nitrogen-containing compounds such as NaNO 3 , NaNO 2 , and NH 4 Cl may be used.

窒素源の使用量は、本実施形態に係る微生物の生育に影響を及ぼすことなく、2-HIBAの産生目的が達成される範囲において適宜設定することができる。具体的には、培養初期の培地100mL当たり通常であれば硝酸塩として250mg程度以上とすればよく、より好ましくは1000mg程度以上、更に好ましくは1250mg程度以上である。 The amount of nitrogen source used can be appropriately set within a range that achieves the purpose of producing 2-HIBA without affecting the growth of the microorganism according to this embodiment. Specifically, the amount of nitrate used should usually be at least about 250 mg per 100 mL of culture medium at the beginning of the culture, more preferably at least about 1000 mg, and even more preferably at least about 1250 mg.

リン源としては、リン酸塩、リン酸一水素塩、リン酸二水素塩等を用いればよく、特に限定はされないが、例えばNaPO、NaHPO、NaHPO、KPO、KHPO、KHPO等の化合物を用いることができる。 The phosphorus source may be, but is not limited to, phosphate, monohydrogen phosphate , dihydrogen phosphate , etc., and examples of compounds that can be used include Na3PO4 , Na2HPO4 , NaH2PO4 , K3PO4 , K2HPO4 , and KH2PO4 .

リン源の使用量も、上記の窒素源の使用量と同様の観点から適宜設定すればよく、具体的には、リン酸二水素塩として培地100mL当たり通常は50~400mg程度の範囲内とすればよく、好ましくは100~200mg程度である。 The amount of phosphorus source used may be set appropriately from the same viewpoint as the amount of nitrogen source used above. Specifically, the amount of dihydrogen phosphate is usually within the range of about 50 to 400 mg per 100 mL of medium, and preferably about 100 to 200 mg.

これらの無機塩は単一で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 These inorganic salts may be used alone or in combination of two or more.

無機塩は、総量で通常は0.1~2.5M程度の範囲内となる濃度で用いればよく、好ましくは0.2~1.0M程度、より好ましくは0.2~0.5M程度である。塩濃度が比較的高い条件の培地を用いることにより、特別な手段を設けなくとも、他の微生物等の混入を効果的に防止することができる。 The inorganic salts are usually used at a total concentration within the range of about 0.1 to 2.5 M, preferably about 0.2 to 1.0 M, and more preferably about 0.2 to 0.5 M. By using a medium with a relatively high salt concentration, contamination by other microorganisms can be effectively prevented without the need for special measures.

工程(1)において用いる培地に含有させる炭素源は、特に限定されないが、 例えば、スクロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、ツラノース、セロビオース等の二糖類、リブロース、キシルロース、リボース、アラビノース、キシロース、リキソース、デオキシリボース等の五炭糖、プシコース、フルクトース、ソルボース、タガトース、アロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース等の六炭糖等の糖類、エリスリトール、グリセリン、マンニトール、ソルビトール、キシリトール等の糖アルコール類、トリプトン、酵母エキス、可溶性デンプン、エタノール、n-プロパノール、酢酸、酢酸ナトリウム等の酢酸塩、プロピオン酸、廃グリセロール、廃蜜糖、木材糖化液、ピルビン酸、アセチルCoA、クエン酸、αーケトグルタル酸、コハク酸、フマール酸、リンゴ酸、オキザロ酢酸、グルタミン酸等が挙げられるが、これに限定されるものではない。 The carbon source contained in the medium used in step (1) is not particularly limited, but may be Examples of the sugars include disaccharides such as sucrose, lactose, maltose, trehalose, turanose, and cellobiose; pentoses such as ribulose, xylulose, ribose, arabinose, xylose, lyxose, and deoxyribose; hexoses such as psicose, fructose, sorbose, tagatose, allose, altrose, glucose, mannose, gulose, idose, galactose, and talose; sugar alcohols such as erythritol, glycerin, mannitol, sorbitol, and xylitol; tryptone, yeast extract, soluble starch, ethanol, n-propanol, acetic acid, and acetates such as sodium acetate; propionic acid, waste glycerol, waste molasses, wood saccharification solution, pyruvic acid, acetyl CoA, citric acid, α-ketoglutaric acid, succinic acid, fumaric acid, malic acid, oxaloacetic acid, and glutamic acid, but are not limited thereto.

これらの炭素源は1種又は2種以上を適宜組み合わせることで用いることができる。また、炭素源の使用量は特に限定はされず、通常は0.0056~0.1666程度の範囲内となる濃度で用いればよく、好ましくは0.0278~0.1389M程度、より好ましくは0.056~0.111M程度である。 These carbon sources can be used alone or in combination of two or more. The amount of carbon source used is not particularly limited, and it is usually sufficient to use the carbon source at a concentration within the range of about 0.0056 to 0.1666, preferably about 0.0278 to 0.1389 M, and more preferably about 0.056 to 0.111 M.

更に、培地は、本実施形態に係る微生物を選択的に培養できるように、発現ベクターに含めた遺伝子マーカーに対応する因子を含めることができる。例えば、マーカー配列として薬剤耐性遺伝子を用いる場合には、当該薬剤耐性遺伝子に対応する薬剤を含めることができる。 Furthermore, the medium can contain a factor corresponding to the gene marker contained in the expression vector so that the microorganism according to this embodiment can be selectively cultured. For example, when a drug resistance gene is used as the marker sequence, a drug corresponding to the drug resistance gene can be contained.

