JPH10108682A - ポリエステル重合酵素遺伝子及びポリエステルの製造方法 - Google Patents
ポリエステル重合酵素遺伝子及びポリエステルの製造方法Info
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- JPH10108682A JPH10108682A JP9199979A JP19997997A JPH10108682A JP H10108682 A JPH10108682 A JP H10108682A JP 9199979 A JP9199979 A JP 9199979A JP 19997997 A JP19997997 A JP 19997997A JP H10108682 A JPH10108682 A JP H10108682A
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Abstract
む組換えベクター、該組換えベクターを含む形質転換体
及びポリエステルの製造方法の提供。 【解決手段】 配列番号2で表されるアミノ酸配列又は
該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠
失、置換若しくは付加された配列を含み、ポリエステル
重合活性をもたらすポリペプチドをコードするポリエス
テル重合酵素遺伝子、該ポリエステル重合酵素遺伝子
と、該遺伝子の上流及び下流に存在するオープンリーデ
ィングフレームのいずれか一方とを含む遺伝子発現カセ
ット、前記ポリエステル合成酵素遺伝子又は遺伝子発現
カセットを含む組換えベクター、該組換えベクターによ
って形質転換された形質転換体、該形質転換体を培地に
培養し、得られる培養物からポリエステルを採取するこ
とを特徴とするポリエステルの製造方法。
Description
酵素遺伝子、該遺伝子を含む組換えベクター、該組換え
ベクターを含む形質転換体及び該形質転換体を用いたポ
リエステルの製造方法に関する。
シブチレート( P(3HB) )を生合成し、エネルギーの貯
蔵物質として体内に微粒子状で蓄えることが知られてい
る。微生物体内から抽出した P(3HB) は、180℃程度に
融解温度をもつ熱可塑性高分子であり、優れた生分解性
と生体適合性を示すことから、環境を保全する“グリー
ン”プラスチックとして注目されている。また、 P(3H
B) は各種の微生物を用いて糖や植物油などの再生可能
炭素資源から合成できる“グリーン”プラスチックであ
る。しかしながら、P(3HB)は、高結晶性高分子のために
耐衝撃性が劣るという物性上の問題があり、実用化が見
送られてきた。
3−ヒドロキシヘキサノエート(3HH) との2成分共重合
ポリエステル P(3HB-co-3HH) およびその製造法につい
て、研究、開発がなされ、たとえば、特開平5-93049号
公報および特開平7-265065号公報にそれぞれ記載されて
いる。これらの公報の P(3HB-co-3HH) 共重合体の製造
法は、土より単離したアエロモナス・キャビエ (Aeromo
nas caviae)を用いてオレイン酸やオリーブオイルから
発酵生産するものである。発酵生産した P(3HB-co-3HH)
共重合体は、3HHユニット分率の増加とともに結晶化度
が低下するために、柔軟な高分子材料となり、熱安定性
や成形性にも優れ、強い糸や透明でしなやかなフィルム
にも加工できることが明らかにされている(Y. Doi, S.
