JP7678797B2 - 共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物の製造方法、及び形質転換微生物 - Google Patents
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Description
好ましくは、前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物中の前記ポリヒドロキシアルカン酸画分(I)の重量割合が10~90%である。
好ましくは、前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物は、平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が10~22モル%である。
好ましくは、前記微生物は、3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAに対する重合活性が互いに異なる2種類のポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードする遺伝子を有する。
好ましくは、前記3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAに対する重合活性が互いに異なる2種類のポリヒドロキシアルカン酸合成酵素のアミノ酸配列は、配列同一性が90%以下である。
好ましくは、前記3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAに対する重合活性が互いに異なる2種類のポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードする遺伝子が、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するアエロモナス・キャビエに由来する野生型ポリヒドロキシアルカン酸合成酵素よりも3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAに対する重合活性が高いポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードする遺伝子(A)、及び、前記アエロモナス・キャビエに由来する野生型ポリヒドロキシアルカン酸合成酵素よりも3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAに対する重合活性が低いポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードする遺伝子(B)である。
好ましくは、前記遺伝子(A)が、アエロモナス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子又はその変異体である。より好ましくは、前記遺伝子(A)が、配列番号2又は配列番号3で示されるアミノ酸配列に対して99.5~100%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする遺伝子である。
好ましくは、前記遺伝子(B)が、アエロモナス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部と、カプリアビダス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部を組み合わせて構成されたものである。より好ましくは、前記遺伝子(B)が、配列番号6で示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする遺伝子である。
好ましくは、前記遺伝子(B)が、クロモバクテリウム属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子又はその変異体である。より好ましくは、前記遺伝子(B)が、配列番号4又は配列番号5で示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする遺伝子である。
好ましくは、前記遺伝子(B)が、バチルス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子又はその変異体である。より好ましくは、前記遺伝子(B)が、配列番号7及び配列番号8で示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする遺伝子である。
好ましくは、前記微生物は、該微生物の野生株と比較して、細胞内のポリヒドロキシアルカン酸合成酵素に対する3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAの供給が増大するように形質転換された形質転換微生物である。より好ましくは、前記形質転換微生物は、油脂又は脂肪酸のβ酸化における炭素数6の中間代謝物の分解が抑制されるように形質転換されたものである。さらに好ましくは、前記形質転換微生物は、炭素数6のβ-ケトアシル-CoAであるβ-ケトヘキサノイル-CoAに対するチオリシス活性を有するβ-ケトチオラーゼ酵素をコードする遺伝子の発現が抑制されるように形質転換されたものである。
好ましくは、前記β-ケトチオラーゼ酵素は、配列番号9又は配列番号10で示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を示すアミノ酸配列を有する。
好ましくは、前記微生物は、R体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ活性を示すタンパク質をコードする遺伝子を有する微生物である。
好ましくは、前記培養工程において、油脂又は脂肪酸を含む炭素源を添加する。より好ましくは、前記油脂又は脂肪酸を含む炭素源が、炭素数6~12の中鎖脂肪酸、又は該中鎖脂肪酸のグリセリドを含む炭素源である。さらに好ましくは、前記中鎖脂肪酸が、ヘキサン酸である。
好ましくは、前記微生物は、カプリアビダス属に属する、またはカプリアビダス属微生物の形質転換体である。より好ましくは、前記微生物は、カプリアビダス・ネカトールである、またはカプリアビダス・ネカトールの形質転換体である。
