JP6437737B2 - 枯草菌変異株及びそれを用いたポリ−γ−グルタミン酸の製造方法 - Google Patents

枯草菌変異株及びそれを用いたポリ−γ−グルタミン酸の製造方法 Download PDF

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本発明は、ポリ−γ−グルタミン酸生産能を有する枯草菌変異株、及び当該枯草菌変異株を用いたポリ−γ−グルタミン酸の製造方法に関する。
ポリ−γ−グルタミン酸(PGA)は、グルタミン酸のγ−位のカルボキシル基とα−位のアミノ基がペプチド結合によって結合した高分子化合物である。また、ポリ−γ−グルタミン酸はγ-ポリグルタミン酸と呼称される場合もある。ポリ−γ−グルタミン酸は、納豆菌(Bacillus subtilis var.natto)が産生する粘性物質として知られており、種々の性質から有用な高分子素材として近年注目されている。
PGAを生産する微生物としては、納豆菌を含む一部のバチルス(Bacillus)属細菌(Bacillus subtilis var.chungkookjang、Bacillus licheniformis、Bacillus megaterium、Bacillus anthracis、Bacillus halodurans)や、Natrialba aegyptiaca、Hydra等を挙げることができる。一方、納豆菌は分類学上では枯草菌に含まれるが、枯草菌の中には、Bacillus subtilis 168株のようにPGA生産が検出されないものもある。
納豆菌を含む多くのBacillus属細菌において、PGA合成酵素をコードする遺伝子は、pgsB遺伝子、pgsC遺伝子、pgsA遺伝子、及びpgsE遺伝子である。これらの遺伝子は、同一の転写開始制御領域の下流に存在し、クラスター構造(オペロン)を構成している(例えば、非特許文献1〜4参照)。pgsBCAE遺伝子群にコードされる酵素PgsBCAEそれぞれのPGA合成機構における機能が報告又は推定されている(非特許文献1、4〜9)。
非特許文献1では、PGA生産能を有する納豆菌(IFO16449株)において、pgsB遺伝子(ywsC遺伝子と別称)欠損株、pgsC遺伝子(ywtA遺伝子と別称)欠損株及びpgsA遺伝子(ywtB遺伝子と別称)欠損株を構築し、それぞれの欠損株におけるPGA生産能を検証している。この非特許文献1では、PGA生産能を有する納豆菌において、PGA生産にはpgsB遺伝子及びpgsC遺伝子が必須であり、さらに最大のPGA高生産を得るためにはpgsA遺伝子が必要であると推論されている。非特許文献10には、染色体上のpgsB遺伝子、pgsC遺伝子及びpgsA遺伝子を欠損した枯草菌に、pgsB遺伝子、pgsC遺伝子及びpgsA遺伝子から選ばれる遺伝子を単独で若しくは複数組み合わせて発現するベクターを導入した変異株においてPGAの生産性を調べた結果が報告されている。この非特許文献10では、pgsB、pgsC遺伝子及びpgsAの全ての遺伝子が発現しなければPGAが生産されないと結論されている。
他方、特許文献1には、枯草菌野生株にpgsB遺伝子及びpgsC遺伝子が連結されたベクターを導入して得られた組換え株が高いPGA生産性を有すること、一方で、pgsB、pgsC及びpgsAの全ての遺伝子が連結されたベクターを導入して得られた組換え株ではPGA生産性が低いことが記載されている。さらに特許文献1には、枯草菌pgsB遺伝子、pgsC遺伝子に相当する、枯草菌以外の微生物に由来するpgsB遺伝子、pgsC遺伝子を枯草菌株に導入した場合にも同様の効果が得られることが示されている。また特許文献2には、ackA遺伝子、acoA遺伝子、acoB遺伝子等から選ばれる1以上の遺伝子が欠失又は不活性化されている宿主枯草菌株にpgsB遺伝子及びpgsC遺伝子が連結されたベクターを導入して得られた組換え株は、同じ宿主株にpgsB、pgsC及びpgsAの全ての遺伝子が連結されたベクターを導入して得られた組換え株と比べて、PGA生産性が高いことが記載されている。
特許文献3には、ゲノムの大領域を欠失させて得られた枯草菌変異株が、プロテアーゼ等の酵素の生産性に優れていることが記載されている。特許文献4には、特許文献3記載のゲノムの大領域を欠失させて得られた枯草菌変異株において、PGA合成に関与する枯草菌pgsB遺伝子とpgsC遺伝子を導入し、ただしpgsA遺伝子は導入しないことにより、該枯草菌のPGA生産性が向上することが記載されている。
特許文献5には、コリネバクテリウム属微生物において、ピルビン酸カルボキシラーゼの遺伝子の発現を高めて当該酵素の活性を増加させることにより、グルタミン酸産生が向上することが記載されている。特許文献6には、L−グルタミン酸生産能を有するコリネ型細菌の細胞内のピルビン酸カルボキシラーゼ活性を増強することによる、効率のよいL−グルタミン酸の製造方法が記載されている。特許文献7には、グルタメートシンターゼ及び/又はグルタミンシンセターゼ活性、ならびにグルタメートデヒドロゲナーゼ活性が低減化され、さらにラクテートデヒドロゲナーゼ活性を低減化されているか又はピルビン酸カルボキシラーゼ活性が増強されているコリネバクテリウム属又はブレビバクテリウム属細菌において、コハク酸等の非アミノ有機酸の生成が増加することが記載されている。しかし、この変異微生物は、コハク酸等の非アミノ有機酸の生産のために開発された株である。
特開2009−089708号公報 特開2010−213664号公報 特開2007−130013号公報 特開2013−252115号公報 特表2002−508921号公報 特開2000−201692号公報 特開2005−168401号公報
J. Bacteriol., 2002, 184:337-343 Biochem. Biophys. Res. Commun., 1999, 263:6-12 Microbiology, 1997, 143:3313-3328 Molecular Microbiology, 2006, 65:1091-1098 Eur. J. Biochem., 2001, 268:5321-5328 未来材料, 2003, 3:44-50 Biosci. Biotechnol. Biochem., 1999, 63:2034-2037 微生物利用の大展開, 第1章4節, 2002, pp.657-663 Biotechnology and Bioengineering, 2011, 108:226-223 Biosci. Biotechnol. Biochem., 2006, 70:1794-1797 J. Biosience and Bioengineering, 2006, 102:60-65 J Chem Technol Biotechnol., 2013 Published online in Wiley Online Library
本発明は、ポリ−γ−グルタミン酸(以下の本明細書においてPGAとも称する)を高生産することができる枯草菌変異株、当該枯草菌変異株の製造方法、及び当該枯草菌変異株を用いたPGAの製造方法に関する。
本発明者は、PGAを効率良く生産することができる微生物株の開発を進めた。その結果、本発明者は、野生株に比べてゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株において、枯草菌ポリ−γ-グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現を強化し、さらにアルファ−アセトラクテートシンターゼ遺伝子(alsS遺伝子)及びアルファ−アセトラクテートデカルボキシラーゼ遺伝子(alsD遺伝子)からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化することにより、得られた枯草菌変異株が顕著に高いPGA生産能を有することを見出し、本発明を完成した。
すなわち本発明は、一態様において、以下を提供する:
枯草菌変異株であって、
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される1以上の領域が欠失したゲノムを有し、
枯草菌遺伝子pgsB、pgsC、pgsA及びpgsE、ならびにそれらに相当する遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子の発現が強化されており、
かつ
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている、
枯草菌変異株。
別の態様において、本発明は以下を提供する:
枯草菌変異株の製造方法であって、
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される1以上の領域が欠失したゲノムを有する枯草菌変異株において
枯草菌遺伝子pgsB、pgsC、pgsA及びpgsE、ならびにそれらに相当する遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子の発現を強化し、かつ
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化する、
ことを含む、方法。
また別の態様において、本発明は、上記枯草菌変異株を用いるポリ−γ−グルタミン酸の製造方法を提供する。
本発明の枯草菌変異株は高いPGA生産能を有する。本発明の枯草菌変異株を用いることによりPGAを効率良く製造することが可能になる。
枯草菌のゲノム上から所定の領域を欠失させる方法の一例を示す模式図。 枯草菌ゲノムから外来薬剤耐性遺伝子を除去する手順を示す模式図。 mazF遺伝子融合カセットを使用したマーカーフリー欠失法の手順を示す模式図。 枯草菌変異株へのピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の導入手順及び導入位置に関する一実施形態を示す模式図。 PGA組換え生産用ベクターの構築手順の例示的実施形態。
(1.定義)
本明細書に記載の枯草菌の各遺伝子及びゲノム領域の名称は、JAFAN:Japan Functional Analysis Network for Bacillus subtilis(BSORF DB)でインターネット公開([bacillus.genome.ad.jp/]、2006年1月18日更新)された枯草菌ゲノムデータに基づいて記載されている。
本明細書において、アミノ酸配列及びヌクレオチド配列の同一性はLipman−Pearson法(Lipman,DJ.,Pearson.WR.:Science,1985,227:1435−1441)によって計算される。具体的には、遺伝情報処理ソフトウェアGenetyx−Win(ソフトウェア開発)のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、Unit size to compare(ktup)を2として解析を行うことにより算出される。
本明細書において、別途定義されない限り、アミノ酸配列又はヌクレオチド配列におけるアミノ酸又はヌクレオチドの欠失、置換、付加又は挿入に関して使用される「1又は数個」とは、例えば、1〜12個、好ましくは1〜8個、より好ましくは1〜4個であり得る。また本明細書において、アミノ酸又はヌクレオチドの「付加」には、配列の一末端及び両末端への1又は数個のアミノ酸又はヌクレオチドの付加が含まれる。
本明細書において、ハイブリダイゼーションに関する「ストリンジェントな条件」とは、配列同一性が約80%以上若しくは約90%以上のヌクレオチド配列を有する遺伝子の確認を可能にする条件である。「ストリンジェントな条件」としては、Molecular Cloning−A LABORATORY MANUAL THIRD EDITION(Joseph Sambrook,David W.Russell,Cold Spring Harbor Laboratory Press,2001)記載の条件が挙げられる。ハイブリダイゼーションの当業者は、プローブのヌクレオチド配列や濃度、長さ等に応じて、ハイブリダイゼーション溶液の塩濃度、温度等を調節することにより、ストリンジェントな条件を適切に作り出すことができる。一例を示せば、上記「ストリンジェントな条件」とは、ハイブリダイゼーション条件としては、5×SSC、70℃以上が好ましく、5×SSC、85℃以上がより好ましく、洗浄条件としては、1×SSC、60℃以上が好ましく、1×SSC、73℃以上がより好ましい。上記SSC及び温度条件の組み合わせは例示であり、当業者であれば、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーを決定する上記若しくは他の要素を適宜組み合わせることにより、適切なストリンジェンシーを実現することが可能である。
本明細書において、遺伝子の上流及び下流とは、それぞれ、対象として捉えている遺伝子又は領域の5’側及び3’側に続く領域を示す。別途定義されない限り、遺伝子の上流及び下流とは、遺伝子の翻訳開始点からの上流領域及び下流領域には限定されない。
本明細書において、遺伝子の制御領域とは、下流の遺伝子の細胞内における発現を制御する機能を有し、好ましくは、下流遺伝子を構成的に発現又は高発現させる機能を有する領域である。本明細書において、遺伝子の制御領域とは、当該遺伝子におけるコーディング領域の上流に存在し、RNAポリメラーゼが相互作用して当該遺伝子の転写を制御する機能を有する領域と定義され得る。好ましくは、本明細書における遺伝子の制御領域とは、当該遺伝子におけるコーディング領域の上流200〜600ヌクレオチド程度の領域をいう。制御領域は、遺伝子の転写開始制御領域及び/又は翻訳開始制御領域を含む。転写開始制御領域は制御領域及び転写開始点を含む領域であり、翻訳開始制御領域は開始コドンと共にリボソーム結合部位を形成するShine−Dalgarno(SD)配列に相当する部位である(Shine,J.,Dalgarno,L.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,1974,71:1342−1346)。
本明細書において、目的遺伝子の発現強化とは、改変前に比較して目的遺伝子の発現量を増加させることである。目的遺伝子の発現量を増加させる手段としては、例えば、ゲノム上の目的遺伝子に、野生型に比較して該遺伝子の発現を強化できる制御領域(強制御領域)を作動可能に連結すること、強発現制御領域と作動可能に連結された目的遺伝子を細胞内のゲノム中若しくはプラスミド中に導入すること、又は複数の目的遺伝子を細胞内に発現可能に存在させる改変などが挙げられる。複数の目的遺伝子を細胞内に発現可能に存在させる改変としては、複数個の目的遺伝子を、必要に応じて作動可能に連結した制御領域と共に、細胞内のゲノム中若しくはプラスミド中に導入することによって細胞内で発現する目的遺伝子の数を増加させる改変を挙げることができる。
本明細書において、目的遺伝子と制御領域とを「作動可能に連結する」とは、制御領域による遺伝子発現を制御する機能が目的遺伝子に作用するように、DNA上で制御領域と目的遺伝子とを配置することをいう。目的遺伝子と制御領域を作動可能に連結する方法としては、当該制御領域の下流に当該目的遺伝子を連結する方法が挙げられる。
本明細書において、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子とは、PGA合成に関与する枯草菌遺伝子群を構成するpgsB遺伝子、pgsC遺伝子、pgsA遺伝子及びpgsE遺伝子のうちのいずれか1つ以上をいう。pgsB遺伝子、pgsC遺伝子、pgsA遺伝子及びpgsE遺伝子は、同一の転写開始制御領域の下流に存在し、クラスター構造(オペロン)を構成している(例えば、非特許文献1〜4参照)。例えば、納豆菌においては、PGAは、PgsBCAEと称される膜結合型酵素系によってリボソーム非依存的に生産される。
枯草菌pgsB遺伝子は、ywsC遺伝子とも称され、配列番号1に示すヌクレオチド配列からなり、かつ配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質PgsB(YwsCと別称)をコードする。PgsB(YwsCと別称)はグルタミン酸におけるγ−位のカルボキシル基に作用するアミドリガーゼ反応に関与することが知られている(例えば、非特許文献1及び5参照)。
枯草菌pgsC遺伝は、ywtA遺伝子とも称され、配列番号3に示すヌクレオチド配列からなり、かつ配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質PgsC(YwtAと別称)をコードする。PgsC(YwtAと別称)は膜結合型タンパク質で、PGAの細胞外への排出に関与すること(非特許文献1)、PgsBと共存してグルタミン酸の連結反応に関わっていること(非特許文献5及び6)が推定されている。
