JP2008086238A - Method for producing polyhydroxyalkanoate - Google Patents

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俊輔 佐藤
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哲也 長岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fermentation production method of a polyhydroxyalkanoate copolymer (PHA), with which a PHA is improved in 3-hydroxyhexanoic acid (3HH) composition relative to a 3-hydroxybutyric acid (3HB) composition, without causing the polymer content in cells to be reduced in the production of the PHA and preferably, a fermentation production method of PHA that uses Cupriavidus necator which is a safe producing microorganism , does not use expensive fatty acids, maintains a polymer content at 65 wt.% or higher which is high level, as well as, controls the 3HH composition so that it rises, in the fermentation production of P(3HB-co-3HH) where the 3HH composition is 7 mol% or higher. <P>SOLUTION: The fermentation production method of PHA, comprises using Cupriavidus necator which produces a polyhydroxyalkanoate, containing 3HB and 3HH monomer units and having an inactivated phbA gene, and a carbon source used further contains butyric acid and/or butanol. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、微生物を用いて製造される3−ヒドロキシ酪酸(以下、3HBとも記す)及び3−ヒドロキシヘキサン酸(以下、3HHとも記す)のモノマーユニットを含有するポリヒドロキシアルカノエート共重合体(以下、PHAとも記す)並びにその製造方法に関し、さらに詳しくは、3−ヒドロキシブチレート単位と3−ヒロドキシヘキサノエート単位との共重合比率をコントロールする方法に関する。 The present invention relates to a polyhydroxyalkanoate copolymer (hereinafter referred to as 3-hydroxybutanoic acid (hereinafter also referred to as 3HB) and 3-hydroxyhexanoic acid (hereinafter also referred to as 3HH) monomer units produced using a microorganism. In particular, the present invention relates to a method for controlling the copolymerization ratio of 3-hydroxybutyrate units and 3-hydroxyhexanoate units.

PHAは、広範な微生物によって生成されるポリエステルの1種である。PHAは生分解性を有すること、熱可塑性高分子であること、及び、再生可能資源から産生されることから、環境調和型素材或い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において、エネルギー貯蔵物質としてポリエステルを菌体内に蓄積することが知られている。その代表例が3HBのホモポリマーであるポリ−3−ヒドロキシ酪酸(以下、P(3HB)とも記す)であり、1925年にBacillus megaterium内で最初に発見された。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、環境にやさ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、硬くて脆い性質を持っていることから実用的には応用範囲が限られる。この為、この性質の改良を目的とした研究がなされてきた。
PHA is a kind of polyester produced by a wide range of microorganisms. Since PHA is biodegradable, is a thermoplastic polymer, and is produced from renewable resources, it is industrially produced as an environmentally conscious material or a biocompatible material and used in various industries. Attempts have been made.
To date, it has been known that polyesters accumulate in cells as an energy storage substance in many microorganisms. A typical example is poly-3-hydroxybutyric acid (hereinafter also referred to as P (3HB)), which is a homopolymer of 3HB, and was first discovered in 1925 in Bacillus megaterium. P (3HB) is a thermoplastic polymer and is biologically decomposed in the natural environment, and thus has attracted attention as an environmentally friendly plastic. However, since P (3HB) has high crystallinity, it has a hard and brittle nature, so its practical application range is limited. For this reason, research aimed at improving this property has been conducted.

その中で、3−ヒドロキシ酪酸(3HB)と3−ヒドロキシ吉草酸(以下、3HVとも記す)とからなる共重合体(以下、P(3HB−co−3HV)とも記す)の製造方法が開示されている(例えば特許文献1、特許文献2)。この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)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、特にフィルム等へ加工するために要求される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っ手等、硬質成型体の限られた分野にしか利用されなかった。 Among them, a method for producing a copolymer (hereinafter also referred to as P (3HB-co-3HV)) comprising 3-hydroxybutyric acid (3HB) and 3-hydroxyvaleric acid (hereinafter also referred to as 3HV) is disclosed. (For example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Since P (3HB-co-3HV) is more flexible than P (3HB), it was considered that it could be applied to a wide range of applications. However, actually, even if the 3HV mole fraction of P (3HB-co-3HV) is increased, the change in physical properties associated therewith is poor, and in particular, the flexibility required for processing into a film or the like does not improve. It was used only in limited fields such as shampoo bottles and disposable razor handles.

近年、3HBと3HHからなる共重合体(以下、P(3HB−co−3HH)とも記す)及びその製造方法について研究がなされた(特許文献3、特許文献4)。これら報告におけるP(3HB−co−3HH)の製造方法は、土壌より単離されたAeromonas caviaeを用い、オレイン酸等の脂肪酸やオリーブオイル等の油脂を炭素源として発酵生産するものであった。また、P(3HB−co−3HH)の物性に関する研究もなされている(非特許文献1)。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Aeromonas caviaeを培養し、3HH組成比が11〜19mol%のP(3HB−co−3HH)を発酵生産している。このP(3HB−co−3HH)は3HH組成の増加にしたがって、P(3HB)の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、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つため、テレビの筐体等のように硬さを要求されるもの(低3HH組成)から、フィルム等のように柔軟性を要求されるもの(高3HH組成)まで、幅広い分野への応用が期待できる。しかしながら、前記製造方法では菌体生産量4g/L、ポリマー含量が30重量%とポリマー生産性は低いものであり、P(3HB−co−3HH)の実用化に向けた生産方法としては未だ不十分と言わざるを得なかったため、実用化に向けて更に高いポリマー含量が得られる方法が探索されている。 In recent years, research has been conducted on a copolymer comprising 3HB and 3HH (hereinafter also referred to as P (3HB-co-3HH)) and a method for producing the same (Patent Document 3 and Patent Document 4). The production method of P (3HB-co-3HH) in these reports was to fermentate and produce Aeromonas caviae isolated from soil using fatty acids such as oleic acid and fats and oils such as olive oil as a carbon source. Studies on the physical properties of P (3HB-co-3HH) have also been made (Non-Patent Document 1). In this report, Aeromonas caviae is cultured using a fatty acid having 12 or more carbon atoms as a sole carbon source, and P (3HB-co-3HH) having a 3HH composition ratio of 11 to 19 mol% is produced by fermentation. This P (3HB-co-3HH) gradually becomes more flexible from the hard and brittle nature of P (3HB) as the 3HH composition increases, and the flexibility exceeds P (3HB-co-3HV). It was made clear to show. In other words, P (3HB-co-3HH) has a wide range of physical properties that can be applied from hard polymers to soft polymers by changing the 3HH composition. The composition can be expected to be applied in a wide range of fields, from films to films that require flexibility (high 3HH composition). However, in the above production method, the yield of bacterial cells is 4 g / L, the polymer content is 30% by weight, and the polymer productivity is low. Since it must be said that it is sufficient, a method for obtaining a higher polymer content for practical use is being sought.

P(3HB−co−3HH)の工業生産を目指した取組みもなされている。Aeromonas hydrophilaを用いた培養では、オレイン酸を炭素源とした43時間の流加培養において、菌体量95.7g/L、ポリマー含量45.2重量%、3HH組成17mol%のP(3HB−co−3HH)が生産された(非特許文献2)。また、炭素源としてグルコース及びラウリン酸を用いてAeromonas hydrophilaの培養をし、菌体量50g/L、ポリマー含量50重量%を達成した(非特許文献3)。しかしながら、Aeromonas hydrophilaはヒトに対して病原性を有する(非特許文献4)ことから、工業生産に適した種とはいえない。また、これらの培養生産では高価な炭素源を使用するため、製造コストの観点より安価な炭素源の利用も求められている。さらには、ポリマー含量も50重量%以下と低い。
このため、安全な宿主での生産及び生産性の向上を目指した取組みが行なわれた。Aeromonas caviaeよりクローニングされたポリヒドロキシアルカン酸(PHA)合成酵素遺伝子をCupriavidus nacator(旧分類:Ralstonia eutropha,Alcaligenes eutrophus)に導入した形質転換体を用いてP(3HB−co−3HH)の生産を行った結果、オクタン酸を炭素源として菌体生産性は菌体量4g/L、ポリマー含量は30重量%、3HH組成は22mol%であった(特許文献5、非特許文献5)。更に前記形質転換体を、炭素源として植物油脂を用いて培養した結果、菌体量4g/L、ポリマー含量80重量%が達成された(非特許文献6)。しかしながら、前記製造方法は安価な植物油脂を炭素源とするものの、ポリマーの生産性は低く、該ポリマーの3HH組成は5mol%であった。また、フラクトースを炭素源としてP(3HB−co−3HH)生産できるCupriavidus nacatorも構築されたが、本菌株のP(3HB−co−3HH)生産におけるポリマー含量は50重量%、3HH組成は1.5mol%と低く、実生産に適しているとはいえなかった(非特許文献7)。
Efforts aimed at industrial production of P (3HB-co-3HH) have also been made. In the culture using Aeromonas hydrophila, P (3HB-co) with a cell amount of 95.7 g / L, a polymer content of 45.2% by weight, a 3HH composition of 17 mol% in fed-batch culture for 43 hours using oleic acid as a carbon source. -3HH) was produced (Non-Patent Document 2). In addition, Aeromonas hydrophila was cultured using glucose and lauric acid as a carbon source to achieve a cell amount of 50 g / L and a polymer content of 50% by weight (Non-patent Document 3). However, Aeromonas hydrophila has pathogenicity to humans (Non-Patent Document 4), and thus cannot be said to be a suitable species for industrial production. In addition, since an expensive carbon source is used in these culture productions, utilization of an inexpensive carbon source is also required from the viewpoint of manufacturing cost. Furthermore, the polymer content is as low as 50% by weight or less.
For this reason, efforts were made to improve production and productivity in a safe host. Production of P (3HB-co-3HH) using a transformant in which a polyhydroxyalkanoic acid (PHA) synthase gene cloned from Aeromonas caviae was introduced into Cupriavidus nacator (formerly Ralstonia eutropha, Alcaligenes eutrophus) As a result, the cell productivity was 4 g / L, the polymer content was 30% by weight, and the 3HH composition was 22 mol% using octanoic acid as a carbon source (Patent Document 5, Non-Patent Document 5). Furthermore, as a result of culturing the transformant using vegetable oil as a carbon source, a bacterial cell amount of 4 g / L and a polymer content of 80% by weight were achieved (Non-patent Document 6). However, although the said manufacturing method uses cheap vegetable fats and oils as a carbon source, the productivity of a polymer is low and the 3HH composition of this polymer was 5 mol%. In addition, a Cupriavidus nacator capable of producing P (3HB-co-3HH) using fructose as a carbon source was also constructed. The polymer content of this strain in the production of P (3HB-co-3HH) was 50% by weight, and the composition of 3HH was 1. It was as low as 5 mol% and could not be said to be suitable for actual production (Non-patent Document 7).

