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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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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 Download PDF

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Description

本発明は、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に関する。
ポリヒドロキシアルカン酸(以下、「PHA」と記すこともある。)は、広範な微生物によって生成されるポリエステル型有機ポリマーである。PHAは生分解性を有する熱可塑性高分子であり、再生可能資源を原料として産生することができる。これらのことから、PHAを環境調和型素材または生体適合型素材として工業的に生産し、多様な産業へ利用する試みが行われている。
現在までに、数多くの微生物がエネルギー貯蔵物質としてPHAを菌体内に蓄積することが知られている。PHAの代表例としては、3-ヒドロキシ酪酸(以下、「3HB」と記すこともある。)のホモポリマーであるポリ-3-ヒドロキシ酪酸(以下、「P(3HB)」と記すこともある。)が挙げられる。P(3HB)は熱可塑性高分子であり、自然環境中で生物的に分解されることから、環境に優しいプラスチックとして注目されている。しかし、P(3HB)は結晶性が高いために硬くて脆い性質を持っており、実用的には応用範囲が限られている。応用範囲を広げるためには、P(3HB)に柔軟性を付与することが必要であった。
そこで、3HBと3-ヒドロキシ吉草酸(以下、「3HV」と記す。)とからなる共重合PHA(以下、「P(3HB-co-3HV)」と記す。)とその製造方法が開発された(例えば、特許文献1および特許文献2を参照)。P(3HB-co-3HV)は、P(3HB)に比べると柔軟性に富むため、幅広い用途に応用できると考えられた。しかしながら、実際にはP(3HB-co-3HV)中の3HVモル分率を増加させてもそれに伴う物性の変化が乏しく、特にフィルムやシート、軟質系包装容器等へ加工するために要求される程には柔軟性が向上しないため、シャンプーボトルや使い捨て剃刀の取手等、硬質成型体の限られた分野にしか利用されていない。
PHAの柔軟性を高めるために、3HBと3-ヒドロキシヘキサン酸(以下、「3HH」と記す。)からなる共重合ポリヒドロキシアルカン酸(以下、「P(3HB-co-3HH)」と記すこともある。)およびその製造方法について研究が行われている(例えば、特許文献3および特許文献4を参照)。これらの報告においてP(3HB-co-3HH)は、土壌より単離されたアエロモナス・キャビエ(Aeromonas caviae)の野生株を用い、オレイン酸、パルミチン酸等の脂肪酸を炭素源として発酵生産されている。
また、カプリアビダス・ネカトール(Cupriavidus necator)を宿主とし、アエロモナス・キャビエ由来のPHA合成酵素を利用して、P(3HB-co-3HH)を高生産する研究も行われている。アエロモナス・キャビエ由来のPHA合成酵素を有するカプリアビダス・ネカトールに対して、R体特異的エノイルCoAヒドラターゼ遺伝子を導入することにより、または、宿主染色体上のR体特異的エノイルCoAヒドラターゼ遺伝子の発現量を増加させることにより、植物油脂を原料としてP(3HB-co-3HH)を生産し、該P(3HB-co-3HH)の3HH組成比率を最大14mol%程度にまで向上させている(特許文献5、特許文献6および非特許文献1を参照)。
さらに、アエロモナス・キャビエ由来のPHA合成酵素を有するカプリアビダス・ネカトールに対して、炭素数6のβ-ケトアシル-CoA(すなわち、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を抑制することで、P(3HB-co-3HH)の3HH組成比率を20mol%以上にまで向上させた例もある(特許文献7を参照)。
P(3HB-co-3HH)の物性に関する研究も行われている(非特許文献2を参照)。この報告では、炭素数が12個以上の脂肪酸を唯一の炭素源としてアエロモナス・キャビエを培養して、様々な3HH組成比率を有するP(3HB-co-3HH)を発酵生産している。P(3HB-co-3HH)は3HH組成比率の増加にしたがって結晶性が低下するため、P(3HB)の様な硬くて脆い性質から次第に柔軟な性質を示すようになり、3HH組成比率がより高くなるとP(3HB-co-3HV)を上回る柔軟性を示すことが明らかにされた。すなわち、P(3HB-co-3HH)は3HH組成比率を変えることで、硬質ポリマーから軟質ポリマーまで応用可能な幅広い物性を持たせることができるため、幅広い分野への応用が期待できる。
一方で、P(3HB-co-3HH)は、3HH組成比率を上昇させると、結晶性が低下することにより柔軟性は向上するものの、加工特性が低下する傾向がある。例えば、3HH組成比率を10モル%程度に向上させたP(3HB-co-3HH)は比較的軟質となるが、射出成形、フィルム成形、ブロー成形、繊維の紡糸、押出発泡、ビーズ発泡などの加工において、結晶化速度が遅いため、生産性が低いという課題があった。この課題を解決するために、前記比較的軟質なP(3HB-co-3HH)と、3HH組成比率が低く融点の高い(すなわち結晶性の高い)共重合PHAを同一細胞内で共生産することで、溶融加工性、加工速度を改善するための研究もなされている(特許文献8を参照)。
しかしながら、特許文献8で記載されているPHA混合品においては、低融点成分(最も高い3HH組成比率を有すると考えられるPHA成分)の融点が100℃を超えていることから、該PHA混合品は、20モル%以上という3HH組成比率が高いPHA成分を含んでいないと推測され、引裂強度等の機械特性が十分でなく、改善の余地があった。
