JPH0138475B2

JPH0138475B2 -

Info

Publication number: JPH0138475B2
Application number: JP56211908A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Katsumata; Akio Ozaki; Tooru Mizukami; Motoko Kageyama; Morimasa Yagisawa; Tamio Mizukami; Seiga Ito; Tetsuo Oka; Akira Furuya
Original assignee: Kyowa Hakko Kogyo Co Ltd
Current assignee: KH Neochem Co Ltd
Priority date: 1981-12-29
Filing date: 1981-12-29
Publication date: 1989-08-14
Also published as: EP0088166B1; CA1202257A; JPS58126789A; ATE41677T1; AU9191982A; AU557228B2; ES518665A0; IL67614A; ES8404409A1; EP0088166B2; EP0088166A3; MX174306B; IL67614A0; EP0088166A2; DE88166T1; DE3279568D1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は遺伝子の新規形質発現方法に関する。
さらに詳細には本発明は少なくとも一種の遺伝子
を含むDNA断片とベクターDNAとの組換え体
で、かつ両DNAの少なくとも一方が宿主菌株に
対して外来性である組換え体DNAを用いコリネ
バクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属
する微生物から選ばれる宿主菌株を形質転換して
得られる形質転換株を培地に培養し、該遺伝子の
形質を発現せしめることを特徴とする遺伝子の形
質発現方法に関する。組みかえ遺伝子技法は大腸菌を宿主として確立
され、現在までにソマトスタチン、インシユリ
ン、ヒト生長ホルモン、ヒトインターフエロン−
α、ヒトインターフエロン−β、口蹄病ワクチン
などのペプタイドやワクチンなどの製造が可能で
あることが示された。生理活性の高いこれらペプ
タイドやワクチンの発現の宿主として大腸菌は多
くの場合十分であると考えられるが、さらに高い
生産性、菌体外への分泌、グリコシル化を求めあ
るいは菌体内毒素の混入を避けるため、酵母や枯
草菌なども宿主として開発されてきている。ペプタイド、蛋白質などの生理活性物質を生産
する場合は、上記のごとく既に組換えDNA技法
が確立されているか、その基礎が整つている菌株
を利用すればよいが、アミノ酸、核酸、ビタミ
ン、抗生物質などの物質の工業的生産性の向上を
組換えDNA技法により行う場合には、同技法を
従来使用されているそれぞれの生産菌に適用する
工夫が必要である。コリネバクテリウム・グルタミクムは微生物に
よるアミノ酸の工業的製造に最初に用いられた微
生物で、以後コリネバクテリウム属を含むコリネ
フオルムバクテリアによるグルタミン酸、リジ
ン、アラニン、ヒスチジン、トリプトフアン、チ
ロシン、フエニルアラニン、スレオニン、イソロ
イシン、バリン、ロイシン、グルタミン、プロリ
ン、アルギニンなどのアミノ酸の工業的生産が開
発され、今日では殆んどのアミノ酸は微生物によ
り生産されるに至つている。従つてこれら微生物における組換えDNA技法
の確立は、今後アミノ酸生産の向上のために極め
て重要であると考えられる。組換えDNA技法は、例えば (1) 制限酵素による目的遺伝子を含むDNAの断
片化 (2) 同一制限酵素によるベクターDNAの単一切
断による直鎖状化 (3) 上記(1)、(2)の生成物の混合によるアニーリン
グとDNAリガーゼを用いる連結による組換え
DNAの作成 (4) 上記組換えDNAの宿主菌株への導入（形質
転換） (5) 目的遺伝子を含む組換え体の選択と選択され
たクローンの純化の各段階よりなる。かくして得られる組換え株の
造成の効率は、上記各段階の積ともいうべきもの
で各段階を検証する手段を準備し、各段階の効率
を知りこれを向上することなしには目的遺伝子の
発現可能な形質転換株を得ることができない。ま
たこのようにして目的遺伝子を含む組換え体
DNAを有する形質転換株が得られたとしても、
該遺伝子が宿主菌株に対して外来性である場合に
は該遺伝子の発現に際し種々の障壁があることが
知られており〔“化学と生物”18、110〜118
（1978）〕その発現を行わせることは非常に困難で
ある。コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウ
ム属に属する微生物を宿主として用い、これに該
宿主に対して外来性であるところの目的遺伝子ま
たはベクターを含む組換え体DNAを導入して該
目的遺伝子の形質を発現させた例は今まで全く知
られていない。コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウ
ム属に属する微生物を宿主とする組換えDNA技
法においても、これら微生物中で自律複製し、選
択可能な表現型を有し、多くの遺伝子のクローニ
ングに用いうるベクター系の造成と、効率のよい
形質転換系の確立が必要である。さらに上記した
ごとき障壁の解消方法の確立が必要である。本発明者らは先にコリネバクテリウム属または
ブレビバクテリウム属に属する微生物中で自律複
製し、選択可能な表現型と適当なクローニング部
位を有するプラスミドベクターを造成する一方効
率の高い形質転換系を開発し特許出願を行なつた
（特願昭56−58186（特開昭57−183799号）、同56−
58187（特開昭57−186492号）、同56−65777（特開
昭57−186489号））。そこで本発明者らは該プラス
ミドベクターに既に知られているインビトロにお