大腸菌を宿主としたP(3HB−co−3HH)生産株も構築された。Aeromonas属のPHA合成酵素遺伝子、Cupriavidus nacatorのNADP−アセトアセチルCo−A還元酵素遺伝子等を大腸菌に導入した株が構築された。ドデカンを炭素源として同大腸菌を40.8時間培養した結果、菌体量79g/L、ポリマー含量27.2重量%、3HH組成比10.8mol%であった(非特許文献8)。Aeromonas caviaeのPHA合成酵素遺伝子、エノイルCoAヒドラターゼ遺伝子及びアシルCoAデヒドロゲナーゼ遺伝子を導入した大腸菌も構築された。ラウリン酸を含む培地で該大腸菌を培養すると、菌体生産性は菌体量約1g/L、ポリマー含量約16重量%、3HH組成約16mol%であった(非特許文献9)。しかしながら、これらの大腸菌ではポリマー含量が低く、工業的生産への適用は困難であった。 A P (3HB-co-3HH) producing strain using E. coli as a host was also constructed. A strain was constructed in which the PHA synthase gene of the genus Aeromonas, the NADP-acetoacetyl Co-A reductase gene of Cupriavidus nucleator and the like were introduced into Escherichia coli. As a result of culturing the Escherichia coli for 40.8 hours using dodecane as a carbon source, the amount of cells was 79 g / L, the polymer content was 27.2% by weight, and the 3HH composition ratio was 10.8 mol% (Non-patent Document 8). An Escherichia coli into which the PHA synthase gene, enoyl CoA hydratase gene and acyl CoA dehydrogenase gene of Aeromonas caviae were introduced was also constructed. When the Escherichia coli was cultured in a medium containing lauric acid, the cell productivity was about 1 g / L, the polymer content was about 16% by weight, and the 3HH composition was about 16 mol% (Non-patent Document 9). However, these Escherichia coli has a low polymer content and is difficult to apply to industrial production.

P(3HB−co−3HH)の生産性向上並びに3HH組成制御を目指して、PHA合成酵素の人為的な改変が行なわれた(非特許文献10)。Aeromonas caviae由来のPHA合成酵素変異体のなかで、149番目のアミノ酸アスパラギンがセリンに置換された変異体酵素や、171番目のアスパラギン酸がグリシンに置換された変異体酵素は、大腸菌内でのPHA合成酵素活性や3HH組成が向上していることが報告されている。しかし、これらは未だポリマー含量が約13重量%と低いことから、これらの変異体酵素の特徴を活かした工業的生産に向けた更なる改良が必要であった。
T.Fukui等が作製した、Cupriavidus nacatorを宿主としてP(3HB−co−3HH)を生産した菌株に導入されていたPHA合成酵素発現プラスミドは、pJRD215(ATCC 37533)にポリエステル合成酵素遺伝子やD−エノイルCo−Aヒドラターゼ遺伝子等を導入したpJRDEE32やpJRDEE32d13等(特許文献5参照)であった。本菌株の菌体量は4g/Lと低かったが、植物油脂を炭素源とした前記菌株の培養条件改善により、菌体量45g/L、ポリマー含量62.5重量%、3HH組成8.1mol%にまで向上したように、培養方法によって高3HH組成のP(3HB−co−3HH)を生産する方法も研究された(特許文献6)。
また、P(3HB−co−3HH)の物性を制御する方法も開示されている(特許文献6)。少なくとも2種類の炭素数の異なる油脂および/または脂肪酸を炭素源として用いることによって、3HH組成が1〜40mol%のポリエステルを生産することが可能となり、種々の物性を有する(3HB−co−3HH)が生産できるようになった。しかしながら、本製造方法では、3HH組成制御のために比較的高価なヘキサン酸、オクタン酸等を添加する必要があり、また高濃度のヘキサン酸は細胞毒性を示すことから菌体生産性が低下する結果となっている。また、多成分の炭素源を添加するため、生産設備が複雑・高価なものになりかねない。
In order to improve the productivity of P (3HB-co-3HH) and control the 3HH composition, artificial modification of PHA synthase was performed (Non-patent Document 10). Among the mutants of PHA synthase derived from Aeromonas caviae, a mutant enzyme in which the 149th amino acid asparagine is replaced with serine, and a mutant enzyme in which the 171st aspartic acid is replaced with glycine are PHA in E. coli. It has been reported that synthase activity and 3HH composition are improved. However, since these polymers still have a low polymer content of about 13% by weight, further improvements for industrial production utilizing the characteristics of these mutant enzymes were necessary.
T.A. A PHA synthase expression plasmid introduced into a strain that produced P (3HB-co-3HH) using Cupriavidus nacator as a host produced by Fukui et al. Was found in pJRD215 (ATCC 37533) as a polyester synthase gene or D-enoyl Co -PJRDEE32, pJRDEE32d13, etc. into which A hydratase gene or the like was introduced (see Patent Document 5). Although the bacterial mass of this strain was as low as 4 g / L, by improving the culture conditions of the strain using vegetable oil as a carbon source, the bacterial mass was 45 g / L, the polymer content was 62.5% by weight, and the 3HH composition was 8.1 mol. As a result, a method for producing P (3HB-co-3HH) having a high 3HH composition by a culture method was also studied (Patent Document 6).
A method for controlling the physical properties of P (3HB-co-3HH) is also disclosed (Patent Document 6). By using at least two types of fats and oils and / or fatty acids having different numbers of carbons as a carbon source, it becomes possible to produce a polyester having a 3HH composition of 1 to 40 mol% and have various physical properties (3HB-co-3HH). Can be produced. However, in this production method, it is necessary to add relatively expensive hexanoic acid, octanoic acid or the like for 3HH composition control, and high concentration hexanoic acid exhibits cytotoxicity, so that the cell productivity decreases. It is the result. In addition, since a multi-component carbon source is added, production facilities can be complicated and expensive.

さらに、酪酸やブタノールの代謝に関与する遺伝子を組み込んだ大腸菌にて、グルコースと酪酸またはブタノールからPHBHを生産させた方法も開示されているが、3HH組成は1〜3mol%程度であった。(特許文献7)。
上記の様に、様々なPHAの生産検討が行なわれてきたが、PHAの3HH組成を高くする様にコントロールするには高価なヘキサン酸やオクタン酸などの脂肪酸を炭素源にしなければならなかった。また、P(3HB−co−3HH)に限らず、他のPHAの生産菌においても、生産菌の安全性や、PHAの生産性など、柔軟性に富むPHAの工業生産には多くの課題が残されている。
何れにしても、これまでのP(3HB−co−3HH)の発酵生産では、ポリマー含量が低い、3HH組成が5mol%以下と低い、高価な炭素源を必要とする、宿主の人への安全性が低いなどの問題があった。
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 特開平10−108682号公報 特開2001−340078号公報 米国特許6593116号明細書 Y.Doi,S.Kitamura,H.Abe,Macromolecules 28,4822−4823(1995) Biotechnology and Bioengineering,vol.67,240(2000) Appl.Microbiol.Biotechnol,vol.57,50(2001) 国立感染症研究所、病原体等安全管理規定、別表1付表1(1999) T.Fukui,Y.Doi,J.Bacteriol,179,15,4821−4830(1997) T.Fukui等,Appl.Microbiol.Biotecnol.49,333(1998) T.Fukui等,Biomolecules,vol.3,618(2002) S.Park等 Biomacromolecules,vol.2,248(2001) X.Lu等、FEMS Microbiology Letters,vol.221,97(2003) T.Kichise等、Appl.Environ.Microbiol.68,2411−2419(2002)
Furthermore, a method of producing PHBH from glucose and butyric acid or butanol in Escherichia coli incorporating a gene involved in butyric acid or butanol metabolism is also disclosed, but the 3HH composition was about 1 to 3 mol%. (Patent Document 7).
As described above, various PHA production studies have been conducted, but expensive fatty acids such as hexanoic acid and octanoic acid had to be used as a carbon source in order to control the PHA to have a high 3HH composition. . Further, not only P (3HB-co-3HH) but also other PHA producing bacteria, there are many problems in the industrial production of PHA with high flexibility such as the safety of producing bacteria and the productivity of PHA. It is left.
In any case, the conventional fermentative production of P (3HB-co-3HH) requires an expensive carbon source with a low polymer content and a low 3HH composition of 5 mol% or less. There were problems such as low nature.
JP-A-57-150393 JP 59-220192 A JP-A-5-93049 JP 7-265065 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-108682 JP 2001-340078 A US Pat. No. 6,593,116 Y. Doi, S .; Kitamura, H .; Abe, Macromolecules 28, 4822-4823 (1995). Biotechnology and Bioengineering, vol. 67, 240 (2000) Appl. Microbiol. Biotechnol, vol. 57, 50 (2001) National Institute of Infectious Diseases, Safety Management Regulations for Pathogens, Attached Table 1 Appendix 1 (1999) T.A. Fukui, Y .; Doi, J .; Bacteriol, 179, 15, 4821-4830 (1997) T.A. Fukui et al., Appl. Microbiol. Biotecnol. 49,333 (1998) T.A. Fukui et al., Biomolecules, vol. 3,618 (2002) S. Park et al., Biomacromolecules, vol. 2,248 (2001) X. Lu et al., FEMS Microbiology Letters, vol. 221, 97 (2003) T.A. Kichise et al., Appl. Environ. Microbiol. 68, 2411-2419 (2002)

