JPH067172A - デアセチルセファロスポリンcシンターゼ活性をコードしている組換dna発現ベクターおよびdna化合物 - Google Patents

デアセチルセファロスポリンcシンターゼ活性をコードしている組換dna発現ベクターおよびdna化合物

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JPH067172A
JPH067172A JP3166001A JP16600191A JPH067172A JP H067172 A JPH067172 A JP H067172A JP 3166001 A JP3166001 A JP 3166001A JP 16600191 A JP16600191 A JP 16600191A JP H067172 A JPH067172 A JP H067172A
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residue
hydroxylase
dna
host cell
streptomyces
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JP3166001A
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English (en)
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Steven Kovacevic
スティーブン・コバセビック
James Robert Miller
ジェイムズ・ロバート・ミラー
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Eli Lilly and Co
Original Assignee
Eli Lilly and Co
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Publication date
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0071Oxidoreductases (1.) acting on paired donors with incorporation of molecular oxygen (1.14)

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 β−ラクタム抗生物質生合成における重要な
ステップである、デアセトキシセファロスポリンCをデ
アセチルセファロスポリンCに変換する反応を触媒する
活性を大量に製造する。 【構成】 本発明は、Streptomyces clavuligerusのヒ
ドロキシラーゼ活性をコードしているDNA化合物を提
供する。この化合物は、E.coli、Penicillium、Stre
ptomyces、AspergillusおよびCephalosporiumを包含
する広範な宿主細胞のための組換DNA発現ベクターを
構築するために使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】天然のイオウ含有β−ラクタム抗生物質は
臨床的に最も重要であり、新規なβ−ラクタム化合物の
単離は、フレミング(Fleming)によるペニシリンの発見
後60年間続けられている。ペニシリン類およびセファ
ロスポリン類(セファマイシン類を包含する)に共通する
構造上の特性は、β−ラクタム環である。
【0002】これらの抗生物質は、種々の原核生物およ
び下等真核生物によって産生される。ペニシリンGまた
はペニシリンV化合物によって例示されるペニシリン類
は、線維状真菌、とりわけPenicillium chrysogenumに
よって産生される。最初、下等真核生物であるCephalo
sporium acremonium(別称、Acremonium chrysogenum)
からの産物として単離されたセファロスポリン類は、多
数の原核生物、とりわけStreptomyces clavuligerus、
S.lipmaniiおよびS.cattleyaの代謝物質でもあり、こ
れらはセファマイシン類、およびオキシペナム類(クラ
ブラン酸(clavulanic acid))およびカルバペネム類(チ
エナマイシン(thienamycin))のようなその他のβ−ラク
タム類をも産生する。
【0003】β−ラクタム産生微生物から無細胞系を開
発することによって、イオウ含有β−ラクタム類(ペニ
シリン類、およびセファマイシン類を包含するセファロ
スポリン類)の経路における生合成ステップが確立され
た。
【0004】線維状真菌(例えばP.chrysogenum)でのペ
ニシリン類、および原核生物(例えばC.acremonium)お
よび下等真核生物の両者によって産生されるセファロス
ポリン類(例えばS.clavuligerus)の合成における最初
のステップは、同一である。ACVシンテターゼは、ア
ミノ酸前駆体であるL−α−アミノアジピン酸、L−シ
ステイン、およびL−バリンの、トリペプチドLLD−
ACVへの縮合を触媒する。次のステップは、トリペプ
チドの環化によって、この経路における最初のβ−ラク