Kitamura, H. Abe, Macromolecules 28, 4822-4823 (1
995))。しかしながら、特開平5-93049号公報および特
開平7-265065号公報に記載の製造方法では、ポリエステ
ル収率(乾燥微生物体内のポリエステル含有量)が低い
ため、P(3HB-co-3HH) 共重合ポリエステルを高収率で生
産する方法の開発が望まれていた。
ル重合酵素遺伝子、該遺伝子を含む組換えベクター、該
組換えベクターによって形質転換された形質転換体及び
該形質転換体を用いたポリエステルの製造方法を提供す
ることを目的とする。
基づいて鋭意研究を行った結果、ポリエステル重合酵素
の遺伝子をクローニングし、さらにポリエステル重合酵
素遺伝子に付随する上流及び下流のオープンリーディン
グフレームのいずれか一方又は両方を欠失させることに
よりポリエステルを高収率で生産することに成功し、本
発明を完成するに至った。
るアミノ酸配列又は該アミノ酸配列において1若しくは
数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加された配列を
含み、ポリエステル重合活性をもたらすポリペプチドを
コードするポリエステル重合酵素遺伝子である。該遺伝
子としては、例えば配列番号1で表される塩基配列を含
むものが挙げられる。
酵素遺伝子と、該遺伝子の上流及び下流に存在するオー
プンリーディングフレームのいずれか一方とを含む遺伝
子発現カセットである。該遺伝子発現カセットにおい
て、ポリエステル重合酵素遺伝子の上流に存在するオー
プンリーディングフレームとしては、配列番号4で表さ
れるアミノ酸配列をコードするDNAを含むもの(例え
ば配列番号3)が挙げられ、ポリエステル重合酵素遺伝
子の下流に存在するオープンリーディングフレームとし
ては、配列番号6で表されるアミノ酸配列又は該アミノ
酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換
若しくは付加された配列を含み、エノイル−CoAヒド
ラターゼ活性をもたらすポリペプチドをコードするDN
Aを含むもの(例えば配列番号5)が挙げられる。
伝子は、配列番号2で表されるアミノ酸配列又は該アミ
ノ酸配列において1個若しくは数個のアミノ酸に欠失、
置換、付加等の変異が生じても、当該アミノ酸配列を有
するポリペプチドがポリエステル重合活性を有する限
り、そのポリペプチドをコードするDNAも本発明の遺
伝子に含まれる。例えば、配列番号2で表されるアミノ
酸配列の第1番目のメチオニンが欠失したものをコード
するDNAも、本発明の遺伝子に含まれる。
酵素遺伝子又は前記遺伝子発現カセットを含む組換えベ
クターである。さらに、本発明は、前記組換えベクター
によって形質転換された形質転換体である。
に培養し、得られる培養物からポリエステルを採取する
ことを特徴とするポリエステルの製造方法である。ポリ
エステルとしては、例えば、次式I:
ル基を表す。)で示される3−ヒドロキシアルカン酸の
共重合体(例えば、ポリ(3−ヒドロキシブチレート−
3−ヒドロキシヘキサノエート)ランダム共重合体)が
挙げられる。以下、本発明を詳細に説明する。
属に属する微生物の菌体から分離される。まず、ポリエ
ステル重合酵素遺伝子を有する菌株から染色体DNAを
作製する。菌株としては、例えばアエロモナス・キャビ
エ(Aeromonas caviae) が挙げられる。
ことができる。例えば、アエロモナス・キャビエをLB
培地で培養した後、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモ
ニウム法(Currnt Protocols in Molecular Biology,1
巻, 2.4.3 頁, John Wiley &Sons 出版, 1994年)等に
より染色体DNAを調製する。
制限酵素(例えばSau3A1、BamHI、BglII等)で部分分解
した後、アルカリホスファターゼ処理を行い、DNA断
片を脱リン酸化する。これを制限酵素(例えばBamHI、B
glII 等)で切断したベクターとライゲーションを行
い、ライブラリーを作成する。
し得るファージ又はプラスミドが使用される。ファージ
ベクターとしては、例えばEMBL3 、M13 、λgt11等が挙
げられ、プラスミドベクターとしては、例えばpBR322、
pUC18 、pBluescript II(STRATAGENE社製)等が挙げら
れる。さらに、大腸菌やバチルス・ブレビスなどの2種
以上の宿主微生物で自律的増殖が可能なベクターのほ
か、各種のシャトルベクターを使用することもできる。
このようなベクターについても、前記制限酵素で切断
し、その断片を得ることができる。
には、公知のDNAリガーゼを用いる。そして、DNA
断片とベクター断片とをアニーリングさせた後連結さ
せ、組換えベクターを作成する。
は、公知の方法により行うことができる。例えば、宿主
微生物が大腸菌の場合はカルシウム法(Lederberg,E.M.