また本発明は、共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物を産生する形質転換微生物であって、3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAに対する重合活性が互いに異なる2種類のポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードする遺伝子を有し、前記形質転換微生物の野生株と比較して、細胞内のポリヒドロキシアルカン酸合成酵素に対する3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAの供給が増大するように形質転換されており、前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物が、3-ヒドロキシ酪酸構造単位及び3-ヒドロキシヘキサン酸構造単位を有する共重合ポリヒドロキシアルカン酸を含み、かつ平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が20モル%以上であるポリヒドロキシアルカン酸画分(I)、及び、3-ヒドロキシ酪酸構造単位を有するポリヒドロキシアルカン酸を含み、かつ平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が0モル%以上15モル%以下であるポリヒドロキシアルカン酸画分(II)を含有し、前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物は、平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が22モル%以下である、形質転換微生物にも関する。
本発明は、共重合PHA混合物を製造する方法であって、前記共重合PHA混合物を産生する微生物を培養する工程を含む。
前記共重合PHA混合物は、3HB構造単位及び3HH構造単位を有する共重合PHAを含み、かつ平均3HH組成比率が20モル%以上であるPHA画分(I)と、3HB構造単位を有するPHAを含み、かつ平均3HH組成比率が0モル%以上15モル%以下であるPHA画分(II)から構成されるものである。前記共重合PHA混合物は、後述するMIBK分画法により、前記PHA画分(I)とPHA画分(II)に分画することができる。
前記共重合PHA混合物は、メチルイソブチルケトン(MIBK)への溶解度の差を利用した溶媒分画法により、平均3HH組成比率が高いPHA画分(I)と、平均3HH組成比率が低いPHA画分(II)に分画することができる。PHAは、3HH組成比率が高いほどMIBKへの溶解度が高くなる。そのため、前記共重合PHA混合物の全部を高温のMIBKに溶解させた後、温度を低下させ、3HH組成比率の低いPHA成分を析出させることで、前記PHA画分(I)とPHA画分(II)に分画することが可能である。
前記共重合PHA混合物は、これについて測定した示差走査熱量分析における最も高い融解ピーク温度が、130℃以上であることが好ましい。この条件を満足することにより、共重合PHA混合物の結晶固化が短時間で進行することができ、該共重合PHA混合物の加工性を良好なものにすることができる。前記最も高い融解ピーク温度は、130~165℃が好ましく、より好ましくは130~155℃である。
前記共重合PHA混合物を製造するにあたって使用する微生物(以下、「共重合PHA混合物生産微生物」ともいう)は、前記共重合PHA混合物を発酵生産可能な微生物であれば特に限定されず、PHAを本来的に蓄積する野生株であってもよいし、そのような野生株を人工的に突然変異処理して得られる変異株や、あるいは、遺伝子工学的手法により外来のPHA合成酵素遺伝子を導入することで、PHA蓄積能が付与された菌株であってもよい。
前記共重合PHA混合物生産微生物を培養することで、微生物細胞内に前記共重合PHA混合物を蓄積させることができる。前記共重合PHA混合物生産微生物を培養する方法としては、常法の微生物培養法に従うことができ、適切な炭素源が存在する培地中で培養を行なえばよい。培地組成、炭素源の添加方法、培養スケール、通気攪拌条件や、培養温度、培養時間などは特に限定されない。炭素源は、連続的に、または間欠的に培地に添加することが好ましい。
まず、PHA合成酵素遺伝子破壊用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。
合成オリゴDNAを用いたPCRにより、カプリアビダス・ネカトールH16株のphaC1構造遺伝子(PHA合成酵素遺伝子)より上流及び下流の塩基配列を有するDNA断片(配列番号18)を得た。このDNA断片を制限酵素SwaIで消化し、得られたDNA断片を、同じくSwaI消化した特開2007-259708号公報に記載のベクターpNS2X-sacBとDNAリガーゼ(Ligation High(東洋紡社製))にて連結し、PHA合成酵素遺伝子破壊用プラスミドベクターpNS2X-sacB+phaC1UDを作製した。
PHA合成酵素遺伝子破壊用プラスミドベクターpNS2X-sacB+phaC1UDで大腸菌S17-1株(ATCC47055)を形質転換し、それによって得た形質転換微生物を、KNK005dZ/trc-J4b/dbktB/dA1528株とNutrient Agar培地(Difco社製)上で混合培養して接合伝達を行った。
なお、KNK005dZ/trc-J4b/dbktB/dA1528株は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、染色体上のPHA合成酵素遺伝子を、アエロモナス・キャビエ由来のPHA合成酵素遺伝子の改変体(配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子、即ちN149S/D171G変異体遺伝子)に置換し、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子を欠失し、さらにA1528構造遺伝子を欠失した株であり、PCT国際公開第2019/142845号に記載の方法に準じて作製することができる。
得られた培養液を、250mg/Lのカナマイシンを含むシモンズ寒天培地(クエン酸ナトリウム2g/L、塩化ナトリウム5g/L、硫酸マグネシウム・7水塩0.2g/L、りん酸二水素アンモニウム1g/L、りん酸水素二カリウム1g/L、寒天15g/L、pH6.8)に播種し、寒天培地上で生育してきた菌株を選択して、プラスミドがKNK005dZ/trc-J4b/dbktB/dA1528株の染色体上に組み込まれた株を取得した。この株をNutrient Broth培地(Difco社製)で2世代培養した後、15%のシュークロースを含むNutrient Agar培地上に希釈して塗布し、生育してきた菌株をプラスミドが脱落した株として取得した。さらにPCRおよびDNAシーケンサーによる解析により染色体上のPHA合成酵素遺伝子を欠失した菌株1株を単離した。この遺伝子破壊株を、KNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB/dA1528株と命名した。
合成オリゴDNAを用いたPCRにより、カプリアビダス・ネカトールH16株のbktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)より上流及び下流の塩基配列と、大腸菌のlacプロモーター改変体であるlacN19プロモーター、及び配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有するDNA断片(配列番号19)を得た。このDNA断片を制限酵素SwaIで消化し、得られたDNA断片を、同じくSwaI消化した特開2007-259708号公報に記載のベクターpNS2X-sacBとDNAリガーゼ(Ligation High(東洋紡社製))にて連結し、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+bktbU-lacN19-NSDG-bktbDを作製した。
PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+bktbU-lacN19-NSDG-bktbを上記と同様の接合伝達を用いた方法によって、KNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB/dA1528株に導入した。さらに上記と同様の培養及び15%のシュークロースを含むNutrient Agar培地による選抜で、染色体上の元来bktB遺伝子が存在した位置にlacN19プロモーター、及び配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子が導入された菌株1株を単離した。得られた菌株をKNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB::lacN19-NSDG/dA1528株と命名した。
合成オリゴDNAを用いたPCRにより、カプリアビダス・ネカトールH16株のA1528構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)より上流及び下流の塩基配列と、大腸菌のlacプロモーター改変体であるlacN17プロモーター、及び配列番号6に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有するDNA断片(配列番号20)を得た。このDNA断片を制限酵素SwaIで消化し、得られたDNA断片を、同じくSwaI消化した特開2007-259708号公報に記載のベクターpNS2X-sacBとDNAリガーゼ(Ligation High(東洋紡社製))にて連結し、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+A1528U-lacN17-AcNSRe12-A1528Dを作製した。
なお、共重合PHA混合物生産微生物株(1)は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するアエロモナス属由来のPHA合成酵素変異体をコードする遺伝子と、配列番号6に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子(即ち、アエロモナス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部とカプリアビダス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部を組み合わせて構成された、PHA合成酵素をコードする遺伝子)が導入され、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失し、さらにA1528構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失した株である。
まず、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。
合成オリゴDNAを用いたPCRにより、カプリアビダス・ネカトールH16株のbktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)より上流及び下流の塩基配列と、大腸菌のlacプロモーター、及び配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有するDNA断片(配列番号21)を得た。このDNA断片を制限酵素SwaIで消化し、得られたDNA断片を、同じくSwaI消化した特開2007-259708号公報に記載のベクターpNS2X-sacBとDNAリガーゼ(Ligation High(東洋紡社製))にて連結し、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+bktbU-lac-NSDG-bktbDを作製した。
PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+bktbU-lac-NSDG-bktbを上記と同様の接合伝達を用いた方法によって、KNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB/dA1528株に導入した。さらに上記と同様の培養及び15%のシュークロースを含むNutrient Agar培地による選抜で、染色体上の元来bktB遺伝子が存在した位置にlacプロモーター、及び配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子が導入された菌株1株を単離した。得られた菌株をKNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB::lac-NSDG/dA1528株と命名した。
なお、共重合PHA混合物生産微生物株(2)は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するアエロモナス属由来のPHA合成酵素変異体をコードする遺伝子と、配列番号6に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子(即ち、アエロモナス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部とカプリアビダス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部を組み合わせて構成された、PHA合成酵素をコードする遺伝子)が導入され、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失し、さらにA1528構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失した株である。