けるDNA組換え技法（U.S.Patent 4237224）を
用い、アミノ酸の生合成に関与する外来性遺伝子
を含むDNA断片を連結し、開発した形質転換系
を用いてコリネバクテリウム・グルタミクムＬ−
22株またはその誘導株を形質転換したところ、該
外来性遺伝子が該宿主中で形質を発現され、アミ
ノ酸等有用物質の生産の増大に利用することがで
きることを見出し本発明を完成するに至つた。以下本発明を詳細に説明する。本発明は少なくとも一種の遺伝子を含むDNA
断片とベクターDNAとの組換え体で、かつ両
DNAの少なくとも一方が宿主菌株に対して外来
性である組換え体DNAを用いコリネバクテリウ
ム属またはブレビバクテリウム属に属する微生物
から選ばれる宿主菌株を形質転換して得られる形
質転換株を培地に培養し、該遺伝子の形質を発現
せしめる方法を提供する。本発明に用いる遺伝子を含むDNA断片として
は、真核生物、原核生物、ウイルス、バクテリオ
フアージまたはプラスミドに由来し少なくとも一
種の完全な遺伝子を含むDNA断片があげられる。
真核生物に由来する遺伝子としては哺乳類とくに
ヒトのインターフエロン、インシユリン、生長ホ
ルモンなどのペプタイドをコードする遺伝子など
があげられる。原核生物に由来する遺伝子として
は細菌とくにエツシエリヒア属、コリネバクテリ
ウム属、ブレビバクテリウム属、バチルス属また
はスタフイロコツカス属に属する細菌の菌株に由
来する遺伝子で、細胞の代謝、とくに合成活性に
関与する遺伝子などがあげられる。細胞の代謝ま
たは合成活性とは、アミノ酸、ビタミン、核酸ま
たは抗生物質などの合成ならびにその合成に関与
する代謝系を意味し、本発明においてはアミノ酸
とくにグルタミン酸、リジンまたはスレオニンの
生合成の活性が好適にあげられる。また目的とするペプタイド、蛋白質などのアミ
ノ酸組成が知られているときは、相当するDNA
を合成して用いることもできる。DNA合成方法
はたとえば、K.Itakura et al、Science198、
1056（1977）に記載の方法に従つて行なうことが
できる。本発明に用いるベクターとしては、宿主菌と和
合性（compatible）で自律増殖できるものでな
くてはならない。具体例としては本発明者らがコ
リネバクテリウム属に属する微生物から採取し
た、または採取したものを誘導して造成した
pCG1（特願昭56−18101（特開昭57−134500号））、
pCG2（特願昭56−133557（特開昭58−35197号））、
pCG4（特願昭56−58186（特開昭57−183799号））、
pCE53、pCE54、pCG11、pCB101、pEthr1など
があげられる。これらプラスミドを保有する菌株はそれぞれ下
記の寄託番号で工業技術院微生物工業技術研究所
ならびに米国アメリカン・タイプ・カルチヤー・
コレクシヨンに寄託されている。プラスミド FERM−Ｐ ATCC pCG1 5865 31808 pCG2 5954 31832 pCG4 5939 31830 pCE54 − 39019 pCG11 − 39022 pCB101 − 39020 pEthr1 − 39021 好適にはpCG11、pCE54が用いられる。pCG11
は本発明者らが先に発明し特許出願（特願昭56−
18101）したプラスミドで、コリネバクテリウ
ム・グルタミクム225−57（ATCC31808、FERM
−P5865）から分離されたプラスミドpCG1にお
ける制限酵素Bglのただ一つの切断部位に、コ
リネバクテリウム・グルタミクム225−250
（ATCC31830、FERM−P5939）から分離された
プラスミドpCG4のストレプトマイシンおよび／
またはスペクチノマイシン耐性（Sm_R／Spec_R）
遺伝子を含むBamH断片を両者の同一接着末
端を利用して結合せしめたプラスミドである。
pCG11は、分子量約6.8Kbのプラスミドで単一な
制限部位としてBgl、Pstを有しSm^R／Spec^R
の表現型を与える。 pCE54は次のようにして作成することができ
る。まず、pCG2をその保有菌コリネバクテリウ
ム・グルタミクム225−218株（FERM−P5954、
ATCC31832）の培養菌体から前記の特許出願明
細書に開示した方法で、pGA22をその保有大腸
菌の培養菌体から通常用いられる方法で濃縮単離
する。両プラスミドDNAを各分子中１箇所の切
断点をもつ制限酵素たとえばPstで完全消化し
て直鎖状化した後、プラスミド分子の両端に単鎖
として突き出た同一接着末端で両DNA分子の連
結した和合分子を生成させるためにT4フアージ
DNAリガーゼを作用させる。このDNA混成物中
からの両プラスミド分子の和合連結した組換え体
プラスミドの取得は、一旦、pGA22に由来する
薬剤耐性で選択されるコリネバクテリウム属ある
いはブレビバクテリウム属菌種の形質転換株を分
離し、これら形質転換株の保有するプラスミドを
解析することによつて達成される。 DNA混成物による形質転換は、本発明者らが
先に特許出願したコリネバクテリウム属およびブ
レビバクテリウム属菌種のプロトプラストを使用
する形質転換法（特願昭56−58187および特願昭
56−65777）により実施することができる。選択
に用いる薬剤はpGA22に由来する薬剤耐性遺伝
子のうち、pGA22との連結部位となるため挿入
不活化されるアンピシリン耐性遺伝子を除いた他
の耐性遺伝子に対応するテトラサイクリン
（Tc）、クロラムフエニコール（Cm）あるいはカ
ナマイシン（Km）を使用すればよい。形質転換
株はDNA無添加系で受容菌プロトプラストが正
常細胞へ復帰増殖できない濃度の薬剤（通常、テ
トラサイクリン0.4−1.6μｇ／ml、クロラムフエ
ニコール2.5−5μｇ／mlおよびカナマイシン100−
800μｇ／ml）を含む高張寒天培地上で復帰する
コロニーを分離するか、あるいは、一旦非選択的
に再生培地上で正常細胞に復帰増殖させた後にか
き集め、この再懸濁液を受容菌正常細胞が生育で
きない濃度の薬剤（通常、テトラサイクリン0.5