枯草菌pgsA遺伝子は、ywtB遺伝子とも称され、配列番号5に示すヌクレオチド配列からなり、かつ配列番号6に示すアミノ酸配列からなるタンパク質PgsA(YwtBと別称)をコードする。PgsA(YwtBと別称)は、PGAの排出に関わると推定されている(非特許文献5及び6)。
枯草菌pgsE遺伝子は、配列番号7に示すヌクレオチド配列からなり、かつ配列番号8に示すアミノ酸配列からなるタンパク質PgsE(YwtCと別称)をコードする。PgsE(YwtCと別称)は、PGA生産菌であるBacillus anthracisの膜結合タンパク質CapEと同様な機能を有することが推定されている(非特許文献4)。亜鉛存在条件でのPgsE発現誘導により、Bacillus subtilis subsp. chungkookjang株においてPGA生産性が向上することが報告されている(非特許文献9)。
本明細書におけるタンパク質の「アミドリガーゼ活性」は、グルタミン酸、及びATP又はGTPを基質とし、これに塩化マンガンを加えた反応溶液中におけるPGAの生成を検出することにより測定することができる(J.Bacteriol.,2002,184:337−343)。また本明細書における、上述の枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子がコードするタンパク質の「アミドリガーゼ活性」とは、当該pgsB遺伝子又はその相当遺伝子を、上記pgsC遺伝子又はその相当遺伝子とともに枯草菌又はその変異株に導入した際に、当該株におけるPGAの生産と菌体外への分泌をもたらす能力であり得る。所定の微生物におけるPGA生産能の評価は、例えば、グルタミン酸又はその塩を含有するPGA生産寒天培地に培養したときにコロニー周辺に形成される半透明の粘性物質を目視によって観察する方法;SDS−PAGEによってPGAを検出する方法(Biosci.Biotechnol.Biochem.,1996,60:255−258);酸加水分解後にアミノ酸分析装置を用いて定量する方法(Biosci.Biotechnol.Biochem.,1997,61:1684−1687);培養液から精製し乾燥重量を求める定量法(Biochem.Biophys.Res.Commun.,1999,263:6−12);ゲルろ過カラムを用いたHPLC(高速液体クロマトグラフィー)による定量/定性法(Biosci.Biotechnol.Biochem.,1993,57:1212−1213)等によって行うことができる。
本明細書において、上述のpgsC又はその相当遺伝子がコードするタンパク質の「枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能」とは、枯草菌又はその変異株にて上記pgsB遺伝子又はその相当遺伝子とともに当該pgsC遺伝子又はその相当遺伝子を発現させた際に、当該株にPGAを生産させる能力であり得る。このことは、pgsB遺伝子を単独で発現させた株ではPGAが生産されず、pgsB遺伝子とともにpgsC遺伝子を発現させた株ではPGAが生産されるという本発明者らが見出した知見に基づいている。
本明細書において、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子とは、枯草菌pgdS遺伝子をいう。枯草菌pgdS遺伝子は、配列番号9に示すヌクレオチド配列からなり、かつ配列番号10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質PgdS(YwtDと別称)をコードする。PgdS(YwtDと別称)は、ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子群の下流に存在し、γアミド結合を切断するエンド型ペプチダーゼとして知られている(非特許文献11)。また近年の報告では、Bacillus licheniformis WX−02株においてpgdS遺伝子の発現を強化することにより、生産されるPGAを低分子量体となり、またPGA生産性が向上することが報告されている(非特許文献12)。
本明細書において、ピルビン酸カルボキシラーゼ活性とは、下記式(1)に示すピルビン酸からオキサロ酢酸への転換反応を触媒する活性であり、ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子とは、ピルビン酸カルボキシラーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子である。
本明細書において、枯草菌ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子とは、枯草菌pycA遺伝子をいう。枯草菌pycA遺伝子は、配列番号11に示すヌクレオチド配列からなり、かつ配列番号12に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする。
(2.本発明の枯草菌変異株の製造)
本発明の枯草菌変異株は、枯草菌野生株のゲノム上の大領域が欠失したゲノムを有し、枯草菌ポリ−γ-グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されており、かつalsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている、枯草菌変異株である。本発明の枯草菌変異株は、該ゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株に対して、枯草菌ポリ−γ-グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現を強化する改変と、alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化させる改変とを加えることによって作製することができる。
(2−1.ゲノム領域欠失枯草菌変異株)
本発明の枯草菌変異株の親株となる、ゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株は、枯草菌野生株(例えば、Bacillus subtilis Marburg No.168;本明細書において以下、枯草菌168株又は単に168株、あるいは野生株と称する)のゲノムと比べて、そのゲノム中の大領域が欠失したゲノムを有する。すなわち、当該枯草菌変異株のゲノムにおいては、枯草菌野生株のゲノム中の、prophage6(yoaV−yobO)領域、prophage1(ybbU−ybdE)領域、prophage4(yjcM−yjdJ)領域、PBSX(ykdA−xlyA)領域、prophage5(ynxB−dut)領域、prophage3(ydiM−ydjC)領域、spb(yodU−ypqP)領域、pks(pksA−ymaC)領域、skin(spoIVCB−spoIIIC)領域、pps(ppsE−ppsA)領域、prophage2(ydcL−ydeJ)領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7(spoIVCB−yraK)領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される領域の1以上が欠失している。好ましくは、当該枯草菌変異株は、枯草菌野生株のゲノム中の、prophage6(yoaV−yobO)領域、prophage1(ybbU−ybdE)領域、prophage4(yjcM−yjdJ)領域、PBSX(ykdA−xlyA)領域、prophage5(ynxB−dut)領域、prophage3(ydiM−ydjC)領域、spb(yodU−ypqP)領域、pks(pksA−ymaC)領域、skin(spoIVCB−spoIIIC)領域、pps(ppsE−ppsA)領域、prophage2(ydcL−ydeJ)領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7(spoIVCB−yraK)領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される領域の全てを欠失している。このような枯草菌変異株の例としては、特開2007−130013号公報に記載の枯草菌MGB874株が挙げられる。
上記ゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株は、例えば、168株等の任意の枯草菌株から上述のゲノム領域を欠失させることによって作製することができる。欠失させるべき目的のゲノム領域は、例えば、当該任意の枯草菌株のゲノムを、公開されている枯草菌168株のゲノムと対比することにより決定することができる。枯草菌168株の全ヌクレオチド配列及びゲノムの情報は、上述のBSORF DB、又はGenBank:AL009126.2([www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/38680335])から入手することができる。当業者は、これらの情報源から得た枯草菌168株のゲノム情報に基づいて、欠失させるべき目的のゲノム領域を決定することができる。ここで、欠失させるべきゲノム領域は、公開されている枯草菌168株における上述のゲノム領域のヌクレオチド配列に対して、1又は数個(例えば、1〜100個、好ましくは1〜50個、より好ましくは1〜30個、さらに好ましくは1〜10個、さらにより好ましくは1〜5個)のヌクレオチドにおける天然又は人工的に引き起こされた欠失、置換、挿入、付加等の変異を含むヌクレオチド配列を有するゲノム領域であり得る。あるいは、欠失させるべきゲノム領域は、公開されている枯草菌168株における上述のゲノム領域に対して、ヌクレオチド配列において好ましくは80%以上同一、さらにより好ましくは90%以上同一、なお好ましくは95%以上同一なゲノム領域であり得る。
あるいは、上記欠失させるべきゲノム領域は、表1に示す一対のオリゴヌクレオチドセットにより挟み込まれる領域として表すことができる。表1記載の領域を枯草菌ゲノム上から欠失させる方法としては、特に限定されないが、例えばSOE−PCR法(splicing by overlap extension PCR:Gene,1989,77:61−68)等により調製された欠失用DNA断片を用いた2重交差法が挙げられる。当該方法により枯草菌野生株から所定のゲノム領域が欠失した変異株を作製する手順は、特開2007−130013号公報に詳述されているが、以下に概要を説明する。
SOE−PCR法による欠失用DNA断片の調製と当該欠失用DNA断片を用いた2重交差法による目的領域の欠失の手順の概要を図1に示す。初めに、SOE−PCR法により、欠失させるべき目的領域の上流に隣接する約0.1〜3kb領域に対応する断片(上流断片と称する)と、同じく下流に隣接する約0.1〜3kb領域に対応する断片(下流断片と称する)とを連結したDNA断片を調製する。好ましくは、目的領域の欠失を確認するために、当該上流断片と下流断片の間に薬剤耐性遺伝子などのマーカー遺伝子断片をさらに連結したDNA断片を調製する。
まず、1回目のPCRによって、欠失させるべき領域の上流断片A及び下流断片B、並びに必要に応じてマーカー遺伝子断片(図1中では、クロラムフェニコール耐性遺伝子断片Cm)の3断片を調製する。上流断片及び下流断片のPCR増幅の際には、後に連結される断片の末端10〜30ヌクレオチドの配列を付加したプライマーを使用する。例えば、上流断片A、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cm、及び下流断片Bをこの順で連結させる場合、上流断片Aの下流末端に結合するプライマーの5'末端に、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cmの上流側10〜30ヌクレオチドに相当する配列を付加し(図1、プライマーDR1)、また下流断片Bの上流末端に結合するプライマーの5'末端に、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cmの下流側10〜30ヌクレオチドに相当する配列を付加する(図1、プライマーDF2)。このように設計したプライマーセットを用いて上流断片A及び下流断片BをPCRで増幅した場合、増幅された上流断片A'の下流側には薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cmの上流側に相当する領域が付加されることとなり、増幅された下流断片B'の上流側には薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cmの下流側に相当する領域が付加されることとなる。
次に、1回目のPCRで調製した上流断片A'、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cm、及び下流断片B'を混合して鋳型とし、上流断片の上流側に結合するプライマー(図1、プライマーDF1)及び下流断片の下流側に結合するプライマー(図1、プライマーDR2)からなる1対のプライマーを用いて2回目のPCRを行う。この2回目のPCRにより、上流断片A、薬剤耐性マーカー遺伝子断片Cm、及び下流断片Bをこの順で結合した欠失用DNA断片Dを増幅することができる。
上述の方法などによって得られる欠失用DNA断片を、通常の制限酵素とDNAリガーゼを用いてプラスミドに挿入し、欠失導入用プラスミドを構築する。あるいは、上流断片及び下流断片を直接連結した欠失用DNA断片を調製した後、当該欠失用DNA断片を薬剤耐性マーカー遺伝子を含むプラスミドに挿入することで、上流断片及び下流断片に加えて薬剤耐性マーカー遺伝子断片を有する欠失導入用プラスミドを構築することができる。
上記手順で構築された欠失導入用プラスミドを、コンピテントセル形質転換法等の通常の手法により、ゲノム領域を欠失させたい枯草菌に導入する。プラスミドの導入により、当該プラスミド上の上流断片及び下流断片と、枯草菌ゲノムのそれらに相同な領域との間で2重交差の相同組換えが生じ、欠失させるべき領域が薬剤耐性マーカー遺伝子に置き換えられた形質転換体が得られる(図1)。形質転換体の選択は、欠失用DNA断片中に存在する薬剤耐性遺伝子などのマーカー遺伝子の発現を指標に行えばよい。例えば、クロラムフェニコール耐性遺伝子断片で形質転換処理をした菌を、抗生物質(クロラムフェニコール等)を含む培地で培養し、生育したコロニーを回収することで、目的の領域が欠失しクロラムフェニコール耐性遺伝子に置き換えられた形質転換体を取得することができる。さらに、形質転換体のゲノムDNAを抽出し、これを鋳型としてPCRを行うことで、目的の領域が欠失されていることを確認することができる。
次に、得られた形質転換体から、ゲノムDNAに挿入された上記マーカー遺伝子を除去する。除去の手順としては、特に限定されないが、図2に示すような2段階相同組換え法を用いることができる(特開平2009−254350号公報)。当該方法では、初めに第1相同組換えのためのDNA断片(供与体DNA)を調製する。調製の方法としては、特に限定されないが、上述したSOE−PCR法等が挙げられる。供与体DNAとしては、例えば、除去すべきマーカー遺伝子領域(すなわち、欠失された領域)の上流に隣接する領域に対応する約0.1〜3kb断片(上流断片)及び同じく下流に隣接する領域に対応する約0.1〜3kb断片(下流断片)が結合した断片と、当該除去すべきマーカー遺伝子下流領域の断片とが連結したDNA断片を用いることができる。好適には、当該下流断片と除去すべき第1のマーカー遺伝子下流領域断片との間に、相同組換えの指標となる第2のマーカー遺伝子等が挿入されたDNA断片が用いられる(図2を参照)。
次いで、調製された供与体DNAをコンピテントセル形質転換法等の通常の手法によって上記形質転換体に導入し、当該形質転換体ゲノム上の当該上流断片及び第1のマーカー遺伝子下流領域に相当する領域との間に相同組換えを起こさせる(第1相同組換え)。所望の相同組換えが生じた形質転換体は、供与体DNA中に挿入した第2のマーカー遺伝子の発現を指標に選択することができる。第1相同組換えが適切に生じた形質転換体のゲノムDNAでは、上流断片、下流断片、必要に応じて第2のマーカー遺伝子、第1のマーカー遺伝子下流領域、及び下流断片が順番に配置している(図2参照)。このような配置を有するゲノムDNAにおいては、上記2つの下流断片同士の間で自然誘発的に相同組換えが起こり得る(ゲノム内相同組換え)。このゲノム内相同組換えによって、当該2つの下流断片の間に位置していた領域が欠失することにより、第1のマーカー遺伝子が形質転換体ゲノムから除去される。