工程(1)において用いる培地として、好ましくは、実施例で使用したSOT培地を用いることができる。 As the medium used in step (1), preferably, the SOT medium used in the examples can be used.

<培養方法>
工程(1)における培養方法は、特に限定されるものではない。培養方法の一実施形態を以下に示す。
<Culture method>
The culture method in step (1) is not particularly limited. One embodiment of the culture method is described below.

工程(1)における培養工程は、本実施形態に係る微生物が増殖し、且つ、当該微生物が適当な炭素源から2-HIBAを産生できる条件である限り特に限定はされない。好ましくは、好気発酵工程の後に、微好気発酵工程を行うことによって行うことができる。 The culturing step in step (1) is not particularly limited as long as the conditions are such that the microorganism according to this embodiment can grow and produce 2-HIBA from an appropriate carbon source. Preferably, the culturing step can be performed by carrying out an aerobic fermentation step followed by a microaerobic fermentation step.

好気発酵工程は、具体的には、5mL程度の培地に本実施形態の微生物を植菌し、通常30~37℃程度、攪拌速度は120~250rpm程度で1晩振盪しながら前培養を行う。続いて前培養して得られた菌体を、三角フラスコ、発酵槽、ジャーファーメンター等に入った培地中に100倍程度に希釈し本培養する。 Specifically, the aerobic fermentation process involves inoculating the microorganism of this embodiment into approximately 5 mL of medium, and pre-culturing the microorganism while shaking overnight, usually at approximately 30 to 37°C and at an agitation speed of approximately 120 to 250 rpm. The bacterial cells obtained by pre-cultivation are then diluted approximately 100-fold in a medium contained in an Erlenmeyer flask, fermenter, jar fermenter, or the like, and main culture is carried out.

本培養は通常20~45℃程度で可能であるが、30~42℃程度で行うことが好ましい。なお、培養環境は培地が空気に触れる環境とすればよく、培地表面に積極的に酸素を含む気体を吹き付ける方法や培地中に気体を吹き込む方法を採用してもよい。 Main culture can usually be performed at about 20 to 45°C, but it is preferable to perform the culture at about 30 to 42°C. The culture environment should be one in which the medium is exposed to air, and a method of actively blowing oxygen-containing gas onto the surface of the medium or blowing gas into the medium may be used.

好気発酵工程では、このような培養条件で本実施形態の微生物を好気培養すればよい。具体的に好気培養時の培地中の溶存酸素濃度は、特に限定はされないが、通常は0mg/L以上とすればよく、7mg/L以上が好ましい。 In the aerobic fermentation process, the microorganism of this embodiment may be aerobically cultured under such culture conditions. Specifically, the dissolved oxygen concentration in the medium during aerobic culture is not particularly limited, but is usually 0 mg/L or more, and preferably 7 mg/L or more.

好気発酵工程での培養方法は、回分培養、半回分培養、連続培養等の培養方法が挙げられ、特に限定はされないが、2-HIBAを効率よく製造するには、本実施形態に係る微生物の培養時に他の菌が混入する可能性が極めて低いことを考慮して長期の連続培養も可能である。そして、培養環境も特に限定はされず、非滅菌環境下であっても、滅菌環境下であってもよい。 The culture method in the aerobic fermentation process includes, but is not limited to, batch culture, semi-batch culture, continuous culture, etc., but in order to efficiently produce 2-HIBA, long-term continuous culture is also possible, taking into account that the possibility of contamination with other bacteria during the culture of the microorganism according to this embodiment is extremely low. The culture environment is also not particularly limited, and may be a non-sterile environment or a sterile environment.

微好気発酵工程は、本実施形態の微生物を、酸素供給を積極的に行わない条件下で、例えばpH8.0以上のアルカリ性領域に調整及び維持した培養液にて培養すればよい。本実施形態の微生物に積極的に酸素供給を行わずに培養を継続すると、系内の酸素が消費され無酸素に近い状態となるが、絶対嫌気とまではならない酸素濃度数%の環境が維持されるため、微好気培養に適した環境を維持できる。 In the microaerobic fermentation process, the microorganism of this embodiment may be cultured in a culture medium adjusted and maintained in an alkaline region, for example, at pH 8.0 or higher, under conditions where oxygen is not actively supplied. If the culture is continued without actively supplying oxygen to the microorganism of this embodiment, the oxygen in the system is consumed and the system becomes close to anoxic, but since an environment with an oxygen concentration of several percent, which is not absolutely anaerobic, is maintained, an environment suitable for microaerobic culture can be maintained.

培養を継続した場合、有機酸の生成により、培地のpHは下がる傾向がある。この様な培地のpHは適宜公知のpH測定用装置又はこれが付随したジャーファーメンター等によって確認することができる。 If the culture is continued, the pH of the medium tends to decrease due to the production of organic acids. The pH of such a medium can be checked appropriately using a known pH measuring device or a jar fermenter with an attached pH measuring device.

用語「調整及び維持」とは、上記したようなpHの確認を行いながら、pH調整剤を添加してpHの好適な状態を保つことを意味する。 The term "adjust and maintain" means that the pH is maintained at a suitable level by adding a pH adjuster while checking the pH as described above.