−4μｇ／ml、クロラムフエニコール２−15μｇ／
mlおよびカナマイシン２−25μｇ／ml）を含む寒
天培地上で生育するコロニーを分離することによ
つて得られる。テトラサイクリン、クロラムフエ
ニコールあるいはカナマイシン耐性（Tc^R、
Cm^R、Km^Rとそれぞれいう）により選択された
形質転換株の中には、pGA22由来の他の薬剤耐
性形質をも同時に獲得しているものがある。こうして得られる形質転換株の保有するプラス
ミドDNAは、本発明者らが特願昭56−18101およ
び特願昭56−65777に開示した方法で培養菌体か
ら単離精製でき、さらに各種制限酵素で消化して
生成するDNA断片をアガロースゲル電気泳動で
解析する常法により構造を知ることができる。形
質転換株の一株から分離されたプラスミドが
pCE54である。 pCE54は大きさ約14.5Kbのプラスミドで、単
一制限部位としてEcoR、Sal、Sma、Xho
などを有し、Tc^R、Cm^R、Km^Rの表現型を与え
る。XhoはKm^R遺伝子中にあり、いわゆる挿
入不活化（DNA断片の挿入により当該表現型の
発現が妨げられる現象）による選択も可能であ
る。プラスミド保有菌株からのプラスミドの採取
は、たとえば特願昭56−18101、同56−58186およ
び同56−133557に記載の方法に従つて行なえばよ
い。遺伝子を含むDNA断片とベクターDNAとの組
み換え体の作製は、公知の試験管内組み換え
DNA技法を駆使することにより実施できる。試験管内のDNA組み換えは、通常、目的の遺
伝子を含む供与体DNAとベクターDNAの切断と
再結合により行われる。DNAの切断は、制限酵
素を用いれば容易にできる。試験管内組み換えに
使われる制限酵素は生物種を問わずすべての２本
鎖DNA上で特定の塩基配列部分を認識し切断す
る。その塩基配列は、制限酵素の種類により異つ
ている。従つて適当な制限酵素を使用することに
より目的の遺伝子は発現機能を損うことなく一つ
のDNA切断片として切り出される。同一制限酵
素により切断された供与体DNAとベクターDNA
の切断片の末端構造は同一構造をもち、ある種の
制限酵素の場合には１本鎖が突き出た接着末端を
与え、別の制限酵素では、平滑末端を与える。い
ずれの末端であれ同一制限酵素で切断する限り供
与体DNAの切断片とベクターDNAの切断片は、
T4フアージDNAリガーゼにより連結することが
できる。両DNAを異なる制限酵素で切断した場合も、
例えば、接着末端をDNAポリメラーゼで修復し
て２本鎖として、平滑末端になおしてから結合し
たり、ターミナルトランスフエラーゼで相補的な
ホモポリマーを付与して接着末端としてから結合
したり、或いは、ある種の制限酵素切断部位を含
んだ合成オリゴヌクレオチドリンカーを連結させ
てから、その内部を切断して接着末端を作つてか
ら結合させることができる。これらの連結法によ
り目的の遺伝子を含むDNA断片とベクターDNA
切断片の組み換え体が生成する。リガーゼ反応により目的の組み換え体以外に他
の組み換え体も生成するが、目的の組み換え体を
取得するにはこのDNA混成液を用いてコリネバ
クテリウム属またはブレビバクテリウム属菌種を
直接形質転換し、目的の遺伝子の遺伝情報に由来
する遺伝形質を付与された形質転換株を選択分離
し、その培養菌体から抽出単離することによつて
達成できる。コリネバクテリウム属またはブレビ
バクテリウム属菌種を直接形質転換しないで例え
ば大腸菌のような他の微生物の宿主ベクター系に
て目的の遺伝子を一旦クローン化し、しかる後に
コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム
属菌種のベクターとの組み換え体を試験管内で作
製してからコリネバクテリウム属またはブレビバ
クテリウム属菌種を形質転換し前記と同様に形質
転換株を選択分離しても組み換え体を取得でき
る。組み換え体製造のためには下記文献の記載が広
く応用できる。 S.N.Cohen、et al、U.S.Patent 4237224遺伝
子操作実験法〔高木康敬編著、講談社サイエンテ
イフイツク（1980）〕、Method in Enzymology
68、Recombinant DNA edited by Ray Wu、
Academic Press 1979 本発明の宿主微生物としては、コリネバクテリ
ウム属またはブレビバクテリウム属に属しDNA
取り込み能を有する菌株ならばいかなる菌株を用
いてもよい。好適には本発明者らが先に発明し特
願昭56−151464（特開昭58−56678号）において開
示したリゾチーム感受性微生物を用いる。具体的
な菌株の一例としては次の菌株があげられる。

【表】本発明実施例においては組み換えDNA実験指
針に従うため、科学技術庁により許可されている
コリネバクテリウム・グルタミクムＬ−22株なら
びにその誘導株を用いる。宿主微生物の組換え体DNAによる形質転換は
(1)培養細胞からのプロトプラストの調製、(2)プロ
トプラストの組換え体DNAによる形質転換処理、
(3)プロトプラストの正常細胞への復帰再生と形質
転換株の選択、からなる工程にて行われる。具体
的方法の例を以下に示す。 (1) 培養細胞からのプロトプラストの調製プロトプラスト形成は、微生物を細胞壁溶解
酵素リゾチームに感受性にする条件下で増殖さ
せ、この培養細胞を高張液中でリゾチーム作用
させ細胞壁を溶解除去することによつて行われ
る。微生物をリゾチーム感受性型細胞にするに
は各種細胞壁合成阻害剤が用いられる。例え
ば、微生物培養の対数増殖期の中途で生育を抑
制しないかあるいは半抑制する濃度のペニシリ
ンを添加し、さらに数世代増殖させることによ
つて微生物細胞をリゾチーム感受性にすること
ができる。このとき使用する培地は微生物が増殖できる
培地であればよく、例えば栄養培地NB（粉末
ブイヨン20ｇ、酵母エキス５ｇを純水１に含
み、PH7.2に調整した培地）あるいは半合成培
地SSM〔グルコース10ｇ、NH₄Cl4ｇ、尿素２
ｇ、酵母エキス１ｇ、KH₂PO₄1ｇ、K₃HPO₄3