特開昭57-150393号公報 特開昭59-220192号公報 特開平5-93049号公報 特開平7-265065号公報 国際公開第2011/105379号 国際公開第2015/115619号 国際公開第2019/142845号 国際公開第2017/056442号
H.Arikawa,K.Matsumoto,Microb.Cell.Fact.,15,pp.184 (2016) Y.Doi,S.Kitamura,H.Abe,Macromolecules,28,pp.4822-4823(1995)
以上の通り、P(3HB-co-3HH)を用いて良好な加工性と機械特性の双方を満足する成形体を得ることは困難であった。
本発明は、上記現状に鑑み、優れた加工性と機械特性を両立した共重合ポリヒドロキシアルカン酸を製造する方法を提供することを目的とする。
本発明者は前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、微生物を培養して、特定の組成を有する2種類のポリヒドロキシアルカン酸画分を含む共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物を生産させることで、優れた加工性と機械特性を両立した共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物を取得できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち本発明は、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、製造方法に関する。
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。
本発明によると、優れた加工性と機械特性を両立した共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物を製造することができる。本発明の好適な実施形態によると、製造される共重合ポリヒドロキシアルカン酸混合物は、ハンドリングが容易であり、微生物からの工業的な単離及び精製を容易に実施することができる。
以下に、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
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。
(共重合PHA混合物)
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PHA画分(I)は、少なくとも3HB構造単位及び3HH構造単位を有する共重合PHAを含む画分であり、3HB構造単位及び3HH構造単位以外のヒドロキシアルカン酸構造単位を含むPHAを含んで良いが、好ましくは3HB構造単位及び3HH構造単位以外のヒドロキシアルカン酸構造単位を含まず、3HB構造単位及び3HH構造単位のみを有する共重合PHAを含む画分、即ちP(3HB-co-3HH)を含む画分である。
3HB構造単位及び3HH構造単位以外のヒドロキシアルカン酸構造単位としては、3-ヒドロキシプロピオン酸、3HV、炭素数7~16の3-ヒドロキシアルカン酸、炭素数4~16の2-ヒドロキシアルカン酸、4-ヒドロキシアルカン酸(例えば4-ヒドロキシ酪酸)、5-ヒドロキシアルカン酸、6-ヒドロキシアルカン酸(例えば6-ヒドロキシヘキサン酸)、乳酸などのヒドロキシアルカン酸の構造単位が挙げられるが、これらに限定されない。
PHA画分(I)における平均3HH組成比率は、20モル%以上であり、好ましくは22モル%以上であり、より好ましくは24モル%以上である。該平均3HH組成比率の上限値は、特に限定されないが、好ましくは35モル%以下であり、より好ましくは32モル%以下であり、特に好ましくは30モル%以下である。
前記PHA画分(II)は、3HB構造単位を有するPHAを含む画分である。PHA画分(II)に含まれるPHAは、3HB構造単位のみを有する単独重合体であってもよいし、3HB構造単位とこれ以外のヒドロキシアルカン酸構造単位を有する共重合PHAであってもよい。機械物性を考慮すると、3HB構造単位とこれ以外のヒドロキシアルカン酸構造単位を有する共重合PHAが好ましい。当該共重合PHAとしては、3HB構造単位と、3HV構造単位及び/又は3HH構造単位とを有する共重合PHAが好ましく、3HB構造単位と3HH構造単位を有する共重合PHAがより好ましく、3HB構造単位及び3HH構造単位のみを有する共重合PHA、即ちP(3HB-co-3HH)がさらに好ましい。
PHA画分(II)における平均3HH組成比率は、0モル%以上15モル%以下である。該平均3HH組成比率の下限値は0.1モル%以上が好ましく、1モル%以上がより好ましく、2モル%以上がさらに好ましく、3モル%以上がより更に好ましい。該平均3HH組成比率の上限値は12モル%以下が好ましく、10モル%以下がより好ましい。
前記共重合PHA混合物中に前記PHA画分(I)が占める重量割合は、10%~90%が好ましく、20%~80%がより好ましく、30%~70%が特に好ましい。また、前記共重合PHA混合物中に前記PHA画分(II)が占める重量割合は、10%~90%が好ましく、20%~80%がより好ましく、30%~70%が特に好ましい。
前記共重合PHA混合物全体が示す平均3HH組成比率は、22モル%以下である。該平均3HH組成比率が22モル%を超えると、共重合PHA混合物の粘着性が高くなり、微生物による発酵生産後の共重合PHA混合物の単離及び精製工程において、意図しない凝集塊の形成や、配管又はポンプ設備内への付着又は閉塞などの問題が生じやすくなくなり、共重合PHA混合物の工業的な単離及び精製が困難になる傾向がある。
該混合物から形成される成形体の機械特性と、該混合物の加工特性や工業的なハンドリング性のバランスを考慮すると、前記共重合PHA混合物全体が示す平均3HH組成比率は10~22モル%が好ましく、11~20モル%がより好ましく、12~18モル%がさらに好ましく、13~17モル%が特に好ましい。