まず、PHA合成酵素遺伝子発現用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。合成オリゴDNAを用いたPCRにより、大腸菌のlacプロモーター改変体であるlacN17プロモーターを有するDNA断片(配列番号22)を得た。このDNA断片を制限酵素EcoRIおよびMunIで消化し、得られたDNA断片を、国際公開2007/049716号に記載のプラスミドベクターpCUP2をMunIで切断したものと連結して、lacN17プロモーターの下流にpCUP2の制限酵素SpeI認識配列が位置する向きに連結されたものを選抜し、pCUP2-lacN17を得た。次に、合成オリゴDNAを用いたPCRにより、配列番号6に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子及び配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有するDNA断片(配列番号23)を得た。このDNA断片を制限酵素MunIおよびSpeIで消化し、得られたDNA断片を、pCUP2-lacN17をMunIおよびSpeIで切断したものと連結して、PHA合成酵素遺伝子発現用プラスミドpCUP2-lacN17-AcNSRe12-NSDGを得た。
プラスミドベクターの細胞への導入は以下のようにエレクトロポレーション法によって行った。遺伝子導入装置はBiorad社製のジーンパルサーを用い、キュベットは同じくBiorad社製のgap0.2cmを用いた。キュベットに、コンピテント細胞400μlと発現ベクター20μlを注入してパルス装置にセットし、静電容量25μF、電圧1.5kV、抵抗値800Ωの条件で電気パルスをかけた。パルス後、キュベット内の菌液をNutrientBroth培地(DIFCO社製)で30℃、3時間振とう培養し、選択プレート(NutrientAgar培地(DIFCO社製)、カナマイシン100mg/L)で、30℃にて2日間培養して、生育してきた共重合PHA混合物生産微生物株(3)を取得した。
なお、共重合PHA混合物生産微生物株(3)は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するアエロモナス属由来のPHA合成酵素変異体をコードする遺伝子と、配列番号6に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子(即ち、アエロモナス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部とカプリアビダス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部を組み合わせて構成された、PHA合成酵素をコードする遺伝子)が導入され、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失し、さらにA1528構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失した株である。
まず、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。
合成オリゴDNAを用いたPCRにより、カプリアビダス・ネカトールH16株のbktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)より上流及び下流の塩基配列と、大腸菌のlacプロモーター、配列番号6に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子、及び配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有するDNA断片(配列番号24)を得た。このDNA断片を制限酵素SwaIで消化し、得られたDNA断片を、同じくSwaI消化した特開2007-259708号公報に記載のベクターpNS2X-sacBとDNAリガーゼ(Ligation High(東洋紡社製))にて連結し、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+bktbU-lac-AcNSRe12-NSDG-bktbDを作製した。
PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+bktbU-lac-AcNSRe12-NSDG-bktbDを上記と同様の接合伝達を用いた方法によって、KNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB/dA1528株に導入した。さらに上記と同様の培養及び15%のシュークロースを含むNutrient Agar培地による選抜で、染色体上の元来bktB遺伝子が存在した位置にlacプロモーター、配列番号6に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子、及び配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子が導入された菌株1株を単離した。得られた菌株をKNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB::lac-AcNSRe12-NSDG/dA1528株(以下、共重合PHA混合物生産微生物株(4)と記すこともある。)と命名した。
なお、共重合PHA混合物生産微生物株(4)は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するアエロモナス属由来のPHA合成酵素変異体をコードする遺伝子と、配列番号6に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子(即ち、アエロモナス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部とカプリアビダス属の微生物に由来するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子の一部を組み合わせて構成された、PHA合成酵素をコードする遺伝子)が導入され、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失し、さらにA1528構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失した株である。
まず、PHA合成酵素遺伝子発現用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。合成オリゴDNAを用いたPCRにより、配列番号7に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子、配列番号8に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子、及び配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有するDNA断片(配列番号26)を得た。このDNA断片を制限酵素MunIおよびSpeIで消化し、得られたDNA断片を、pCUP2-lacN17をMunIおよびSpeIで切断したものと連結して、PHA合成酵素遺伝子発現用プラスミドpCUP2-lacN17-RCYB4-NSDGSTを得た。