本発明の目的は、3HB及び3HHを含有するPHAにおいて、菌体中のポリマー含量を低下させずに、3HB組成に対する3HH組成が向上したPHAの発酵生産方法を提供することである。好ましくは3HH組成が7mol%以上のP(3HB−co−3HH)の発酵生産において、安全な生産菌であるCupriavidus necatorを用い、高価な脂肪酸を使用せず、ポリマー含量を65重量%以上と高水準に維持し且つ3HH組成が上昇する様にコントロールできる発酵生産方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a method for fermentative production of PHA having an improved 3HH composition relative to the 3HB composition without reducing the polymer content in the cells in the PHA containing 3HB and 3HH. Preferably, in the fermentative production of P (3HB-co-3HH) having a 3HH composition of 7 mol% or more, a safe producing bacterium, Cupriavidus necator, is used, an expensive fatty acid is not used, and the polymer content is as high as 65 wt% or more. It is to provide a fermentation production method that can be controlled to maintain the level and increase the 3HH composition.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、Cupriavidus necatorが保有するβケトチオラーゼ遺伝子(phbA遺伝子)の不活性化を行い、炭素源として酪酸及び/又はブタノールを必ず使用し、培養する事によって、効果的に3HB組成に対する3HH組成比率の向上したPHAが生成し、蓄積する事を見出し、また、炭素源中の酪酸及び/又はブタノールの含有量をコントロールする事で3HH組成をコントロール可能である事を見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の第一は、3−ヒドロキシ酪酸(以下、3HBとも記す)及び3−ヒドロキシヘキサン酸(以下、3HHとも記す)のモノマーユニットを含有したポリヒドロキシアルカノエート共重合体(以下PHAとも記す)を生産可能であり、且つphbA遺伝子が不活性化されていることを特徴とするCupriavidus necatorを用い、さらに使用する炭素源が酪酸及び/又はブタノールを含むことを特徴とするPHAの発酵生産方法に関する。好ましい実施態様は、PHAが3HBと3HHのモノマーユニットのみからなるポリヒドロキシアルカノエート共重合体(以下、P(3HB−co−3HH)とも記す)であることを特徴とする上記記載の発酵生産方法に関する。より好ましくは、炭素源中の酪酸及び/又はブタノールの含有量を調整することにより、PHAの3HH組成比を上昇させることを特徴とする上記記載の発酵生産方法、更に好ましくは、炭素源全体中、酪酸及び/又はブタノールの含有量が、酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源100重量部に対して5〜40重量部であることを特徴とする上記記載の発酵生産方法、最も好ましくは、酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源が、炭素数6以上の脂肪酸又は植物油脂であることを特徴とする上記記載の発酵生産方法、に関する。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors inactivate the β-ketothiolase gene (phbA gene) possessed by Cupriavidus necator and always use butyric acid and / or butanol as a carbon source. By culturing, it was found that PHA having an improved 3HH composition ratio relative to 3HB composition was generated and accumulated, and 3HH was controlled by controlling the content of butyric acid and / or butanol in the carbon source. The present inventors have found that the composition can be controlled and have completed the present invention.
That is, the first of the present invention is a polyhydroxyalkanoate copolymer (hereinafter also referred to as PHA) containing monomer units of 3-hydroxybutyric acid (hereinafter also referred to as 3HB) and 3-hydroxyhexanoic acid (hereinafter also referred to as 3HH). And the fermentative production of PHA, wherein the carbon source to be used contains butyric acid and / or butanol, and is characterized in that the phbA gene is inactivated. Regarding the method. In a preferred embodiment, the PHA is a polyhydroxyalkanoate copolymer (hereinafter also referred to as P (3HB-co-3HH)) comprising only 3HB and 3HH monomer units. About. More preferably, the 3HH composition ratio of PHA is increased by adjusting the content of butyric acid and / or butanol in the carbon source, and more preferably in the whole carbon source. The fermentation production method as described above, wherein the content of butyric acid and / or butanol is 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a carbon source other than butyric acid and / or butanol, most preferably butyric acid And / or the carbon source other than butanol is a fatty acid having 6 or more carbon atoms or a vegetable oil, wherein the fermentation production method is described above.

以下、本発明につき、さらに詳細に説明する。
本発明における3HBと3HHのモノマーユニットを含有するPHAとは、化学式(1)(式中のl、m及びnはポリマーのモノマー単位を表し、1以上の整数。Rは炭素数2又は4以上13以下であるアルキル基を表し、Rが複数ある場合、ポリマー中同一でもよいし、異なっていても良い。)に示されるような3HBと3HHのモノマーユニットを含有するポリヒドロキシアルカノエート共重合体である。本発明において、柔軟性に富むPHAの生産という観点及び3HH組成比をコントロールするという観点からは、3HH組成比が7.5〜12mol%であることが好ましい。
より好ましくは、以下の化学式(2)(式中のm及びnはポリマーのモノマー単位を表し、1以上の整数)に示すような3−ヒロドキシ酪酸(3HB)と3−ヒロドキシヘキサン酸(3HH)のみをモノマー単位とする共重合体であるP(3HB−co−3HH)である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
PHA containing 3HB and 3HH monomer units in the present invention is represented by chemical formula (1) (wherein l, m and n represent monomer units of the polymer and are integers of 1 or more. R 1 has 2 or 4 carbon atoms. A polyhydroxyalkanoate containing a monomer unit of 3HB and 3HH as shown in the above formula, wherein the alkyl group is 13 or less, and when there are a plurality of R 1 s , they may be the same or different in the polymer. It is a polymer. In the present invention, the 3HH composition ratio is preferably 7.5 to 12 mol% from the viewpoint of production of PHA having high flexibility and from the viewpoint of controlling the 3HH composition ratio.
More preferably, 3-hydroxybutyric acid (3HB) and 3-hydroxyhexanoic acid (3HB) as shown in the following chemical formula (2) (wherein m and n represent monomer units of the polymer and are integers of 1 or more) P (3HB-co-3HH) which is a copolymer having only 3HH) as a monomer unit.

Figure 2008086238
Figure 2008086238

本発明において、前記PHAを合成可能な宿主とは、ポリメラーゼ遺伝子やβ−ケトチオラーゼ遺伝子などのPHA合成関連遺伝子が元来発現し、酪酸及び/又はブタノールを炭素源に生育でき、その結果PHAを産生し得る微生物であれば特に限定はないが、天然から単離された微生物や、遺伝子操作された微生物等を使用できる。具体的にはラルストニア(Ralstonia)属、カプリアビダス(Cupriavidus)属、ワウテルシア(Wautersia)属、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、シュードモナス(Pseudomonas)属等の細菌類を使用することができる。安全性及び生産性の観点から好ましくはラルストニア属、カプリアビダス属、ワウテルシア属であり、本発明においてはCupriavidus necator(分類学上、Ralstonia eutropha、Wautersia eutrophaと同一)を用いる。勿論、前記微生物を人工的突然変異処理して得られる変異株、遺伝子工学的手法により変異処理された類縁菌株も使用できる。 In the present invention, the host capable of synthesizing PHA originally expresses PHA synthesis-related genes such as a polymerase gene and β-ketothiolase gene, and can grow butyric acid and / or butanol on a carbon source, resulting in production of PHA. The microorganism is not particularly limited as long as it can be used, but a microorganism isolated from nature, a genetically engineered microorganism, and the like can be used. Specifically, bacteria such as Ralstonia genus, Capriavidus genus, Wautersia genus, Alcaligenes genus, Pseudomonas genus and the like can be used. From the viewpoint of safety and productivity, the genus Ralstonia, Capriavidas, and Wautercia are preferable, and in the present invention, Cupriavidus nector (taxonically identical to Ralstonia eutropha and Watersia eutropha) is used. Of course, mutant strains obtained by artificial mutation treatment of the above-mentioned microorganisms and related strains mutant-treated by genetic engineering techniques can also be used.

前記ポリメラーゼ遺伝子とは、Aeromonas caviae由来のphaC遺伝子などが挙げられ、3−ヒドロキシヘキサノイルCoAを基質とし3HH組成比の高いPHAを産生させる観点からは、Aeromonas caviae由来のphaC遺伝子が好ましい。さらにポリメラーゼ遺伝子としては、上記以外にAeromonas punctata由来phaC遺伝子、Aeromonas hydrophila由来phaC遺伝子などが挙げられる。
本発明においてCupriavidus necatorを宿主として使用する場合、前記野生株は3−ヒロドキシヘキサノイルCoAをPHAへと変換させる事が殆どできない性質である為、Cupriavidus necatorが持つPHA合成酵素遺伝子(phbC遺伝子)よりも、3−ヒドロキシヘキサノイルCoAをPHAへと変換する能力の高い酵素を発現する遺伝子を、染色体への挿入したり、プラスミドベクターなどで導入する事で、細胞内にて合成された3−ヒドロキシヘキサノイルCoAをポリ−3−ヒドロキシヘキサン酸(以下、P(3HH)とも記す)へと変換する効率を向上する様に操作している。P(3HH)へと変換する能力の高い酵素を発現する遺伝子としては、Aeromonas caviae由来のphaC遺伝子が好ましい。
Examples of the polymerase gene include a phaC gene derived from Aeromonas caviae. From the viewpoint of producing PHA having a high 3HH composition ratio using 3-hydroxyhexanoyl CoA as a substrate, a phaC gene derived from Aeromonas caviae is preferable. Furthermore, examples of the polymerase gene include Aeromonas punctata-derived phaC gene, Aeromonas hydrophila-derived phaC gene and the like.
In the present invention, when Cupriavidus necator is used as a host, the wild strain has a property that 3-hydroxyhexanoyl CoA can hardly be converted into PHA. Therefore, the PHA synthase gene (phbC gene) possessed by Cupriavidus necator 3) synthesized in a cell by inserting a gene expressing an enzyme having a higher ability to convert 3-hydroxyhexanoyl CoA into PHA into a chromosome or introducing it with a plasmid vector or the like 3 -It operates to improve the efficiency of converting hydroxyhexanoyl CoA into poly-3-hydroxyhexanoic acid (hereinafter also referred to as P (3HH)). As a gene expressing an enzyme having a high ability to convert to P (3HH), the phaC gene derived from Aeromonas caviae is preferable.