ゲノム内相同組換えを起こした形質転換体を選択する手段としては、第1のマーカー遺伝子が薬剤耐性遺伝子の場合は、薬剤耐性を持たない菌を選択する方法が挙げられる。ペニシリン系抗生物質は、増殖細胞に対して殺菌的に作用するが非増殖細胞には作用しない。したがって、薬剤とペニシリン系抗生物質の存在下で菌を培養すれば、薬剤存在下で増殖しない薬剤非耐性菌を選択的に濃縮することができる(Methods in Molecular Genetics,Cold Spring Harbor Labs,1970)。別の手段としては、致死遺伝子を導入する方法が挙げられる。例えば、上記第2のマーカーとしてchpA遺伝子等の致死遺伝子を菌に導入すれば、ゲノム内相同組換えが起こらなかった菌は当該致死遺伝子の作用で死滅するので、ゲノム内相同組換えを起こした形質転換体を選択することができる。選択された菌株からゲノムDNAを抽出し、これを鋳型としてPCRを行うことで、目的の領域が欠失されていることを確認することができる(特開2009-254350号公報を参照)。
以上のようにして、ゲノム上の所定の領域を欠失した枯草菌変異株を作製することができる。さらに、当該手順を繰り返すことにより、上述のゲノム領域が全て欠失した枯草菌変異株を作製することができる。
(2−2.遺伝子の欠失又は不活性化)
本発明の枯草菌変異株においては、alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている。好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株においては、alsS遺伝子及びalsD遺伝子が欠失又は不活性化されている。
より好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株においては、alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されており、かつackA遺伝子、pta遺伝子及びydaP遺伝子が欠失又は不活性化されている。より好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株においては、alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されており、かつackA遺伝子、pta遺伝子、ydaP遺伝子及びldh遺伝子が欠失又は不活性化されている。
さらに好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株においては、alsS遺伝子及びalsD遺伝子が欠失又は不活性化されており、かつackA遺伝子、pta遺伝子及びydaP遺伝子が欠失又は不活性化されている。さらに好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株においては、alsS遺伝子及びalsD遺伝子が欠失又は不活性化されており、かつackA遺伝子、pta遺伝子、ydaP遺伝子及びldh遺伝子が欠失又は不活性化されている。
alsS遺伝子、alsD遺伝子、ackA遺伝子、pta遺伝子、ydaP遺伝子及びldh遺伝子はいずれも、有機酸合成に関わる枯草菌遺伝子である。alsS遺伝子とalsD遺伝子は、alsSD遺伝子群として1つのオペロンを形成している。本発明の枯草菌変異株において欠失又は不活性化され得る遺伝子のBSORF DBにおける登録番号及びコードするタンパク質を以下の表2に示す。当業者は、当該BSORF DBの情報に基づいて、親株における上記遺伝子を同定することができる。
上記遺伝子を欠失又は不活性化させる手段としては、該遺伝子のヌクレオチド配列上の1つ以上のヌクレオチドに対する突然変異導入、又は該ヌクレオチド配列に対する別のヌクレオチド配列の置換若しくは挿入、あるいは該遺伝子の配列の一部若しくは全部の削除などが挙げられる。上記遺伝子の転写を阻害する変異を導入する手段としては、該遺伝子のプロモーター領域に対する突然変異導入や、別のヌクレオチド配列での置換若しくは挿入による、当該プロモーターの不活性化が挙げられる。上記突然変異導や、ヌクレオチド配列の置換若しくは挿入のための具体的な手法としては、紫外線照射、部位特異的変異導入、及び上記(2−1.ゲノム領域欠失枯草菌変異株)にて説明したSOE−PCR法や相同組換え法、などを挙げることができる。欠失又は不活性化させる遺伝子の枯草菌ゲノム上での位置やヌクレオチド配列は、上述したBSORF DBにて確認することができる。
(2−3.遺伝子発現強化)
(2−3−1.ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子)
本発明の枯草菌変異株においては、さらに、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されている。本発明で発現強化される枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子は、枯草菌遺伝子pgsB、pgsC、pgsA及びpgsE、ならびにそれらに相当する遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子であり、好ましくは、少なくとも枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子とを含む組み合わせであり、より好ましくは、枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子との組み合わせ、あるいは枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子と、枯草菌pgsE遺伝子又はその相当遺伝子との組み合わせである。
枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子としては、以下が挙げられる:
(a)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号1に示すヌクレオチド配列と少なくとも62%、例えば、62%以上、好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f)配列番号2に示すアミノ酸配列と少なくとも55%、例えば、55%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子としては、以下が挙げられる:
(a')配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b')配列番号3に示すヌクレオチド配列と少なくとも59%、例えば、59%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でPGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c')配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でPGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d')配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e')配列番号4に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でPGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f')配列番号4に示すアミノ酸配列と少なくとも51%、例えば、51%以上、好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でPGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子としては、以下が挙げられる:
(a'')配列番号5に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b'')配列番号5に示すヌクレオチド配列と少なくとも48%、例えば、48%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c'')配列番号5に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d'')配列番号6に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e'')配列番号6に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f'')配列番号6に示すアミノ酸配列と少なくとも30%、例えば、30%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子としては、以下が挙げられる:
(a''')配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b''')配列番号7に示すヌクレオチド配列と少なくとも51%、例えば、51%以上、好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c''')配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d''')配列番号8に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e''')配列番号8に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f''')配列番号8に示すアミノ酸配列と少なくとも35%、例えば、35%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
また、枯草菌pgsB、pgsC、pgsA、及びpgsEの各遺伝子に相当する遺伝子としては、枯草菌以外のバチルス属又は他の属に属する微生物のPGA合成に関与する遺伝子が挙げられる。枯草菌以外の微生物としては、PGA生産性微生物であってもPGA非生産性微生物であってもよく、例えば、Bacillus subtilis、Bacillus amyloliquefaciens、Bacillus pumilus、Bacillus licheniformis、Bacillus megaterium、Bacillus anthracis等のバチルス属微生物、およびNatrialba aegyptiaca、Hydra、Oceanobacillus iheyensisなどが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、枯草菌pgsB、pgsC、pgsA又はpgsEに相当する遺伝子は、上記の微生物からゲノムDNAを抽出し、配列番号1、3、5又は7で示されるヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドやそのフラグメントをプローブとしたサザンハイブリダイゼーションを行うことによって同定することができる。また例えば、公知のゲノム配列情報に基づいて上記微生物のゲノムのヌクレオチド配列と、配列番号1、3、5又は7で示されるヌクレオチド配列とを比較することによって、上記微生物における枯草菌pgsB、pgsC、pgsA又はpgsEに相当する遺伝子を同定することができる。
例えば、Bacillus sp.KSM−366株(FERM BP−6262)のpgsB遺伝子、Bacillus licheniformis ATCC14580株のpgsB遺伝子、Bacillus amyloliquefaciens FZB42株のywsC遺伝子、及びOceanobacillus iheyensis HTE831株のOB0201遺伝子は、枯草菌168株のpgsB遺伝子との同一性が、ヌクレオチド配列において、それぞれ99.9%、78%、81%及び62%であり、またそれらのコードするアミノ酸配列において、それぞれ99.7%、89%、93%及び55%である。これらは、枯草菌pgsB遺伝子に相当する遺伝子として例示される(特開2010−213664号公報)。
また例えば、Bacillus sp.KSM−366株(FERM BP−6262)のpgsC遺伝子、Bacillus licheniformis ATCC14580株のpgsC遺伝子、Bacillus amyloliquefaciens FZB42株のywtA遺伝子、及びOceanobacillus iheyensis HTE831株のOB0202遺伝子は、枯草菌168株のpgsC遺伝子との同一性が、ヌクレオチド配列において、それぞれ100%、78%、83%及び59%であり、またそれらのコードするアミノ酸配列において、それぞれ100%、89%、93%及び51%である。これらは、枯草菌pgsC遺伝子に相当する遺伝子として例示される(特開2010−213664号公報)。
また例えば、Bacillus sp.KSM−366株(FERM BP−6262)のpgsA遺伝子、Bacillus licheniformis ATCC14580株のpgsA遺伝子、Bacillus amyloliquefaciens FZB42株のywtB遺伝子、及びOceanobacillus iheyensis HTE831株のOB2917遺伝子は、枯草菌168株のpgsA遺伝子との同一性が、ヌクレオチド配列においてそれぞれ100%、68%、75%及び48%であり、またそれらのコードするアミノ酸配列においてそれぞれ100%、67%、78%及び30%である。これらは、枯草菌pgsA遺伝子に相当する遺伝子として例示される(特開2010−213664号公報)。
また例えば、Bacillus licheniformis ATCC14580株のpgsE遺伝子、Bacillus amyloliquefaciens FZB42株のpgsE遺伝子、及びBacillsu anthracis H9401株のcapE遺伝子は、枯草菌168株のpgsE遺伝子との同一性が、ヌクレオチド配列においてそれぞれ63%、76%及び51%であり、またそれらのコードするアミノ酸配列においてそれぞれ47%、72%及び35%である。これらは、枯草菌pgsE遺伝子に相当する遺伝子として例示される。
枯草菌遺伝子pgsBCAEに相当するバチルス属または他の属に属する微生物の遺伝子の具体的な例としては、下記表3に示す遺伝子が挙げられる。
好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株において発現強化される枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子は、上記(a)〜(f)、(a')〜(f')、(a'')〜(f'')及び(a''')〜(f''')で表した遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つであり、好ましくは、少なくとも上記(a)〜(f)で表した遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つと、上記(a')〜(f')で表した遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つとの組み合わせを含む。また好ましくは、発現強化される遺伝子は、上記(a)、(a')、(a'')及び(a''')で表した遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つであり、より好ましくは、少なくとも上記(a)で表した遺伝子と、(a')で表した遺伝子との組み合わせを含む。さらに好ましくは、発現強化される遺伝子は、上記(a)及び(a')で表した遺伝子の組み合わせであるか、又は上記(a)、(a')、(a'')及び(a''')で表した遺伝子の組み合わせである。