なお、共重合PHA混合物生産微生物株(5)は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するアエロモナス属由来のPHA合成酵素変異体をコードする遺伝子と、配列番号7及び配列番号8に記載のアミノ酸配列を有するバチルス属由来のPHA合成酵素をコードする遺伝子が導入され、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失し、さらにA1528構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失した株である。
まず、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。合成オリゴDNAを用いたPCRにより、カプリアビダス・ネカトールH16株のA1528構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)より上流及び下流の塩基配列と、大腸菌のlacプロモーター改変体であるlacN17プロモーター、及び配列番号5に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有するDNA断片(配列番号27)を得た。このDNA断片を制限酵素SwaIで消化し、得られたDNA断片を、同じくSwaI消化した特開2007-259708号公報に記載のベクターpNS2X-sacBとDNAリガーゼ(Ligation High(東洋紡社製))にて連結し、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+A1528U-lacN17-CsAG-A1528Dを作製した。
なお、共重合PHA混合物生産微生物株(6)は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するアエロモナス属由来のPHA合成酵素変異体をコードする遺伝子と、配列番号5に記載のアミノ酸配列を有するクロモバクテリウム属由来のPHA合成酵素をコードする遺伝子が導入され、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失し、さらにA1528構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失した株である。
KNK005dZ株(以下、P(3HB-co-3HH)生産微生物株(1)と記すこともある。)は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上にアエロモナス属由来のPHA合成酵素遺伝子(配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子)が導入され、染色体上のPHA分解酵素遺伝子であるphaZ1,2,6遺伝子が欠失した形質転換微生物である。この形質転換微生物は、PCT国際公開第2014/065253号に記載の方法に準じて作製することができる。
まず、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。
合成オリゴDNAを用いたPCRにより、カプリアビダス・ネカトールH16株のphaZ6構造遺伝子より上流及び下流の塩基配列と、大腸菌のlacプロモーター改変体であるlacN17プロモーター、及び配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有するDNA断片(配列番号28)を得た。このDNA断片を制限酵素SwaIで消化し、得られたDNA断片を、同じくSwaI消化した特開2007-259708号公報に記載のベクターpNS2X-sacBとDNAリガーゼ(Ligation High(東洋紡社製))にて連結し、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+phaZ6U-lacN17-NSDG-phaZ6Dを作製した。
次に、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+phaZ6U-lacN17-NSDG-phaZ6Dを上記と同様の接合伝達を用いた方法によって、KNK005dZ/trc-J4b/dbktB株に導入した。
なお、KNK005dZ/trc-J4b/dbktB株は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、染色体上のPHA合成酵素遺伝子を、アエロモナス・キャビエ由来のPHA合成酵素遺伝子の改変体(配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子、即ちN149S/D171G変異体遺伝子)に置換し、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子を欠失した株であり、PCT国際公開第2019/142845号に記載の方法に準じて作製することができる。
さらに上記と同様の培養及び15%のシュークロースを含むNutrient Agar培地による選抜で、染色体上の元来phaZ6遺伝子が存在した位置にlacN17プロモーター、及び配列番号2に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子が導入された菌株1株を単離した。得られた菌株をKNK005dZ/trc-J4b/Z6::lacN17-NSDG/dbktB株(以下、P(3HB-co-3HH)生産微生物株(2)と記すこともある。)と命名した。
まず、PHA合成酵素遺伝子破壊用プラスミドベクターpNS2X-sacB+phaC1UDを上記と同様の接合伝達を用いた方法によって、KNK005dZ/trc-J4b/dbktB株に導入した。
さらに上記と同様の培養及び15%のシュークロースを含むNutrient Agar培地による選抜で、染色体上のPHA合成酵素遺伝子が欠失した菌株1株を単離した。得られた菌株をKNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB株と命名した。
合成オリゴDNAを用いたPCRにより、カプリアビダス・ネカトールH16株のphaC1構造遺伝子より上流及び下流の塩基配列と、配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子の塩基配列を有するDNA断片(配列番号29)を得た。このDNA断片を制限酵素SwaIで消化し、得られたDNA断片を、同じくSwaI消化した特開2007-259708号公報に記載のベクターpNS2X-sacBとDNAリガーゼ(Ligation High(東洋紡社製))にて連結し、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+phaC1U-NSDGST-phaC1Dを作製した。
次に、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+phaC1U-NSDGST-phaC1Dを上記と同様の接合伝達を用いた方法によって、KNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB株に導入した。