etal.,J.Bacteriol.119,1072(1974)) やエレクトロポ
レーション法(Current Protocols in Molecular Biolo
gy, 1巻,1.8.4 頁, 1994年)を採用することができ、
宿主微生物がファージDNAの場合はインビトロ・パッ
ケージング法(Current Protocols in Molecular Biolo
gy, 1巻,5.7.1 頁, 1994年)等を採用することができ
る。本発明では、インビトロ・パッケージング用キット
(Gigapack II; STRATAGENE 社製等) を用いることも
できる。
テル重合酵素遺伝子を含むDNA断片を得るためのプロ
ーブを調製する。ポリエステル重合酵素のアミノ酸配列
については、既に何種類かのものが知られている(Peop
les, O.P. and Sinskey, A.J., J.Biol.Chem., 264, 15
293 (1989);Huisman, G.W. et al., J.Biol.Chem.,26
6, 2191 (1991);Pieper,U. et al., FEMS Microbiol.L
ett., 96, 73(1992)他)。そこで、これらのアミノ酸配
列のうち、保存されている2つの領域を選択し、それを
コードする核酸塩基配列を推定してオリゴヌクレオチド
を設計する。これらオリゴヌクレオチドとしては、例え
ば5'-CC(C/G)CC(C/G)TGGATCAA(T/C)AAGT(T/A)(T/C)TA(T
/C)ATC-3'(配列番号7)、及び5'-(G/C)AGCCA(G/C)GC
(G/C)GTCCA(A/G)TC(G/C)GGCCACCA-3'(配列番号8)で
表される2種類のオリゴヌクレオチドが挙げられるがこ
れらに限定されるものではない。
とし、アエロモナス・キャビエの染色体DNAを鋳型と
してポリメラーゼ連鎖反応(PCR;Molecular Clonin
g, 2巻,14.2頁, 1989年) を行う。そして、PCRによ
りポリエステル重合酵素遺伝子を部分的に増幅する。
いて標識し、前記染色体DNAライブラリーからコロニ
ーハイブリダイゼーションを行う(Currnt Protocols i
n Molecular Biology,1巻, 6.0.3 頁, 1994年) 。
クリーニングされた大腸菌からアルカリ法(Currnt Pro
tocols in Molecular Biology,1巻,1.6.1頁, 1994年)
によってプラスミドを回収することにより、ポリエステ
ル重合酵素遺伝子を含むDNA断片が得られる。
方法、例えばサンガー法(Molecular Cloning,2巻, 13.
3頁, 1989年) 等によって行うことができ、塩基配列自
動分析装置、例えば373A・DNA シークエンサー (Applie
d Biosystems社) 等を用いて行うことができる。
素遺伝子の塩基配列を、配列番号2に該遺伝子によりコ
ードされるアミノ酸配列を示すが、当該アミノ酸配列を
有するポリペプチドがポリエステル重合活性をもたらす
限り、アミノ酸のいくつかについて欠失、置換、付加等
の変異があってもよい。また、本発明の遺伝子は、配列
番号2で表されるアミノ酸をコードする塩基配列をもつ
もののほか、縮重コドンにおいてのみ異なる同一のポリ
ペプチドをコードする縮重異性体をも包含するものであ
る。
然変異誘発方法(Current Protocols in Molecular Bio
logy 1巻, 8.1.1 頁, 1994年)により誘発することがで
きる。上記手法により塩基配列が決定された後は、化学
合成によって、又は染色体DNAを鋳型としたPCR法
によって、あるいは該塩基配列を有するDNA断片をプ
ローブとしてハイブリダイズさせることにより、本発明
の遺伝子を得ることができる。
該組み換えベクターを作製する際に用いた発現ベクター
に適合する宿主中に導入することにより得られる。宿主
としては、目的とする遺伝子を発現できるものであれば
特に限定されず、例えば、アルカリゲネス属に属する微
生物、シュードモナス属に属する微生物、バチルス属に
属する微生物等の細菌、サッカロミセス属、カンジダ属
等の酵母、COS細胞、CHO細胞等の動物細胞などが
挙げられる。
ドモナス属に属する微生物等の細菌を宿主として用いる
場合は、本発明の組換え体DNAが該宿主中で自立複製
可能であると同時に、プロモーター、本発明のDNA、
転写終結配列を含む構成であることが好ましい。発現ベ
クターとしては、広範囲の宿主において複製・保持され
るRK2複製起点を有するpLA2917(ATCC 37355) 、あるい
はRSF1010複製起点を有するpJRD215(ATCC 37533) 等が
挙げられる。