ｇ、MgCl₂・6H₂O0.4ｇ、FeSO₄・7H₂O10mg、
MnSO₄・４〜6H₂O0.2mg、ZnSO₄・7H₂O0.9
mg、CuSO₄・5H₂O0.4mg、Na₂B₄O₇・
10H₂O0.09mg、（NH₄）₆Mo₇O₂₄・4H₂O0.04mg、
ビオチン30μｇ、サイアミン塩酸塩１mgを水１
に含み、PH7.2に調整した培地〕などが用い
られる。この培地に微生物を接種し、振盪培養する。
比色計によつて660nｍにおける吸光度（OD）
を測定し対数増殖期の初期（OD＝0.1〜0.4）
に培養液中0.1〜2.0単位／mlの濃度になるよう
にペニシリンＧなどのペニシリン類を添加す
る。培養をさらに続けて、ODが0.3〜0.5に増
加したところで細胞を集菌しSSM培地で洗滌
する。次いで細胞を適当な高張培地、例えば
PFM培地（SSM2倍希釈液中にシヨ糖0.4M、
MgCl₂・6H₂O0.01Mを含み、PH7.0〜8.5に調整
した培地）あるいはRCG培地〔グルコース５
ｇ、カゼイン加水分解物５ｇ、酵母エキス25
ｇ、K₂HPO₄3.5ｇ、KH₂PO₄1.5ｇ、MgCl₂・
6H₂O0.41ｇ、FeSO₄・7H₂O10mg、MnSO₄・
４〜6H₂O2mg、ZnSO₄・7H₂O0.9mg、CuSO₄・
5H₂O0.4mg、Na₂B₄O₇・10H₂O0.09mg、
（NH₄）₆Mo₇O₂₄・4H₂O0.04mg、ビオチン30μ
ｇ、サイアミン塩酸塩２mg、コハク酸二ナトリ
ウム1.35ｇを水１に含み、PH7.0〜8.5に調整
した培地〕に再懸濁する。この細胞懸濁液に最
終濃度0.2〜10mg／mlとなるようにリゾチーム
を加え30〜37℃で反応する。プロトプラスト化
は反応時間が進むにつれて進行し、その経過は
光学顕微鏡で観察できる。顕微鏡下でほとんど
の細胞がプロトプラスト化されるに要する時間
は、細胞培養時の添加ペニシリン濃度および用
いるリゾチームの濃度によつて変わるが、前記
条件にて３〜24時間である。生成したプロトプラストは低張条件で破裂死
するので、プロトプラストの形成度は低張条件
で生残する正常細胞の残存度で間接的に知るこ
とができる。通常、正常細胞はリゾチーム処理
供試正常細胞の約10^-4の残存度に抑えることが
できる。このようにして調製したプロトプラストは適
当な高張寒天培地上でコロニー形成能（再生
能）を有する。この寒天培地としては栄養培
地、半合成培地あるいは数種類のアミノ酸を補
充した合成培地に0.3〜0.8Mコハク酸二ナトリ
ウムおよび0.5〜６％ポリビニルピロリドン
（分子量10000あるいは40000）を含有せしめた
ものが好適に用いられる。通常、半合成培地RCGP培地〔RCG培地に
３％のポリビニルピロリドン（分子量10000）
と1.4％の寒天を添加した培地、PH7.2〕を用い
ることができる。培養は25〜35℃で行うのが好
ましい。再生コロニーの出現が認められるのに
要する培養日数は菌株により差があるが、釣菌
できるまでの大きさになるのは10〜14日であ
る。 RCGP培地でのプロトプラストの再生は菌
種、培養中途ペニシリン添加濃度およびリゾチ
ーム処理濃度によつて異なるが、リゾチーム処
理供試正常細胞あたり10^-2〜10^-4の効率であ
る。 (2) プロトプラストへの組換え体DNAによる形
質転換プロトプラストへの組換え体DNAの取り込
みは細胞がプロトプラスト状態を保持できる高
張液中でプロトプラストと組換え体DNAとを
混合し、これにDNA取り込み媒介作用のある
ポリエチレングリコール（PEG、平均分子量
1540〜6000）あるいはポリビニルアルコール
（PVA、重合度500〜1500）と二価金属陽イオ
ンを加えて処理することによつて行われる。高
張条件を与える安定化剤としては、微生物のプ
ロトプラストの保持に一般に使われるものでよ
く、例えばシヨ糖やコハク酸二ナトリウムを用
いることができる。PEGおよびPVAの使用可
能な濃度範囲は最終濃度で各々５〜60％、１〜
20％である。二価金属陽イオンは最終濃度１〜
100ｍＭのCa⁺⁺、Mg⁺⁺、Mn⁺⁺、Ba⁺⁺、Sr⁺⁺など
が効果的で単独あるいは併用することができ
る。処理の温度は０〜25℃が好適である。 (3) プロトプラストの正常細胞への復帰再生と形
質転換株の選択組換え体DNAで形質転換処理したプロトプ
ラストの再生は、前記のプロトプラストの再生
と同様に、コハク酸二ナトリウムとポリピロリ
ドンを含有する高張寒天培地（例えばRCGP培
地）上にプロトプラストを塗布し、正常細胞が
生育できる温度一般に25〜35℃で培養すること
によつて行われる。形質転換株は供与DNAに
由来する遺伝子が菌に付与する形質について選
択することによつて取得できる。この特徴的形
質獲得に基づく選択は、高張寒天培地上で再生
と同時に行つてもよく、あるいは一旦非選択的
に再生させてから再生正常細胞を集め普通の低
張寒天培地上で行つてもよい。本発明における具体的に好適な宿主菌株として
示したリゾチーム感受性菌株を用いる場合には形
質転換は上記工程(1)におけるペニシリン処理を行
なわずに単に培養増殖させた細胞を直接リゾチー
ム処理する以外は上記工程(1)〜(3)と同様に行なえ
ばよい。リゾチーム感受性微生物を用いる場合の
形質転換株は再生菌あたり10^-4〜10^-6の高頻度で
得られる。形質転換株は通常の栄養培地に培養することに
より挿入した組換え体DNAの形質を発現させる
ことができる。組換え体DNAに遺伝子DNAまた
はベクターDNA由来の性質が付与されている場
合は、その性質にあわせて培地に薬剤を補給する
ときもある。本発明の形質発現方法により生産されるアミノ
酸等の有用物質の採取は、発酵液からのこれらの
物質を採取する常法により行なわれる。本発明によりコリネバクテリウム属、ブレビバ
クテリウム属微生物におけるアミノ酸、核酸、ビ
タミン、抗生物質、酵素、ペプタイド、蛋白質の
生産性の増大または新たな生産性の付与が可能と
なつた。また微生物の代謝活性を強化し、基質の
利用能を増大させ、新たな代謝活性を与え、新し
い基質の利用性を与えるなどの製造法の改良も可