別の好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株において発現強化される枯草菌ポリ−γ-グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子は、配列番号1、3、5、7及び13〜30のいずれかに示す配列からなる遺伝子のうちの少なくとも1つであり、好ましくは、少なくとも配列番号1、13、16、20、24及び27のいずれかに示す配列からなる遺伝子のうちの少なくとも1つと、配列番号3、14、17、21、25及び28のいずれかに示す配列からなる遺伝子のうちの少なくとも1つとの組み合わせを含む。より好ましくは、発現強化される遺伝子は、配列番号1、13、16、20、24及び27のいずれかに示す配列からなる遺伝子のうちの少なくとも1つと、配列番号3、14、17、21、25及び28のいずれかに示す配列からなる遺伝子のうちの少なくとも1つと、配列番号5、15、18、22、26及び29のいずれかに示す配列からなる遺伝子のうちの少なくとも1つと、配列番号7、19、23及び30のいずれかに示す配列からなる遺伝子のうちの少なくとも1つとの組み合わせである。
(2−3−2.ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子)
本発明の好ましい実施形態において、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化された本発明の枯草菌変異株においては、さらに枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されている。本発明で発現強化される枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子又はそれに相当する遺伝子は、枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子である。従来の微生物を用いたPGA生産法では、微生物がPGAを高生産すると培地の粘度が高まり、その結果、微生物の生存やPGAの生産性に悪影響が及ぶ場合があった。一方、本発明によれば、枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現を強化することで、低分子化されたPGAが生産され、培養液の粘度を抑制することにより、PGAを高生産に伴う上記課題を解決することができる。
枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子としては、以下が挙げられる:
(g)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(h)配列番号9に示すヌクレオチド配列と少なくとも62%、例えば、62%以上、好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつPGA分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(i)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつPGA分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(j)配列番号10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(k)配列番号10に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつPGA分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(l)配列番号10に示すアミノ酸配列と少なくとも57%、例えば、57%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつPGA分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
枯草菌pgdS遺伝子に相当する遺伝子としては、枯草菌以外のバチルス属又は他の属に属する微生物のPGA分解に関与する遺伝子が挙げられる。枯草菌以外の微生物の枯草菌pgdS遺伝子に相当する遺伝子は、pgsBCAE遺伝子に関して上述したのと同様の手順で、配列番号9で示されるヌクレオチド配列をもとに探索又は同定することができる。枯草菌pgdS遺伝子に相当するバチルス属微生物遺伝子の具体的な例としては、Bacillus licheniformis ATCC14580株のpgdS遺伝子(配列番号31)及びBacillus amyloliquefaciens FZB42株のpgdS遺伝子(配列番号32)が挙げられる。
好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株において発現強化される枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子又はそれに相当する遺伝子は、上記(g)〜(l)で表した遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つであり、好ましくは、上記(g)で表した遺伝子である。
別の好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株において発現強化される枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子又はそれに相当する遺伝子は、配列番号9、31及び32のいずれかに示す配列からなる遺伝子のうちの少なくとも1つである。
(2−3−3.ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子)
本発明の別の好ましい実施形態において、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化された本発明の枯草菌変異株においては、さらに枯草菌ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されている。本発明のさらに好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株においては、上記枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、上記枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、枯草菌ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現がいずれも強化されている。本発明で発現強化される枯草菌ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子又はそれに相当する遺伝子は、枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子である。
枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子としては、以下が挙げられる:
(m)配列番号11に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(n)配列番号11に示すヌクレオチド配列と少なくとも58%、例えば、58%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(o)配列番号11に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(p)配列番号12に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(q)配列番号12に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(r)配列番号12に示すアミノ酸配列と少なくとも56%、例えば、56%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
枯草菌pycA遺伝子に相当する遺伝子としては、枯草菌以外のバチルス属又は他の属に属する微生物のピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードする遺伝子が挙げられる。枯草菌以外の微生物の枯草菌pycA遺伝子に相当する遺伝子は、pgsBCAE遺伝子に関して上述したのと同様の手順で、配列番号11で示されるヌクレオチド配列をもとに探索又は同定することができる。枯草菌pycA遺伝子に相当するバチルス属微生物遺伝子の具体的な例としては、Bacillus licheniformis ATCC14580株のpycA(配列番号33)、Bacillus clausii由来のpycA(配列番号34)、Bacillus amyloliquefaciens DMS7株のpycA(配列番号35)、及びClostridium acetobutylicum DSM1731株のpyc(配列番号36)を挙げることができる。
好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株において発現強化される枯草菌ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子又はそれに相当する遺伝子は、上記(m)〜(r)で表した遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つであり、好ましくは、上記(m)で表した遺伝子である。
別の好ましい実施形態において、本発明の枯草菌変異株において発現強化される枯草菌ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子又はそれに相当する遺伝子は、配列番号11及び33〜36のいずれかに示す配列からなる遺伝子のうちの少なくとも1つである。
(2−3−4.目的遺伝子発現の強化)
上述したゲノム上の所定の領域を欠失した枯草菌変異株(親株)において、目的とする枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子、枯草菌ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子、又はそれらに相当する遺伝子(以下、目的遺伝子)の発現を強化する手段としては、例えば、親株のゲノム上で、野生型に比較し発現を強化できる制御領域(強制御領域)と目的遺伝子とを作動可能に連結して配置すること;及び、制御領域、好ましくは強制御領域と作動可能に連結された目的遺伝子を、親株細胞のゲノム中若しくはプラスミド中に導入すること、などが挙げられる。
例えば、親株のゲノム上の目的遺伝子(例えば、pgsBCAE遺伝子)の制御領域配列を強制御領域に置換することによって、該目的遺伝子の発現を強化することができる。あるいは、強制御領域と作動可能に連結された目的遺伝子を含む断片を、親株のゲノム中若しくはプラスミド中に導入することによって該目的遺伝子の発現を強化することができる。またあるいは、親株中に複数の目的遺伝子を発現可能に存在させる改変により、該目的遺伝子の発現を強化することもできる。
目的遺伝子の発現強化のための手順の一例を以下に記載する。まず、目的遺伝子が制御領域と作動可能に連結され、さらに親株ゲノムとの相同領域と結合されたDNA断片を構築する。例えば、上流から、制御領域(例えば、rrnOオペロン制御領域)、目的遺伝子(例えば、pgsBCAE遺伝子)の順で配置した断片を作製し、さらにその断片に親株ゲノムの一部との相同領域を結合してDNA断片を調製する。次いで、このDNA断片を親株に導入すれば、親株ゲノム中に当該DNA断片が挿入されて、親株を形質転換することができる。得られた形質転換体は、形質転換前の株と比べて目的遺伝子の発現量が増加する。
目的遺伝子の発現強化のための手順の別の例を以下に記載する。まず、制御領域と作動可能に連結された目的遺伝子を含むベクターを構築する。例えば、上流から、制御領域(例えば、KSM−S237制御領域)、目的遺伝子(例えば、pgsBC遺伝子)の順で配置したDNAを含むベクターを調製する。次いで、このベクターを親株に導入すれば、親株を形質転換することができる。得られた形質転換体は、形質転換前の株と比べて目的遺伝子の発現量が増加する。
本発明において目的遺伝子の発現強化に使用され得る制御領域は、好ましくは、宿主内において下流の目的遺伝子の発現を高める機能を有し、より好ましくは、下流の目的遺伝子を構成的に発現又は高発現させる機能を有する制御領域である。また好ましくは、目的遺伝子の野生型の制御領域と比較して、目的遺伝子の発現を強化することができる制御領域(強制御領域)である。
本発明において枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子、又はそれらの相当遺伝子の発現強化に使用され得る制御領域の例としては、バチルス属細菌由来のα−アミラーゼ遺伝子の制御領域、プロテアーゼ遺伝子の制御領域、rrnOオペロン制御領域、tufA遺伝子制御領域、aprE遺伝子の制御領域、spoVG遺伝子の制御領域、Bacillus sp.KSM−S237株のセルラーゼ遺伝子の制御領域、Staphylococcus aureus由来のカナマイシン耐性遺伝子の制御領域、クロラムフェニコール耐性遺伝子の制御領域等(いずれも、特開2009−089708号公報を参照)が例示されるが、これらに限定されない。
あるいは、本発明において枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子、又はそれらの相当遺伝子の発現強化に使用され得る制御領域の好ましい例として、Bacillus sp.KSM−S237株のセルラーゼ遺伝子の制御領域であるセルラーゼ遺伝子の翻訳開始点の上流0.4〜1.0kb領域(配列番号37)、及び当該領域とヌクレオチド配列において80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有し、かつ当該領域と同等の遺伝子発現制御機能を有する塩基配列が挙げられる。
好ましくは、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子(pgsBC遺伝子)又はその相当遺伝子に対しては上記KSM−S237セルラーゼ遺伝子の制御領域が、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子群全て(pgsBCAE遺伝子)又はその相当遺伝子群全てに対してはrrnOオペロン制御領域が、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸分解酵素をコードする遺伝子又はその相当遺伝子に対してはtufA遺伝子制御領域が使用される。
本発明においてピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子又はその相当遺伝子の発現強化に使用され得る制御領域の例としては、バシラス属細菌由来のα−アミラーゼ遺伝子の制御領域、プロテアーゼ遺伝子の制御領域、リボソームタンパク質をコードする遺伝子(rplS遺伝子等)の制御領域、aprE遺伝子の制御領域、spoVG遺伝子の制御領域、Bacillus sp.KSM−S237株のセルラーゼ遺伝子の制御領域、Staphylococcus aureus由来のカナマイシン耐性遺伝子の制御領域、クロラムフェニコール耐性遺伝子の制御領域等(いずれも、特開2009−089708号公報を参照)が例示されるが、特に限定されない。
目的遺伝子又は制御領域の親株への導入に使用されるベクターは、プラスミド等の形質転換に一般的に使用されるベクターであればよい。ベクターの種類は、適宜選択することができるが、親株内で自己複製可能なベクター(例えばプラスミド)であることが好ましく、多コピーのベクターであることがより好ましい。さらに、そのプラスミドのコピー数が親株のゲノム(染色体)に対し、2以上100コピー以下であれば良く、好ましくは2以上50コピー以下、より好ましくは2以上30コピー以下であれば良い。好ましいプラスミドの例としては、例えば、pT181、pC194、pUB110、pE194、pSN2、pHY300PLK等が挙げられる。
目的遺伝子又は制御領域のベクターへの挿入は、当該分野における通常の方法に従って行うことができる。例えば、目的遺伝子及び制御領域の断片をPCR等によって増幅し、これらの断片を制限酵素法等によってプラスミド等のベクターに挿入し、連結すればよい。あるいは、目的遺伝子及び制御領域の断片を予め連結した断片を作製し、これをプラスミド等のベクターに挿入してもよい。その際、ベクター上において、上流から制御領域断片、目的遺伝子の断片の順で連結されているようにする。