タムを合成し、全てのペニシリン類、セファロスポリン
類およびセファマイシン類への前駆体であるイソペニシ
リンN(IPN)とする。
【0005】IPNの合成後、セファロスポリン類およ
びペニシリン類への経路が分岐する。Penicillium chr
ysogenumでは、例えば、IPNのα−アミノアジピル側
鎖を、対応するアシルCoA由来の多数の(ほぼ100)
疎水性側鎖の1つと交換することができる。最もよく知
られている例の1つは、フェニルアセチルCoAとIP
NからのペニシリンGの形成である。しかしながら、真
菌、C.acremoniumでは、α−アミノアジピル側鎖は異
性化され、ペニシリンNが製造される。次に、ペニシリ
ンの5員チアゾリジン環は、セファロスポリン類に特有
の6員ジヒドロチアジン環に“拡張"される。この反応
はデアセトキシセファロスポリンCシンテターゼ(DA
OCS)によって触媒され、この経路における最初のセ
ファロスポリンであるデアセトキシセファロスポリンC
(DAOC)が合成される。この経路における化学構造に
ついては、図1を参照されたい。
【0006】本発明は、セファロスポリン類の製造に関
与する活性、即ちデアセチルセファロスポリンCシンタ
ーゼ(ヒドロキシラーゼ)をコードしている単離されたD
NA配列を含有するDNA化合物を提供するものであ
る。本発明は、過剰に産生されることがあるベータ−ラ
クタム生合成酵素のレパートリーを拡大する。この活性
は、基質同族体を新規なベータ−ラクタム類に生体内変
換すること、および遺伝子量の増大による株の改善を促
進する。
【0007】本発明は、Streptomyces clavuligerus由
来のヒドロキシラーゼ活性をコードしている単離された
DNA配列を含有するDNA化合物を提供する。ヒドロ
キシラーゼは、DAOCの3−メチル基がヒドロキシル
化され、デアセチルセファロスポリンC(DAC)が製造
される反応を触媒する。触媒される反応は、Cephalosp
orium acremonium由来のセファロスポリン類、およびS
treptomyces clavuligerusおよびS.lipmanii由来の7
α−メトキシセファロスポリン類またはセファマイシン
類のような重要な抗生物質の生合成における重要なステ
ップである。従って、この活性を大量に製造し得ること
は、非常に重要である。
【0008】本発明のDNA化合物は、単一の転写解読
枠においてヒドロキシラーゼ活性をコードしている。こ
の転写解読枠の転写、次に得られたmRNAの翻訳によ
って、ヒドロキシラーゼ活性を有する1本のポリペプチ
ド鎖が製造される。ヒドロキシラーゼ活性をコードして
いる本発明の好ましいDNA化合物は、Streptomyces
clavuligerusのゲノムDNAから単離され、pOW39
9と呼ばれる組換DNA発現ベクターを構築するために
使用された。プラスミドpOW399は、本発明の一部
を構成する。クローンされたヒドロキシラーゼ遺伝子
は、とりわけ、ヒドロキシラーゼによって触媒される反
応が律速段階である場合、真菌および細菌におけるセフ
ァロスポリン類の収量を増大するのに有用である。
【0009】E.coliによって産生されるヒドロキシラ
ーゼ活性も、DAOCからのDACの製造を触媒する。
本発明のE.coli形質転換体の粗細胞抽出物は、ヒドロ
キシラーゼ活性を示す。これらのE.coli発現ベクター
および形質転換体は、大量の活性なヒドロキシラーゼを
得るのに効率的な方法を提供する。このヒドロキシラー
ゼは、DACの製造のためだけでなく、ベータ−ラクタ
ム抗生物質経路のその他の化合物の製造において収量を
増大するためにも有用である。
【0010】このヒドロキシラーゼ活性をコードしてい
るDNA化合物は、例えば、Escherichia、Penicilli
um、Cephalosporium、PaecilomycesおよびStreptomy
ces、とりわけS.clavuligerusを包含するその他の種々
の微生物においてヒドロキシラーゼの収量を増大する発
現ベクターを構築するために、容易に修飾される。本発
明のE.coliベクターのために利用された構築プロトコ
ールは、必要に応じ、当業者に周知の方法を使用して適
当な調節エレメントを置換するだけで、その他の微生物
のための同様のベクターを構築するためにも使用するこ
とができる。
【0011】本発明はまた、Streptomyces clavuliger
usのヒドロキシラーゼ活性を発現し得る組換宿主細胞を
作成するための方法であって、Streptomyces clavulig
erusのヒドロキシラーゼ活性をコードしている単離され
たDNA配列を含有する組換DNAベクターで宿主細胞
を形質転換することからなる方法を提供するものであ
る。好ましい宿主細胞には、E.coli、Cephalosporiu
m、Streptomyces、AspergillusおよびPenicilliumが
ある。この様な形質転換宿主細胞は、ヒドロキシラーゼ
遺伝子が発現され、それによって組換宿主細胞中でヒド
ロキシラーゼ活性が産生されるような、当業者に周知の
条件下で培養することができる。
【0012】従って、本発明は更に、組換宿主細胞にお
いてStreptomyces clavuligerusのヒドロキシラーゼ活