能になつた。さらに本発明における特徴は、異種遺伝子ある
いは外来性の組換えDNAをコリネバクテリウム
属またはブレビバクテリウム属微生物において発
現させるのに成功した点にある。すなわち、実施
例に示すごとく大腸菌のスレオニンオペロン、ホ
スホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ
（PPC）遺伝子、枯草菌およびブドウ状球菌で発
現する遺伝子pUB110〔Keggins K.M.、et al.、
Proc.Natl、Acad.Sci.、U.S.A.75、1423（1978）〕
のカナマイシン耐性遺伝子、コリネバクテリウ
ム・グルタミクムのリジン生合成に関与する遺伝
子、ブレビバクテリウム・フラブムのアンスラニ
レート合成酵素遺伝子がコリネバクテリウム属菌
において発現した。例示したいずれの遺伝子も単にコリネバクテリ
ウム・グルタミクムのプラスミツドに連結した形
で導入されており、コリネバクテリウム・グルタ
ミクムで発現させるための特殊な操作は施してい
ない。また、遺伝子を含むDNA断片を、コリネ
バクテリウム・グルタミクムのプラスミドに対し
て、いずれの向きに連結しても、コリネバクテリ
ウム・グルタミクム内で発現することから、コリ
ネバクテリウム・グルタミクムは、導入された遺
伝子の転写・翻訳の開始点を正確に認識し、転
写・翻訳を遂行できる機能をもつことが明白であ
る。周知のように全ての遺伝子は、正確に転写・
翻訳が開始されるために必要な塩基配例のレベル
で類似性のある部位を有していることを考慮する
と、コリネバクテリウム・グルタミクムは、例示
した遺伝子以外の遺伝子の転写・翻訳開始点をも
認識して発現しうることが容易に推察される。グルタミン酸高生産能を有するいわゆるグルタ
ミン酸生産菌は、主な菌学的性質を同じくしてい
るにもかかわらず、産業上の重要性から各研究者
により、種々の菌名が付されており属名までもコ
リネバクテリウム属あるいはブレビバクテリウム
属などさまざまである。しかしながら、これらの
菌群は、細胞壁のアミノ酸構成やDNAの塩基組
成が画一的であることから、同一の菌種であるこ
とが指摘されていた。さらに、最近、これらの菌
種間には、70〜80％以上のDNAの相同性がある
ことが明らかにされ、非常に近縁な微生物である
ことが明白である。〔Komatsu、Ｙ、：Report of
the Fermentative Research Institute、No.55、
１（1980）、および、Suzuki、K.、Kaneko、T.、
and Komagata、K.：Int.J.Syst.Bacteriol.、31、
131（1981）参照〕。本明細書では組み換えDNA実
験に使用できる宿主が規制されているため、本発
明の有用性はコリネバクテリウム・グルタミクム
Ｌ−22の誘導株を宿主として示したが上記の事実
を踏まえれば、グルタミン酸生産菌全般にそのま
ま適用できることが容易に類推される。組み換え
DNAがこれら菌種において安定に保持され、発
現されるためにはDNAの相同性など宿主菌の性
質における若干の相違は問題でなく、これら菌種
が当該プラスミドの自律複製と導入遺伝子の発現
を可能ならしめる機能を有していればよい。しか
るに、これらの菌種がこの両機能を共有している
ことは、本発明者らが、先に特許出願（特願昭56
−58186）したコリネバクテリウム・グルタミク
ム225−250から分離され、ストレプトマイシンお
よび／またはスペクチノマイシン耐性遺伝子を有
するプラスミドpCG4がコリネバクテリウム属お
よびブレビバクテリウム属菌種など、グルタミン
酸生産菌内で同じく複製でき、また、その耐性遺
伝子が発現される（特願昭56−58187）ことから
明らかである。従つて、本発明を適用し得る宿主
菌としては、コリネバクテリウム・グルタミクム
に限らず、コリネバクテリウム属およびブレビバ
クテリウム属菌種を含むグルタミン酸生産菌全て
が包括される。以下に本発明の参考例および実施例を示す。参考例１リジン生産菌コリネバクテリウム・グルタミク
ムATCC21543のリジン生合成に関与する遺伝
子のコリネバクテリウム・グルタミクムでのク
ローン化と、その遺伝子の発現を利用したコリ
ネバクテリウム・グルタミクムによるリジンの
生産： (1) コリネバクテリウム・グルタミクム
ATCC21543の染色体DNAとベクターpCG11の
調製：コリネバクテリウム・グルタミクム
ATCC13032から誘導され、リジンアナログで
あるＳ−（２−アミノエチル）−システイン（以
下AECと略す）に耐性を有するリジン生産性
変異株コリネバクテリウム・グルタミクム
ATCC21543の染色体DNAを次のようにして抽
出単離する。 400ml半合成培地SSM〔グルコース20ｇ、
（NH₄）₂SO₄10ｇ、尿素３ｇ、酵母エキス１ｇ、
KH₂PO₄1ｇ、MgCl₂・6H₂O0.4ｇ、FeSO₄・
7H₂O10mg、MnSO₄・４〜6H₂O0.2mg、
ZnSO₄・7H₂O0.9mg、CuSO₄・5H₂O0.4mg、
Na₂B₄O₇・10H₂O0.09mg、（NH₄）₆Mo₇O₂₄・
4H₂O0.04mg、ビオチン30μｇ、サイアミン塩酸
塩１mgを水１に含みPH7.2に調整した培地〕
にスレオニンを100μｇ／mlとなるように補つ
た培地に種培養を接種して30℃で振盪培養す
る。東京光電比色計で600nｍにおける吸光度
（OD）を測定し、OD0.2になつた時点で培養液
中0.5単位／mlの濃度となるようにペニシリン
Ｇを添加する。さらに培養を継続しOD約0.6に
なるまで生育させる。培養液から菌体を集菌し、TES緩衝液
〔0.03Mトリス（ヒドロキシメチル）アミノメ
タン（以下トリスと略す）、0.005M EDTA、
0.05M NaCl：PH8.0〕で洗浄後、リゾチーム液
（25％シヨ糖、0.1M NaCl、0.05Mトリス、0.8
mg／mlリゾチーム：PH8.0以下同じ）で10mlに
懸濁し37℃で４時間反応させる。集菌した菌体
から斎藤らの方法〔Saito、H.et al：Biochim.