さらに上記と同様の培養及び15%のシュークロースを含むNutrient Agar培地による選抜で、染色体上の元来phaC1遺伝子が存在した位置に配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子が導入された菌株1株を単離した。得られた菌株をKNK005dZ/NSDGST/trc-J4b/dbktB株と命名した。
なお、P(3HB-co-3HH)生産微生物株(3)は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するアエロモナス属由来のPHA合成酵素変異体をコードする遺伝子が導入され、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失した株である。
まず、PHA合成酵素遺伝子導入用プラスミドベクターpNS2X-sacB+phaC1U-NSDGST-phaC1Dを上記と同様の接合伝達を用いた方法によって、KNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB/dA1528株に導入した。
さらに上記と同様の培養及び15%のシュークロースを含むNutrient Agar培地による選抜で、染色体上の元来phaC1遺伝子が存在した位置に配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するPHA合成酵素をコードする遺伝子が導入された菌株1株を単離した。得られた菌株をKNK005dZ/NSDGST/trc-J4b/dbktB/dA1528株と命名した。
なお、P(3HB-co-3HH)生産微生物株(4)は、カプリアビダス・ネカトールH16株の染色体上のphaZ1遺伝子、phaZ2遺伝子、及びphaZ6遺伝子を欠失し、配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するアエロモナス属由来のPHA合成酵素変異体をコードする遺伝子が導入され、染色体上のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子の発現が強化され、bktB構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失し、さらにA1528構造遺伝子(β-ケトチオラーゼ遺伝子)を欠失した株である。
下記の条件で共重合PHA混合物生産微生物株(1)を用いた培養検討を行なった。
種母培地の組成は1w/v% Meat-extract、1w/v% Bacto-Tryptone、0.2w/v% Yeast-extract、0.9w/v% Na2HPO4・12H2O、0.15w/v% KH2PO4、(pH6.8)とした。
乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合は次のように測定した。遠心分離によって培養液から菌体を回収、エタノールで洗浄、凍結乾燥し、乾燥菌体を取得し、重量を測定した。得られた乾燥菌体1gに100mlのクロロホルムを加え、室温で一昼夜攪拌して、菌体内のPHA(共重合PHA混合物)を抽出した。菌体残渣をろ別後、エバポレーターで総容量が30mlになるまで濃縮後、90mlのヘキサンを徐々に加え、ゆっくり攪拌しながら、1時間放置した。析出したPHAをろ別後、50℃で3時間真空乾燥した。乾燥PHAの重量を測定し、乾燥菌体量に対してPHA蓄積量が占める割合を算出した。
共重合PHA混合物中におけるPHA画分(I)及び(II)の重量割合は次のように測定した。まず、乾燥PHAを、前記MIBK分画法によって、PHA画分(I)とPHA画分(II)に分画し、それぞれを秤量した。次に、PHA画分(I)及びPHA画分(II)の合計重量に対する各画分の重量割合を算出した。
共重合PHA混合物、PHA画分(I)、又はPHA画分(II)それぞれの平均3HH組成比率は次のように測定した。乾燥させた共重合PHA混合物、PHA画分(I)、又はPHA画分(II)約20mgに1mlの硫酸-メタノール混液(15:85)と1mlのクロロホルムを添加して密栓し、100℃で140分間加熱することでPHA分解物のメチルエステルを得た。冷却後、これに0.5mlの脱イオン水を加えてよく混合した後、水層と有機層が分離するまで放置した。その後、分取した有機層中のPHA分解物のモノマー単位組成をキャピラリーガスクロマトグラフィーにより分析した。ガスクロマトグラフは島津製作所GC-17A、キャピラリーカラムはGLサイエンス社製NEUTRA BOND-1(カラム長25m、カラム内径0.25mm、液膜厚0.4μm)を用いた。キャリアガスとしてHeを用い、カラム入口圧100kPaとし、サンプルは1μlを注入した。温度条件は、初発温度50~200℃まで8℃/分の速度で昇温し、さらに200~290℃まで30℃/分の速度で昇温した。上記条件での分析によって得られたピークから、共重合PHA混合物、PHA画分(I)、又はPHA画分(II)の平均3HH組成比率を算出した。
示差走査熱量測定装置(PerkinElmer社製DSC8500)を用いて、共重合PHA混合物を約2mg計量し、10℃/分の昇温速度にて-30℃から200℃まで昇温した時に得られるDSC曲線において検出された、融解エンタルピーが0.5J/g以上である融解ピークの温度を求めた。
共重合PHA混合物を4.5g、添加剤としてペンタエリスリトール(三菱化学社製:ノイライザーP)0.045g、ベヘン酸アミド(日本精化社製:BNT-22H)0.0225g、エルカ酸アミド(日本精化社製:ニュートロン-S)0.0225gを小型混練機(DSM社製:DSM Xplore 5 モデル2005)へ投入し、バレル温度170℃、スクリュー回転数100rpmの条件で5分間混練した。混練終了後にダイより溶融状態のストランド状樹脂組成物を排出し、直ちに60℃に加温したウォーターバス中に投入し、結晶固化する時間を測定した。100秒以内に固化した場合、加工性が良好(○)と評価した。
その後、ウォーターバス中で結晶固化したストランドをニッパーで裁断し、樹脂組成物ペレットとした。
2mm厚のSUS板(30cm×35cm)の上に、片面離型処理したPETフィルム(厚み50μm)の離型面をSUS板に対して反対向けに設置し、前記PETフィルム上に樹脂組成物ペレットを1.3g置いた。さらに、前記樹脂組成物ペレットを囲うようにスペーサーとして70μmのシムプレートを設置した。その後、前記樹脂組成物ペレットを挟むように前記SUS板と同様の板を被せ、160℃に加熱したプレス機(株式会社神藤金属工業所製:圧縮成形機NSF-50)の加熱プレス板上に設置し、5分間予熱した。予熱後、2分間の時間をかけながら徐々に5MPaまで加圧した後、2分間圧力を保持した。プレス完了後、およそ20℃に冷却された冷却板上で室温まで冷却し、約50μm厚のフィルムを得た。このフィルムを室温23℃、湿度50%の環境中で1週間養生し、フィルムサンプルとした。