性を発現させるための方法であって、該形質転換宿主細
胞を遺伝子発現に好適な条件下で培養することからなる
方法を提供する。
【0013】以下の章は、本発明のより詳細な説明を提
供する。本発明を明瞭にし、本発明の理解を助けるため
に、本明細書に記載および特許請求される時、以下の語
句は下記の通り定義される。 AmdS−アセトアミダーゼ遺伝子。 cI857−λpLプロモーターの温度感受性リプレッ
サーをコードしている遺伝子。 DAC−デアセチルセファロスポリンC、構造式を以下
に示す。
【化3】 DACSまたはDACS活性−デアセチルセファロスポ
リンCシンターゼ、ヒドロキシラーゼとも呼ばれる、D
AOCのDACへの変換を触媒する酵素活性。 DAOC−デアセトキシセファロスポリンC、構造式を
以下に示す。
【化4】 ヒドロキシラーゼまたはヒドロキシラーゼ活性−DAO
CのDACへの変換を触媒する酵素活性;DACSとも
呼ばれる。 ORI−プラスミドまたはベクターの複製起点、DNA
ポリメラーゼのための結合または開始部位として働くD
NA配列。 pL−バクテリオファージラムダ由来の左方プロモータ
ー。 単離されたDNA配列−ゲノムDNA中のその天然の位
置から位置的に区別される、構築または合成されたDN
A配列。この定義は、天然の状態以外の全てのその形態
の、単離されたDNA配列を包含する。例えば、遺伝子
量を増大するために、プラスミドまたはファージベクタ
ーに挿入するか、それが由来する生物またはその他の生
物のゲノムにこのDNAを挿入することができる。 TcR−テトラサイクリン耐性付与遺伝子。
【0014】添付の図面に示された制限部位および機能
地図は、本明細書で論じられる組換DNAベクターのお
およその描写である。制限部位の情報は完全ではなく、
従って、地図に実際に示された以外に、ベクターにより
多くの、ある種の制限部位があるかもしれない。図1
は、ベータ−ラクタム生合成経路を示す図である。図2
は、プラスミドpOW399の制限部位および機能地図
である。
【0015】本発明は、Streptomyces clavuligerusの
ヒドロキシラーゼ活性をコードしている単離されたDN
A配列を含有するDNA化合物および組換DNAクロー
ニングおよび発現ベクターを提供する。S.clavuligeru
sヒドロキシラーゼをコードしているDNAの配列を下
記に示す。この表記では、2本鎖DNA分子の“セン
ス"またはコード鎖のみが示され、DNAは左から右へ
5'→3'方向で描かれる。ヌクレオチド配列には番号が
付され、数はDNA配列の左に記載される。DNA配列
の次に、DNAによってコードされたヒドロキシラーゼ
のアミノ酸残基配列を左から右へ、アミノ末端→カルボ
キシル末端方向で挙げる。
【0016】
【化5】 [式中、Aはデオキシアデニル残基、Gはデオキシグア
ニル残基、Cはデオキシシチジル残基、Tはチミジル残
基である]。
【0017】以下は、上記DNA配列によってコードさ
れたアミノ酸配列である:
【化6】 [式中、Alaはアラニン残基、Argはアルギニン残基、
Asnはアスパラギン残基、Aspはアスパラギン酸残基、
Cysはシステイン残基、Glnはグルタミン残基、Gluは
グルタミン酸残基、Glyはグリシン残基、Hisはヒスチ
ジン残基、Ileはイソロイシン残基、Leuはロイシン残
基、Lysはリシン残基、Metはメチオニン残基、Pheは
フェニルアラニン残基、Proはプロリン残基、Serはセ
リン残基、Thrはトレオニン残基、Trpはトリプトファ
ン残基、Tyrはチロシン残基、Valはバリン残基であ
る]。
【0018】当業者には、上記DNA配列が本発明の重
要な部分であることが理解されよう。上の配列は、完全
に保護されたデオキシリボヌクレオチド・ビルディング
ブロックを使用し、改良ホスホトリエステル法によって
好都合に合成することができる。この様な合成法は当該
技術分野で周知であり、実質上、イタクラ等(Itakuraet
al., 1977, Science 198:1056)およびクレア等(Crea e
t al., 1978, Proc.Nat'l Acad.Sci.USA 75:5765)の方
法に従って行なうことができる。また、とりわけ好まし
い方法は、ヒシウング等(Hsiung et al., 1983, Nuc.Ac
id Res.11:3227)およびナラング等(Narang et al., 198
0, Methods in Enzymology 68:90)に記載されている。
これらの手動的方法以外に、ABS(Applied Biosystem
s, 850 Lincoln Centre Drive, Foster City, CA 9440
4)380B DNAシンセサイザーのような自動DNA
シンセサイザーを使用して、DNA配列を合成すること
ができる。
【0019】大部分のアミノ酸残基および翻訳終止シグ
ナルに1以上のコドンがあることに起因する遺伝子コー
ドの縮重性のために、上記ヒドロキシラーゼ酵素のアミ
ノ酸残基配列は、多数の異なったDNA配列によってコ
ードされ得る。これらの種々のDNA配列が本発明の同
じアミノ酸残基配列をコードするかもしれないので、本
発明は更にこれらの種々の配列を包含する。
【0020】好ましい、ヒドロキシラーゼ活性をコード