また、目的とする酵素活性が失われない範囲内でアミノ酸配列が改変するようにそれらの遺伝子の塩基配列の一部を改変したものも使用することができる。例えば、Kichise等、Appl.Environ.Microbiol.,68:2411−2419(2002)に記載されている、149番目のアミノ酸のアスパラギンがセリンに置換されたアエロモナス・キャビエ由来であるPHA合成酵素遺伝子(N149S変異体遺伝子)、171番目のアミノ酸のアスパラギン酸がグリシンに置換されたアエロモナス・キャビエ由来であるPHA合成酵素遺伝子(D171G変異体遺伝子)、または、上記の2つのアミノ酸置換が組み合わされたアエロモナス・キャビエ由来であるPHA合成酵素遺伝子等を好ましく用いることができる。本発明で用いるポリメラーゼ遺伝子としては、アエロモナス・キャビエ由来の酵素又は変異体をコードするものが好ましく、149番目のアミノ酸のアスパラギンをセリンに、かつ171番目のアミノ酸のアスパラギン酸をグリシンに置換したアエロモナス・キャビエ由来の変異体酵素をコードするもの(N149S/D171G変異体)がより好ましい。 Moreover, what modified a part of the base sequence of those genes so that an amino acid sequence may modify | change within the range in which the target enzyme activity is not lost can also be used. For example, Kichise et al., Appl. Environ. Microbiol. 68: 2411-2419 (2002), the PHA synthase gene (N149S mutant gene) derived from Aeromonas caviae in which the asparagine of the 149th amino acid is substituted with serine, the asparagine of the 171st amino acid A PHA synthase gene (D171G mutant gene) derived from Aeromonas caviae in which the acid is replaced with glycine, or a PHA synthase gene derived from Aeromonas caviae in which the above two amino acid substitutions are combined is preferably used. be able to. The polymerase gene used in the present invention is preferably one that encodes an enzyme or mutant derived from Aeromonas caviae, wherein Aeromonas 149 is substituted with serine for the 149th amino acid asparagine and glycine for the 171st amino acid aspartic acid. Those encoding a mutant enzyme derived from Cavier (N149S / D171G mutant) are more preferred.

また前記β−ケトチオラーゼ遺伝子とは、βケトチオラーゼ活性を持つタンパク質をコードする遺伝子であれば特に限定はないが、例えばphbA遺伝子、bktB遺伝子などが挙げられる(S.SLATER等,J. of Bacteriology,Apr,p.1979−1987,vol.180,No.8,1998)。
本発明においてCupriavidus necatorを使用する場合は、Cupriavidus necatorが有する数々のβ−ケトチオラーゼ遺伝子の中で特にphbA遺伝子を不活性化する事によって、3HH比率をさらに高くすることができる。phbA遺伝子を不活性化すると、phbA遺伝子から発現されるアセトアセチルCoAチオラーゼによって触媒されるアセチルCoAの二量化によるアセトアセチルCoAの生産を行う代謝経路を遮断する事ができるためと考える。アセトアセチルCoAは3HBのモノマー合成経路の中間体である事から、アセトアセチルCoAの生産経路の1つを遮断する事で3HBの比率が低下し、3HH組成比率が向上する。
The β-ketothiolase gene is not particularly limited as long as it is a gene encoding a protein having β-ketothiolase activity, and examples thereof include phbA gene and bktB gene (S. SLATER et al., J. of Bacteriology, Apr. , P. 1979-1987, vol. 180, No. 8, 1998).
In the case of using Cupriavidus necator in the present invention, the 3HH ratio can be further increased by inactivating the phbA gene among a number of β-ketothiolase genes possessed by Cupriavidus necator. It is thought that inactivation of the phbA gene can block a metabolic pathway that produces acetoacetyl CoA by dimerization of acetyl CoA catalyzed by acetoacetyl CoA thiolase expressed from the phbA gene. Since acetoacetyl CoA is an intermediate in the 3HB monomer synthesis pathway, blocking one of the acetoacetyl CoA production pathways reduces the 3HB ratio and improves the 3HH composition ratio.

β−ケトチオラーゼ遺伝子を不活性化するには、通常の変異処理方法が採用できる。その変異処理方法としては、公知の方法、例えば遺伝子操作による方法、細胞に変異源性のある薬剤を接触させる方法、またX線、紫外線、放射線、光などを照射する方法などを挙げることができる。前記の薬剤を接触させる方法に用いられる薬剤としては、例えばN−メチル−N’−ニトロソグアニジン(NTG)、メタンスルホン酸エチル(EMS)などを挙げることができる。 In order to inactivate the β-ketothiolase gene, a usual mutation treatment method can be employed. Examples of the mutation treatment method include a known method, for example, a method by genetic manipulation, a method of contacting a cell with a mutagenic agent, a method of irradiating X-rays, ultraviolet rays, radiation, light, etc. . Examples of the drug used in the method for contacting the drug include N-methyl-N′-nitrosoguanidine (NTG) and ethyl methanesulfonate (EMS).

β−ケトチオラーゼ遺伝子を特異的に不活性化させる方法としては、遺伝子操作による染色体遺伝子置換法がある。この方法によれば、目的以外の遺伝子に損傷を与えることなく、目的遺伝子のみを不活性化させることができ、目的遺伝子以外の合成経路に変動を与えることがないことから、この方法が特に好ましい。具体的には、β−ケトチオラーゼ遺伝子の発現領域を含む遺伝子断片をクローニングし、β−ケトチオラーゼ活性が欠損又は減少するようにDNA配列の変更を施して改変遺伝子を構築する。この改変遺伝子を親株に形質転換すると、親株の正常な同領域との間で相同組換えの機構によって遺伝子の組換えが起こり、改変遺伝子に置換された変異株を得ることができる。 As a method for specifically inactivating the β-ketothiolase gene, there is a chromosomal gene replacement method by genetic manipulation. According to this method, it is possible to inactivate only the target gene without damaging the gene other than the target gene, and this method is particularly preferable because the synthetic pathway other than the target gene is not changed. . Specifically, a gene fragment containing the expression region of the β-ketothiolase gene is cloned, and a modified gene is constructed by changing the DNA sequence so that the β-ketothiolase activity is deleted or reduced. When this modified gene is transformed into a parent strain, recombination of the gene occurs by the homologous recombination mechanism with the normal region of the parent strain, and a mutant strain substituted with the modified gene can be obtained.

β−ケトチオラーゼ遺伝子を特異的に不活性化させるには、β−ケトチオラーゼ遺伝子のDNA配列に少なくとも1塩基以上の置換、欠失もしくは挿入することが挙げられる。
β−ケトチオラーゼ遺伝子の活性発現が欠損するような改変の例としては、β−ケトチオラーゼ遺伝子の内部に異種遺伝子、例えばカナマイシン耐性遺伝子断片を挿入する改変、β−ケトチオラーゼ遺伝子内に終止コドンが生成するような塩基配列の挿入、欠失又は置換をする改変、β−ケトチオラーゼ遺伝子の一部又は全部を欠失する改変などが挙げられる。
β−ケトチオラーゼ活性が減少するような改変の例としては、β−ケトチオラーゼのアミノ酸配列中の一箇所又は二箇所以上のアミノ酸が他のアミノ酸に変わるような、塩基配列の挿入、欠失又は置換をする改変、phbA遺伝子のプロモーターおよび/又はリボソーム結合部位への塩基配列の挿入、欠失又は置換をする改変などが挙げられる。
Cupriavidus necatorの場合、配列番号2に示すphbA遺伝子の16番目のアミノ酸であるリジンが終止コドンに置換するように、配列番号1に示す遺伝子配列の85番目の塩基アデニンをチミンに置換することが好ましい。この際、操作を容易にするために、上記置換と同時に、配列番号1に示す遺伝子配列の88番目の塩基チミンをシトシンに置換することにより、制限酵素NheI切断部位が生じるような塩基置換を行うこともできる。本発明においては、構造遺伝子内に終止コドンが生ずるような塩基配列の置換によって不活性化するのがより好ましい。
Specific inactivation of the β-ketothiolase gene includes substitution, deletion or insertion of at least one base in the DNA sequence of the β-ketothiolase gene.
Examples of modifications that lack the activity expression of the β-ketothiolase gene include modifications that insert a heterologous gene, such as a kanamycin resistance gene fragment, into the β-ketothiolase gene, and a stop codon that is generated in the β-ketothiolase gene. Examples of such modifications include insertion, deletion or substitution of simple nucleotide sequences, and deletion of part or all of the β-ketothiolase gene.
Examples of modifications that reduce β-ketothiolase activity include insertion, deletion, or substitution of nucleotide sequences such that one or more amino acids in the amino acid sequence of β-ketothiolase are changed to other amino acids. And modifications that insert, delete or substitute nucleotide sequences into the promoter and / or ribosome binding site of the phbA gene.
In the case of Cupriavidus necator, it is preferable to replace the 85th base adenine of the gene sequence shown in SEQ ID NO: 1 with thymine so that the lysine, which is the 16th amino acid of the phbA gene shown in SEQ ID NO: 2, is replaced with a stop codon. . At this time, in order to facilitate the operation, at the same time as the above substitution, base substitution is performed such that a restriction enzyme NheI cleavage site is generated by substituting cytosine for the 88th base thymine of the gene sequence shown in SEQ ID NO: 1 You can also. In the present invention, it is more preferable to inactivate by substitution of a base sequence that causes a stop codon in the structural gene.

β−ケトチオラーゼ活性が欠損または減少するようなphbA遺伝子の改変によって、染色体上でphbA遺伝子の下流に存在するアセトアセチル−CoA還元酵素遺伝子の発現に影響を与え、アセトアセチル−CoA還元酵素活性が減少した菌株が得られる場合があるが、そのようにして得られた微生物も本発明の微生物として好適に用いることができる。 Modification of the phbA gene such that the β-ketothiolase activity is deficient or decreased affects the expression of the acetoacetyl-CoA reductase gene existing downstream of the phbA gene on the chromosome and decreases the acetoacetyl-CoA reductase activity. In some cases, a microorganism obtained in this manner can also be suitably used as the microorganism of the present invention.