Biophys.Acta、72 619（1963）〕に従つて高分
子染色体DNAを単離する。一方、ベクタープラスミドとして用いる
pCG11は、コリネバクテリウム・グルタミクム
Ｌ−22株の誘導株LA103のpCG11保有株
LA103／pCG11（ATCC39022）から次のように
して単離する。 400mlNB培地（粉末ブイヨン20ｇ、酵母エ
キス５ｇを水１に含みPH7.2に調整した培地）
で30℃で振盪培養しOD約0.7になるまで生育さ
せる。菌体を集菌し、TES緩衝液で染浄後、
リゾチーム液10mlに懸濁し、37℃で２時間反応
させる。反応液に5M NaCl2.4ml、0.5M
EDTA（PH8.5）0.6ml、４％ラウリル硫酸ナト
リウムと0.7M NaClからなる溶液4.4mlを順次
添加し、緩やかに混和してから氷水中に15時間
置く。溶菌物全体を遠心管に移し４℃で60分間
69400×ｇの遠心分離にかけ上澄液を回収する。
これに重量百分率10％相当のポリエチレングリ
コール（PEG）6000（半井化学薬品社製）を加
え、静かに混和して溶解後、氷水中に置く。10
時間後1500×ｇで10分間遠心分離してペレツト
を回収する。TES緩衝液５mlを加えてペレツ
トを静かに再溶解してから1.5mg／mlエチジウ
ムブロマイド2.0mlを添加し、これに塩化セシ
ウムを加えて静かに溶解し密度を1580に合わせ
る。この溶液を105000×ｇ、18℃で48時間超遠
心分離にかける。この密度勾配遠心により共有
結合で閉じられた環状のDNAは紫外線照射す
ることによつて遠心チユーブ中下方の密度の高
いバンドとして見出される。このバンドを注射
器で遠心チユーブの側面から抜きとることによ
つてpCG11DNAが分離される。次いで分画液
を等容量のイソプロピルアルコール液〔容量百
分率90％イソプロピルアルコール、10％TES
緩衝液（この混液中に飽和溶解量の塩化セシウ
ムを含む）〕で５回処理してエチジウムブロマ
イドを抽出除去し、しかる後にTES緩衝液に
対して透析する。 (2) コリネバクテリウム・グルタミクム
ATCC21543のリジン生合成に関与する遺伝子
のクローン化上記で調整したpCG11プラスミドDNA3μｇ
を含む制限酵素Bgl用反応液（10ｍＭトリス
塩酸、７ｍＭ MgCl₂、60ｍＭ NaCl、７ｍ
M2−メルカプトエタノール、PH7.5）60μに
６単位のBgl（宝酒造社製）を添加し、37℃
で60分間反応後65℃で10分間加温して反応を停
止する。一方コリネバクテリウム・グルタミク
ムATCC21543の染色体DNA8μｇを含む制限
酵素BamH〓反応液（10ｍＭトリス塩酸、７ｍ
Ｍ MgCl₂、100ｍＭ NaCl、２ｍM2−メル
カプトエタノール、0.01％ウシ血清アルブミ
ン、PH8.0）140μに４単位のBamHを添加
し、37℃で60分間反応後、65℃で10分間加温し
て反応を停止させる。両消化物と混合し、T4リガーゼ用緩衝液
（トリス塩酸660ｍＭ、MgCl₂66ｍＭ、ジメオス
レイトール100ｍＭ、PH7.6）40μ、ATP（５
ｍＭ）40μ、T4リガーゼ（宝酒造社製、１単
位／μ）0.3μおよびH₂O120μを加え、12
℃で16時間反応させる。この混合物をTES緩
衝液で飽和したフエノール400μで２回抽出
し、TES緩衝液に対して透析してフエノール
を除外する。このリガーゼ反応混合物を、コリネバクテリ
ウム・グルタミクムＬ−22株から誘導された
AEC感受性のLP4株の形質転換に供する。形
質転換はLP4株のプロトプラストを用いて行な
う。LP4株の種培養をNB培地に植菌し30℃で
振盪培養する。OD0.6になつた時点で集菌し、
該細胞をRCGP培地〔グルコース５ｇ、カザミ
ノ酸５ｇ、酵母エキス2.5ｇ、K₂HPO₄3.5ｇ、
KH₂PO₄1.5ｇ、MgCl₂・6H₂O0.41ｇ、
FeSO₄・7H₂O10mg、MnSO₄・４〜6H₂O2mg、
ZnSO₄・7H₂O0.9mg、（NH₄）₆Mo₇O₂₄・
4H₂O0.04mg、ビオチン30μｇ、サイアミン塩酸
塩２mg、コハク酸二ナトリウム135ｇ、ポリビ
ニルピロリドン（分子量10000）30ｇを水１
に含む培地〕に１mg／mlのリゾチームを含む液
（PH7.6）に約10⁹細胞／mlとなるように懸濁し、
Ｌ型試験管に移して30℃で５時間緩やかに振盪
反応してプロトプラスト化する。このプロトプラスト菌液0.5mlを小試験管に
とり2500×ｇで５分間遠心分離しTSMC緩衝
液（10ｍＭ塩化マグネシウム、30ｍＭ塩化カル
シウム、50ｍＭトリス、400ｍＭシヨ糖、PH
7.5）１mlに再懸濁して遠心洗浄後、TSMC緩
衝液0.1mlに再懸濁する。この菌液に２倍高濃
度のTSMC緩衝液と上記リガーゼ反応DNA混
合物の１対１混合液100μを加えて混和し、
次いでTSMC緩衝液中に20％PEG6000を含む
液0.8mlを添加して混合する。３分後、RCGP
培地（PH7.2）２mlを添加し、2500×ｇで５分
間遠心分離にかけて上澄み液を除去し、沈降し
たプロトプラストを１mlのRCGP培地に懸濁し
てから0.2mlをスペクチノマイシン400μｇ／ml
を含むRCGP寒天培地（RCGP培地に1.4％寒
天を含む培地、PH7.2）に塗沫し、30℃で７日
間培養する。寒天培地上に生育した菌全量をかき集め生理
食塩水で洗浄後、１mlの生理食塩水に懸濁す
る。この菌液をスレオニン２mg／ml、AEC2
mg／mlおよびストレプトマイシン12.5μｇ／ml
相当を含有する最小寒天培地M1〔グルコース10
ｇ、NH₄H₂PO₄1ｇ、KCl0.2ｇ、MgSO₄・
7H₂O0.2ｇ、FeSO₄・7H₂O10mg、MnSO₄・４
〜6H₂O0.2mg、ZnSO₄・7H₂O0.9mg、CuSO₄・
5H₂O0.4mg、Na₂B₄O₇・10H₂O0.09mg、
（NH₄）₆Mo₇O₂₄・4H₂O0.04mg、ビオチン50μ