しているDNA化合物は、Streptomyces clavuligerus
の菌株から単離された。S.clavuligerus株の全ゲノム
DNAのゲノムライブラリーを構築し、デオキシリボオ
リゴヌクレオチドプローブにホモローガスな配列の存在
について調べた。このプローブは、S.clavuligerusヒ
ドロキシラーゼのアミノ末端アミノ酸配列について得ら
れた情報、遺伝子コードの認識、およびStreptomyces
のコドン使用優先性の認識に従って構築された。DNA
配列決定から、どのクローンがS.clavuligerusヒドロ
キシラーゼをコードしているかが判明した。
【0021】λpLプロモーターのコントロール下にヒ
ドロキシラーゼ遺伝子を有するプラスミドを含有してい
るE.coli K12 JM109/pOW399は、ノーザン・リージョナ
ル・リサーチ・ラボラトリーズ(NRRL)、ペオリア、
イリノイ61604に1990年6月4日、NRRL
B−18658の受託番号で寄託され、ストック・カル
チャー・コレクションの一部を構成している。プラスミ
ドpOW399は、当業者に周知の方法によってE.col
i K12 JM109から単離することができる。プラスミドp
OW399は無傷のStreptomyces clavuligerusヒドロ
キシラーゼ遺伝子を含有しており、例えばプラスミドの
〜2.5kb EcoRI/BamHI制限フラグメントからこ
れを単離することができる。プラスミドpOW399の
制限部位および機能地図を、添付の図面の図2に示す。
【0022】約30℃の低い温度で、プラスミドpOW
399またはその誘導体上にコードされているcI85
7蛋白は活性であり、λpLプロモーターの活性を抑制
することができるが、温度が約42℃に高められると、
cI857蛋白は不活化され、λpLプロモーターは所
望の遺伝子産物をコードしているmRNAを大量に転写
させる。約42℃の温度で、E.coli K12 JM109/pOW399
は、ヒドロキシラーゼ活性を全細胞蛋白の〜5%近い高
レベルで発現する。これらのE.coli K12 JM109/pOW399
形質転換体からの粗細胞抽出物は、DAOCのDACへ
の変換を触媒することができ、一方、非形質転換E.col
i K12 JM109細胞からの細胞抽出物はこの変換を触媒す
ることができない。変換反応についての分析方法および
分析結果は、実施例1に示される。
【0023】プラスミドpOW399を使用すると、高
い発現レベルが達成されるだけでなく、このプラスミド
には選択可能なマーカーが存在するので、E.coli中で
ヒドロキシラーゼ活性を発現させるために、このプラス
ミドはとりわけ好ましい。多数の組換DNAベクターは
β−ラクタマーゼをコードしているので、このベクター
を含有している細胞は、アンピシリンのようなある種の
β−ラクタム抗生物質の存在下で増殖することができ
る。しかしながら、β−ラクタム類を構築する目的でヒ
ドロキシラーゼ活性を含有している細胞不含の抽出物を
使用するのが所望の場合、抽出物がβ−ラクタマーゼ活
性を含有していることを望まない。従って、プラスミド
pOW399は選択可能なマーカーとしてβ−ラクタマ
ーゼをコードせず、β−ラクタムと反応しない蛋白をコ
ードしているテトラサイクリン耐性付与遺伝子を使用す
る。
【0024】E.coliは、大量のヒドロキシラーゼ活性
を産生させるために効率のよい微生物である。E.coli
を培養することは、天然にヒドロキシラーゼを産生する
生物を培養するより複雑でないので、非組換または“天
然の"ヒドロキシラーゼ産生株よりも効率的および経済
的に組換ヒドロキシラーゼを製造するために、E.coli
K12 JM109/pOW399を使用することができる。DAOCを
修飾して新規な抗生物質または抗生物質コア構造を製造
するイン・ビトロ試験のために、このヒドロキシラーゼ
活性を使用することができる。
【0025】しかしながら、本発明は、本明細書に例示
した特定のベクターに限定されない。それ以外に、本発
明は、Streptomyces clavuligerusのヒドロキシラーゼ
活性をコードしているDNA化合物を包含する。本発明
のDNA化合物は、発現ベクターが複製または組み込み
を行ない、プロモーターおよび翻訳活性化配列が機能的
である全ての宿主細胞においてヒドロキシラーゼ活性を
発現させる発現ベクターを構築するために使用すること
ができる。
【0026】従って、本発明は、ヒドロキシラーゼ酵素
をコードしている遺伝子の数を増大することによって、
細胞中のヒドロキシラーゼ活性の生来の量を増大するた
めに、使用することができる。その結果、より多くのD
AOCをDACに変換することができる。DACが増加
すると、最終的に細胞中のセファロスポリンCおよびセ
ファマイシンCの収量が増大する。セファロスポリンC
およびセファマイシンは両者とも、既知の用途を有する
抗生物質である。本発明は更に、ヒドロキシラーゼ酵素
またはその誘導体が機能して生合成における中間ステッ
プを触媒するその他の抗生物質の産生を促進することが
できた。
【0027】本発明の別の用途は、新規かつ有用なセフ
ァロスポリン類を製造するためにDAOCを使用するこ
とができるように、生合成をDAOCで停止させること