るものであればいずれを用いてもよい。例えば、trp プ
ロモーター、lac プロモーター、PL プロモーター、P
R プロモーター、T7プロモーターなどの大腸菌やファー
ジ等に由来するプロモーターが用いられる。細菌への組
み換え体DNAの導入方法としては、例えばカルシウム
イオンを用いる方法(Current Protocols in Molecular
Biology, 1巻, 1.8.1頁,1994年) 、エレクトロポレー
ション法(Current Protocols in MolecularBiology, 1
巻,1.8.4 頁, 1994年)等が挙げられる。
ターとして、例えばYEp13 、YCp50等が挙げられる。プ
ロモーターとしては、例えばgal 1 プロモーター、gal
10プロモーター等が挙げられる。酵母への組換え体DN
Aの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション
法(Methods. Enzymol.,194,182-187(1990))、スフェロ
プラスト法(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,84,1929-1933(19
78))、酢酸リチウム法(J.Bacteriol.,153,163-168(198
3)) 等が挙げられる。
ベクターとして例えばpcDNAI、pcDNAI/Amp(インビトロ
ジェン社) 等が用いられる。動物細胞への組換え体DN
Aの導入方法としては、例えば、エレクトロポレーショ
ン法、リン酸カルシウム法等が挙げられる。
配列は、ポリエステル重合酵素遺伝子のほかに、その上
流及び下流にポリエステル生合成に関与する遺伝子のオ
ープンリーディングフレームが複数含まれている。すな
わち、ポリエステル重合酵素遺伝子は、単一のプロモー
ター領域の支配下に少なくとも2個のORFとともにオ
ペロンを形成している。
するORFを以下「ORF1」といい、下流に位置する
ORFを以下「ORF3」という。ORF1は、菌体内
ポリエステルの蓄積に関与する遺伝子又はポリエステル
生合成系遺伝子のものと思われる。また、ORF3は、
ポリエステル生合成に関与するエノイル−CoAヒドラ
ターゼ(特に(R)−特異的エノイル−CoAヒドラタ
ーゼ)をコードする遺伝子のものであることを明らかに
した。
領域(図1(1) において「-35/-10」と表示)、ポリエ
ステル重合酵素遺伝子、ORF1及びORF3を含むEc
oRI断片をクローニングした(図1(1) )。この断片を
EE32とする。
3のいずれか一方又は両方を欠失させた断片(遺伝子発
現カセット)を作製し、このカセットを宿主に導入する
ことにより、ポリエステルを効率よく生産することがで
きる形質転換体を得ることができる。
開始領域との間、及びOFR1の翻訳停止領域とポリエ
ステル重合酵素遺伝子の翻訳開始領域との間にそれぞれ
制限酵素BglII 部位を導入し、BglII によりORF1を
欠失させる(図1(2) )。これと同様にして、ポリエス
テル重合酵素遺伝子の翻訳停止領域とORF3との間に
制限酵素BamHI領域を挿入し、BamHI処理によりORF3
を欠失させる(図1(3) )。
には、EE32について、上記ORF1及びORF3を欠
失させる操作を両方行えばよい(図1(4) )。なお、制
限酵素部位は、合成オリゴヌクレオチドを用いた部位特
異的変異法(Currnt Protocols in Molecular Biology,
1巻, 8.1.1 頁, 1994年) によって導入することができ
る。
発現カセットを、前記発現可能なプラスミド(例えばpJ
RD215 (ATCC 37533))に挿入し、得られた組換えベクタ
ーを用いて、アルカリゲネス・ユートロファス(Alcali
genes eutrophus)・PHB-4 株(DSM541) (ポリエステル
合成能欠損株)を形質転換する。形質転換法としては、
例えば塩化カルシウム法、塩化ルビジウム法、低pH
法、インビトロ・パッケージングによる方法、接合伝達
法等が挙げられる。
養し、培養菌体又は培養物中に本発明のポリエステルを
生成蓄積させ、該培養菌体又は培養物から該ポリエステ
ルを採取することにより行われる。本発明の形質転換体
を培地で培養する方法は、宿主の培養に用いられる通常
の方法に従って行われる。
ードモナス属に属する微生物等の細菌を宿主として得ら
れた形質転換体を培養する培地としては、微生物が資化
し得る炭素源を与え、窒素源、無機塩類及び有機栄養源
のうちのいずれかを制限した培地、例えば窒素源を0.01
〜0.1%に制限した培地が挙げられる。
つ、ポリエステル合成の原料となるものであり、その例
としては、例えばグルコース、フラクトース、スクロー