JIS P-8116に規定された標準エルメンドルフ引裂試験機に準拠する機能と構造を有する軽荷重引裂度試験機(熊谷理機工業株式会社製:NO.2037特殊仕様機)によって測定される値をフィルムの厚さで除し、フィルムサンプルのエルメンドルフ引裂強度とした。
PHA生産培養は次のように行った。まず、共重合PHA混合物生産微生物株(1)のグリセロールストック(50μl)を種母培地(10ml)に接種して24時間培養し種母培養を行なった。次に種母培養液を、1.8Lの前培養培地を入れた3Lジャーファーメンター(丸菱バイオエンジ製MDL-300型)に1.0v/v%接種した。運転条件は、培養温度30℃、攪拌速度500rpm、通気量1.8L/minとし、pHは6.7~6.8の間でコントロールしながら28時間培養し、前培養を行なった。pHコントロールには14%水酸化アンモニウム水溶液を使用した。
実施例1と同様の条件で共重合PHA混合物生産微生物株(2)を用いた培養検討を行なった。乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合、共重合PHA混合物、PHA画分(I)、又はPHA画分(II)の平均3HH組成比率、PHA画分(I)及び(II)の重量割合、融解ピーク温度及び融解エンタルピー、加工性、エルメンドルフ引裂強度を表1に示す。
実施例1と同様の条件で共重合PHA混合物生産微生物株(3)を用いた培養検討を行なった。乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合、共重合PHA混合物、PHA画分(I)、又はPHA画分(II)の平均3HH組成比率、PHA画分(I)及び(II)の重量割合、融解ピーク温度及び融解エンタルピー、加工性、エルメンドルフ引裂強度を表1に示す。
実施例1と同様の条件で共重合PHA混合物生産微生物株(4)を用いた培養検討を行なった。乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合、共重合PHA混合物、PHA画分(I)、又はPHA画分(II)の平均3HH組成比率、PHA画分(I)及び(II)の重量割合、融解ピーク温度及び融解エンタルピー、加工性、エルメンドルフ引裂強度を表1に示す。
実施例1と同様の条件で共重合PHA混合物生産微生物株(5)を用いた培養検討を行なった。乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合、共重合PHA混合物、PHA画分(I)、又はPHA画分(II)の平均3HH組成比率、PHA画分(I)及び(II)の重量割合、融解ピーク温度及び融解エンタルピー、加工性、エルメンドルフ引裂強度を表1に示す。
実施例1と同様の条件で共重合PHA混合物生産微生物株(6)を用いた培養検討を行なった。乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合、共重合PHA混合物、PHA画分(I)、又はPHA画分(II)の平均3HH組成比率、PHA画分(I)及び(II)の重量割合、融解ピーク温度及び融解エンタルピー、加工性、エルメンドルフ引裂強度を表1に示す。
実施例1と同様の条件でP(3HB-co-3HH)生産微生物株(1)を用いた培養検討を行なった。乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合、P(3HB-co-3HH)、MIBK可溶性画分、又はMIBK不溶性画分の平均3HH組成比率、MIBK可溶性画分及びMIBK不溶性画分の重量割合、融解ピーク温度及び融解エンタルピー、加工性、エルメンドルフ引裂強度を表1に示す。なお、各分析には共重合PHA混合物に代えてP(3HB-co-3HH)生産微生物株(1)の蓄積したPHAを用いた。P(3HB-co-3HH)生産微生物株(1)の蓄積したPHAは、P(3HB-co-3HH)であった。MIBK可溶性画分、及びMIBK不溶性画分は、それぞれPHA画分(I)、又はPHA画分(II)と同様の方法で得られた画分を指す。
実施例1と同様の条件でP(3HB-co-3HH)生産微生物株(2)を用いた培養検討を行なった。乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合、P(3HB-co-3HH)、MIBK可溶性画分、又はMIBK不溶性画分の平均3HH組成比率、MIBK可溶性画分及びMIBK不溶性画分の重量割合、融解ピーク温度及び融解エンタルピー、加工性、エルメンドルフ引裂強度を表1に示す。なお、各分析には共重合PHA混合物に代えてP(3HB-co-3HH)生産微生物株(2)の蓄積したPHAを用いた。P(3HB-co-3HH)生産微生物株(2)の蓄積したPHAは、P(3HB-co-3HH)であった。MIBK可溶性画分、及びMIBK不溶性画分は、それぞれPHA画分(I)、又はPHA画分(II)と同様の方法で得られた画分を指す。
実施例1と同様の条件でP(3HB-co-3HH)生産微生物株(3)を用いた培養検討を行なった。乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合、P(3HB-co-3HH)、MIBK可溶性画分、又はMIBK不溶性画分の平均3HH組成比率、MIBK可溶性画分及びMIBK不溶性画分の重量割合、融解ピーク温度及び融解エンタルピー、加工性、エルメンドルフ引裂強度を表1に示す。なお、各分析には共重合PHA混合物に代えてP(3HB-co-3HH)生産微生物株(3)の蓄積したPHAを用いた。P(3HB-co-3HH)生産微生物株(3)の蓄積したPHAは、P(3HB-co-3HH)であった。MIBK可溶性画分、及びMIBK不溶性画分は、それぞれPHA画分(I)、又はPHA画分(II)と同様の方法で得られた画分を指す。
実施例1と同様の条件でP(3HB-co-3HH)生産微生物株(4)を用いた培養検討を行なった。乾燥菌体に対するPHA蓄積量の割合、P(3HB-co-3HH)、MIBK可溶性画分、又はMIBK不溶性画分の平均3HH組成比率、MIBK可溶性画分及びMIBK不溶性画分の重量割合、融解ピーク温度及び融解エンタルピー、加工性、エルメンドルフ引裂強度を表1に示す。なお、各分析には共重合PHA混合物に代えてP(3HB-co-3HH)生産微生物株(4)の蓄積したPHAを用いた。P(3HB-co-3HH)生産微生物株(4)の蓄積したPHAは、P(3HB-co-3HH)であった。MIBK可溶性画分、及びMIBK不溶性画分は、それぞれPHA画分(I)、又はPHA画分(II)と同様の方法で得られた画分を指す。
Claims (13)
- 共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物を製造する方法であって、
前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物を産生する微生物を培養する工程を含み、