である。機能的ヒドロキシラーゼ遺伝子を破壊または移
動させることによって、生合成経路を停止させることが
できる。変異したヒドロキシラーゼ遺伝子を含有してい
る不安定なベクターを細胞に導入すると、ヒドロキシラ
ーゼ遺伝子のゲノムコピーとの間で一重または二重のり
かえが起こり得る。ヒドロキシラーゼをコードしている
配列に選択可能なマーカーが組み込まれる場合、選択的
条件下で増殖する能力を保持している幾つかの細胞はヒ
ドロキシラーゼ遺伝子が破壊されているであろう。
【0028】本発明のDNA化合物は、他の微生物にお
いてヒドロキシラーゼ、エクスパンダーゼ(ヨーロッパ
特許公開第0341892号、1989年11月15日
公開)またはエクスパンダーゼ/ヒドロキシラーゼ(ヨー
ロッパ特許公開第0281391号、1988年9月7
日公開)遺伝子を見い出すためのプローブとして使用す
ることもできる。
【0029】本発明のヒドロキシラーゼ発現ベクター
は、選択可能なマーカーとしてテトラサイクリン耐性遺
伝子に限定されない。当業者は、多数の選択可能なマー
カーがヒドロキシラーゼ発現ベクターでの使用に好適で
あることを認識している。この様な選択可能なマーカー
には、例えば、カナマイシンまたはクロラムフェニコー
ル耐性を付与する遺伝子、またはその他の抗生物質耐性
付与遺伝子がある。
【0030】本発明は、E.coli中でヒドロキシラーゼ
活性を発現させるE.coli発現プラスミドまたはベクタ
ーを包含する。即ち、本発明は、例えばpBR322ま
たはpUC系プラスミドの様なプラスミド由来のレプリ
コンのような、ヒドロキシラーゼ活性を発現させ、E.c
oli中で機能的なレプリコンを利用する発現ベクターを
包含する。本発明は更に、ヒドロキシラーゼ活性を発現
し、宿主細胞中での複製および維持を提供する組み込み
またはウイルスの複製を利用する発現ベクターを包含す
るので、本発明はプラスミドベクターに限定されるもの
でもない。
【0031】本発明は、ヒドロキシラーゼ活性をコード
しているDNAを発現させるための特定のプロモーター
および翻訳活性化配列に限定されない。本発明は、E.c
oli中で機能し、E.coli中でヒドロキシラーゼ活性を発
現させるために使用される全てのプロモーターおよび翻
訳活性化配列の使用を包含する。E.coli中で機能的な
多数のプロモーターおよび翻訳活性化配列が知られてお
り、E.coli中でヒドロキシラーゼ活性を発現させるた
めに好適である。この様な転写および翻訳活性化配列
は、lpp、lac、trp、tac、λpL、λpR
プロモーターおよび翻訳活性化配列を包含するが、これ
に限定されない。同様に、その他の生物において機能的
な、好適なプロモーター配列の例は、Penicillium chr
ysogenum由来のIPNS遺伝子のプロモーター、および
Aspergillus nidulansにおけるamdS遺伝子由来の
プロモーターであり、その両者は米国特許第4,892,
819号に記載されている。米国特許第4,885,25
1号に記載されているCephalosporium aeremoniumにお
けるIPNS遺伝子のプロモーターも有用である。
【0032】また、他の生物由来の転写および翻訳活性
化配列を、本発明のヒドロキシラーゼ活性をコードして
いるDNA化合物にライゲートし、活性化配列が機能す
る宿主細胞中でヒドロキシラーゼ活性を発現させる発現
ベクターを製造することもできる。E.coliはヒドロキ
シラーゼ産生および次のイン・ビトロ用途のための精製
に最も好適な宿主であるが、とりわけ、与えられた生物
の抗生物質産生能および効率を増大する目的では、E.c
oli以外の宿主細胞中でヒドロキシラーゼ活性を発現さ
せるベクターも有用である。
【0033】種々の生物が、β−ラクタム抗生物質を産
生する。以下の表は、β−ラクタム抗生物質産生生物の
リストの一部を提供する。
【0034】
【表1】 β−ラクタム抗生物質産生生物生物 抗生物質 Agrobacterium 種々のβ−ラクタム類 Arachnomyces minimus ペニシリン類およびセファロスポリン類 Anixiopsis peruviana ペニシリン類およびセファロスポリン類 Cephalosporium acremonium ペニシリン類およびセファロスポリン類 purpurascens polyaleurum chrysogenum curtipes Chromobacterium 種々のβ−ラクタム類 Emericellopsis terricola ペニシリン類およびセファロスポリン類 minima synnematicola glabra mirabilis salmosynnemata Flavobacterium 種々のβ−ラクタム類 Gluconobacter 種々のβ−ラクタム類 Nocardia lactamadurans セファマイシンC uniformis ノカルジシン Paecilomyces carneus ペニシリン類および persicinus セファロスポリン類 Penicillium chrysogenum 種々のペニシリン類および その他のβ−ラクタム類 Serratia 種々のβ−ラクタム類 Spiroidium fuscum ペニシリン類およびセファロスポリン類 