発現を強化するポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子がpgsB遺伝子又はその相当遺伝子とpgsC遺伝子又はその相当遺伝子との組み合わせの場合は、親株に導入するDNA断片やベクター上において、上流から制御領域断片、pgsB遺伝子又はその相当遺伝子の断片、次いでpgsC遺伝子又はその相当遺伝子の断片の順で連結されているようにするとよい。
親株へのDNA断片又はベクターの導入は、例えばプロトプラスト法(Mol.Gen.Genet.,1979,168:111−115)やコンピテントセル法(J.Bacteriol.,1963,86:392−400、J.Bacteriol.,1960,81:741−746)などの通常の手法に従って行うことができる。
以上の手順で、ゲノムの大領域が欠失したゲノムを有し、枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されており、かつalsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている、本発明の枯草菌変異株を作製することができる。本発明の枯草菌変異株の製造方法においては、最終的に得られた微生物において、上述したゲノムの大領域の欠失、所定の遺伝子の欠失又は不活性化、及び目的遺伝子の発現強化が達成されていればよく、ゲノムや遺伝子の欠失又は不活性化、及び遺伝子の発現強化を行う順序は特に限定されない。例えば、本発明の枯草菌変異株は、上述したゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株に対して、上述した手順で目的遺伝子を発現強化し、次いで上述した手順で所定の遺伝子を欠失又は不活性化して製造されてもよく、あるいは、上述したゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株に対して、上述した手順で所定の遺伝子を欠失又は不活性化し、次いで上述した手順で目的遺伝子を発現強化して製造されてもよい。
(3.本発明の枯草菌変異株を用いたPGA生産)
本発明の枯草菌変異株は、親株となるゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株、又は該親株に対し枯草菌ポリ−γ−グルタミン酸合成酵素遺伝子の発現を強化した枯草菌変異株と比べて、高いPGA生産能を有している。本発明の枯草菌変異株を培養することによって当該菌外に効率よくPGAが生産されるため、PGAを効率よく生産することが可能になる。したがって、本発明の別の態様は、上述した本発明の枯草菌変異株を用いるPGAの製造方法に関する。
本発明のPGAの製造方法においては、先ず、適切な培地において上記本発明の組換え枯草菌を培養し、菌体外に生産されたPGAを培地から回収する。培地としては、グリセロール、グルコース、フルクトース、マルトース、キシロース、アラビノース、各種有機酸等の炭素源、各種アミノ酸、ポリペプトン、トリプトン、硫酸アンモニウムや尿素等の窒素源、ナトリウム塩等の無機塩類及びその他必要な栄養源、微量金属塩等を含有する組成の培地を使用できる。当該培地は、合成培地であっても天然培地であってもよい。
本発明のPGAの製造方法において、必ずしも培地にグルタミン酸を添加する必要はないが、PGAの生産性をより向上させるために、本発明の組換え枯草菌が生育に最低限必要とするグルタミン酸量よりも過剰量のグルタミン酸が添加された培地で、当該組換え枯草菌を培養することができる。グルタミン酸は、培地中へはグルタミン酸ナトリウムとして添加することが好ましいが、その濃度(グルタミン酸換算)は、例えば培地中、好ましくは0.005〜600g/L、より好ましくは0.05〜500g/L、より好ましくは0.1〜400g/L、より好ましくは0.5〜300g/Lであり得る。培地中のグルタミン酸濃度は、PGAの生産性向上の点から、0.005g/L以上であることが好ましく、他方、グルタミン酸ナトリウムの飽和溶解度を超えることによる培地中のグルタミン酸ナトリウムやその他の培地成分の析出を回避する点から、グルタミン酸濃度600g/L以下であることが好ましい。
培養条件として、至適温度は、好ましくは10〜40℃であり、より好ましくは30〜40℃である。至適pHは、好ましくはpH4〜8であり、より好ましくは5〜8である。また、培養日数は、菌接種後、好ましくは1〜10日間であり、より好ましくは1〜5日間である。培養は、特に限定されないが、振とう培養、攪拌培養、通気培養、静置培養などが挙げられる。
培地中に蓄積されたPGAを回収する際には、PGAを生産させた菌体と分離する必要がある。PGAを分離する手段としては、遠心分離、限外濾過膜、電気透析法、pHをPGAの等電点付近に維持することで沈殿として回収する方法、さらに上記手法の組み合わせ等が挙げられる。
本発明の例示的実施形態として、さらに以下を本明細書に開示する。但し、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
<1>枯草菌変異株であって、
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される1以上の領域が欠失したゲノムを有し、
枯草菌遺伝子pgsB、pgsC、pgsA及びpgsE、ならびにそれらに相当する遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子の発現が強化されており、
かつ、
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている、
枯草菌変異株。
<2>好ましくは、alsS遺伝子及びalsD遺伝子が欠失又は不活性化されている、<1>記載の枯草菌変異株。
<3>好ましくは、さらにackA遺伝子、pta遺伝子及びydaP遺伝子が欠失又は不活性化されている、<2>記載の枯草菌変異株。
<4>好ましくは、さらにackA遺伝子、pta遺伝子、ydaP遺伝子及びldh遺伝子が欠失又は不活性化されている、<2>記載の枯草菌変異株。
<5>好ましくは、少なくとも上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子とが組み合わせて発現強化されている、<1>〜<4>のいずれか1項記載の枯草菌変異株。
<6>好ましくは、上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子、上記枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子、上記枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子、及び上記枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されている、<1>〜<4>のいずれか1項記載の枯草菌変異株。
<7>好ましくは、上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a)〜(f)からなる群より選択される、<1>〜<6>のいずれか1項記載の枯草菌変異株:
(a)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号1に示すヌクレオチド配列と62%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f)配列番号2に示すアミノ酸配列と少なくとも55%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<8>好ましくは、上記枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a')〜(f')からなる群より選択される、<1>〜<7>のいずれか1項記載の枯草菌変異株:
(a')配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b')配列番号3に示すヌクレオチド配列と少なくとも59%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c')配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d')配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e')配列番号4に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f')配列番号4に示すアミノ酸配列と少なくとも51%以上、より好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<9>好ましくは、上記枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a'')〜(f'')からなる群より選択される、<1>〜<8>のいずれか1項記載の枯草菌変異株:
(a'')配列番号5に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b'')配列番号5に示すヌクレオチド配列と少なくとも48%以上、より好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c'')配列番号5に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d'')配列番号6に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e'')配列番号6に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f'')配列番号6に示すアミノ酸配列と少なくとも30%以上、より好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<10>好ましくは、上記枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a''')〜(f''')からなる群より選択される、<1>〜<9>のいずれか1項記載の枯草菌変異株:
(a''')配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b''')配列番号7に示すヌクレオチド配列と少なくとも51%以上、より好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c''')配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d''')配列番号8に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e''')配列番号8に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f''')配列番号8に示すアミノ酸配列と少なくとも35%以上、より好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<11>好ましくは、上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号1、13、16、20、24及び27のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子であり、かつ上記枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号3、14、17、21、25及び28のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子であり、かつ上記枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号5、15、18、22、26及び29のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子であり、かつ上記枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号7、19、23及び30のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子である、<1>〜<6>のいずれか1項記載の枯草菌変異株。
<12>好ましくは、さらに枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されている、<1>〜<11>のいずれか1項記載の枯草菌変異株。
<13>好ましくは、上記枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(g)〜(l)からなる群より選択される、<12>記載の枯草菌変異株:
(g)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(h)配列番号9に示すヌクレオチド配列と少なくとも62%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(i)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(j)配列番号10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(k)配列番号10に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(l)配列番号10に示すアミノ酸配列と少なくとも57%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<14>好ましくは、上記枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号9、31及び32のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子である、<12>記載の枯草菌変異株。
<15>さらに枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されている、<1>〜<14>のいずれか1項記載の枯草菌変異株。
<16>好ましくは、上記枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(m)〜(r)からなる群より選択される、<15>記載の枯草菌変異株:
(m)配列番号11に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(n)配列番号11に示すヌクレオチド配列と少なくとも80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(o)配列番号11に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(p)配列番号12に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(q)配列番号12に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(r)配列番号12に示すアミノ酸配列と少なくとも80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<17>好ましくは、上記枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号11及び33〜36のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子である、<15>記載の枯草菌変異株。
<18>枯草菌変異株の製造方法であって、
prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域からなる群より選択される1以上の領域が欠失したゲノムを有する枯草菌変異株において
枯草菌遺伝子pgsB、pgsC、pgsA及びpgsE、ならびにそれらに相当する遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子の発現を強化し、かつ
alsS遺伝子及びalsD遺伝子からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子を欠失又は不活性化する、
ことを含む、方法。
<19>好ましくは、alsS遺伝子及びalsD遺伝子を欠失又は不活性化する、<18>記載の方法。
<20>好ましくは、さらにackA遺伝子、pta遺伝子及びydaP遺伝子を欠失又は不活性化する、<19>記載の方法。