本発明に用い得る炭素源としては、酪酸及び/又はブタノールを必須とし、酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源を含む方が好ましい。酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源を全く含まないと、生産菌の増殖が阻害される場合がある。酪酸及び/又はブタノール以外に用いる炭素源としては、例えばグルコース、フラクトース等の糖類やメタノール、エタノールなどのアルコール類;酢酸、プロピオン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ラウリン酸、オレイン酸、パルミチン酸、リノール酸、リノレン酸、ミリスチン酸等の炭素数が6以上の脂肪酸類;或いはこれら脂肪酸のエステルや塩等の脂肪酸誘導体、乳酸、ヤシ油、パーム油、パーム核油(以下PKOO)等の植物油脂が挙げられ、それらの群より選ばれる少なくとも1種を酪酸及び/又はブタノールと共に用いることができる。酪酸及び/又はブタノールと、酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源との併用が好ましく、油脂と酪酸の組合せ、又は油脂とブタノールの組合せがより好ましい。 As a carbon source that can be used in the present invention, it is preferable that butyric acid and / or butanol is essential and a carbon source other than butyric acid and / or butanol is included. If no carbon source other than butyric acid and / or butanol is contained, the growth of the producing bacteria may be inhibited. Examples of carbon sources used in addition to butyric acid and / or butanol include sugars such as glucose and fructose, alcohols such as methanol and ethanol; acetic acid, propionic acid, hexanoic acid, octanoic acid, decanoic acid, lauric acid, oleic acid, and palmitic acid. Fatty acids having 6 or more carbon atoms such as acid, linoleic acid, linolenic acid, myristic acid; or fatty acid derivatives such as esters and salts of these fatty acids, lactic acid, coconut oil, palm oil, palm kernel oil (hereinafter PKOO), etc. A vegetable oil is mentioned, At least 1 sort (s) chosen from those groups can be used with a butyric acid and / or butanol. A combination of butyric acid and / or butanol and a carbon source other than butyric acid and / or butanol is preferable, and a combination of fat and butyric acid or a combination of fat and butanol is more preferable.

酪酸及び/又はブタノールと、酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源との併用により培養する際の酪酸及び/又はブタノールの使用量としては、菌株が増殖し、PHAを合成できる範囲であれば特に限定は無いが、好ましくは酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源100重量部に対して5重量部〜100重量部である。より好ましくは酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源100重量部に対して5重量部〜70重量部である。さらに好ましくは酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源100重量部に対して5重量部〜40重量部である。酪酸及び/又はブタノールの添加量が5重量部より少ないと、PHA中の3HH組成比率が上がらない場合があり、100重量部よりも多いと菌株が増殖しなくなる場合がある。そして少なくとも菌株の増殖に問題のない、酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源100重量部に対する酪酸及び/又はブタノールの使用量が5重量部〜40重量部の範囲では、その使用量が多いほど3HH組成比は高くすることができる。
本発明においては、微生物細胞内の脂肪酸代謝経路であるβ酸化反応によって酪酸及び/又はブタノールから生産されたアセチルCoAと、同じく酪酸及び/又はブタノールが代謝されて生産されたブチリルCoAから、より多量の3−ヒロドキシヘキサノイルCoAを生産し、それをP(3HH)へと変換する事によって、3HH組成比のより高いPHAが産生されると考えられる。
The amount of butyric acid and / or butanol used when cultivated in combination with butyric acid and / or butanol and a carbon source other than butyric acid and / or butanol is particularly limited as long as the strain can grow and synthesize PHA. However, it is preferably 5 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a carbon source other than butyric acid and / or butanol. More preferably, it is 5 to 70 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a carbon source other than butyric acid and / or butanol. More preferably, it is 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a carbon source other than butyric acid and / or butanol. If the amount of butyric acid and / or butanol added is less than 5 parts by weight, the 3HH composition ratio in PHA may not increase, and if it exceeds 100 parts by weight, the strain may not grow. And at least when the amount of butyric acid and / or butanol used is 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a carbon source other than butyric acid and / or butanol, which does not cause any problem of growth of the strain, the more the amount used, 3HH The composition ratio can be increased.
In the present invention, a larger amount of acetyl CoA produced from butyric acid and / or butanol by β-oxidation reaction, which is a fatty acid metabolic pathway in microbial cells, and butyryl CoA produced by metabolizing butyric acid and / or butanol as well. It is considered that PHA having a higher composition ratio of 3HH is produced by producing 3-hydroxyhexanoyl CoA and converting it to P (3HH).

すなわち、本発明は、PHA中の3HB組成比率を低下させ、3HH組成を向上させる事で、より柔軟性に富むPHAを発酵生産する方法である。
さらにPHAの製造方法について説明する。その方法は特に限定するわけではないが、例えば以下のようにして行う事ができる。本発明のPHAの生産においては、油脂と、酪酸又はブタノールとを混合した混合物、或いは、油脂と、酪酸又はブタノールを別々に炭素源として与え、炭素源以外の栄養源である窒素源、無機塩類、そのほかの有機栄養源を含む培地を用いて、上記菌株を培養することができる。例えば、カプリアビダス(Cupriavidus)属の微生物を宿主として得られた形質転換体を培養する培地として微生物が資化し得る炭素源を与え、場合によっては、窒素源、無機塩類および有機栄養源のうちのいずれかを制限した培地、例えば窒素源を0.01から0.1%に制限した培地等を用いることができる。
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の他、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、例えばリン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、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。そのほか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。また、培養液中に、発現プラスミドに存在する薬剤耐性遺伝子に対応する抗生物質(カナマイシン等)を添加しても良い。
本発明において、菌体からのPHAの回収は、例えば次のような方法により行うことができる。培養終了後、培養液から遠心分離機等で菌体を分離し、その菌体を蒸留水およびメタノール等により洗浄し、乾燥させる。この乾燥菌体から、クロロホルム等の有機溶剤を用いてポリエステルを抽出する。このポリエステルを含んだ有機溶剤溶液から、濾過等によって菌体成分を除去し、そのろ液にメタノールやヘキサン等の貧溶媒を加えてポリエステルを沈殿させる。さらに、濾過や遠心分離によって上澄み液を除去し、乾燥させてポリエステルを回収する。
得られたポリエステルの3HH組成(mol%)の分析は、ガスクロマトグラフ法や核磁気共鳴法などにより行うことができる。
That is, the present invention is a method for fermenting and producing more flexible PHA by reducing the 3HB composition ratio in PHA and improving the 3HH composition.
Furthermore, the manufacturing method of PHA is demonstrated. The method is not particularly limited, but can be performed, for example, as follows. In the production of PHA of the present invention, a mixture of oil and fat and butyric acid or butanol, or a fat and oil and butyric acid or butanol are separately provided as a carbon source, and a nitrogen source or inorganic salt that is a nutrient source other than the carbon source. The strain can be cultured using a medium containing other organic nutrient sources. For example, a carbon source that can be assimilated by a microorganism is provided as a medium for culturing a transformant obtained by using a microorganism of the genus Cupriavidus as a host, and in some cases, any of nitrogen sources, inorganic salts, and organic nutrient sources For example, a medium in which the nitrogen source is limited to 0.01 to 0.1% can be used.
Examples of the nitrogen source include ammonium salts such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium phosphate, peptone, meat extract, yeast extract, and the like. Examples of inorganic salts include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, and sodium chloride. Examples of other organic nutrient sources include amino acids such as glycine, alanine, serine, threonine, and proline; vitamins such as vitamin B1, vitamin B12, and vitamin C. Moreover, you may add antibiotics (kanamycin etc.) corresponding to the drug resistance gene which exists in an expression plasmid in a culture solution.
In the present invention, the recovery of PHA from the bacterial cells can be performed, for example, by the following method. After completion of the culture, the cells are separated from the culture solution with a centrifuge, and the cells are washed with distilled water, methanol, or the like and dried. Polyester is extracted from the dried cells using an organic solvent such as chloroform. The bacterial cell component is removed from the organic solvent solution containing the polyester by filtration or the like, and a poor solvent such as methanol or hexane is added to the filtrate to precipitate the polyester. Further, the supernatant is removed by filtration or centrifugation, and dried to recover the polyester.
Analysis of the 3HH composition (mol%) of the obtained polyester can be performed by gas chromatography, nuclear magnetic resonance, or the like.

本発明を用いれば、3HB及び3HHを含有するPHAにおいて、菌体中のポリマー含量を低下させずに、3HB組成に対する3HH組成が向上したPHAの発酵生産方法を提供することができる。特に3HH組成が7mol%以上のP(3HB−co−3HH)の発酵生産において、安全な生産菌であるCupriavidus necatorを用い、高価な脂肪酸を使用せず、ポリマー含量が65重量%以上と高水準を維持し且つ3HH組成が上昇する様にコントロールできる。 If the present invention is used, a PHA containing 3HB and 3HH can be provided with a PHA fermentation production method in which the 3HH composition is improved relative to the 3HB composition without reducing the polymer content in the cells. In particular, in the fermentation production of P (3HB-co-3HH) having a 3HH composition of 7 mol% or more, a high-level polymer content of 65 wt% or more is used without using expensive fatty acids, using a safe producer, Cupriavidus necator. And can be controlled to increase the 3HH composition.

以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお全体的な遺伝子操作は、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。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. The overall genetic manipulation can be performed as described in Molecular Cloning (Cold Spring Harbor Laboratory Press, (1989)). In addition, enzymes, cloning hosts, etc. used for gene manipulation can be purchased from market suppliers and used according to the explanation. The enzyme is not particularly limited as long as it can be used for gene manipulation.