微好気工程にて調整及び維持するpHは好ましくは8.0以上とする。これにより、本実施形態の微生物による2-HIBAの産生性を高く維持することができる。 The pH adjusted and maintained in the microaerobic process is preferably 8.0 or higher. This allows the productivity of 2-HIBA by the microorganism of this embodiment to be maintained at a high level.

pH調整剤としては、特に限定はされないが、例えば水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩等が挙げられる。より具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素マグネシウム、アンモニア水等が挙げられる。 Examples of pH adjusters include, but are not limited to, hydroxides, carbonates, and bicarbonates. More specifically, examples include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, magnesium carbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, calcium bicarbonate, magnesium bicarbonate, and aqueous ammonia.

(工程(2):回収工程)
本実施形態に係る2-HIBAの製造方法における工程(2)は、上記工程(1)で得られた培養物から2-HIBAを回収する工程である。培養物とは、工程(1)の培養後の培地、及び、培養により増殖した微生物を意味し、何れか一方でもよい。
(Step (2): Recovery step)
Step (2) in the method for producing 2-HIBA according to this embodiment is a step of recovering 2-HIBA from the culture obtained in the above step (1). The culture means the medium after the culture in step (1) and the microorganisms grown by the culture, and may be either one of them.

なお、2-HIBAは、培養物中に含まれる無機塩に由来するイオンと反応した塩として回収されてもよい。 2-HIBA may also be recovered as a salt that reacts with ions derived from inorganic salts contained in the culture.

無機塩に由来するイオンとしては、特に限定はされないが、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオン、カルシウムイオン等のアルカリ土類金属イオン、マグネシウムイオン、コバルトイオン、亜鉛イオン、鉄イオン、銅イオン、モリブデンイオン、アンモニウムイオン、マンガンイオン等の陽イオンが挙げられる。 Ions derived from inorganic salts are not particularly limited, but examples include alkali metal ions such as sodium ions and potassium ions, alkaline earth metal ions such as calcium ions, and cations such as magnesium ions, cobalt ions, zinc ions, iron ions, copper ions, molybdenum ions, ammonium ions, and manganese ions.

工程(2)における回収は、工程(1)の培養工程の停止後に行うことができる。培養の停止手段は特に限定はされず、例えば、培養対象である本実施形態に係る微生物を加熱や酸処理等によって殺菌する方法、若しくは、公知の固液分離手段を用いて当該微生物と培地を分離する方法等が挙げられる。培養工程の停止時期は、培養物中の2-HIBAの存在を確認し、適宜決定することができる。培養物中の2-HIBAの存在を確認する手段は、用いる微生物の種類、培地成分、培養条件等によって変更し得るものであり、これらの要素を考慮して適宜決定され得る。例えば、経時的に培養物を採取し、これをLC-MS、HPLC等の分析手段に供して、培養を停止する時期を決定することができる。 The recovery in step (2) can be carried out after the culture step in step (1) is stopped. The means for stopping the culture is not particularly limited, and examples include a method of sterilizing the microorganism to be cultured according to this embodiment by heating or acid treatment, or a method of separating the microorganism from the medium using a known solid-liquid separation means. The timing for stopping the culture step can be appropriately determined by confirming the presence of 2-HIBA in the culture. The means for confirming the presence of 2-HIBA in the culture can be changed depending on the type of microorganism used, the medium components, the culture conditions, etc., and can be appropriately determined taking these factors into consideration. For example, the culture can be sampled over time and subjected to analytical means such as LC-MS or HPLC to determine the time to stop the culture.

工程(2)における回収工程は、工程(1)によって得られた培養物の培地中に2-HIBAが存在している場合には、例えば、公知の分離手段を用いて、2-HIBAを含む培地を液体画分として回収することで行える。具体的な分離手段は特に限定されず、遠心操作や濾過等の固液分離手段を単独、又は適宜組み合わせて採用することができる。また、工程(1)によって得られた培養物の微生物中に2-HIBAが存在している場合には、当該微生物を公知の破砕手段により破砕後、公知の分離手段を用いて、2-HIBAを含む液体画分を回収することで行える。具体的な、破砕手段は特に限定されず、リゾチーム処理等の酵素的破砕手段、又は超音波処理、凍結融解、浸透圧ショック等の物理的破砕手段を単独、又は適宜組み合わせて採用することができる。 When 2-HIBA is present in the medium of the culture obtained in step (1), the recovery step in step (2) can be carried out by, for example, using a known separation means to recover the medium containing 2-HIBA as a liquid fraction. The specific separation means is not particularly limited, and solid-liquid separation means such as centrifugation and filtration can be used alone or in appropriate combination. Furthermore, when 2-HIBA is present in the microorganisms of the culture obtained in step (1), the recovery step can be carried out by disrupting the microorganisms using a known disruption means, and then recovering the liquid fraction containing 2-HIBA using a known separation means. The specific disruption means is not particularly limited, and enzymatic disruption means such as lysozyme treatment, or physical disruption means such as ultrasonic treatment, freeze-thawing, and osmotic shock can be used alone or in appropriate combination.