<21>好ましくは、さらにackA遺伝子、pta遺伝子、ydaP遺伝子及びldh遺伝子を欠失又は不活性化する、<19>記載の方法。
<22>好ましくは、少なくとも上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子とを組み合わせて発現強化する、<18>〜<21>のいずれか1項記載の方法。
<23>好ましくは、上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子、上記枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子、上記枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子、及び上記枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現を強化する、<18>〜<21>のいずれか1項記載の方法。
<24>好ましくは、上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a)〜(f)からなる群より選択される、<18>〜<23>のいずれか1項記載の方法:
(a)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b)配列番号1に示すヌクレオチド配列と62%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e)配列番号2に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f)配列番号2に示すアミノ酸配列と少なくとも55%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<25>好ましくは、上記枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a')〜(f')からなる群より選択される、<18>〜<24>のいずれか1項記載の方法:
(a')配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b')配列番号3に示すヌクレオチド配列と少なくとも59%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c')配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d')配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e')配列番号4に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f')配列番号4に示すアミノ酸配列と少なくとも51%以上、より好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<26>好ましくは、上記枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a'')〜(f'')からなる群より選択される、<18>〜<25>のいずれか1項記載の方法:
(a'')配列番号5に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b'')配列番号5に示すヌクレオチド配列と少なくとも48%以上、より好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c'')配列番号5に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d'')配列番号6に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e'')配列番号6に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f'')配列番号6に示すアミノ酸配列と少なくとも30%以上、より好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<27>好ましくは、上記枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a''')〜(f''')からなる群より選択される、<18>〜<26>のいずれか1項記載の方法:
(a''')配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(b''')配列番号7に示すヌクレオチド配列と少なくとも51%以上、より好ましくは55%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(c''')配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(d''')配列番号8に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(e''')配列番号8に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(f''')配列番号8に示すアミノ酸配列と少なくとも35%以上、より好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ上記枯草菌pgsB遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsC遺伝子又はその相当遺伝子と、上記枯草菌pgsA遺伝子又はその相当遺伝子の存在下で、PGAを生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<28>好ましくは、上記枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号1、13、16、20、24及び27のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子であり、かつ上記枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号3、14、17、21、25及び28のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子であり、かつ上記枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号5、15、18、22、26及び29のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子であり、かつ上記枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号7、19、23及び30のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子である、<18>〜<23>のいずれか1項記載の方法。
<29>好ましくは、さらに枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現を強化することを含む、<18>〜<28>のいずれか1項記載の方法。
<30>好ましくは、上記枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(g)〜(l)からなる群より選択される、<29>記載の方法:
(g)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(h)配列番号9に示すヌクレオチド配列と少なくとも62%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(i)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(j)配列番号10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(k)配列番号10に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(l)配列番号10に示すアミノ酸配列と少なくとも57%以上、より好ましくは60%以上、より好ましくは65%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<31>好ましくは、上記枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号9、31及び32のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子である、<29>記載の方法。
<32>好ましくは、さらに枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現を強化することを含む、<18>〜<31>のいずれか1項記載の方法。
<33>好ましくは、上記枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(m)〜(r)からなる群より選択される、<32>記載の方法:
(m)配列番号11に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
(n)配列番号11に示すヌクレオチド配列と少なくとも80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(o)配列番号11に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(p)配列番号12に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(q)配列番号12に示すアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換、付加又は挿入されたアミノ酸配列からなりかつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
(r)配列番号12に示すアミノ酸配列と少なくとも80%以上、より好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
<34>好ましくは、上記枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、配列番号11及び33〜36のいずれかに示すヌクレオチド配列からなる遺伝子である、<32>記載の方法。
<35><1>〜<17>のいずれか1項記載の枯草菌変異株、又は<18>〜<34>のいずれか1項記載の方法で製造された枯草菌変異株を用いるポリ−γ−グルタミン酸の製造方法。
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)菌株の構築
(1−1)トリプトファン要求性解除株の作製
枯草菌野生株ゲノムの大領域が欠失した枯草菌変異株(MGB874株;特開2007−130013号公報)におけるトリプトファン要求性を解除した。枯草菌変異株MGB874株の元株である枯草菌168株は、遺伝子型としてtrpC2を所持している。つまり168株はトリプトファン合成に関与するインドール−3−グリセロールリン酸シンターゼをコードするtrpC遺伝子変異のためトリプトファン合成要求性である。また、枯草菌ATCC6051T株はトリプトファン非要求性であることが知られている(Albertini,A.M.&Galizzi,A.Microbiology,1999,145(Pt12):3319−3320)。枯草菌168株とATCC6051T株のtrpC遺伝子を比較したところ、328番目から330番目のヌクレオチドATTが枯草菌168株では存在しないことがわかった。そこで、ATCC6051T株ゲノムを鋳型とし、表4記載のtrpC_F1及びtrpC_R1のプライマーを用いてPCRを行い、PCR産物を構築した。このPCR産物を用いて枯草菌変異株MGB874株をコンピテント法で形質転換し、トリプトファン非添加のSMA寒天培地(0.2%硫酸アンモニウム、1.4%リン酸水素2カリウム、0.6%リン酸2水素カリウム、0.1%クエン酸3ナトリウム-2水和物、0.5%グルコース、0.035%硫酸マグネシウム7水和物、1.5%寒天)に生育したコロニーを形質転換体として分離した。こうしてトリプトファン非要求性MGB874T株を得た。
(1−2)alsSD遺伝子群が欠失した枯草菌変異株(MGB874T_ΔalsSD株)の構築
上記(1−1)で構築したMGB874T株を宿主として、alsSD遺伝子群が欠失された枯草菌変異株(MGB874T_ΔalsSD株)の構築を行った。本変異株の作製は、IPTG制御領域と遊離のmRNA切断リボヌクレアーゼであるmazF遺伝子を融合したカセットを使用するマーカーフリーの欠失法にて構築した(Morimoto,T. et al.,In Strain Engineering,pp345−358.Springer)。
始めに、枯草菌変異株MGB874T株から抽出したゲノムDNAを鋳型とし、表4記載のプライマーalsSD−DF1及びalsSD−DR1を用いて、alsSD遺伝子群の開始コドン上流に隣接する領域である断片(A)をPCRにより増幅した。また、同ゲノムDNAを鋳型とし、表4記載のプライマーalsSD−DF2及びalsSD−DR2を用いて、alsD遺伝子遺伝子の停止コドン下流の領域である断片(B)をPCRにより増幅した。さらに、同ゲノムDNAを鋳型とし、表4記載のプライマーalsSD−IF及びalsSD−IRを用いて、alsSD遺伝子群ORF内と相同領域である断片(C)をPCRにより増幅した。さらに、枯草菌変異株TOM310(Morimoto,T. et al.,In Strain Engineering,pp345−358.Springer)を鋳型とし、表4記載のプライマーpAPNC−F及びchpA−Rを用いて、スペクチノマイシン耐性遺伝子を含むmazFカセット断片(D)をPCRにより増幅した。
次に、得られた断片(A)、断片(B)、断片(D)及び断片(C)をこの順となる様に表4記載のプライマーalsSD−DF1及びalsSD−IRを用いてSOE−PCR法によって結合させ、最終DNA断片を得た。得られたDNA断片を用いて、コンピテント法(J.Bacteriol.,1960,81:741−746)により枯草菌MGB874T株の形質転換を行い、IPTGを含まずスペクチノマイシンを含むLB寒天培地上に生育したコロニーを形質転換体として分離した。
最後に、mazF遺伝子カセットを除くため、IPTGを含むLB寒天培地上で培養し、生育したコロニーを選択した。得られた変異株は、断片(B)において細胞内相同組換えによりmazFカセットが除去された変異株となる(以下、MGB874T_ΔalsSD株と称する)。MGB874T_ΔalsSD株はゲノム上のalsS遺伝子開始コドンからalsD遺伝子停止コドン領域が欠失し、更に薬剤選択マーカーが除去された変異を有する枯草菌変異株である。本実施例でのmazF遺伝子カセットを使用するマーカーフリーの欠失法にて構築したalsSD遺伝子群欠失方法を図3に示した。
得られた形質転換体MGB874T_ΔalsSD株のゲノムを用いたPCR及びそれに続くサンガー法(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,1982,74:5463)によるシークエンシングによって、ゲノム上のalsSD遺伝子群の欠失が生じていることを確認した。
(1−3)alsSD遺伝子群、ackA遺伝子、pta遺伝子、ydaP遺伝子及びldh遺伝子が欠失した枯草菌変異株(MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh株)の構築
上記(1−2)で構築した枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSD株を宿主として、上述の手法と同様に、ackA遺伝子、pta遺伝子、ydaP遺伝子及びldh遺伝子が欠失された変異株(MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh株)の構築を行った。
ackA遺伝子欠失の際、断片(A)増幅には表4記載のプライマーackA−DF1及びackA−DR1を、断片(B)増幅には表4記載のプライマーackA−DF2及びackA−DR2を、断片(C)増幅には表4記載のプライマーackA−IF及びackA−IRを、それぞれ使用した。