(実施例1) KNK−005株の作製
先ず、遺伝子置換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。
Ralstonia eutropha H16株の菌体を鋳型DNAの供給源として、配列番号3と配列番号4で示されるプライマーを用いてPCR反応を行い、ポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子(phaCRe)の構造遺伝子を含むDNA断片を得た。PCR条件は(1)94℃で2分、(2)94℃で30秒、(3)45℃で30秒、(4)72℃で3分、(2)から(4)を25サイクル、(5)72℃で5分であり、ポリメラーゼとしてはTaKaRa LA Taq(タカラバイオ製)を用いた。PCRで得たDNA断片を制限酵素BamHIで切断し、ベクターpBluescriptIIKS(−)(東洋紡社製)を同酵素で切断した部位にサブクローニングした(pBlue−phaCRe)。
Aeromonas caviae由来のポリエステル合成酵素変異体遺伝子であるN149S/D171G変異体は、次のように作製した。まず、pBluescriptIIKS(−)(東洋紡社製)をPstI処理し、DNA Blunting Kit(タカラバイオ製)を用いて平滑末端化しライゲーションすることによりPstIサイトを欠失したプラスミドpBlue−Newを作製した。このプラスミドのEcoRIサイトにpJRD215−EE32d13(特許文献5)より同酵素で切り出したd13断片をクローニングした(pBlue−d13)。次に、理化学研究所より分与されたクローンE2−50由来のプラスミド(非特許文献13)を鋳型とし、配列番号5と6に記載のプライマーのセット及び配列番号7と8に記載のプライマーのセットを用いてそれぞれPCR法により増幅、2断片を得た。その条件は(1)94℃で2分、(2)94℃で30秒、(3)55℃で30秒、(4)72℃で2分、(2)から(4)を25サイクル、(5)72℃で5分である。増幅された2断片を等モル混合し再びPCR反応を行い、2断片を結合させた。その条件は(1)96℃で5分、(2)95℃で2分、(3)72℃で1分、(2)から(3)を12サイクルであり、ポリメラーゼとしてはPyrobestポリメラーゼ(タカラバイオ製)を用いた。目的サイズのDNA断片をアガロース電気泳動ゲルより切り出しPstIとXhoIで処理し、同酵素で処理したpBlue−d13に断片を入れ替える形でクローニングした(pBlue−N149S/D171G)。塩基配列決定を,PERKIN ELMER APPLIED BIOSYSTEMS社製のDNAシークエンサー310 Genetic Analyzerを用いて行い、PHA合成酵素の149番目のアミノ酸であるアスパラギンがセリンに、171番目のアミノ酸であるアスパラギン酸がグリシンに置換された変異遺伝子であることを確認した。
(Example 1) Preparation of KNK-005 strain First, a plasmid for gene replacement was prepared. The production was performed as follows.
Using the cells of Ralstonia eutropha H16 strain as a template DNA source, PCR reaction was performed using the primers shown in SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, and the polyhydroxyalkanoate synthase gene (phaC Re ) was included. A DNA fragment was obtained. PCR conditions were (1) 94 ° C for 2 minutes, (2) 94 ° C for 30 seconds, (3) 45 ° C for 30 seconds, (4) 72 ° C for 3 minutes, (2) to (4) 25 cycles, (5) 5 minutes at 72 ° C., and TaKaRa LA Taq (manufactured by Takara Bio Inc.) was used as the polymerase. The DNA fragment obtained by PCR was cleaved with the restriction enzyme BamHI, and the vector pBluescriptIIKS (−) (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was subcloned into the site cleaved with the enzyme (pBlue-phaC Re ).
The N149S / D171G mutant, which is a polyester synthase mutant gene derived from Aeromonas caviae, was prepared as follows. First, pBluescript IIKS (-) (Toyobo Co., Ltd.) was treated with PstI, blunt-ended using DNA Blunting Kit (Takara Bio), and ligated to prepare plasmid pBlue-New lacking the PstI site. The d13 fragment excised from pJRD215-EE32d13 (Patent Document 5) with the same enzyme was cloned into the EcoRI site of this plasmid (pBlue-d13). Next, using a plasmid derived from clone E2-50 (Non-patent Document 13) distributed by RIKEN as a template, a set of primers shown in SEQ ID NOs: 5 and 6 and a primer set shown in SEQ ID NOs: 7 and 8 were used. Each set was amplified by PCR and 2 fragments were obtained. The conditions are (1) 94 ° C. for 2 minutes, (2) 94 ° C. for 30 seconds, (3) 55 ° C. for 30 seconds, (4) 72 ° C. for 2 minutes, (2) to (4) for 25 cycles, (5) 5 minutes at 72 ° C. The two amplified fragments were mixed in an equimolar amount and subjected to a PCR reaction again to bind the two fragments. The conditions are (1) 96 ° C. for 5 minutes, (2) 95 ° C. for 2 minutes, (3) 72 ° C. for 1 minute, and (2) to (3) for 12 cycles. Pyrobest polymerase (Takara) Bio-made) was used. A DNA fragment of the desired size was excised from an agarose electrophoresis gel, treated with PstI and XhoI, and cloned into pBlue-d13 treated with the same enzyme (pBlue-N149S / D171G). The base sequence was determined using a DNA sequencer 310 Genetic Analyzer manufactured by PERKIN ELMER APPLIED BIOSSYSTEMS. Asparagine, the 149th amino acid of PHA synthase, was replaced with serine, and aspartic acid, the 171st amino acid, was replaced with glycine. It was confirmed that it was a mutant gene.

pBlue−N149S/D171Gを鋳型として配列番号9と配列番号10で示されるプライマーを用いてPCR反応を行い、N149S/D171G変異体の構造遺伝子DNAを増幅させた。PCR条件は(1)94℃で2分、(2)94℃で30秒、(3)45℃で30秒、(4)72℃で2分、(2)から(4)を25サイクル、(5)72℃で5分であり、ポリメラーゼとしてはTaKaRa LA Taq(タカラバイオ製)を用いた。次に、pBlue−phaCReを制限酵素SbfIとCsp45Iで処理し、同酵素で処理した上記増幅DNA断片をphaCRe構造遺伝子と入れ替える形でクローニングした(pBlue−phaCRe::N149S/D171G)。
次に、プラスミドpJRD215(ATCC37533)を制限酵素XhoIとDraIで処理してカナマイシン耐性遺伝子を含む約1.3kbのDNA断片を単離後、DNAブランティングキット(タカラバイオ製)を用いて末端を平滑化し、pBlue−phaCRe::N149S/D171Gを制限酵素SalIで切断後同様に平滑末端化した部位に挿入した(pBlue−phaCRe::N149S/D171G−Km)。
続いて、プラスミドpMT5071(Tsuda、GENE,207:33−41(1998))を制限酵素NotIで処理してsacB遺伝子を含む約8kbのDNA断片を単離し、pBlue−phaCRe::N149S/D171G−Kmを同酵素で切断した部位に挿入して遺伝子置換用プラスミドpBlue−phaCRe::N149S/D171G−KmSACを作製した。
PCR reaction was performed using pBlue-N149S / D171G as a template and the primers represented by SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10 to amplify the structural gene DNA of the N149S / D171G mutant. PCR conditions were (1) 94 ° C for 2 minutes, (2) 94 ° C for 30 seconds, (3) 45 ° C for 30 seconds, (4) 72 ° C for 2 minutes, (2) to (4) 25 cycles, (5) 5 minutes at 72 ° C., and TaKaRa LA Taq (manufactured by Takara Bio Inc.) was used as the polymerase. Next, pBlue-phaC Re was treated with restriction enzymes SbfI and Csp45I, and the amplified DNA fragment treated with the enzymes was cloned in a form replacing the phaC Re structural gene (pBlue-phaC Re :: N149S / D171G).
Next, plasmid pJRD215 (ATCC 37533) is treated with restriction enzymes XhoI and DraI to isolate a DNA fragment of about 1.3 kb containing a kanamycin resistance gene, and then blunted using a DNA branding kit (Takara Bio). PBlue-phaC Re :: N149S / D171G was cleaved with the restriction enzyme SalI and then inserted into the same blunt-ended site (pBlue-phaC Re :: N149S / D171G-Km).
Subsequently, the plasmid pMT5071 (Tsuda, GENE, 207: 33-41 (1998)) was treated with the restriction enzyme NotI to isolate an approximately 8 kb DNA fragment containing the sacB gene, and pBlue-phaC Re :: N149S / D171G- the Km was prepared insert and plasmid for gene substitution pBlue-phaC Re :: N149S / D171G -KmSAC the sites cut with the same enzymes.

次に、遺伝子置換株の作製を行った。
遺伝子置換用プラスミドpBlue−phaCRe::N149S/D171G−KmSACで大腸菌S17−1株(ATCC47005)を形質転換し、Ralstonia eutropha H16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。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、リン酸二水素アンモニウム1g/L、リン酸水素二カリウム1g/L、寒天15g/L、pH6.8)上で生育してきた菌株を選択して、プラスミドがRalstonia eutropha H16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選択して、2段階の相同組換えによりプラスミドが脱落した株を取得した。さらにPCRによる解析によりphaCRe遺伝子がN149S/D171G変異体遺伝子に置換された菌株を単離した。この遺伝子置換株をKNK−005株と命名し、塩基配列決定を、PERKIN ELMER APPLIED BIOSYSTEMS社製のDNAシークエンサー310 Genetic Analyzerを用いて行い、染色体上のphaCRe遺伝子の開始コドンから終止コドンまでがN149S/D171G変異体遺伝子の開始コドンから終止コドンまでに置換された株であることを確認した(図1)。
Next, gene replacement strains were prepared.
Escherichia coli S17-1 strain (ATCC 47005) is transformed with the gene replacement plasmid pBlue-phaC Re :: N149S / D171G-KmSAC, and mixed and cultured on Ralstonia eutropha H16 strain and neutral Agar medium (manufactured by Difco). Went. Simmons agar medium containing 250 mg / L kanamycin (sodium citrate 2 g / L, sodium chloride 5 g / L, magnesium sulfate heptahydrate 0.2 g / L, ammonium dihydrogen phosphate 1 g / L, dipotassium hydrogen phosphate 1 g / L, 15 g / L agar, pH 6.8) was selected, and a strain in which the plasmid was integrated on the chromosome of Ralstonia eutropha H16 strain was obtained. This strain is cultured for 2 generations in Nutrient Broth medium (Difco), diluted on a Nutrient Agar medium containing 15% sucrose, applied, and the grown strain is selected to produce a two-stage homologous group. A strain from which the plasmid was removed by replacement was obtained. Furthermore, a strain in which the phaC Re gene was replaced with the N149S / D171G mutant gene was isolated by PCR analysis. This gene replacement strain was named KNK-005 strain, and the nucleotide sequence was determined using the DNA sequencer 310 Genetic Analyzer manufactured by PERKIN ELMER APPLIED BIOSSYSTEMS, from the start codon to the stop codon of the phaC Re gene on the chromosome. It was confirmed that the strain was substituted from the start codon to the stop codon of the / D171G mutant gene (FIG. 1).