(MIBK分画法)
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。
具体的な分画手順を以下に記す。まず共重合PHA混合物約100mgをねじ口試験管に測り取り、MIBK10mlを加えてキャップを閉める。その後、140℃で1~3時間程度振り混ぜながら加温し、共重合PHA混合物を完全に溶解させる。完全に溶解した後、25℃で1分間放置して沸点以下に温度を低下させ、速やかに全ての溶解液を、あらかじめ重量を測定した遠沈管へ移し、キャップを閉める。キャップをした遠沈管をさらに25℃で15分間放置し、溶解物の一部を析出させる。遠心分離(9000rpm、5分間)により、析出物と溶解液を分離し、溶解液を全て、あらかじめ重量を測定したアルミカップへ移す。析出物の残った遠沈管に、MIBKを10ml加えてボルテックスミキサーで混合し、再度遠心分離(9000rpm、5分間)を行い、溶液を前記溶解液の入ったアルミカップへ移す。アルミカップを120℃で30分加熱し、MIBKを揮発させ、溶解物を析出させる。さらに、アルミカップに残った析出物と、遠沈管に残った析出物をそれぞれ、100℃で6時間真空乾燥する。アルミカップに残った析出物をPHA画分(I)として、また、遠沈管に残った析出物をPHA画分(II)としてそれぞれ秤量する。PHA画分(I)とPHA画分(II)の合計重量と、初めに測定した共重合PHA混合物の重量の差が±3%以内であることを確認する。
(共重合PHA混合物が示す融解挙動)
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混合物が示す最も高い融解ピーク温度は、示差走査熱量測定装置を用いて、前記共重合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、最も高温側の融解ピークの温度として測定される。
前記共重合PHA混合物は、最も高温側の融解ピークに加えて、このピークよりも低温側の領域において、別の融解ピークを有していてもよく、例えば100℃以下にも融解ピークを有していてもよい。
(共重合PHA混合物生産微生物)
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混合物生産微生物としては、又は、該微生物が形質転換体である場合、該形質転換体の宿主としては、特に限定されないが、例えば、ラルストニア(Ralstonia)属、カプリアビダス(Cupriavidus)属、ワウテルシア(Wautersia)属、アエロモナス(Aeromonas)属、エシェリキア(Escherichia)属、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、シュードモナス(Pseudomonas)属等に属する細菌類が好ましい例として挙げられる。安全性及びPHA生産性の観点から、より好ましくはラルストニア属、カプリアビダス属、アエロモナス属、ワウテルシア属に属する細菌であり、さらに好ましくはカプリアビダス属又はアエロモナス属に属する細菌であり、さらにより好ましくはカプリアビダス属に属する細菌であり、特に好ましくはカプリアビダス・ネカトール(Cupriavidus necator)である。
前記共重合PHA混合物生産微生物は、平均3HH組成比率が異なる2種類のPHAをそれぞれ効率よく生産できるよう、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PHA合成酵素をコードする遺伝子を有する微生物であることが好ましい。3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAはPHAに含まれる3HH構造単位の前駆体である。前記微生物が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PHA合成酵素をコードする遺伝子を有することで、平均3HH組成比率が大きく異なる2種類のPHAの混合物、即ち前記共重合PHA混合物を当該微生物の細胞内に発酵生産させることができる。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PHA合成酵素をコードする遺伝子を少なくとも2種類有していればよく、前記共重合PHA混合物を発酵生産可能である限りは、前記遺伝子を3種類以上有していても良い。
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PHA合成酵素は特に限定されないが、当該2種類のPHA合成酵素間のアミノ酸配列の配列同一性は90%以下であることが好ましい。より好ましくは80%以下であり、さらに好ましくは70%以下である。一般にPHA合成酵素はダイマー等の多量体を形成して機能すると考えられている。前記2種類のPHA合成酵素間のアミノ酸配列の配列相同性が90%よりも高い場合、当該2種類のPHA合成酵素がヘテロダイマー等を形成し、前記共重合PHA混合物を生産できない可能性が考えられる。
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PHA合成酵素の組合せの具体例としては、例えば、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PHA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PHA合成酵素をコードする遺伝子(A)と、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PHA合成酵素をコードする遺伝子(B)の組合せが挙げられる。
前記遺伝子(A)としては、例えば、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が挙げられ、具体的には、配列番号2又は配列番号3で示されるアミノ酸配列(アエロモナス属細菌に由来するPHA合成酵素変異体のアミノ酸配列)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が挙げられる。前記配列同一性は95%以上が好ましく、97%以上がより好ましく、99%以上が特に好ましく、99.5%以上が最も好ましい。