更に、回収した液体画分を、公知の精製手段により精製してもよい。具体的な精製手段は特に限定されず、例えば、脱塩や透析、ゲル濾過、疎水、陰イオン、陽イオン、アフィニティークロマトグラフィ等の各種クロマトグラフィ等の公知の精製手段を単独、又は適宜組み合わせて採用することができる。また、回収した液体画分に低級アルコールを添加し、エステル化反応を経て、2-HIBAエステルとして蒸留等で精製することも可能である。 The recovered liquid fraction may be purified by known purification means. There are no particular limitations on the specific purification means, and known purification means such as desalting, dialysis, gel filtration, and various types of chromatography such as hydrophobic, anionic, cationic, and affinity chromatography may be used alone or in appropriate combination. It is also possible to add a lower alcohol to the recovered liquid fraction, subject it to an esterification reaction, and purify it as a 2-HIBA ester by distillation or the like.

本実施形態に係る2-HIBAの製造方法によって、製造された2-HIBAは脱水反応によりメタクリル酸に変換することができる。更に、エステル化反応によりメタクリル酸エステルに変換できる等、各メタクリル酸誘導体を製造することができる。更に、メタクリル酸及びメタクリル酸エステルをラジカル重合することで、ポリメタクリル酸及びポリメタクリル酸誘導体を製造することができる。 By using the method for producing 2-HIBA according to this embodiment, the produced 2-HIBA can be converted to methacrylic acid by a dehydration reaction. Furthermore, it can be converted to a methacrylic acid ester by an esterification reaction, and various methacrylic acid derivatives can be produced. Furthermore, polymethacrylic acid and polymethacrylic acid derivatives can be produced by radical polymerization of methacrylic acid and methacrylic acid esters.

以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.

<実験方法の総説>
a.遺伝子クローニングに際してのPCR
遺伝子クローニングに際してのPCRは、PrimeSTAR HS DNA Polymeraseを用いてサーマルサイクラー(T100 Thermal Cycler:BIO-RAD)により、目的遺伝子断片の増幅を行った。98℃で2分間加熱した後、98℃で15秒間、55℃で10秒間、72℃で1分/kbを1サイクルとした30サイクルの温度プロファイルにより行った。
<Overview of Experimental Methods>
a. PCR in gene cloning
PCR for gene cloning was performed using PrimeSTAR HS DNA Polymerase in a thermal cycler (T100 Thermal Cycler: BIO-RAD) to amplify the target gene fragment. After heating at 98°C for 2 minutes, the temperature profile was 30 cycles of 98°C for 15 seconds, 55°C for 10 seconds, and 72°C for 1 minute/kb.

b.遺伝子改変株の確認に際してのPCR
遺伝子改変株の確認に際してのPCRは、Quick Taq HS DyeMixを用いてサーマルサイクラー(T100 Thermal Cycler:BIO-RAD)により、目的遺伝子断片の増幅を行った。95℃で3分間加熱した後、95℃で30秒間、55℃で30秒間、72℃で1分/kbを1サイクルとした35サイクルの温度プロファイルにより行った。
b. PCR for confirming genetically modified strains
PCR for confirming the genetically modified strain was performed by amplifying the target gene fragment using Quick Taq HS DyeMix with a thermal cycler (T100 Thermal Cycler: BIO-RAD). After heating at 95°C for 3 minutes, the temperature profile was 35 cycles of 95°C for 30 seconds, 55°C for 30 seconds, and 72°C for 1 minute/kb.

c.PCR産物の精製
PCRによる増幅産物の精製は、QIAquick Gel Extraction Kitを用いて、製造業者のマニュアルに従って、50μLのPCR反応産物からDNA断片を精製した。なお、DNA溶出は50μLの精製水により行った。
c. Purification of PCR products The PCR amplified products were purified using a QIAquick Gel Extraction Kit according to the manufacturer's manual to purify DNA fragments from 50 μL of the PCR reaction product. The DNA was eluted with 50 μL of purified water.

d.電気泳動
1%アガロースゲルを用いて、電気泳動を行った。エチジウムブロマイドによりDNAを染色した後、ゲルみえーる(WAKO)により電気泳動像を撮影した。
Electrophoresis was performed using a 1% agarose gel. After staining DNA with ethidium bromide, the electrophoretic image was photographed using Gel Viewer (WAKO).

e.電気泳動ゲルからのDNA抽出
QIAquick Gel Extraction Kitを用いて、製造業者のマニュアルに従って、アガロースゲルからDNA断片を精製した。DNA溶出は20μLの精製水により行った。
e. DNA extraction from electrophoresis gel The DNA fragment was purified from the agarose gel using QIAquick Gel Extraction Kit according to the manufacturer's manual. DNA elution was performed with 20 μL of purified water.

f.ライゲーション反応
Ligation highを用いて、製造業者のマニュアルに従って、DNA断片のライゲーションを行った。
f. Ligation reaction
The DNA fragments were ligated using Ligation high according to the manufacturer's manual.