pta遺伝子欠失の際、断片(A)増幅には表4記載のプライマーpta−DF1及びpta−DR1を、断片(B)増幅には表4記載のプライマーpta−DF2及びpta−DR2を、断片(C)増幅には表4記載のプライマーpta−IF及びpta−IRを、それぞれ使用した。
ydaP遺伝子欠失の際、断片(A)増幅には表4記載のプライマーydaP−DF1及びydaP−DR1を、断片(B)増幅には表4記載のプライマーydaP−DF2及びydaP−DR2を、断片(C)増幅には表4記載のプライマーydaP−IF及びydaP−IRを、それぞれ使用した。
ldh遺伝子欠失の際、断片(A)増幅には表4記載のプライマーldh−DF1及びldh−DR1を、断片(B)増幅には表4記載のプライマーldh−DF2及びldh−DR2を、断片(C)増幅には表4記載のプライマーldh−IF及びldh−IRを、それぞれ使用した。
順次、欠失変異を集積させ、最終的にMGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh株を構築した。得られた形質転換体MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh株のゲノムを用いたPCR及びそれに続くサンガー法によるシークエンシングによって、ゲノム上の変異導入を行った各遺伝子について欠失が生じていることを確認した。
(1−4)ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子が導入された枯草菌変異株(MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh_PspoVG−pycA株)の構築
ゲノム上のαアミラーゼをコードするamyE遺伝子を分断する形で、ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子pycAを導入するためのコンストラクトを構築した。pycA遺伝子発現の制御領域として、恒常的発現制御である胞子形成に関与するspoVG遺伝子の制御領域を用いた。
枯草菌変異株MGB874T株のゲノムDNAを鋳型とし、表5記載のプライマーnew−amyE−UF及びamyE−URを用いて、amyE上流領域の断片(A)をPCRにより増幅した。pDLT3(Morimoto T.et al.Microbiology,2002,148:3539−3552)で枯草菌野生株168を形質転換した変異株を鋳型とし、表5記載のプライマーcat−F及びnew−amyE−DRを用いて、クロラムフェニコール耐性遺伝子を含むamyE下流領域の断片(B)をPCRにより増幅した。次いで、枯草菌変異株MGB874T株のゲノムDNAを鋳型とし、表5記載のプライマーamyE/PVG−F及びPspoVG−Rを用いて、spoVG遺伝子の制御領域の断片(C)をPCRにより増幅した。次いで、枯草菌変異株MGB874T株のゲノムDNAを鋳型とし、表5記載のプライマーPVG/pycA−F−2及びpycA/cat−R−2を用いて、PCR増幅を行い、pycA遺伝子ORFの断片(D)をPCR増幅した。
次に、得られた断片(A)、断片(C)、断片(D)及び断片(B)をこの順となる様に表5記載のプライマーnew−amyE−UF及びnew−amyE−DRを用いてSOE−PCR法によって結合させ、最終PCR産物を得た。得られた最終PCR産物を用いて枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh株で形質転換し、枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh_PspoVG−pycA株を得た。
得られた形質転換体MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh_PspoVG−pycA株のゲノムを用いたPCR及びそれに続くサンガー法によるシークエンシングによって、ゲノム上の所定の位置に目的遺伝子が導入されていることを確認した。
枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh_PspoVG−pycA株は、ゲノム上に生来のpycA遺伝子と、導入したPspoVG制御下の枯草菌pycA遺伝子との両方を有する枯草菌変異株である。本実施例のピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の導入手順及び導入位置を図4に示した。
(1−5)PGA組換え生産用ベクター(pHY_PS237/pgsBC)の構築
Bacillus sp.KSM−366株(FERM BP−6262)から調製した染色体DNAを鋳型とし、表6記載のプライマーP−S237/BSpgsB atg FW及びHindIII_BSpgsBC RVを用いて、pgsBC遺伝子を含む1.7kbのDNA断片(BC)をそれぞれ調製した。さらに、Bacillus sp.KSM−S237株(FERM BP−7875)から調製した染色体DNAを鋳型とし、表6記載のプライマーCm_S237 FWとP_S237−RVのプライマーセットを用いて、KSM−S237株由来のセルラーゼ遺伝子(特開2000−210081号公報参照)プロモーター領域0.6kbのDNA断片(P_S237)(配列番号37)を調製した。
次に、断片(P_S237)及び(BC)を鋳型とし、Cm_S237 FWとHindIII_BSpgsBC RVとのプライマーセットを用いたSOE−PCR法にて(P_S237)及び(BC)を1断片化した2.3kbのDNA断片(P_BC)を得た。続いて、このDNA断片(P_BC)を制限酵素BamHI及びHindIIIにて制限酵素処理し、それぞれを同様の制限酵素処理を施したプラスミドベクターpHY300PLK(Takara)とDNA Ligation kit Ver.2(Takara)を用いてライゲーション反応(結合化)を行った。
上記ライゲーション試料を用いて、大腸菌(HB101株)をコンピテントセル法にて形質転換し、選択培地で選択し、得られた菌体から組換えプラスミドを抽出した。これらを制限酵素BamHI及びHindIIIにて制限酵素処理し、電気泳動法にてプラスミドベクター上のBamHI及びHindIII制限酵素認識部位に目的とする上記DNA断片(P_BC)が挿入していることを確認した。(P_BC)の挿入が確認された組換えプラスミドを、PGA組換え生産用ベクターpHY_PS237/pgsBCとした。本実施例におけるPGA組換え生産用ベクター構築手順を図5に示す。
(1−6)PGA組換え生産用ベクター(pHY_PS237/pgsBC)が導入された組換え枯草菌変異株の作製
上記(1−2)〜(1−4)で作製した枯草菌変異株MGB874T株、枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSD株、枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh株及び枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh_PspoVG−pycA株を宿主とした。
上記(1−5)で作製したPGA組換え生産用ベクターpHY_PS237/pgsBC(特開2009−89708)を用いて、プロトプラスト形質転換法(Mol.Gen.Genet.,1979,168:111−115)により各宿主を形質転換した。テトラサイクリン−塩酸塩50ppmを添加したDM3プロトプラスト再生培地(0.5Mコハク酸ナトリウム(pH7.3)、0.5%カザミノ酸(ディフコ社製)、0.5%酵母エキス(ディフコ社製)、0.35% K2HPO4、0.15% KH2PO4、0.5%グルコース、20mM MgCl2、0.01%牛血清アルブミン(シグマ社製)、1%バクト寒天(ディフコ社製))上に生育したコロニーを目的とする枯草菌形質転換体として選抜した。以上の手順により、各宿主にBacillus sp.KSM−S237株(FERM BP−7875)由来のセルラーゼ遺伝子(特開2000−210081)のプロモーター領域及びBacillus sp.KSM−366株(FERM BP−6262)由来のpgsB及びpgsC遺伝子を導入した株を得た。
(1−7)PGA合成酵素遺伝子群及びPGA分解酵素をコードする遺伝子の発現が強化された枯草菌変異株(MGB874T_PGA株)の構築
始めに、先述したマーカーフリーの欠失法を用いて、枯草菌が本来ゲノム上に有するPGA合成酵素遺伝子群(pgsBCAE)及びPGA分解酵素をコードする遺伝子の欠失変異導入を行った。
実施例(1−1)にて構築した枯草菌変異株MGB874T株から抽出したゲノムDNAを鋳型として、断片(A)増幅には表7記載のプライマーpgs−DF1及びpgs−DR1を、断片(B)増幅には表7記載のプライマーpgs−DF2及びpgs−DR2を、断片(C)増幅には表7記載のプライマーpgs−IF及びpgs−IRを、それぞれ使用した。構築した最終PCR産物を枯草菌変異株MGB874T株で形質転換した。得られた形質転換体(枯草菌MGB874T_ΔpgsBCAEΔpgdS株)のゲノムを用いたPCR及びそれに続くサンガー法によるシークエンシングによって、ゲノム上の変異導入を行った各遺伝子について欠失が生じていることを確認した。
次いで、PGA分解酵素をコードする遺伝子の導入を行った。枯草菌変異株MGB874T株のゲノムDNAを鋳型とし、表7記載のプライマーtufA−1f及びtufA−1rを用いて、tufA上流領域の断片(A)をPCRにより増幅した。また、表7記載のプライマーtufA−2f及びtufA−2rを用いて、tufA下流領域の断片(B)をPCRにより増幅した。次いで、枯草菌変異株MGB874T株のゲノムDNAを鋳型とし、表7記載のプライマーBSpgdS−F及びBSpgdS−Rを用いて、pgdS遺伝子ORFの断片(C)をPCRにより増幅した。次いで、スペクチノマイシン耐性遺伝子保有のプラスミドpAPNC213(Morimoto T.et al.,Microbiology,2002,148:3539−3552)のゲノムDNAを鋳型とし、表7記載のプライマーspc−F及びspc−Rを用いて、PCR増幅を行い、スペクチノマイシン耐性遺伝子の断片(D)をPCR増幅した。
次に、得られた断片(A)、断片(B)、断片(C)及び断片(D)をこの順となるように表7記載のプライマーtufA−1f及びtufA−2rを用いてSOE−PCR法によって結合させ、最終PCR産物を得た。得られた最終PCR産物を用いて上述した枯草菌MGB874T_ΔpgsBCAEΔpgdS株で形質転換し、枯草菌変異株MGB874T_ΔpgsBCAEΔpgdS_PtufA−pgdS株を得た。
得られた枯草菌変異株MGB874T_ΔpgsBCAEΔpgdS_PtufA−pgdS株のゲノムを用いたPCR及びそれに続くサンガー法によるシークエンシングによって、ゲノム上の所定の位置に目的遺伝子が導入されていることを確認した。
次いで、PGA合成酵素遺伝子群の導入を行った。枯草菌変異株MGB874T株のゲノムDNAを鋳型とし、表7記載のプライマーamyE−UF及び表5記載のプライマーamyE−URを用いて、amyE上流領域の断片(A)をPCRにより増幅した。pDLT3(Morimoto T.et al.,Microbiology,2002,148:3539−3552)で枯草菌野生株168を形質転換した変異株を鋳型とし、表5記載のプライマーcat−F及び表7記載のプライマーamyE−DRを用いて、クロラムフェニコール耐性遺伝子を含むamyE下流領域の断片(B)をPCRにより増幅した。次いで、枯草菌変異株RIK356株(Natori Y.et al.,J.Bacteriol.,2009,191:4555−4561)のゲノムDNAを鋳型とし、表7記載のプライマーamyE/PrrnO−F及びPrrnO/bs−pgsRを用いて、rrnOオペロンの制御領域の断片(C)をPCRにより増幅した。次いで、枯草菌変異株MGB874T株のゲノムDNAを鋳型とし、表7記載のプライマーbs−pgsF及びbs−pgs/catRを用いて、PCR増幅を行い、pgsBCAE遺伝子群の断片(D)をPCR増幅した。
次に、得られた断片(A)、断片(C)、断片(D)及び断片(B)をこの順となる様に表7記載のプライマーamyE−UF及びamyE−DRを用いてSOE−PCR法によって結合させ、最終PCR産物を得た。得られた最終PCR産物を用いてMGB874T_ΔpgsBCAEΔpgdS_PtufA−pgdS株で形質転換し、枯草菌変異株MGB874T_PGA株を得た。
得られた枯草菌変異株MGB874T_PGA株のゲノムを用いたPCR法を用いて、ゲノム上の所定の位置に目的遺伝子群が導入されていることを確認した。
(1−8)alsSD遺伝子群が欠失し、PGA合成酵素遺伝子群及びPGA分解酵素をコードする遺伝子の発現が強化された枯草菌変異株(MGB874T_PGA_ΔalsSD株)の構築
先述したマーカーフリーの欠失法を用いて、上記(1−7)で構築したMGB874T_PGA株を宿主として、alsSD遺伝子群が欠失された枯草菌変異株枯草菌の構築を行った。
始めに、枯草菌MGB874T_ΔpgsBCAEΔpgdS株を宿主として、先述した(1−2)と同様の手法でalsSD遺伝子群の欠失を行った。
次に、(1−7)と同様の手法で、ゲノム上にPGA合成酵素遺伝子群及びPGA分解酵素をコードする遺伝子の発現を強化する変異を導入し、枯草菌変異株MGB874T_PGA_ΔalsSD株を構築した。
(実施例2)PGA生産性評価
実施例1にて得られた形質転換体を15ppmのテトラサイクリンを含む5mLのLB培地(1.0%トリプトン(ディフコ社製)、0.5%酵母エキス(ディフコ社製)、1.0%NaCl、15ppmテトラサイクリン)で30℃にて12〜16時間振盪培養を行い、さらに得られた培養液を、30mLの5%グルコースM改変培地(5%グルコース、0.6%塩化アンモニウム、0.15%リン酸水素2カリウム、0.035%硫酸マグネシウム7水和物、0.005%硫酸マンガン5水和物、50mM MOPS(モノホリノプロパンスルホン酸)緩衝剤(pH7.0)、その他微量金属、4.0%炭酸カルシウム、15ppmテトラサイクリン)に0.6mL(2%(v/v))接種し、37℃、210rpmで1日間、振盪培養を行った。培養終了後、下記測定例に示す分析条件にてPGA生産量を測定した。PGA生産量は、プラスミドpHY_PS237/pgsBCを導入した枯草菌変異株MGB874T株におけるPGA生産量を100%とした場合の相対値で示した。
結果を表8に示す。alsSD遺伝子群が欠失した枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSD株は、培養1日目で、枯草菌変異株MGB874Tと比較してPGA生産量が高かった。alsSD遺伝子群に加えてackA遺伝子、ptaA遺伝子、ydaPA遺伝子及びldh遺伝子が欠失した枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh株では、PGA生産量がさらに高かった。さらに、枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh株にピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子を導入した枯草菌変異株MGB874T_ΔalsSDΔackAΔptaΔydaPΔldh_PspoVG−pycA株では、PGA生産量がさらに高かった。
(実施例3)PGA生産性評価2
実施例1にて得られた枯草菌変異株を5mLのLB培地(1.0%トリプトン(ディフコ社製)、0.5%酵母エキス(ディフコ社製)、1.0%NaCl)で30℃にて12〜16時間振盪培養を行い、さらに得られた培養液を、30mLの5%グルコースM改変培地(5%グルコース、0.6%塩化アンモニウム、0.15%リン酸水素2カリウム、0.035%硫酸マグネシウム7水和物、0.005%硫酸マンガン5水和物、50mM MOPS(モノホリノプロパンスルホン酸)緩衝剤(pH7.0)、その他微量金属、4.0%炭酸カルシウム)に0.6mL(2%(v/v))接種し、37℃、210rpmで1日間、振盪培養を行った。培養終了後、下記測定例に示す分析条件にてPGA生産量を測定した。PGA生産量は、MGB874T_PGA株におけるPGA生産量を100%とした場合の相対値で示した。
結果を表9に示す。alsSD遺伝子群が欠失した枯草菌変異株MGB874T_PGA_ΔalsSD株は、培養1日目で、枯草菌変異株MGB874T_PGAと比較してPGA生産量が高かった。