前記遺伝子(B)としては、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遺伝子が挙げられ、具体的には、配列番号6に記載の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が挙げられる。また、前記遺伝子(B)として、クロモバクテリウム属細菌に由来するPHA合成酵素遺伝子又はその変異体も挙げられ、具体的には、配列番号4又は配列番号5に記載の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が挙げられる。あるいは、前記遺伝子(B)として、バチルス属細菌に由来するPHA合成酵素遺伝子又はその変異体も挙げられ、具体的には、配列番号7及び配列番号8に記載の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が挙げられる。前記遺伝子(B)について上述した各配列同一性は95%以上が好ましく、97%以上がより好ましく、99%以上が特に好ましい。
前記共重合PHA混合物生産微生物は、平均3HH組成比率が高い共重合PHA混合物を効率よく生産するために、該微生物の野生株と比較して、細胞内のPHA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ことが好ましい。具体的には、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形質転換微生物が好ましい。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結果、3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAの供給量が増大し、生産される共重合PHA混合物が示す平均3HH組成比率が高まるものと推測される。
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形質転換微生物としては、例えば特許文献7に記載されているような、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形質転換微生物が挙げられる。前記β-ケトチオラーゼ酵素をコードする遺伝子としては、例えば、配列番号9又は配列番号10に記載の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β-ケトチオラーゼ酵素をコードする遺伝子が挙げられるが、これに限定されない。前記配列同一性は95%以上が好ましく、97%以上がより好ましく、99%以上が特に好ましい。
β-ケトチオラーゼ酵素をコードする遺伝子の発現を抑制するには、例えば、形質転換微生物において当該酵素遺伝子を完全に欠失させる方法、あるいは、当該酵素遺伝子の配列内部に薬剤耐性遺伝子などの全く別の遺伝子を挿入する方法、あるいは、当該酵素遺伝子の配列の一部(好ましくは、酵素活性に関わる領域)を欠失するか、置換、付加又は挿入する方法等が挙げられる。遺伝子破壊操作は、例えば、破壊用遺伝子もしくは破壊用DNAを含むベクターを用いる相同組換え技術、トランスポゾンを利用する技術などを含む。あるいは、別の破壊方法として、標的遺伝子を破壊するためのCRISPR/Cas(例えば、Cas9)システムやTALENによるゲノム編集技術(Y. Wang et al., ACS Synth Biol. 2016, 5(7):721-732;Bogdanove and Voytas,Science,333:1843-1846,2011;Jinek,et al.,Science,337:816-821,2012;Shalem,et al.,Science,343:84-87,2014;Wang,et al.,Science,343:80-84,2014)などの公知の技術が挙げられる。例えばCRISPR/Cas9システムでは、ガイドRNA(gRNA)は破壊すべきβ-ケトチオラーゼ遺伝子の塩基配列の一部に結合しうる配列を有しており、Cas9を標的に運ぶ役割をもつ。また、該当遺伝子周辺の塩基配列の欠失、置換、付加、挿入などの変異により、遺伝子の転写・翻訳効率、mRNAの安定性を低下させるなどして、当該酵素活性を消失または低下させることもできる。
前記共重合PHA混合物生産微生物は、平均3HH組成比率が高い共重合PHA混合物を効率よく生産するために、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ことが好ましい。R体特異的エノイル-CoAヒドラターゼは、微生物細胞内においてへキセノイル-CoAを3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAに変換する機能を有する。このため、前記微生物が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ことによって、3-ヒドロキシヘキサノイル-CoAへの変換量が増大し、結果、生産される共重合PHA混合物が示す平均3HH組成比率が高まるものと推測される。
前記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は、該遺伝子を本来的に有する微生物であってもよいし、外来の該遺伝子が遺伝子工学的手法により導入された微生物であってもよい。