<2-HIBA産生能を有する改変株の作製>
1.アシルCoAムターゼ遺伝子の選定
KM-1株が産生可能な3-HB-CoAを2HIBA-CoAに異化可能なアシルCoAムターゼとして、キルピディア・ツスシー由来のメチルマロニルCoAムターゼを選定した(Applied and Environmental Microbiology, 2015 July, 81(14), 4564-4572)。選定したキルピディア・ツスシーのメチルマロニルCoAムターゼ遺伝子オペロンの配列情報については、KEGGデータベースから入手した。キルピディア・ツスシーのゲノム構造は、HCM(2-hydroxyisobutyryl CoA mutase)-associated G protein chaperoneであるMeaB(配列番号2)、メチルマロニルCoAムターゼのラージサブユニット(配列番号3)及びスモールサブユニット(配列番号4)からなるオペロンを形成している(図2を参照のこと)。キルピディア・ツスシーにおける各遺伝子がコードするアミノ酸残基数は、MeaBが312、ラージサブユニットが563、スモールサブユニットが132であった。
<Preparation of a modified strain capable of producing 2-HIBA>
1. Selection of acyl-CoA mutase gene As an acyl-CoA mutase capable of catabolizing 3-HB-CoA to 2HIBA-CoA that can be produced by the KM-1 strain, methylmalonyl-CoA mutase derived from Kilpidia tussui was selected (Applied and Environmental Microbiology, 2015 July, 81(14), 4564-4572). Sequence information of the selected Kilpidia tussui methylmalonyl-CoA mutase gene operon was obtained from the KEGG database. The genome structure of K. tussui forms an operon consisting of MeaB (SEQ ID NO: 2), which is an HCM (2-hydroxyisobutylyl CoA mutase)-associated G protein chaperone, and the large and small subunits of methylmalonyl CoA mutase (SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4) (see FIG. 2). The number of amino acid residues encoded by each gene in K. tussui is 312 for MeaB, 563 for the large subunit, and 132 for the small subunit.

2.アシルCoAムターゼ発現ベクターの作製
pBBR122をベースにしたIPTG誘導型のアシルCoAムターゼ発現ベクター(pOGE705KS/PlacZ-Kt mutase)を作製した。詳細には、以下の通り作製した。
2. Preparation of acyl-CoA mutase expression vector An IPTG-inducible acyl-CoA mutase expression vector (pOGE705KS/PlacZ-Kt mutase) based on pBBR122 was prepared as follows.

上記で選定したアシルCoAムターゼ遺伝子オペロンをクローニングするためにキルピディア・ツスシーのゲノムDNAの精製を行った。まず、キルピディア・ツスシーを、3mLの294培地において50℃で3日間培養した。菌体を遠心回収し、Quick Gene DNA tissue kit SによりゲノムDNAの抽出を行った。キルピディア・ツスシーにおけるMeaB遺伝子の開始コドンから、アシルCoAムターゼのスモールサブユニットの終始コドンまでの遺伝子断片(Kt mutase)をプライマー対(Kt 468-470NdeI F1:CAGTAGACATATGCAAGAGCTTCTCTCGCGAT(配列番号5)及びKt 468-470SacI R1:AGTCGAGCTCTCAATCCCGATCCGGAAACC(配列番号6))を用いてPCRにより増幅した。このKt mutaseをpHSG298(Takara)のNdeI/SacIサイトにクローニングしpHSG298-Kt mutaseを構築した。 In order to clone the acyl-CoA mutase gene operon selected above, the genomic DNA of Kilpidia tussui was purified. First, Kilpidia tussui was cultured in 3 mL of 294 medium at 50°C for 3 days. The cells were collected by centrifugation, and the genomic DNA was extracted using Quick Gene DNA tissue kit S. A gene fragment (Kt mutase) from the initiation codon of the MeaB gene in Kirpidia tussui to the termination codon of the small subunit of acyl-CoA mutase was amplified by PCR using a primer pair (Kt 468-470NdeI F1: CAGTAGACATATGCAAGAGCTTCTCTCGCGAT (SEQ ID NO: 5) and Kt 468-470SacI R1: AGTCGAGCTCTCAATCCCGATCCGAAACC (SEQ ID NO: 6)). This Kt mutase was cloned into the NdeI/SacI site of pHSG298 (Takara) to construct pHSG298-Kt mutase.

シーケンスした結果、クローニングされたKt mutaseは報告されている配列と全く同一であることが分かった。次にpHSG298-Kt mutaseのKt mutaseの上流にIPTG誘導を可能にするlacIQおよびlacZプロモーターからなるlacIQ-PlacZ断片を配置するため、大腸菌(DH5α)ゲノムを鋳型にlacIQ-PlacZ断片をプライマー対(PlacIQ-XbaI:AGTCTCTAGACCATCGAATTAAGCAAAACC(配列番号7)及びPlacIQ-NdeI:CAGTAGACATATGTGTTTCCTGTGTGAAATTGTT(配列番号8))を用いてPCRにより増幅し、pHSG298-Kt mutaseのXbaI/NdeIサイトに挿入しpHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt mutaseを構築した。さらに、pHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt mutaseが持つクロラムフェニコール耐性遺伝子をスペクチノマイシン耐性遺伝子に差し替えるため、pCR8/GW/TOPOベクターを鋳型にスペクチノマイシン耐性遺伝子を含むSpeR断片をプライマー対(SpecSacIIFBglII:CAGTAGATCTCCGCGGACCAGCCAGGACAG(配列番号9)及びSpecSacIIRBglII:CAGTAGATCTCCGCGGTTTTCTACGGGGTC(配列番号10))を用いてPCRで増幅し、pHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt mutaseのSacIIサイトに導入しpHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt mutase/SpecRを構築した。 Sequencing revealed that the cloned Kt mutase sequence was exactly identical to the reported sequence. Next, in order to place a lacIQ-PlacZ fragment consisting of lacIQ and lacZ promoters enabling IPTG induction upstream of the Kt mutase of pHSG298-Kt mutase, the lacIQ-PlacZ fragment was amplified by PCR using the E. coli (DH5α) genome as a template and a primer pair (PlacIQ-XbaI: AGTCTCTAGACCATCGAATTAAGCAAAACC (SEQ ID NO: 7) and PlacIQ-NdeI: CAGTAGACATATGTGTTTCCTGTGAAATTGTT (SEQ ID NO: 8)) and inserted into the XbaI/NdeI site of pHSG298-Kt mutase to obtain pHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt. A mutase was constructed. Furthermore, in order to replace the chloramphenicol resistance gene of pHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt mutase with a spectinomycin resistance gene, a SpeR fragment containing a spectinomycin resistance gene was amplified by PCR using a primer pair (SpecSacIIFBglII: CAGTAGATCTCCGCGGACCAGCCAGGACAG (SEQ ID NO: 9) and SpecSacIIRBglII: CAGTAGATCTCCGCGGTTTTCTACGGGGTC (SEQ ID NO: 10)) with the pCR8/GW/TOPO vector as a template, and introduced into the SacII site of pHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt mutase to obtain pHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt. Mutase/SpecR was constructed.

得られたpHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt mutase/SpecRからlacIQ-PlacZ-Kt mutase/SpecR断片をBglIIで切断して切り出し、幅広いグラム陰性菌において自立複製可能なpBBR122ベクターをベースにしたpBBR122ΔCm(図3を参照のこと)のBglIIサイトに挿入し、IPTG誘導型アシルCoAムターゼ発現ベクター(pOGE705KS/PlacZ-Kt mutase)を作製した(図4を参照のこと)。 The lacIQ-PlacZ-Kt mutase/SpecR fragment was excised from the obtained pHSG298-lacIQ-PlacZ-Kt mutase/SpecR by digestion with BglII and inserted into the BglII site of pBBR122ΔCm (see Figure 3), which is based on the pBBR122 vector that can autonomously replicate in a wide range of Gram-negative bacteria, to create an IPTG-inducible acyl-CoA mutase expression vector (pOGE705KS/PlacZ-Kt mutase) (see Figure 4).

ここで、pBBR122ΔCm は、pBBR122を鋳型にプライマー対(pBBR122-KmRBglIIF:AGTCAGATCTCCTCACGGCGGCGAGTGCGG(配列番号11)及びpBBR122-KmRBglIIR: CAGTAGATCTCTCGGGGGGCAGGCGGGCGG(配列番号12))を用いて、PCRによりDNA断片を増幅しBglIIで処理した後、セルフライゲーションにより構築した。 Here, pBBR122ΔCm was constructed by using pBBR122 as a template and a primer pair (pBBR122-KmRBglIIF: AGTCAGATCTCCTCACGGCGGCGAGTGCGG (SEQ ID NO: 11) and pBBR122-KmRBglIIR: CAGTAGATCTCTCGGGGGGCAGGCGGGCGG (SEQ ID NO: 12)) to amplify a DNA fragment by PCR, treat it with BglII, and then self-ligate it.

図4に示す通り、導入したアシルCoAムターゼ遺伝子は、ラクトースリプレッサー(lacIq)がラクトースオペレーター(lacO)に結合し、lacZプロモーターからの発現が抑制された状態に置かれている。ここにIPTGを添加すると、ラクトースリプレッサーはIPTGと結合し、その立体構造が変化することでラクトースオペレーターから解離し、lacZプロモータからのムターゼ遺伝子の発現が誘導されるように構成されている。また、発現ベクターは、マーカー配列として、薬剤耐性遺伝子であるスペクチノマイシン耐性遺伝子を用いるものである。 As shown in Figure 4, the introduced acyl-CoA mutase gene is in a state where the lactose repressor (lacIq) binds to the lactose operator (lacO) and expression from the lacZ promoter is suppressed. When IPTG is added, the lactose repressor binds to IPTG and changes its three-dimensional structure, dissociating from the lactose operator and inducing expression of the mutase gene from the lacZ promoter. The expression vector also uses a spectinomycin resistance gene, a drug resistance gene, as a marker sequence.

3.アシルCoAムターゼ発現ベクターの導入
エレクトロポレーション法により、pOGE705KS-KtmutaseをKM-1株コンピテントセルに導入し、遺伝子改変株KM-1/pOGE705KS-Ktmutase株を得た。エレクトロポレーションの条件は、Gene Pulser Xcell(BIO-RAD)を用いて、電圧:2.5kV、抵抗:200Ω、キャパシタンス:25μF、セル幅:2mmで行った。なお、大腸菌に対する形質転換は、DH5α Jetコンピテントセル、JM109コンピテントセルを用いて、製造業者のマニュアルに従って行った。
3. Introduction of acyl-CoA mutase expression vector pOGE705KS-Ktmutase was introduced into KM-1 strain competent cells by electroporation to obtain the genetically modified strain KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain. Electroporation was performed using Gene Pulser Xcell (BIO-RAD) under the following conditions: voltage: 2.5 kV, resistance: 200 Ω, capacitance: 25 μF, cell width: 2 mm. Transformation of E. coli was performed using DH5α Jet competent cells and JM109 competent cells according to the manufacturer's manual.