Streptomyces antibioticus クラブラン酸 argenteolus アスパレノマイシンA、 MM4550およびMM13902 cattleya チエナマイシン chartreusis SF1623および セファマイシンAおよびB cinnamonensis セファマイシンAおよびB clavuligerus PA−32413−I、セファマイシンC、 A16886A、ペニシリン類、 セファロスポリン類、クラブラン酸、および その他のクラバム類 fimbriatus セファマイシンAおよびB flavovirens MM4550およびMM13902 flavus MM4550およびMM13902 fulvoviridis MM4550およびMM13902 griseus セファマイシンAおよびB、および カルペチマイシンAおよびB halstedi セファマイシンAおよびB heteromorphus C2081Xおよび セファマイシンAおよびB hygroscopicus デアセトキシセファロスポリンC lipmanii セファマイシン、ペニシリンN、 7−メトキシセファロスポリンC、 A16884、MM4550、MM13902 olivaceus エピチエナマイシンF、MM4550、 およびMM13902 panayensis C2081X、および セファマイシンAおよびB pluracidomyceticus プルラシドマイシンA rochei セファマイシンAおよびB sioyaensis MM4550およびMM13902 sp.OA-6129 OA−6129A sp.KC-6643 カルペチマイシンA tokunomensis アスパレノマイシンA viridochromogenes セファマイシンAおよびB wadayamensis WS−3442−D
【0035】上記β−ラクタム抗生物質産生生物の多く
は、抗生物質製造のために製薬工業で使用される。これ
らの生物の抗生物質産生能は、発酵の間、抗生物質生合
成酵素の細胞内濃度を高めることによって、増大および
より効率的にされ得る。本発明のヒドロキシラーゼ活性
をコードしているDNA化合物を使用し、適当な宿主細
胞にトランスフォームされると、トランスフォームされ
た宿主細胞のヒドロキシラーゼ活性の細胞内濃度を増大
し、それによってその細胞の抗生物質産生能および効率
を高めるための発現ベクターを構築することができる。
【0036】ベクターがトランスフォームされる、与え
られた宿主細胞のヒドロキシラーゼ活性の細胞内濃度を
高めるであろうベクターは、以下のエレメントを必要と
する:1)本発明のヒドロキシラーゼ活性をコードして
いるDNA化合物、2)トランスフォームされる宿主細
胞中で機能するだけでなく、ヒドロキシラーゼ活性をコ
ードしているDNAを発現させるために正しい方向およ
び位置に位置しているプロモーターおよび翻訳活性化配
列。もちろん、安定な形質転換体は、ベクターが、宿主
細胞中、染色体外エレメントとしてまたはゲノムDNA
に組み込まれた時に、複製する場合にのみ得ることがで
きる。従って、好ましいベクターは、宿主細胞中でベク
ターの複製または組み込みを特異的に誘導する配列を含
有するであろう。しかしながら、この様な特異的な複製
または組み込み配列の存在は必ずしも必要とされない。
なぜなら、非特異的組み込みは、DNAが宿主細胞に導
入される時に起こり得るからである。ヒドロキシラーゼ
発現ベクターは更に、ベクターを含有する宿主細胞の選
択手段を提供する抗生物質耐性付与遺伝子または幾つか
のその他のエレメントを含有することができるが、この
様な選択可能なエレメントは、ベクターが宿主細胞の染
色体DNAに組み込まれる時、必要ではないし望ましく
もない。
【0037】多数のE.coli K12株は、たぶんampC
遺伝子座によってコードされている内生のβ−ラクタマ
ーゼ活性を含有している。この理由から、最適ヒドロキ
シラーゼ活性が観察されるように、ヒドロキシラーゼポ
リペプチドを部分精製することが望ましい。所望のヒド
ロキシラーゼ活性から内生のE.coli β−ラクタマーゼ
活性を分離するために、酵素の精製を使用することがで
きる。β−ラクタマーゼの有害な効果を克服するため
の、部分精製の使用以外の方法は、この活性を産生しな
い株を使用することである。
【0038】本発明は、Streptomyces clavuligerusの
ヒドロキシラーゼ遺伝子のコード配列を提供することに
よって、形質転換を受け易い全ての生物のためのヒドロ
キシラーゼ発現ベクターを提供する。前記E.coliヒド
ロキシラーゼ発現ベクターは、本発明の広範な発現ベク
ターの例示である。しかしながら、本発明の好ましいベ
クターの多くは、β−ラクタム抗生物質(ペニシリン類
およびセファロスポリン類を包含する)産生細胞におい
てヒドロキシラーゼを発現させるようにデザインされて
いる。
【0039】前記および実施例1に記載のベクターは、
本発明によって提供された広範なヒドロキシラーゼ発現
ベクターの例示にすぎない。米国特許第4,885,25
1号は、Cephalosporium acremonium IPNS遺伝子
の5'および3'調節シグナルを記載している。このシグ
ナルを、本発明のヒドロキシラーゼをコードしている配