(実施例2)KNK−005AS株の作製
<β−ケトチオラーゼ遺伝子の破壊用プラスミドの作製>
プラスミドpJRD215を鋳型とし、配列番号11と配列番号12で示されるプライマーを用いてPCR反応を行い、約1.2kbpのカナマイシン耐性遺伝子を含むDNA断片を調製した。次にpMT5071を制限酵素BamHIで処理し、同酵素で処理した上記DNA断片をクロラムフェニコール耐性遺伝子と入れ替える形でクローニングした(pSACKm)。
KNK−005株の菌体を鋳型DNAの供給源として、配列番号13と配列番号4で示されるプライマーを用いてPCR反応を行い、約1.1kbpのβ−ケトチオラーゼ遺伝子(phbA)を含むDNA断片を調製した。このDNA断片を制限酵素BamHIで切断し、ベクターpBluescriptIIKS(−)(東洋紡社製)を同酵素で切断した部位にサブクローニングした。配列番号14で示される変異プライマーPHBASTOP2を用い、TaKaRa LA PCR in vitro Mutagenesis System(タカラバイオ製)を利用して開始コドンから16残基目のアミノ酸が終止コドンとなり、同時に制限酵素NheI切断部位が生じるような塩基置換を行った。このプラスミドを制限酵素NotIで切断し、pSACKmを同酵素で切断して調製した約5.7kbのDNA断片を(oriT+Km+sacBR)を挿入して染色体置換用ベクター(pBlueASRU)とした。
(Example 2) Preparation of KNK-005AS strain <Preparation of plasmid for disruption of β-ketothiolase gene>
A PCR reaction was performed using the plasmid pJRD215 as a template and the primers represented by SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12 to prepare a DNA fragment containing about 1.2 kbp kanamycin resistance gene. Next, pMT5071 was treated with the restriction enzyme BamHI, and the above-mentioned DNA fragment treated with the enzyme was cloned in the form of replacing the chloramphenicol resistance gene (pSACKm).
A DNA fragment containing a β-ketothiolase gene (phbA) of about 1.1 kbp by performing a PCR reaction using the KNK-005 strain cells as a template DNA source and using the primers shown in SEQ ID NO: 13 and SEQ ID NO: 4. Was prepared. This DNA fragment was cleaved with the restriction enzyme BamHI, and the vector pBluescriptIIKS (−) (manufactured by Toyobo) was subcloned into the site cleaved with the enzyme. Using the mutation primer PHBASTOP2 shown in SEQ ID NO: 14, using the TaKaRa LA PCR in vitro Mutagenesis System (manufactured by Takara Bio), the 16th amino acid from the start codon becomes a stop codon, and at the same time a restriction enzyme NheI cleavage site is generated. Such base substitution was performed. This plasmid was cleaved with the restriction enzyme NotI and pSACKm was cleaved with the same enzyme, and a DNA fragment of about 5.7 kb was prepared by inserting (oriT + Km R + sacBR) into a chromosome replacement vector (pBlueASRU).

<染色体置換>
実施例1の遺伝子置換株の作製方法と同様にして、KNK−005株を親株としてpBlueASRUを用いて染色体置換株KNK−005AS株を作製した。KNK−005AS株のDNA塩基配列を解析して、β−ケトチオラーゼ遺伝子がpBlueASRUの相同配列部分と置き換わって終止コドンと制限酵素NheI切断部位が生成していることを確認した(図2)。
<Chromosome replacement>
In the same manner as the method for preparing the gene replacement strain of Example 1, the chromosome replacement strain KNK-005AS was prepared using pBlueASRU with the KNK-005 strain as the parent strain. The DNA base sequence of the KNK-005AS strain was analyzed, and it was confirmed that the β-ketothiolase gene was replaced with the homologous sequence portion of pBlueASRU to generate a stop codon and a restriction enzyme NheI cleavage site (FIG. 2).

<β−ケトチオラーゼ活性の測定>
まず、前培養培地(1w/v% Meat−extract、1w/v% Bacto−Trypton、0.2w/v% Yeast−extract、0.9w/v% NaHPO・12HO、0.15w/v% KHPO、(pH6.8))5mlに実施例1、2で得られた菌株を植菌して30℃で1晩培養したものを、5mlの酵素活性測定用培地(1.1w/v% NaHPO・12HO、0.19w/v% KHPO、0.29w/v%(NHSO、0.1w/v% MgSO・7HO、0.5w/v%フラクトース、0.5v/v% 微量金属塩溶液(0.1N塩酸に1.6w/v% FeCl・6HO、1w/v% CaCl・2HO、0.02w/v% CoCl・6HO、0.016w/v% CuSO・5HO、0.012w/v% NiCl・6HOを溶かしたもの))に対して0.05ml接種して、30℃で24時間培養した。この培養液2mlを4℃で10000×g、1分間の遠心分離を行い菌体を集めた。この菌体を緩衝液(100mM Tris−塩酸緩衝液、1mM EDTA、pH7.5)で2回洗浄し、1mlの同緩衝液に懸濁した。これを超音波処理して菌体を破砕した後、15000×g、4℃、5分間の遠心分離した上清を粗酵素液として用いた。
<Measurement of β-ketothiolase activity>
First, pre-culture medium (1w / v% Meat-extract , 1w / v% Bacto-Trypton, 0.2w / v% Yeast-extract, 0.9w / v% Na 2 HPO 4 · 12H 2 O, 0.15w / V% KH 2 PO 4 , (pH 6.8)) 5 ml of the enzyme activity measurement medium (1) after inoculating the strains obtained in Examples 1 and 2 in 5 ml and culturing at 30 ° C. overnight. 0.1 w / v% Na 2 HPO 4 · 12H 2 O, 0.19 w / v% KH 2 PO 4 , 0.29 w / v% (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.1 w / v% MgSO 4 .7H 2 O, 0.5w / v% fructose, 0.5 v / v% trace metal salt solution (1.6 w in 0.1N HCl / v% FeCl 3 · 6H 2 O, 1w / v% CaCl 2 · 2H 2 O, 0.02w / v% CoCl 2 · 6 H 2 O, 0.016 w / v% CuSO 4 .5H 2 O, 0.012 w / v% NiCl 2 .6H 2 O dissolved in 0.05 ml)) and inoculated at 30 ° C. for 24 hours Cultured. Centrifugation of 2 ml of this culture solution at 10000 × g for 1 minute at 4 ° C. collected the cells. The cells were washed twice with a buffer (100 mM Tris-HCl buffer, 1 mM EDTA, pH 7.5) and suspended in 1 ml of the same buffer. This was sonicated to disrupt the cells, and the supernatant obtained by centrifugation at 15000 × g, 4 ° C. for 5 minutes was used as the crude enzyme solution.

β−ケトチオラーゼ活性は反応液(100mM Tris−HCl(pH8.0)、0.06mM アセトアセチル−CoA、0.1mM CoA−SH、20mM MgCl)に前記粗酵素液0.01mlを添加して、全量を0.5mlとし、25℃で反応させてアセトアセチル−CoAの分解を303nmの吸光度で測定した。β−ケトチオラーゼ活性は、1分間に1μmolのアセトアセチル−CoAを分解する酵素量を1ユニットとした。比活性はタンパク質1mgあたりのユニットとした。なお、タンパク質の定量はウシ血清アルブミンをスタンダードとして、Bio−Radプロテインアッセイ試薬(バイオラッド社製)を用いたブラッドフォード法で測定した。
実施例1、2で作製した株のβ−ケトチオラーゼ活性を表1に示す。
β-ketothiolase activity was obtained by adding 0.01 ml of the crude enzyme solution to a reaction solution (100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 0.06 mM acetoacetyl-CoA, 0.1 mM CoA-SH, 20 mM MgCl 2 ), The total amount was 0.5 ml, reacted at 25 ° C., and the decomposition of acetoacetyl-CoA was measured at an absorbance of 303 nm. The β-ketothiolase activity was defined as 1 unit of the amount of enzyme that decomposes 1 μmol of acetoacetyl-CoA per minute. Specific activity was in units per mg of protein. Protein quantification was measured by the Bradford method using Bio-Rad protein assay reagent (manufactured by Bio-Rad) with bovine serum albumin as a standard.
Table 1 shows the β-ketothiolase activity of the strains prepared in Examples 1 and 2.