4.遺伝子改変株の確認
KM-1/pOGE705KS-Ktmutase株が、アシルCoAムターゼ遺伝子が導入されている遺伝子改変株であることをPCRにより確認した。詳細には、エレクトロポレーション後の菌体液に1mLのSOT培地を加え、30℃で1時間振盪培養を行った。培養後の菌体を遠心分離により回収し、50μg/mLもしくは100μg/mLのスペクチノマイシンを含むSOTプレートに塗り広げた。2~3日間30℃で静置培養を行った後、形成した6コロニーについて、当該アシルCoAムターゼ遺伝子を含むことをPCRにより確認を行った。PCRに際して、導入したアシルCoAムターゼ遺伝子の全配列を増幅するためのプライマー対(Kt Ptac468-470XbaI F1:AGTCTCTAGAGAGCTGTTGACAATTAATC(配列番号13)、Kt Ptac468-470XbaI R1:CAGTTCTAGAAACGCAAAAAGGCCATCCG(配列番号14))と、親株であるKM-1が有するbdh2内部配列を増幅するためのプライマー対(bdh2 F1:ACTTCAACGATCAGGCCAG(配列番号15)、bdh2 R1:ATGCCGTGCTTGGCACTGA(配列番号16))をそれぞれ作製した。当該プライマー対を用いてPCRを行った。続いて、増幅断片を電気泳動に供した。結果を図5に示す。その結果、KM-1/pOGE705KS-Ktmutase株に、アシルCoAムターゼ遺伝子(図中、Kt.ムターゼと表示)が導入されていることが確認された。
4. Confirmation of genetically modified strain It was confirmed by PCR that the KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain was a genetically modified strain into which the acyl-CoA mutase gene had been introduced. In detail, 1 mL of SOT medium was added to the bacterial cell liquid after electroporation, and the cells were cultured with shaking at 30°C for 1 hour. The cultured bacterial cells were collected by centrifugation and spread on a SOT plate containing 50 μg/mL or 100 μg/mL spectinomycin. After static culture at 30°C for 2 to 3 days, it was confirmed by PCR that the 6 colonies formed contained the acyl-CoA mutase gene. For PCR, a primer pair for amplifying the entire sequence of the introduced acyl-CoA mutase gene (Kt Ptac468-470XbaI F1: AGTCTCTAGAGAGCTGTTGACAATTAATC (SEQ ID NO: 13), Kt Ptac468-470XbaI R1: CAGTTCTAGAAACGCAAAAAGGCCATCCG (SEQ ID NO: 14)) and a primer pair for amplifying the bdh2 internal sequence of the parent strain KM-1 (bdh2 F1: ACTTCAACGATCAGGCCAG (SEQ ID NO: 15), bdh2 R1: ATGCCGTGCTTGGCACTGA (SEQ ID NO: 16)) were prepared. PCR was performed using the primer pair. The amplified fragment was then subjected to electrophoresis. The results are shown in Figure 5. As a result, it was confirmed that the acyl-CoA mutase gene (shown as Kt.mutase in the figure) was introduced into the KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain.

4.2-HIBAの産生
KM-1/pOGE705KS-Ktmutase株をIPTGの存在下で培養し、アシルCoAムターゼ遺伝子の発現を誘導し、2-HIBAの生産性を評価した。
4. Production of 2-HIBA The KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain was cultured in the presence of IPTG to induce expression of the acyl-CoA mutase gene, and the productivity of 2-HIBA was evaluated.

詳細には、バッフル付きの200mL容フラスコにSOT培地30mLを張り込み、OD=0.1となるようKM-1株およびKM-1/pOGE705KS-Ktmutase株を植菌した。なお、培養条件は、培養温度33℃、振盪速度200rpmで行った。IPTGによる発現誘導は、OD=0.6に達した時点で終濃度1mMとなるようにIPTGを添加することにより行った。 In detail, 30 mL of SOT medium was placed in a baffled 200 mL flask, and the KM-1 strain and the KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain were inoculated to an OD of 0.1. The culture conditions were a culture temperature of 33°C and a shaking speed of 200 rpm. Expression induction with IPTG was performed by adding IPTG to a final concentration of 1 mM when OD reached 0.6.

<フラスコ培養による2-HIBAの産生試験>
スクロースを炭素源とするSOT培地(特開2013-081403号を参照のこと)を用いて、プラスコ振とう培養を行った。本実施例で用いたSOT培地の組成を表1に示す。その結果、KM-1株では、2-HIBAの産生は確認されなかったのに対して、KM-1/pOGE705KS-Ktmutase株では培養開始48時間で16.5mg/Lの2-HIBAの産生が認められた。
<2-HIBA production test by flask culture>
Plasco shaking culture was performed using SOT medium (see JP 2013-081403 A) containing sucrose as a carbon source. The composition of the SOT medium used in this example is shown in Table 1. As a result, while no production of 2-HIBA was confirmed in the KM-1 strain, production of 16.5 mg/L of 2-HIBA was confirmed 48 hours after the start of culture in the KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain.

Figure 0007645685000001
Figure 0007645685000001

かかる結果から、KM-1/pOGE705KS-Ktmutase株が2-HIBA産生能を有することが確認できた。これは、適当な炭素源から(R)-3HB-CoAが産生され、続いて、遺伝子導入されたアシルCoAムターゼの作用により2-HIBA-CoAに変換され、かかる2-HIBA-CoAが内在性のチオエステラーゼにより2-HIBAとCoA-SHに加水分解され、更に、内在性の2-HIBAエクスポーターにより2-HIBAが培地中に遊離されたものであると、理解できる。 These results confirmed that the KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain has the ability to produce 2-HIBA. This can be understood as meaning that (R)-3HB-CoA is produced from an appropriate carbon source, which is then converted to 2-HIBA-CoA by the action of the introduced acyl-CoA mutase, which is then hydrolyzed to 2-HIBA and CoA-SH by endogenous thioesterase, and 2-HIBA is then released into the medium by the endogenous 2-HIBA exporter.