ｇ、ｐ−アミノ安息香酸2.5mg、サイアミン塩
酸塩１mg、寒天16ｇを１中に含みPH7.2に調
整した培地〕上に再塗布して30℃で３日培養す
る。出現したコロニーの中からAEC、スペク
チノマイシンおよびストレプトマイシンに耐性
の株が得られる。これらの形質転換株の保有するプラスミド
は、前記のpCG11を単離したのと同様の方法で
単離される。これらのプラスミドDNA1μｇを
用い、pCG11上に切断部位のある制限酵素
EcoRIで完全消化後、アガロースゲル電気泳動
で解析し、生成断片の和から分子量を同定し
た。分子量は同一アガロースゲル上で同時に泳
動したラムダフアージDNAの制限酵素Hind
消化で生成する分子量既知の各断片の泳動距離
で描かれる標準曲線に基づいて算定する。形質
転換株の一株から得られたプラスミドpAec5は
分子量10.7KbでpCG11のBgl切断部位に
3.9KbのDNA断片が挿入された組み換え体プ
ラスミドである。 pAec5DNAを用い上記と同様な方法でLP4
株のプロトプラストを形質転換しスペクチノマ
イシン耐性で選択される形質転換株は同時に
AEC耐性形質を付与されたEcoRIの切断様式
で判定されるpAec5と同一のプラスミドを保有
している。即ちpAec5にコリネバクテリウム・
グルタミクムATCC21543のAEC耐性形質を支
配する遺伝子がクローン化されていることが明
らかである。pAec5保有菌株は米国アメリカ
ン・タイプ・カルチヤー・コレクシヨンに
CorynebacteriumglutamicumK17ATCC39032
として寄託されている。 (3) pAec5保有株によるリジンの生産コリネバクテリウム・グルタミクムＬ−22株
から誘導されたLP4株のpAec5保有株
（ATCC39032）と非保有株のリジン生産試験を
行なう。NB寒天培地上で生育せしめた菌を１
白金耳ずつ５mlの生産培地P1〔グルコース100
ｇ、（NH₄）₂SO₄24.5ｇ、KH₂PO₄1ｇ、
MgSO₄・7H₂O0.4ｇ、FeSO₄・7H₂O10mg、
MnSO₄・４〜6H₂O10mg、ビオチン50μｇ、サ
イアミン塩酸塩200μｇ、パントテン酸カルシ
ウム500μｇ、ニコチン酸500μｇ、大豆加水分
解物10ｇ、炭酸カルシウム30ｇを水１に含み
PH7.2に調整した培地〕の入つた試験管に植菌
し30℃で75時間振盪培養する。培養後、培地中
のＬ−リジン生成量を酸性−銅ニンヒドリン反
応を用いる比色法によつて測定した結果を第１
表に示す。

【表】実施例大腸菌のスレオニン生合成に関与する遺伝子の
クローン化とその遺伝子の発現を利用したコリ
ネバクテリウム・グルタミクムによるスレオニ
ンの生産： (1) 大腸菌スレオニンオペロンを含有するDNA
断片のクローン化とコリネバクテリウム・グル
タミクムへの導入：クローン化は大腸菌の宿主ベクター系にて実
施する。ベクターとして用いたpGA22は本プ
ラスミドを作製したアンらが用いている方法
〔An.G.et al：J.Bacteriol、140、400（1979）〕
に従い、本プラスミドを保有する大腸菌Ｋ−12
株亜株の培養菌体から単離する。供与DNAと
なる高分子染色体DNAは大腸菌K12株
（ATCC23740）の培養菌体からスミスのフエノ
ール抽出法〔Smith.M.G.：Method in
Enzymology、12、part Ａ、545（1967）〕に従
つて単離する。 pGA22プラスミドDNA4μｇを含む制限酵素
Hind反応液（10ｍＭトリス塩酸、７ｍＭ
MgCl₂、60ｍＭ NaCl、PH7.5）60μに0.4単
位のHind（宝酒造社製６単位／μ）を添
加し37℃で30分間反応後65℃で10分間加温して
反応を停止する。pGA22には２ケ所のHind
切断部位が存在するが、同一条件でHind消
化した試料をアガロースゲル電気泳動で調べた
結果、一断片に切断されていることが確認され
る。別に、染色体DNA8μｇを含む制限酵素
Hind反応液140μに４単位のHindを添加
し37℃で60分間反応後65℃で10分間加温して反
応を停止させる。両消化物を混合し、T4リガーゼ用緩衝液40μ
、ATP（５ｍＭ）40μ、T4リガーゼ0.3μ
およびH₂O120μを加え、12℃で16時間反応
させる。この混合物をTES緩衝液で飽和した
フエノール400μで２回抽出し、TES緩衝液
に対して透析してフエノールを除去する。このリガーゼ反応混合物を大腸菌Ｋ−12株亜
株GT−３〔J.Bacteriol.117、133−143（1974）〕
（ホモセリンおよびジアミノピメリン酸要求性）
の形質転換に供する。GT−３株のコンピテン
ト・セル（DNA取り込み能を有する菌株）は
ダジエルトらの方法〔Dagert.M.、et al：
Gene.6、23（1979）〕で調製する。即ち100μ
ｇ／mlとなるようにジアミノピメリン酸を補つ
たＬ培地（バクトトリプトン10ｇ、酵母エキス
５ｇを水１に含みPH7.2に調整した培地）50
mlに植菌し、OD0.6になるまで37℃で培養す
る。培養液を氷水で10分間冷却してから遠心集
菌する。冷却した0.1M塩化カルシウム20mlに
再懸濁し、０℃に20分間置く。細胞を再遠心
し、0.1M塩化カルシウム0.5mlに懸濁し０℃で
18時間置く。塩化カルシウム処理した菌液400μに前記
リガーゼ反応混合物200μを添加混合し、０
℃に10分間置いてから37℃で５分間加温する。
次いでＬ培地９mlを添加し、37℃で２時間振盪
培養する。生理食塩水で２回遠心洗滌後、
12.5μｇ／ml相当のカナマイシンを添加したM9
最小寒天培地（ブドウ糖２ｇ、NH₄Cl1ｇ、
Na₂HPO₄6ｇ、KH₂PO₄3ｇ、MgSO₄・
7H₂O0.1ｇ、CaCl₂・2H₂O15mg、サイアミン塩
酸塩４mgおよび寒天15ｇを水１に含み、PH
7.2に調整した培地）に塗布し37℃で３日培養