Figure 2008086238
Figure 2008086238

(実施例3) 酪酸添加培養
実施例1、2にて作製したKNK−005株及び、KNK−005AS株の培養を行った。
培養は次の様に行った。前培地の組成は1w/v%Meat−extract、1w/v%Bacto−Trypton、0.2w/v%Yeast−extract、0.9w/v%NaHPO・12HO、0.15w/v%KHPO、pH6.7とした。ポリエステル生産培地の組成は1.1w/v%NaHPO・12HO、0.19w/v%KHPO、0.6w/v%(NHSO、0.1w/v%MgSO・7HO、0.5v/v%微量金属塩溶液(0.1N塩酸に1.6w/v%FeCl・6HO、1w/v%CaCl・2HO、0.02w/v%CoCl・6HO、0.016w/v%CuSO・5HO、0.012w/v%NiCl・6HO、0.01w/v%CrCl・6HOを溶かしたもの。)、炭素源はPKOOとPKOO100重量部に対して酪酸を20から30重量部にて混合して使用し、培養は炭素源を流加する流加培養にて行った。
KNK−005株及び、KNK−005AS株のグリセロールストックを前培地に接種して20時間培養し、2.5Lの生産培地を入れた5Lジャーファーメンター(丸菱バイオエンジ製MDS−U50型)に10v/v%接種した。運転条件は、培養温度28℃、攪拌速度420rpm、通気量0.6vvmとし、pHは6.6から6.8の間でコントロールした。コントロールには14%のアンモニア水を使用した。培養は50時間まで行った。培養後遠心分離によって菌体を回収し、メタノールで洗浄後、凍結乾燥し、3HH組成比率を分析した。
生産されたポリエステルの3HH組成分析は以下のようにガスクロマトグラフィーによって測定した。乾燥ポリエステルの約20mgに2mlの硫酸−メタノール混液(15:85)と2ml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ポリエステル分解物のメチルエステルを得た。冷却後、これに1.5gの炭酸水素ナトリウムを少しずつ加えて中和し、炭酸ガスの発生がとまるまで放置した。4mlのジイソプロピルエーテルを添加してよく混合した後、遠心して、上清中のポリエステル分解物のモノマーユニット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100〜200℃まで8℃/分の速度で昇温、さらに200〜290℃まで30℃/分の速度で昇温した。上記条件にて分析した結果、化学式(2)に示すような共重合体ポリエステル(3HB−Co−3HH)であり、3HH比率は表2に示す。
(Example 3) Culture with addition of butyric acid The KNK-005 strain and the KNK-005AS strain prepared in Examples 1 and 2 were cultured.
The culture was performed as follows. The composition of the pre-medium was 1 w / v% Meat-extract, 1 w / v% Bacto-Trypton, 0.2 w / v% Yeast-extract, 0.9 w / v% Na 2 HPO 4 · 12H 2 O, 0.15 w / It was set to v% KH 2 PO 4 , pH 6.7. The composition of the polyester production medium is 1.1 w / v% Na 2 HPO 4 · 12H 2 O, 0.19 w / v% KH 2 PO 4 , 0.6 w / v% (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.1 w / v% MgSO 4 .7H 2 O, 0.5 v / v% trace metal salt solution (1.6 W / v% FeCl 3 .6H 2 O in 0.1N hydrochloric acid, 1 w / v% CaCl 2 .2H 2 O, 0 0.02 w / v% CoCl 2 .6H 2 O, 0.016 w / v% CuSO 4 .5H 2 O, 0.012 w / v% NiCl 3 .6H 2 O, 0.01 w / v% CrCl 3 .6H 2 O The carbon source was used by mixing 20 to 30 parts by weight of butyric acid with 100 parts by weight of PKOO and PKOO, and the culture was performed by fed-batch culture in which the carbon source was fed.
KNK-005 strain and glycerol stock of KNK-005AS strain were inoculated into the previous medium, cultured for 20 hours, and placed in a 5L jar fermenter (MDS-U50 type, manufactured by Maruhishi Bioengineer) containing 2.5L of production medium. 10% v / v was inoculated. The operating conditions were a culture temperature of 28 ° C., a stirring speed of 420 rpm, an aeration rate of 0.6 vvm, and a pH controlled between 6.6 and 6.8. For control, 14% aqueous ammonia was used. Incubation was performed for up to 50 hours. After incubation, the cells were collected by centrifugation, washed with methanol, lyophilized, and analyzed for the 3HH composition ratio.
The 3HH composition analysis of the produced polyester was measured by gas chromatography as follows. To 20 mg of the dried polyester, 2 ml of a sulfuric acid-methanol mixture (15:85) and 2 ml of chloroform were added and sealed, and heated at 100 ° C. for 140 minutes to obtain a methyl ester of a polyester degradation product. After cooling, 1.5 g of sodium bicarbonate was added little by little to neutralize it, and the mixture was allowed to stand until the generation of carbon dioxide gas stopped. After adding 4 ml of diisopropyl ether and mixing well, the mixture was centrifuged and the monomer unit composition of the polyester degradation product in the supernatant was analyzed by capillary gas chromatography. The gas chromatograph used was Shimadzu Corporation GC-17A, and the capillary column used was GL Science's NEUTRA BOND-1 (column length 25 m, column inner diameter 0.25 mm, liquid film thickness 0.4 μm). He was used as the carrier gas, the column inlet pressure was set to 100 kPa, and 1 μl of the sample was injected. As temperature conditions, the temperature was raised from the initial temperature of 100 to 200 ° C. at a rate of 8 ° C./min, and further from 200 to 290 ° C. at the rate of 30 ° C./min. As a result of analysis under the above conditions, it is a copolymer polyester (3HB-Co-3HH) as shown in chemical formula (2), and the 3HH ratio is shown in Table 2.

(比較例1) 酪酸を添加しない培養
実施例3と同じ培養条件にて、炭素源に酪酸を添加しない培養をKNK−005株及びKNK−005AS株について行った。3HH組成は表2に示す。
(Comparative example 1) Culture without adding butyric acid Under the same culture conditions as in Example 3, the culture without adding butyric acid to the carbon source was performed on the KNK-005 strain and the KNK-005AS strain. The 3HH composition is shown in Table 2.

Figure 2008086238
Figure 2008086238

ワーテルシア・ユートロファH16株とKNK−005株におけるP(3HB−co−3HH)の生合成に関与する遺伝子の染色体上の配置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows arrangement | positioning on the chromosome of the gene involved in biosynthesis of P (3HB-co-3HH) in Watersia Eutropha H16 strain and KNK-005 strain. 実施例2で行ったβ−ケトチオラーゼ遺伝子の改変部位を示す図である。It is a figure which shows the modification site | part of the beta-ketothiolase gene performed in Example 2.

Claims (5)

3−ヒドロキシ酪酸及び3−ヒドロキシヘキサン酸のモノマーユニットを含有したポリヒドロキシアルカノエート共重合体を生産可能であり、且つphbA遺伝子が不活性化されていることを特徴とするCupriavidus necatorを用い、さらに使用する炭素源が酪酸及び/又はブタノールを含むことを特徴とするポリヒドロキシアルカノエート共重合体の発酵生産方法。 Using a Cupriavidus necator, which is capable of producing a polyhydroxyalkanoate copolymer containing monomer units of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid, and wherein the phbA gene is inactivated, A method for fermentative production of a polyhydroxyalkanoate copolymer, wherein the carbon source used contains butyric acid and / or butanol. ポリヒドロキシアルカノエート共重合体が、3−ヒドロキシ酪酸と3−ヒドロキシヘキサン酸のモノマーユニットのみからなることを特徴とする請求項1記載の発酵生産方法。 2. The fermentation production method according to claim 1, wherein the polyhydroxyalkanoate copolymer consists of monomer units of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid. 炭素源中の酪酸及び/又はブタノールの含有量を調整することにより、ポリヒドロキシアルカノエート共重合体の3−ヒドロキシヘキサン酸組成比を上昇させることを特徴とする請求項1又は2に記載の発酵生産方法。 The fermentation according to claim 1 or 2, wherein the composition ratio of 3-hydroxyhexanoic acid of the polyhydroxyalkanoate copolymer is increased by adjusting the content of butyric acid and / or butanol in the carbon source. Production method. 炭素源全体中、酪酸及び/又はブタノールの含有量が、酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源100重量部に対して5〜40重量部であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の発酵生産方法。 The content of butyric acid and / or butanol in the whole carbon source is 5 to 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of a carbon source other than butyric acid and / or butanol. The fermentation production method according to Item 1. 酪酸及び/又はブタノール以外の炭素源が、炭素数6以上の脂肪酸又は植物油脂であることを特徴とする請求項4に記載の発酵生産方法。 The fermentation production method according to claim 4, wherein the carbon source other than butyric acid and / or butanol is a fatty acid or vegetable oil having 6 or more carbon atoms.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009145164A1 (en) * 2008-05-26 2009-12-03 株式会社カネカ Microorganism capable of producing improved polyhydroxyalkanoate and method of producing polyhydroxyalkanoate by using the same
EP2357247A1 (en) * 2008-12-09 2011-08-17 Kaneka Corporation Method for producing poly-3-hydroxyalkanoate
WO2012102371A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 株式会社カネカ Microorganism producing high-molecular-weight pha
WO2019142845A1 (en) * 2018-01-17 2019-07-25 株式会社カネカ Transformed microorganism for producing pha copolymer comprising 3hh monomer unit at high composition rate and method for producing pha using same
US10538791B2 (en) 2014-08-04 2020-01-21 Tokyo Institute Of Technology Method for producing polyhydroxyalkanoate copolymer from saccharide raw material

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2295536A4 (en) * 2008-05-26 2013-07-24 Kaneka Corp Microorganism capable of producing improved polyhydroxyalkanoate and method of producing polyhydroxyalkanoate by using the same
EP2295536A1 (en) * 2008-05-26 2011-03-16 Kaneka Corporation Microorganism capable of producing improved polyhydroxyalkanoate and method of producing polyhydroxyalkanoate by using the same
JP5670728B2 (en) * 2008-05-26 2015-02-18 株式会社カネカ Improved polyhydroxyalkanoate-producing microorganism and method for producing polyhydroxyalkanoate using the same
WO2009145164A1 (en) * 2008-05-26 2009-12-03 株式会社カネカ Microorganism capable of producing improved polyhydroxyalkanoate and method of producing polyhydroxyalkanoate by using the same
EP2357247A4 (en) * 2008-12-09 2012-08-01 Kaneka Corp Method for producing poly-3-hydroxyalkanoate
EP2357247A1 (en) * 2008-12-09 2011-08-17 Kaneka Corporation Method for producing poly-3-hydroxyalkanoate
WO2012102371A1 (en) * 2011-01-27 2012-08-02 株式会社カネカ Microorganism producing high-molecular-weight pha
US9175317B2 (en) 2011-01-27 2015-11-03 Kaneka Corporation Method for producing a polyhydroxyalkanoate using a microorganism belonging to the genus Cupriavidus
JP5969395B2 (en) * 2011-01-27 2016-08-17 株式会社カネカ High molecular weight PHA producing microorganism
US10538791B2 (en) 2014-08-04 2020-01-21 Tokyo Institute Of Technology Method for producing polyhydroxyalkanoate copolymer from saccharide raw material
WO2019142845A1 (en) * 2018-01-17 2019-07-25 株式会社カネカ Transformed microorganism for producing pha copolymer comprising 3hh monomer unit at high composition rate and method for producing pha using same
JPWO2019142845A1 (en) * 2018-01-17 2021-01-07 株式会社カネカ Transformed microorganisms that produce copolymerized PHA containing a high composition ratio of 3HH monomer units and methods for producing PHA using it.
US11453896B2 (en) 2018-01-17 2022-09-27 Kaneka Corporation Transformed microorganism for producing PHA copolymer comprising 3HH monomer unit at high composition rate and method for producing PHA using same
JP7270556B2 (en) 2018-01-17 2023-05-10 株式会社カネカ Transformed Microorganism Producing Copolymerized PHA Containing High Compositional Ratio of 3HH Monomer Units and Method for Producing PHA Using the Transformed Microorganism

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