ス、マルトース等の炭水化物が挙げられる。また、炭素
数2以上の油脂関連物質を炭素源とすることもできる。
炭素数2以上の油脂関連物質としては、コーン油、大豆
油、サフラワー油、サンフラワー油、オリーブ油、ヤシ
油、パーム油、ナタネ油、魚油、鯨油、豚油又は牛油な
どの天然油脂、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタ
ン酸、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ラウリン
酸、オレイン酸、パルミチン酸、リノレン酸、リノール
酸若しくはミリスチン酸等の脂肪酸又はこれら脂肪酸の
エステル、オクタノール、ラウリルアルコール、オレイ
ルアルコール若しくはパルミチルアルコール等又はこれ
らアルコールのエステル等が挙げられる。
アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム
等のアンモニウム塩の他、ペプトン、肉エキス、酵母エ
キス、コーンスティープリカー等が挙げられる。無機物
としては、例えばリン酸第一カリウム、リン酸第二カリ
ウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナ
トリウム等が挙げられる。
下、25〜37℃で発現誘導後24時間以上(例えば1〜7
日)行う。培養中は、カナマイシン、アンピシリン、テ
トラサイクリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。
そして、培養することによりポリエステルを菌体内に蓄
積させ、その後、このポリエステルを回収する。
ーで形質転換した微生物を培養する場合は、インデュー
サーを培地に添加することもできる。例えば、イソプロ
ピル−β−D−チオガラクトピラノシド(IPTG) 、イン
ドールアクリル酸(IAA) 等を培地に添加することができ
る。
を培養する培地としては、例えばRPMI-1640 、DMEM培地
又はこれらの培地にウシ胎児血清を添加した培地が用い
られる。培養は、通常5%CO2存在下、30〜37℃で14
〜28日間行う。培養中はカナマイシン、ペニシリン等の
抗生物質を培地に添加してもよい。
えば以下のように行うことができる。培養液から遠心分
離によって形質転換体を集め、蒸留水で洗浄した後、乾
燥させる。その後、クロロホルムに乾燥形質転換体を懸
濁し、加熱することによってポリエステルを抽出する。
なお、濾過によって残渣を取り除く。このクロロホルム
溶液にメタノールを加えてポリエステルを沈殿させる。
濾過や遠心分離によって上澄み液を除去した後、乾燥し
て精製ポリエステルを得る。
ことの確認は、通常の方法、例えばガスクロマトグラフ
法、核磁気共鳴法等により行う。本発明の遺伝子はアエ
ロモナス・キャビエから単離したポリエステル重合酵素
をコードする遺伝子を含んでいる。この重合酵素は、次
式I:
ル基を表す。)で示される3−ヒドロキシアルカン酸を
モノマーユニットとした共重合体(ポリエステル)を合
成することが可能である。上記共重合体としては、例え
ばポリ(3−ヒドロキシブチレート−3−ヒドロキシヘ
キサノエート)ランダム共重合体(P(3HB-co-3HH))等
が挙げられ、前記重合酵素遺伝子を導入した形質転換体
はP(3HB-co-3HH)を極めて高効率で生産する能力を示
す。
ト( P(3HB) )あるいはポリ(3−ヒドロキシブチレー
ト−3−ヒドロキシバリレート)ランダム共重合体( P
(3HB-co-3HV))の製造法について研究、開発がなされき
たが、これらのポリエステルは高結晶性高分子のために
耐衝撃性が劣るという物性上の問題がある。
をポリマー鎖に導入することによって結晶化度が低下す
るため、ポリエステルは柔軟な高分子材料となり、熱安
定性や成形性にも優れるが、アエロモナス・キャビエを
用いた従来のP(3HB-co-3HH)製造法(特開平5-93049号公
報および特開平7-265065号公報)では、ポリエステルの
収率が低い。
重合ポリエステルを高収率で生産することができる。上
記手法により目的とするポリエステルを大量に得ること
ができるため、これを用いて生分解性の糸やフィルム、
各種容器等の素材として利用することができる。また、
本発明の遺伝子を用いてP(3HB-co-3HH) 共重合ポリエス
テル高生産株を育種することもできる。
説明する。但し、本発明は、これら実施例にその技術的
範囲を限定するものではない。 〔実施例1〕アエロモナス・キャビエのポリエステル重
合酵素遺伝子のクローニング 最初に、アエロモナス・キャビエの染色体DNAライブ
ラリーを作製した。
0ml のLB培地(1%イーストエキス、0.5 %トリプト
ン、0.5 %塩化ナトリウム、0.1 %グルコース、pH7.