(測定例)PGAの定量分析及び分子量分析
培養終了後の培養液試料を、室温にて14,800rpmで30分間の遠心分離(日立工機、himacCF15RX)に供し、得られた遠心分離後の試料上清中に含まれるPGAについて、HPLC法にて定量分析及び分子量分析を行った。使用したHPLC装置は、送液ポンプ(島津、LC−9A)、オートサンプラー(日立計測機器、AS−2000)、カラムオーブン(島津、CTO−6A)、UV検出計(島津、SPD−10A)、脱ガス装置(GLサイエンス、DG660B)及びクロマトデータ解析装置(日立計測機器、D−2500)を接続して用いた。分析カラムは、排除限界の異なる2種類の東ソー製の親水性ポリマー用ゲルろ過カラムTSKgel G6000PWXL(7.8mm I.D.×30cm、排除限界>5×107)及びTSKgel G4000PWXL(7.8mm I.D.×30cm、排除限界1×106)を用い、これら分析カラムの直前にガードカラムTSK guardcolumn PWXL(6.0mm I.D.×4.0cm)を接続した。溶離液には0.1M硫酸ナトリウム、流速1.0mL/分、カラム温度は50℃、溶出ピークの検出波長は210nmを用いた。試料注入量はサンプルループ(レオダイン)を用い、1分析あたり50μLとした。HPLC分析に供するサンプルは、不溶物を除くための前処理としてMULTI SCREEN MNHV45(MILLIPORE製、0.45μmデュラポア膜)にてフィルターろ過処理し調製した。濃度検定には分子量80万のPGA(明治フードマテリアル)を用いて検量線を作成した。

Claims (11)

  1. 枯草菌変異株であって、
    prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域が欠失したゲノムを有し、
    lsS遺伝子及びalsD遺伝子が欠失又は不活性化されており、かつ
    枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子とが組み合わせて発現強化されているか、あるいは、枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子とが組み合わせて発現強化されており、
    該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a)、(b)、(d)及び(f):
    (a)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (b)配列番号1に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (d)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (f)配列番号2に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択され、
    該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a')、(b')、(d')及び(f'):
    (a')配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (b')配列番号3に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (d')配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (f')配列番号4に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択され、
    該枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a'')、(b'')、(d'')及び(f''):
    (a'')配列番号5に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (b'')配列番号5に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子の存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (d'')配列番号6に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (f'')配列番号6に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子の存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択され、
    該枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a''')、(b''')、(d''')及び(f'''):
    (a''')配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (b''')配列番号7に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、該枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子の存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (d''')配列番号8に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (f''')配列番号8に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、該枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子の存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択される、
    枯草菌変異株。
  2. さらにackA遺伝子、pta遺伝子及びydaP遺伝子が欠失又は不活性化されている、請求項記載の枯草菌変異株。
  3. さらにackA遺伝子、pta遺伝子、ydaP遺伝子及びldh遺伝子が欠失又は不活性化されている、請求項記載の枯草菌変異株。
  4. さらに枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されており、
    該枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(g)、(h)、(j)及び(l):
    (g)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (h)配列番号9に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (j)配列番号10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (l)配列番号10に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択される、請求項1〜のいずれか1項記載の枯草菌変異株。
  5. さらに枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現が強化されており、
    該枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(m)、(n)、(p)及び(r):
    (m)配列番号11に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (n)配列番号11に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (p)配列番号12に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (r)配列番号12に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択される、請求項1〜のいずれか1項記載の枯草菌変異株。
  6. 枯草菌変異株の製造方法であって、
    prophage6領域、prophage1領域、prophage4領域、PBSX領域、prophage5領域、prophage3領域、spb領域、pks領域、skin領域、pps領域、prophage2領域、ydcL−ydeK−ydhU領域、yisB−yitD領域、yunA−yurT領域、cgeE−ypmQ領域、yeeK−yesX領域、pdp−rocR領域、ycxB−sipU領域、SKIN−Pro7領域、sbo−ywhH領域、yybP−yyaJ領域及びyncM−fosB領域が欠失したゲノムを有する枯草菌変異株において
    lsS遺伝子及びalsD遺伝子遺伝子を欠失又は不活性化し、かつ
    枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子とを組み合わせて発現強化するか、あるいは、枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子とを組み合わせて発現強化する、
    ことを含
    該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a)、(b)、(d)及び(f):
    (a)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (b)配列番号1に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (d)配列番号2に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (f)配列番号2に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつアミドリガーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択され、
    該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a')、(b')、(d')及び(f'):
    (a')配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (b')配列番号3に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (d')配列番号4に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (f')配列番号4に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子がコードするタンパク質の存在下でポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択され、
    該枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a'')、(b'')、(d'')及び(f''):
    (a'')配列番号5に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (b'')配列番号5に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子の存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (d'')配列番号6に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (f'')配列番号6に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子の存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択され、
    該枯草菌pgsE遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(a''')、(b''')、(d''')及び(f'''):
    (a''')配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (b''')配列番号7に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、該枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子の存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (d''')配列番号8に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (f''')配列番号8に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつ該枯草菌pgsB遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、該枯草菌pgsC遺伝子又はそれに相当する遺伝子と、該枯草菌pgsA遺伝子又はそれに相当する遺伝子の存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸を生成する機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択される、
    方法。
  7. さらにackA遺伝子、pta遺伝子及びydaP遺伝子を欠失又は不活性化する、請求項記載の方法。
  8. さらにackA遺伝子、pta遺伝子、ydaP遺伝子及びldh遺伝子を欠失又は不活性化する、請求項記載の方法。
  9. さらに枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現を強化することを含み、 該枯草菌pgdS遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(g)、(h)、(j)及び(l):
    (g)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (h)配列番号9に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (j)配列番号10に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (l)配列番号10に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつポリ−γ−グルタミン酸分解活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択される、請求項6〜8のいずれか1項記載の方法。
  10. さらに枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子の発現を強化することを含み、 該枯草菌pycA遺伝子又はそれに相当する遺伝子が、下記(m)、(n)、(p)及び(r):
    (m)配列番号11に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド;
    (n)配列番号11に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (p)配列番号12に示すアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチド;
    (r)配列番号12に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなりかつピルビン酸カルボキシラーゼ活性を発揮するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
    からなる群より選択される、請求項6〜9のいずれか1項記載の方法。
  11. 請求項1〜のいずれか1項記載の枯草菌変異株を用いるポリ−γ−グルタミン酸の製造方法。
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