列と結合させて、Cephalosporiumでの使用にとりわけ
好適な本発明のヒドロキシラーゼ発現ベクターを製造す
ることができる。
【0040】本発明のヒドロキシラーゼ発現ベクター
は、全ての細胞、とりわけβ−ラクタム抗生物質産生細
胞においてヒドロキシラーゼ活性の細胞内濃度を高める
のに有用である。プラスミドpOW399は、Strepto
myces clavuligerusのヒドロキシラーゼ遺伝子のコード
配列を含有しており、従って、プラスミドpOW399
を、ヒドロキシラーゼ遺伝子のコピー数を増大し、それ
によって酵素の細胞内濃度を高めるベクターを構築する
ために使用することができる。本発明のヒドロキシラー
ゼをコードしている配列はStreptomyces宿主細胞から
単離されたので、このヒドロキシラーゼコード配列は、
Streptomyces宿主細胞中でヒドロキシラーゼ活性を高
レベルで発現させるようにデザインされた発現ベクター
で使用するのにとりわけよく適合している。文献は、S
treptomyces発現ベクターの構築およびStreptomyces宿
主細胞の形質転換のための方法を多数記載している。例
えば、ガルシア・ドミンゲッツ等(Garcia-Dominguez et
al., 1987, Applied andEnvironmental Microbiology
53(6):1376-1381)参照。本発明のヒドロキシラーゼをコ
ードしている配列は、Streptomycesのプロモーターお
よびレプリコンを含有している発現ベクターに容易に組
み込むことができる。種々の既知のStreptomycesプロ
モーターおよびレプリコンを、この様な用途のために利
用することができる。表2は、Streptomycesレプリコ
ンを入手し得るStreptomycesプラスミドのリストを例
示するが、これに限定されない。当業者には、レプリコ
ン機能が破壊されない限り、本発明のヒドロキシラーゼ
遺伝子を含有しているベクターを構築するために、この
表に挙げられた全てまたは一部分のプラスミドを使用し
得ることが理解されよう。プラスミド含有宿主および受
託番号も表2に挙げる。
【0041】
【表2】
【0042】本発明の、Streptomyces clavuligerus
ヒドロキシラーゼをコードしている配列は、与えられた
生物で使用するための組換ヒドロキシラーゼ遺伝子を構
築するために、Streptomycesのその他の株、およびPe
nicillium、Cephalosporium、またはその他の全ての宿
主細胞由来の転写および翻訳活性化配列の制御下に置く
こともできる。
【0043】以下の実施例は、本発明を更に詳細に説明
し、例示するために提供するものである。
【0044】実施例1 E.coli K12 JM109/pOW399の凍結乾燥品は、ノーザン・
リージョナル・リサーチ・ラボラトリーズ(NRRL)、
ペオリア、イリノイ61604から、NRRLB−18
658(受託日:1990年6月4日)の受託番号で入手
することができ、下記の方法で“培養物"として直接使
用することができる。
【0045】E.coli K12 JM109/pOW399におけるS.cla
vuligerusヒドロキシラーゼの産生 A.E.coliにおけるヒドロキシラーゼの発現 E.coli K12 JM109/pOW399を、細胞が中対数期に到達す
るまで、TYブロス3リットルおよび5μg/mlのテト
ラサイクリン中、30℃で増殖させた。混合物の温度を
42℃に上昇させ、更に約4時間インキュベートを続け
た。プラスミドpOW399においてヒドロキシラーゼ
を発現させるために配置されたラムダpLプロモーター
のcI857温度感受性リプレッサーを42℃で不活化
し、ヒドロキシラーゼを発現させる。
【0046】B.ヒドロキシラーゼを含有している顆粒の単離 ヒドロキシラーゼを含有している顆粒を単離する。先
ず、全細胞を遠心し、次いで、10℃の水に再懸濁す
る。細胞のスラリーを、ガウリン(Gaulin)ホモジナイザ
ーにて8000psigでホモジナイズする。次に、ホモジ
ナイズされたスラリーを水に希釈して10分間撹拌し、
10%水酸化ナトリウムでpHを8.4−8.6に調節す
る。次いで、混合物を遠心する。固形物はヒドロキシラ
ーゼを含有する顆粒であり、使用時まで−70℃で凍結
する。
【0047】C.顆粒からの活性なヒドロキシラーゼの製造 0.5M尿素、0.5mlジチオスレイトール(DTT)およ
び5mMトリス塩基(トリス(ヒドロキシメチル)アミノメ
タン)を含有しているフォールディング・バッファー8m
lに顆粒を再懸濁することによって、洗浄した顆粒0.5
gから活性なヒドロキシラーゼを調製した。pHは調節
しなかった。顆粒を再懸濁した時、水酸化ナトリウムで
pHを11.7に上昇させ、この溶液を5分間撹拌し
た。撹拌後、塩酸でpHを9.5に下げた。次に、この
混合物を48,000×gで10分間遠心した。ヒドロ
キシラーゼ検定で使用するために、上清を貯蔵した。
【0048】ドツラフおよびイエー(Dotzlaf,J.E., an
d Yeh,W.-K. (1987) J.Bacteriol.,169, 1611-1618)に
よる記載に従い、HPLCを用い、DAOCからのDA
Cの生成を260nmでモニターすることによって、ヒ