再生可能資源から簡便且つ安価に2-HIBAを製造でき、2-HIBAは容易に化学的にメタクリル酸に変換可能である。2-HIBA及びメタクリル酸等を利用する何れの工業的用途への応用が期待できる。 2-HIBA can be produced simply and inexpensively from renewable resources, and 2-HIBA can be easily converted chemically into methacrylic acid. This technology is expected to be applicable to any industrial application that utilizes 2-HIBA and methacrylic acid, etc.

Claims (3)

2-ヒドロキシイソ酪酸産生能を有する微生物であって、
ハロモナス・エスピー(Halomonas sp.)KM-1(寄託番号FERM BP-10995)株の、好熱菌由来のアシル補酵素Aムターゼが発現する改変株であり、
前記アシル補酵素Aムターゼは、キルピディア・ツスシー(Kyrpidia tusciae)由来のメチルマロニル補酵素Aムターゼである、微生物。
A microorganism capable of producing 2-hydroxyisobutyric acid,
A modified strain of Halomonas sp. KM-1 (deposit number FERM BP-10995) expressing acyl-coenzyme A mutase derived from a thermophilic bacterium ,
The acyl-coenzyme A mutase is methylmalonyl-coenzyme A mutase derived from Kyrpidia tusciae .
ハロモナス・エスピー KM-1/pOGE705KS-Ktmutase株(受託番号NITE P-03416)である請求項1に記載の微生物。 The microorganism according to claim 1, which is Halomonas sp. KM-1/pOGE705KS-Ktmutase strain (accession number NITE P-03416). 請求項1又は2に記載の微生物を、炭素源と無機塩を含む培地で培養する培養工程と、
前記培養工程で得られる培養物から2-ヒドロキシイソ酪酸を回収する回収工程と、を含む、2-ヒドロキシイソ酪酸の製造方法。
A culturing step of culturing the microorganism according to claim 1 or 2 in a medium containing a carbon source and inorganic salts;
and a recovery step of recovering 2-hydroxyisobutyric acid from the culture obtained in the culture step.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011525367A (en) 2008-06-27 2011-09-22 エボニック レーム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 2-hydroxyisobutyric acid producing recombinant cells
JP2012500641A (en) 2008-08-25 2012-01-12 メタボリック エクスプローラー Enzymatic production of 2-hydroxyisobutyrate
WO2013051499A1 (en) 2011-10-07 2013-04-11 独立行政法人産業技術総合研究所 Process for producing 3-hydroxybutyric acid or salt thereof
JP2018530342A (en) 2015-10-13 2018-10-18 ランザテク・ニュージーランド・リミテッド Genetically engineered bacteria containing an energy-generating fermentation pathway
JP2018166481A (en) 2017-03-30 2018-11-01 大阪瓦斯株式会社 Production method for producing poly-3-hydroxybutyric acid, 3-hydroxybutyric acid, or 3-hydroxybutyrate
US20190233849A1 (en) 2018-02-01 2019-08-01 Invista North America S.A.R.L. Methods and materials for the biosynthesis of hydroxy fatty acid anions and/or derivatives thereof and/or compounds related thereto

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011525367A (en) 2008-06-27 2011-09-22 エボニック レーム ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 2-hydroxyisobutyric acid producing recombinant cells
JP2012500641A (en) 2008-08-25 2012-01-12 メタボリック エクスプローラー Enzymatic production of 2-hydroxyisobutyrate
WO2013051499A1 (en) 2011-10-07 2013-04-11 独立行政法人産業技術総合研究所 Process for producing 3-hydroxybutyric acid or salt thereof
JP2018530342A (en) 2015-10-13 2018-10-18 ランザテク・ニュージーランド・リミテッド Genetically engineered bacteria containing an energy-generating fermentation pathway
JP2018166481A (en) 2017-03-30 2018-11-01 大阪瓦斯株式会社 Production method for producing poly-3-hydroxybutyric acid, 3-hydroxybutyric acid, or 3-hydroxybutyrate
US20190233849A1 (en) 2018-02-01 2019-08-01 Invista North America S.A.R.L. Methods and materials for the biosynthesis of hydroxy fatty acid anions and/or derivatives thereof and/or compounds related thereto

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jasmin Frey et.al.,Two enzymes of the acetone degradation pathway of Desulfococcus biacutus: coenzyme B12-dependent 2-hydroxyisobutyryl-CoA mutase and 3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase,Erschienen in: Environmental Microbiology Reports,2018年,Vol.10, No.3,283-292
Maria-Teresa Weichler et al.,Thermophilic Coenzyme B12-Dependent Acyl Coenzyme A (CoA) Mutase from Kyrpidia tusciae DSM 2912 Preferentially Catalyzes Isomerization of (R)-3-Hydroxybutyryl-CoA and 2-Hydroxyisobutyryl-CoA,Applied and Environmental Microbiology,2015年,Vol.81, No.14,4564-4572
駒大輔 他,培地の成分知っていますか?,生物工学基礎講座 バイオよもやま話,日本生物工学会,2011年,第89巻、第4号,195-199

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