前記外来のR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ活性を持つタンパク質をコードする遺伝子としては、例えば、配列番号11に記載のアミノ酸配列を有するR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼをコードするアエロモナス・キャビエ(Aeromonas caviae)由来の遺伝子、配列番号12又は配列番号13に記載のアミノ酸配列を有するR体特異的エノイル-CoAヒドラターゼをコードするカプリアビダス・ネカトール由来の遺伝子、配列番号14に記載のアミノ酸配列を有する酵素をコードするヤロウィア・リポリティカ由来のMultifunctional enzyme type 2(MFE2)遺伝子、配列番号15に記載のアミノ酸配列を有する酵素をコードするドロソフィラ・メラノガスター由来のMFE2遺伝子、または、配列番号11~15に記載の各アミノ酸配列に対して85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、特に好ましくは99%以上の配列同一性を有し、且つ、R体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ活性を持つタンパク質をコードする遺伝子などが挙げられるが、これらに限定されない。
また、R体特異的エノイル-CoAヒドラターゼ活性を持つタンパク質をコードする遺伝子の発現を強化するために、例えば国際公開第2015/115619号に記載されるように、当該遺伝子の発現を増強するための発現調節配列(プロモーター配列および/またはSD配列)の改変を行ってもよい。
共重合PHA混合物生産微生物が外来の遺伝子を導入されたものである場合、導入遺伝子は、宿主となる微生物が保有する染色体上、あるいはプラスミド、メガプラスミドなどのDNA上に存在しても良い。導入遺伝子の保持という観点から、微生物が保有する染色体あるいはメガプラスミド上に存在するのが好ましく、微生物が保有する染色体上に存在するのがより好ましい。また、宿主となる微生物が元来保持している遺伝子の発現量を増加させる場合には、該遺伝子の上流の塩基配列を置換、欠失または付加すること等により、遺伝子の発現量を増加させてもよい。
微生物が保有するDNA上に任意のDNAを部位特異的に置換または挿入する方法、あるいは微生物が保有するDNAの任意の部位を欠失させる方法は当業者に周知であり、本実施形態に係る形質転換微生物を製造する際に使用できる。特に限定されないが、代表的な方法としては、トランスポゾンと相同組換えの機構を利用した方法(Ohman等,J.Bacteriol.,vol.162:p.1068(1985))、相同組換えの機構によって起こる部位特異的な組み込みと第二段階の相同組換えによる脱落を原理とした方法(Noti等,Methods Enzymol.,vol.154,p.197(1987))、Bacillus subtilis由来のsacB遺伝子を共存させて、第二段階の相同組換えによって遺伝子が脱落した微生物株をシュークロース添加培地耐性株として容易に単離する方法(Schweizer,Mol.Microbiol.,vol.6,p.1195(1992);Lenz等,J.Bacteriol.,vol.176,p.4385(1994))等が挙げられる。また、細胞へのベクターの導入方法としても特に限定されないが、例えば、塩化カルシウム法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール法、スフェロプラスト法等が挙げられる。
なお、遺伝子クローニングや遺伝子組み換え技術については、Sambrook,J. et al.,Molecular Cloning,A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989または2001)などに記載される技術を利用することができる。
導入遺伝子を発現させるためのプロモーターは特に限定されない。カプリアビダス・ネカトールのphaC1遺伝子のプロモーター、phaP1遺伝子のプロモーター、大腸菌に由来するlacプロモーター、lacUV5プロモーター、trcプロモーター、ticプロモーター、tacプロモーター、あるいは人工的に作製された配列番号16で示される大腸菌由来の改変塩基配列を有するlacN17プロモーター、人工的に作製された配列番号17で示される大腸菌由来の改変塩基配列を有するlacN19プロモーター等が使用可能である。
(微生物の培養)
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。
培養時の炭素源としては、前記共重合PHA混合物生産微生物が資化可能であればどのような炭素源でも使用可能である。特に限定されないが、例えば、グルコース、フルクトース、シュークロース、キシロースなどの糖類;パーム油やパーム核油(これらを分別した低融点分画であるパームオレイン、パームダブルオレイン、パーム核油オレインなども含む)、コーン油、やし油、オリーブ油、大豆油、菜種油、ヤトロファ油などの油脂やその分画油類、あるいはその精製副産物;ラウリン酸、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリンスチン酸などの脂肪酸やそれらの誘導体、あるいはグリセロール等が挙げられる。また、前記共重合PHA混合物生産微生物が二酸化炭素、一酸化炭素、メタン、メタノール、エタノールなどのガスやアルコール類を利用可能である場合、これらを炭素源として使用することもできる。
中でも、炭素源は油脂又は脂肪酸を含むことが好ましい。前記油脂としては、植物油又はその分画油類が好ましい。前記油脂又は脂肪酸の鎖長は短い方が好ましく、前記炭素源は炭素数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ことがより好ましく、前記炭素源はヘキサン酸を含むことがさらに好ましい。炭素源に含まれる脂肪酸の炭素数が6~12であると、β酸化における炭素数6の中間代謝物の生成量が多くなり、平均3HH組成比率の高いPHA画分を効率よく得ることができると考えられる。