5 )中、30℃で終夜培養した後、臭化ヘキサデシルトリ
メチルアンモニウム法(Currnt Protocols in Molecula
r Biology,1巻, 2.4.3.頁, 1994年; John Wiley & Sons
出版)により染色体DNAを得た。
部分分解した。またベクタープラスミドについては、コ
スミドベクターであるpLA2917(ATCC37355)を使用した。
このプラスミドを制限酵素BglII で切断し、脱リン酸化
処理(Molecular Cloning,1巻, 5.7.2 頁,1989年; Col
d Spring Harbar Laboratory 出版)を施した後、DN
Aリガーゼを用いて染色体DNA部分分解断片と連結さ
せた。
パッケージング法(Currnt Protocols in Molecular Bi
ology,1巻, 5.7.2 頁, 1994年)によって大腸菌S17-1
株を形質転換し、アエロモナス・キャビエ染色体DNA
ライブラリーを得た。
テル重合酵素遺伝子を含むDNA断片を得るためのプロ
ーブを調製した。これまでに知られている数種のポリエ
ステル重合酵素のアミノ酸配列でよく保存されている2
つの領域を選択し、それをコードする核酸塩基配列を推
定して5'-CC(C/G)CC(C/G)TGGATCAA(T/C)AAGT(T/A)(T/C)
TA(T/C)ATC-3'(配列番号7)、及び5'-(G/C)AGCCA(G/
C)GC(G/C)GTCCA(A/G)TC(G/C)GGCCACCA-3'(配列番号
8)で表される2種類のオリゴヌクレオチドを合成し
た。
とし、アエロモナス・キャビエの染色体DNAを鋳型と
したPCR法によってポリエステル重合酵素遺伝子を部
分増幅した。PCRは、94℃で30秒、50℃で30秒及び72
℃で60秒の反応を1サイクルとしてこれを30サイクル行
った。この部分増幅断片をDIG DNA 標識キット(ベーリ
ンガーマンハイム社製)によってジゴキシゲニン標識
し、プローブとした。
キャビエ染色体DNAライブラリーからコロニーハイブ
リダイゼーション法によってポリエステル重合酵素遺伝
子を含むプラスミドを有する大腸菌を単離した。この大
腸菌からアルカリ法によってプラスミドを回収すること
でポリエステル重合酵素遺伝子を含むDNA断片を得
た。この断片のBglII-EcoRI 断片についてサンガー法に
よって塩基配列を決定した。その結果、配列番号9又は
10で表される3.2kbp断片の塩基配列が決定された。
を行った結果、この3.2kbpの塩基配列の中には、配列番
号1で表される塩基配列(1785bp)を含むポリエステル重
合酵素遺伝子を同定することができた。なお、本発明に
おいては、本発明のポリエステル重合酵素遺伝子により
コードされるタンパク質が、ポリエステル重合の遺伝子
発現機能を有する限り、当該遺伝子の塩基配列に欠失、
置換、付加等の変異が生じてもよい。
列を有する断片において、上記1785bpの塩基配列の下流
に存在する405bp の遺伝子(ORF3)及び転写終結領
域、並びに上流に存在する354bp の遺伝子(ORF1)
及び発現調節領域を同定した。ORF1の塩基配列を配
列番号3、ORF1によりコードされるアミノ酸配列を
配列番号4に、ORF3の塩基配列を配列番号5、OR
F3によりコードされるアミノ酸配列を配列番号6に示
す。ここで、ORF3はポリエステル生合成に関与する
エノイル−CoAヒドラターゼをコードする遺伝子のも