ドロキシラーゼ活性を調べた。検定混合物の容量は1ml
であり、15mM MOPS(3−[N−モルホリノ]プロ
パンスルホン酸)バッファー(pH7.3)中、蛋白質試料
(8.4マイクログラム)、DAOC(0.3マイクロモ
ル)、α−ケトグルタル酸(0.3マイクロモル)、硫酸第
1鉄(0.1マイクロモル)、アスコルビン酸(0.25マ
イクロモル)、DTT(1マイクロモル)、アデノシン三
リン酸(ATP)(0.05マイクロモル)を含有した。D
AOCを加えることによって酵素反応を開始させ、29
℃で20分間反応を行なった。DACの生成は、40分
まで、反応時間について直線状であった。酵素活性1単
位は、上記検定条件下でDAOCから1分当たり1マイ
クロモルのDACを生成させるのに必要なヒドロキシラ
ーゼの量として定義される。ヒドロキシラーゼの比活性
は、蛋白質1ミリグラム当たりの単位数として定義され
る。蛋白質含有量は、標準物質としてウシ血清アルブミ
ンを使用し、ブラッドフォードの方法(Bradford,M.M.,
1979, Anal.Biochem., 72, 248-254)によって決定され
た。
【0049】E.coli K12 JM109/pOW399から製造された
ヒドロキシラーゼは、60−80ミリ単位/mg蛋白の比
活性を有した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ベータ−ラクタム生合成経路を示す図であ
る。
【図2】 プラスミドpOW399の制限部位および機
能地図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:465) (C12N 9/02 C12R 1:19) (72)発明者 ジェイムズ・ロバート・ミラー アメリカ合衆国46250インディアナ州サウ ス・インディアナポリス、グレンビュー・ ドライブ4228番

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Streptomyces clavuligerusのヒドロキ
    シラーゼ活性をコードしている単離されたDNA配列を
    含有するDNA化合物。
  2. 【請求項2】 式: 【化1】 [式中、Alaはアラニン残基、Argはアルギニン残基、
    Asnはアスパラギン残基、Aspはアスパラギン酸残基、
    Cysはシステイン残基、Glnはグルタミン残基、Gluは
    グルタミン酸残基、Glyはグリシン残基、Hisはヒスチ
    ジン残基、Ileはイソロイシン残基、Leuはロイシン残
    基、Lysはリシン残基、Metはメチオニン残基、Pheは
    フェニルアラニン残基、Proはプロリン残基、Serはセ
    リン残基、Thrはトレオニン残基、Trpはトリプトファ
    ン残基、Tyrはチロシン残基、Valはバリン残基であ
    る]をコードしている単離されたDNA配列を含有する
    請求項1に記載のDNA化合物。
  3. 【請求項3】 式: 【化2】 [式中、Aはデオキシアデニル残基、Gはデオキシグア
    ニル残基、Cはデオキシシチジル残基、Tはチミジル残
    基である]で示される単離されたDNA配列を含有する
    請求項2に記載のDNA化合物。
  4. 【請求項4】 プラスミドpOW399の〜2.5kb
    EcoRI−BamHI制限フラグメント。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の単離されたDNA配列
    を含有する組換DNAベクター。
  6. 【請求項6】 プラスミドpOW399である請求項5
    に記載の組換DNA発現ベクター。
  7. 【請求項7】 Streptomyces clavuligerusのヒドロキ
    シラーゼ活性を発現し得る組換宿主細胞を作成するため
    の方法であって、請求項1に記載の単離されたDNA配
    列を含有している組換DNAベクターで宿主細胞を形質
    転換することからなる方法。
  8. 【請求項8】 該組換宿主細胞がEscherichia、Cepha
    losporium、Streptomyces、AspergillusまたはPenic
    illiumからなる群から選択される請求項7に記載の方
    法。
  9. 【請求項9】 組換宿主細胞中でStreptomyces clavul
    igerusのヒドロキシラーゼ活性を発現させるための方法
    であって、遺伝子発現に好適な条件下で請求項7に記載
    の該形質転換宿主細胞を培養することからなる方法。
  10. 【請求項10】 該組換宿主細胞がEscherichia、Cep
    halosporium、Streptomyces、AspergillusまたはPen
    icilliumからなる群から選択される請求項9に記載の方
    法。
JP3166001A 1990-07-06 1991-07-06 デアセチルセファロスポリンcシンターゼ活性をコードしている組換dna発現ベクターおよびdna化合物 Pending JPH067172A (ja)

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