前記共重合PHA混合物の製造では、上記炭素源、炭素源以外の栄養源である窒素源、無機塩類、その他の有機栄養源を含む培地を用いて、前記微生物を培養することが好ましい。下記に限定されないが、窒素源としては、例えば、アンモニア;塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等のアンモニウム塩;ペプトン、肉エキス、酵母エキス等が挙げられる。無機塩類としては、例えば、リン酸2水素カリウム、リン酸水素2ナトリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム等が挙げられる。その他の有機栄養源としては、例えば、グリシン、アラニン、セリン、スレオニン、プロリン等のアミノ酸、ビタミンB1、ビタミンB12、ビタミンC等のビタミン等が挙げられる。
前記共重合PHA混合物生産微生物の培養を適切な時間行なって微生物細胞内に前記共重合PHA混合物を蓄積させた後、周知の方法を用いて前記共重合PHA混合物を回収する。回収方法については特に限定されないが、工業的には、環境負荷の低い水系における分離・精製による回収が好ましい。例えば、培養終了後、機械的なせん断力を加えたり、界面活性剤やアルカリ、酵素などを用いて細胞を破砕することで、PHA以外の細胞成分が水に溶解した細胞破砕液を得ることができる。前記細胞破砕液の濾過や遠心分離によって前記共重合PHA混合物を水相から分離した後、乾燥させることで、前記共重合PHA混合物を回収することができる。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。なお全体的な遺伝子操作は、例えばMolecular Cloning(Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989))に記載されているように行うことができる。また、遺伝子操作に使用する酵素、クローニング宿主等は、市場の供給者から購入し、その説明に従い使用することができる。なお、酵素としては、遺伝子操作に使用できるものであれば特に限定されない。
(微生物株作製例1)共重合PHA混合物生産微生物株(1)の作製
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。
次に、PHA合成酵素遺伝子破壊用プラスミドベクターpNS2X-sacB+phaC1UDを用いて、以下のようにしてPHA合成酵素遺伝子破壊株の作製を行った。
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。
さらに、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。
次に、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を用いて、以下のようにしてPHA合成酵素遺伝子導入株の作製を行った。
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。
さらに、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。
次に、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::lacN19-NSDG/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A1528遺伝子が存在した位置に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::lacN17-AcNSRe12株(以下、共重合PHA混合物生産微生物株(1)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(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。
(微生物株作製例2)共重合PHA混合物生産微生物株(2)の作製
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。
次に、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を用いて、以下のようにしてPHA合成酵素遺伝子導入株の作製を行った。
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。
次に、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::lac-NSDG/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A1528遺伝子が存在した位置に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::lacN17-AcNSRe12株(以下、共重合PHA混合物生産微生物株(2)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(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。
(微生物株作製例3)共重合PHA混合物生産微生物株(3)の作製
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。
次に、PHA合成酵素遺伝子発現用プラスミドpCUP2-lacN17-AcNSRe12-NSDGをKNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB/dA1528株に導入し、pCUP2-lacN17-AcNSRe12-NSDG/KNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB/dA1528株(以下、共重合PHA混合物生産微生物株(3)と記すこともある。)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。
(微生物株作製例4)共重合PHA混合物生産微生物株(4)の作製
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。