する。出現した、ただ１つのコロニーは、アン
ピシリン25μｇ／ml、クロラムフエニコール
25μｇ／mlあるいはカナマイシン25μｇ／mlを
含むＬ寒天培地上でも生育することが確認され
る。この形質転換株の培養菌体から上記(1)で
pGA22を単離したのと同一の方法によりプラ
スミドDNAを単離する。このプラスミドDNA
を用い制限酵素消化とアガロースゲル電気泳動
で解析した結果、第１図にpGH2として示した
構造を有している。pGA22に挿入されたDNA
断片は既にクローンされた大腸菌オペロン含有
DNA断片〔Cossart、P.、et al：Molec.Gen、
Genet.、175、39（1979）参照〕と同一の制限酵
素切断部位を有していることからpGH2がスレ
オニンオペロンを含有することが確認される。次にpCG11とpGH2の組み換え体を作製す
る。まず、pCG11とpGH2を各々Bgl、およ
びBamHで適正条件下完全消化する。各プ
ラスミドDNA2μｇを含む消化物を混合し、総
容量200μに対してT4リガーゼ用緩衝液40μ
、ATP（５ｍＭ）40μ、T4リガーゼ0.2μ
およびH₂O120μを加え12℃で16時間反応さ
せる。この混合物をTES緩衝液で飽和したフ
エノール400μで２回抽出しTES緩衝液に対
して透析してフエノールを除去する。続いて２
倍高濃度のTSMC緩衝液と前記リガーゼ反応
混合物の１対１混合液100μを供与DNAとし
て用い、参考例(1)と同様な方法でコリネバクテ
リウム・グルタミクムCA201株（LA103の誘導
株、ホモセリン、ロイシン要求株）のプロトプ
ラストを形質転換した後、RCGP寒天培地に塗
沫し、30℃で６日間培養して再生増殖させる。
寒天培地上全面に生育した菌をかき集め、生理
食塩水で遠心洗滌後、ロイシン50μｇ／mlを補
充した最小寒天培地M1上に再塗布して、30℃
で３日間培養する。出現したコロニーの中から
カナマイシン12.5μｇ／mlあるいはスペクチノ
マイシン100μｇ／mlを含むNB寒天培地上で生
育できる株が得られる。これらの形質転換株から実施例１(1)記載のエ
チジウムブロマイド、セシウムクロライド密度
勾配遠心によりプラスミドを単離する。これらのプラスミドDNA0.5μｇを用い各種
制限酵素による単独消化および二種類の制限酵
素による二重消化で生成するDNA断片をアガ
ロースゲル電気泳動で解析し、分子量およびプ
ラスミド分子中の各制限酵素切断部位を同定す
る。一株から得られたプラスミドをpEthr1と
命名し、制限酵素Pst、EcoR、およびXho
の切断部位で特徴づけられる構造を第２図に
示す。pEthr1はpCG11にpGH2のスレオニンオ
ペロンを含む、BamH切断片を結合した構
造を有することが判明した。 pEthr1DNAを用いて、コリネバクテリウ
ム・グルタミクムLA103株を前記と同様に再形
質転換した結果、ホモセリン非要求性とカナマ
イシンおよびスペクチノマイシン耐性形質が連
関して導入され、それらの形質転換株は、各種
制限酵素切断様式で特徴づけられるpEthr1と
同一のプラスミドを保有している。ホモセリン
デヒドロゲナーゼの欠失に起因するLA103株の
ホモセリン要求性がpEthr1によりホモセリン
非要求性に復帰するのは、大腸菌スレオニンオ
ペロン上にあるホモセリンデヒドロナーゼが発
現しているためにほかならない。 (2) pEthr1保有株の造成コリネバクテリウム・グルタミクムＬ−22株
より誘導したスレオニン生産菌、コリネバクテ
リウム・グルタミクムLA−106（メチオニン要
求性、AEC耐性、α−アミノ−β−ヒドロキ
シ吉草酸耐性）のpEthr1保有株は、LA−106
のプロトプラストをpEthr1で形質転換するこ
とによつて得られる。プロトプラストはLM−106株を半合成培地
SSMに100μｇ／ml相当のメチオニンを補つた
培地で培養し、OD約0.6まで生育させた細胞を
参考例(2)と同様な工程で処理することにより調
製する。形質転換も参考例(2)と同様に行ないス
ペクチノマイシン400μｇ／mlを含むRCGP寒天
培地上で選択して形質転換株を取得する。
pEthr1保有菌株は米国アメリカン・タイプ・
カルチヤー・コレクシヨンにCorynebacterium
glutamicumK19ATCC39034として寄託されて
いる。 (3) pEthr1保有株によるスレオニンの生産上記のごとく得たLA−106株のpEthr1保有
株（ATCC39034）と非保有株のスレオニン生
産試験を行なう。NB寒天培地上で生育せしめ
た菌を１白金耳ずつ５mlの生産培地P2〔グルコ
ース100ｇ、（NH₄）₂SO₄20ｇ、KH₂PO₄0.5ｇ、
K₂HPO₄0.5ｇ、MgSO₄・7H₂O1ｇ、FeSO₄・
7H₂O10mg、MnSO₄・４〜6H₂O10mg、ビオチ
ン100μｇ、炭酸カルシウム20ｇ、メチオニン
100mgを水１に含みPH7.2に調整した培地〕の
入つた試験管に植菌し30℃で75時間振盪培養す
る。培養後、培養液をペーパークロマトグラ
フイーにかけニンヒドリン発色後、比色定量し
てＬ−スレオニン生成量を測定した。結果を第２表に示す。

【表】【図面の簡単な説明】

第１図はプラスミドpGH2の制限酵素地図を示
す。第２図はプラスミドpEthr1の造成のフロー
チヤートを示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１コリネバクテリウム属に属し、大腸菌由来の
スレオニンオペロンを含むDNA断片とコリネバ
クテリウム属に属する微生物由来で、かつコリネ
バクテリウム属またはブレビバクテリウム属菌種
中で自律複製可能なベクターDNAとの組換え体
DNAを保有する微生物を培地に培養し、培養物
中にＬ−スレオニンを生成蓄積させ、該培養物か
らＬ−スレオニンを採取することを特徴とするＬ
−スレオニンの製造法。