前記微生物が、
カプリアビダス・ネカトールの形質転換体であり、
配列番号2又は配列番号3で示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を有するアミノ酸配列を有するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードする遺伝子(A)、及び、配列番号5、配列番号6、配列番号7、又は配列番号8で示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を有するアミノ酸配列を有するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードする遺伝子(B)を有し、
前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物が、
3-ヒドロキシ酪酸構造単位及び3-ヒドロキシヘキサン酸構造単位を有する共重合ポリヒドロキシアルカン酸を含み、かつ平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が20モル%以上であるポリヒドロキシアルカン酸画分(I)、及び、
3-ヒドロキシ酪酸構造単位を有するポリヒドロキシアルカン酸を含み、かつ平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が0モル%以上15モル%以下であるポリヒドロキシアルカン酸画分(II)を含有し、
前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物は、平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が22モル%以下である、製造方法。 - 前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物中の前記ポリヒドロキシアルカン酸画分(I)の重量割合が10~90%である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物は、平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が10~22モル%である、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記遺伝子(A)が、配列番号2又は配列番号3で示されるアミノ酸配列に対して99.5~100%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする遺伝子である、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記微生物は、該微生物の野生株と比較して、細胞内のポリヒドロキシアルカン酸合成酵素に対する3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAの供給が増大するように形質転換された形質転換微生物である、請求項1~4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記形質転換微生物は、油脂又は脂肪酸のβ酸化における炭素数6の中間代謝物の分解が抑制されるように形質転換されたものである、請求項5に記載の製造方法。
- 前記形質転換微生物は、炭素数6のβ-ケトアシル-CoAであるβ-ケトヘキサノイル-CoAに対するチオリシス活性を有するβ-ケトチオラーゼ酵素をコードする遺伝子の発現が抑制されるように形質転換されたものである、請求項6に記載の製造方法。
- 前記β-ケトチオラーゼ酵素は、配列番号9又は配列番号10で示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を示すアミノ酸配列を有する、請求項7に記載の製造方法。
- 前記微生物は、R体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ活性を示すタンパク質をコードする遺伝子を有する微生物である、請求項1~8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記培養工程において、油脂又は脂肪酸を含む炭素源を添加する、請求項1~9のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記油脂又は脂肪酸を含む炭素源が、炭素数6~12の中鎖脂肪酸、又は該中鎖脂肪酸のグリセリドを含む炭素源である、請求項10に記載の製造方法。
- 前記中鎖脂肪酸が、ヘキサン酸である、請求項11に記載の製造方法。
- 共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物を産生する形質転換微生物であって、
前記形質転換微生物が、
カプリアビダス・ネカトールの形質転換体であり、
配列番号2又は配列番号3で示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を有するアミノ酸配列を有するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードする遺伝子(A)、及び、配列番号5、配列番号6、配列番号7、又は配列番号8で示されるアミノ酸配列に対して90~100%の配列同一性を有するアミノ酸配列を有するポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードする遺伝子(B)を有し、
前記形質転換微生物の野生株と比較して、細胞内のポリヒドロキシアルカン酸合成酵素に対する3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAの供給が増大するように形質転換されており、
前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物が、
3-ヒドロキシ酪酸構造単位及び3-ヒドロキシヘキサン酸構造単位を有する共重合ポリヒドロキシアルカン酸を含み、かつ平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が20モル%以上であるポリヒドロキシアルカン酸画分(I)、及び、
3-ヒドロキシ酪酸構造単位を有するポリヒドロキシアルカン酸を含み、かつ平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が0モル%以上15モル%以下であるポリヒドロキシアルカン酸画分(II)を含有し、
前記共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物は、平均3-ヒドロキシヘキサン酸組成比率が22モル%以下である、形質転換微生物。
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