次に、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を用いて、以下のようにしてPHA合成酵素遺伝子導入株の作製を行った。
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。
(微生物株作製例5)共重合PHA混合物生産微生物株(5)の作製
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。
次に、PHA合成酵素遺伝子発現用プラスミドpCUP2-lacN17-RCYB4-NSDGSTを、微生物株作製例3に記載のエレクトロポレーション法によって、KNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB/dA1528株に導入し、pCUP2-lacN17-RCYB4-NSDGST/KNK005dZ/dNSDG/trc-J4b/dbktB/dA1528株(以下、共重合PHA混合物生産微生物株(5)と記すこともある。)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。
(微生物株作製例6)共重合PHA混合物生産微生物株(6)の作製
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。
次に、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::lac-NSDG/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A1528遺伝子が存在した位置に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::lacN17-CsAG株(以下、共重合PHA混合物生産微生物株(6)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(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。
(微生物株作製例7)P(3HB-co-3HH)生産微生物株(1)の作製
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。
(微生物株作製例8)P(3HB-co-3HH)生産微生物株(2)の作製
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。
(微生物株作製例9)P(3HB-co-3HH)生産微生物株(3)の作製
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。
次に、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。
次に、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30)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、国際公開2007/049716号に記載のpCUP2をMunIおよびSpeIで切断したものと連結して、pCUP2-NSDGSTを得た。次に、合成オリゴDNAを用いたPCRによりtrpプロモーターを有するDNA断片(配列番号31)を得た。このDNA断片を制限酵素MunIで消化し、得られたDNA断片を、pCUP2-NSDGSTをMunIで切断したものと、PHA合成酵素をコードする遺伝子がtrpプロモーターの下流に位置する向きに連結して、PHA合成酵素遺伝子発現用プラスミドpCUP2-trp-NSDGSTを得た。
次に、PHA合成酵素遺伝子発現用プラスミドpCUP2-trp-NSDGSTを、微生物株作製例3に記載のエレクトロポレーション法によって、KNK005dZ/NSDGST/trc-J4b/dbktB株に導入し、pCUP2-trp-NSDGST/KNK005dZ/NSDGST/trc-J4b/dbktB株(以下、P(3HB-co-3HH)生産微生物株(3)と記すこともある。)を得た。
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。
(微生物株作製例10)P(3HB-co-3HH)生産微生物株(4)の作製
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。
次に、PHA合成酵素遺伝子発現用プラスミドpCUP2-trp-NSDGSTを、微生物株作製例3に記載のエレクトロポレーション法によって、KNK005dZ/NSDGST/trc-J4b/dbktB/dA1528株に導入し、pCUP2-trp-NSDGST/KNK005dZ/NSDGST/trc-J4b/dbktB/dA1528株(以下、P(3HB-co-3HH)生産微生物株(4)と記すこともある。)を得た。
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。
(実施例1)共重合PHA混合物生産微生物株(1)によるPHA生産
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。
(培地)
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。
前培養培地の組成は1.1w/v% Na2HPO4・12H2O、0.19w/v%KH2PO4、1.29w/v%(NH42SO4、0.1w/v% MgSO4・7H2O、2.5w/v% パームオレインオイル、0.5v/v% 微量金属塩溶液(0.1N塩酸に1.6w/v% FeCl3・6H2O、1w/v% CaCl2・2H2O、0.02w/v% CoCl2・6H2O、0.016w/v% CuSO4・5H2O、0.012w/v% NiCl2・6H2Oを溶かしたもの)とした。
PHA生産培地の組成は0.385w/v% Na2HPO4・12H2O、0.067w/v% KH2PO4、0.291w/v%(NH42SO4、0.1w/v% MgSO4・7H2O、0.5v/v% 微量金属塩溶液(0.1N塩酸に1.6w/v% FeCl3・6H2O、1w/v% CaCl2・2H2O、0.02w/v% CoCl2・6H2O、0.016w/v% CuSO4・5H2O、0.012w/v% NiCl2・6H2Oを溶かしたもの)とした。
(PHA蓄積量割合の測定方法)
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。
(PHA画分(I)及び(II)の重量割合の測定方法)
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。
(平均3HH組成比率の測定方法)
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。
(共重合PHA混合物の融解ピーク温度の測定方法)
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混合物の加工性評価とペレット作製)
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。
(引裂強度の評価)
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)
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。
次に、前培養液を、2.5LのPHA生産培地を入れた5Lジャーファーメンター(丸菱バイオエンジ製MDS-U50型)に5.0v/v%接種した。運転条件は、培養温度33℃、攪拌速度420rpm、通気量2.1L/minとし、pHは6.7~6.8の間でコントロールした。pHコントロールには25%水酸化アンモニウム水溶液を使用した。炭素源は断続的に添加した。炭素源としてはパームオレインオイルを使用した。培養は、乾燥菌体量に対するPHA蓄積量の割合が80%以上に達するまで行った。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は前述のように測定した。結果を表1に示す。
(実施例2)共重合PHA混合物生産微生物株(2)によるPHA生産
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3)共重合PHA混合物生産微生物株(3)によるPHA生産
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4)共重合PHA混合物生産微生物株(4)によるPHA生産
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5)共重合PHA混合物生産微生物株(5)によるPHA生産
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6)共重合PHA混合物生産微生物株(6)によるPHA生産
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。
(比較例1)P(3HB-co-3HH)生産微生物株(1)によるPHA生産
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。
(比較例2)P(3HB-co-3HH)生産微生物株(2)によるPHA生産
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。
(比較例3)P(3HB-co-3HH)生産微生物株(3)によるPHA生産
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。
(比較例4)P(3HB-co-3HH)生産微生物株(4)によるPHA生産
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。
Figure 0007678797000001
表1より、実施例1~6で得られた共重合PHA混合物は、加工性が良好で、エルメンドルフ引裂強度が高く、機械特性に優れたものであった。一方、得られた共重合PHA混合物がPHA画分(I)を含まない比較例1では、エルメンドルフ引裂強度が低い値であった。PHA画分(I)の平均3HH組成比率が20モル%以上ではなかった比較例2では、加工性が不良で、また、エルメンドルフ引裂強度も低い値であった。共重合PHA混合物の平均3HH組成比率が22モル%以下ではなく、また、PHA画分(II)を含まない比較例3及び4では、加工性が不良であった。

Claims (13)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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~のいずれか1項に記載の製造方法。
  6. 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、請求項に記載の製造方法。
  7. 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、請求項に記載の製造方法。
  8. 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、請求項に記載の製造方法。
  9. 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~のいずれか1項に記載の製造方法。
  10. 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~のいずれか1項に記載の製造方法。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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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