のである。そして、ORF3によりコードされるアミノ
酸を有するポリペプチドがエノイル−CoAヒドラター
ゼ活性、特に(R)−特異的エノイル−CoAヒドラタ
ーゼ活性をもたらす限り、当該アミノ酸配列において、
1個又は数個のアミノ酸に欠失、置換、付加等の変異が
生じてもよい。また、配列番号9及び10で表される塩基
配列において、発現調節領域は第1〜383 番目であり、
転写終結領域は第3010〜3187番目である。
ァス形質転換体の作製 実施例1で同定された発現調節領域、ORF1、ポリエ
ステル重合酵素遺伝子、ORF3及び転写終結領域を含
むBglII-EcoRI 断片のBglII部位をEcoRIリンカーを用い
てEcoRI部位とし、3.2kbpのEcoRI-EcoRI断片(EE32
断片)を得た。これをアルカリゲネス属に属する微生物
中で発現可能なプラスミドpJRD215(ATCC37533)に挿入
し、得られた組換えプラスミドでアルカリゲネス・ユー
トロファスPHB-4 株(DSM541)(ポリエステル合成能欠損
株)を接合伝達法によって形質転換した。
用いて大腸菌S17-1 株を塩化カルシウム法によって形質
転換した。この組換え大腸菌とアルカリゲネス・ユート
ロファスPHB-4 株をLB培地1.5ml 中、30℃で終夜培養
し、それぞれの培養液0.1mlを混合し、30℃で4時間培
養した。この菌体混合液をMBF寒天培地(0.9 %リン
酸二ナトリウム、0.15%リン酸一カリウム、0.05%塩化
アンモニウム、0.5 %フルクトース、1.5 %寒天、0.3m
g/mlカナマイシン)に塗布し、30℃で5日間培養した。
ネス・ユートロファスPHB-4 株に伝達されるとカナマイ
シン耐性を示すことから、MBF寒天培地上で増殖した
コロニーはアルカリゲネス・ユートロファス形質転換体
である。この中から1個のコロニーを単離し、アルカリ
ゲネス・ユートロファスAC32株(以下、AC32株
と呼ぶ)を得た。なお、AC32株は、工業技術院生命
工学工業技術研究所に、FERM P- 15786として寄託され
ている。
位特異的変異法(Currnt Protocolsin Molecular Biolo
gy,1巻, 8.1.1 頁, 1994年) によってEE32断片中の
ORF1遺伝子の前後にそれぞれ制限酵素BglII 部位を
導入し、BglII-BglII 断片を欠失させることによってO
RF1遺伝子が欠失した断片を作製し、プラスミドpJRD
215 に挿入した。この組換えプラスミドを用いて、上述
の接合伝達法によってアルカリゲネス・ユートロファス
PHB-4 株を形質転換した。得られた形質転換体を、以下
AC321株と呼ぶ。
2断片中のORF3遺伝子の前後にそれぞれ制限酵素Ba
mHI部位を導入し、BamHI-BamHI断片を欠失させることに
よってORF3遺伝子が欠失した断片を作製し、プラス
ミドpJRD215 に挿入した。この組換えプラスミドを用い
て、上述の接合伝達法によってアルカリゲネス・ユート
ロファスPHB-4 株を形質転換した。得られた形質転換体
を、以下AC323株と呼ぶ。
の前後にそれぞれ制限酵素BglII 部位を、ORF3遺伝
子の前後にそれぞれ制限酵素BamHI部位を導入し、BglII
-BglII 断片およびBamHI-BamHI断片を欠失させることに
よってORF1遺伝子およびORF3遺伝子が共に欠失
した断片を作製し、プラスミドpJRD215 に挿入した。こ
の組換えプラスミドを用いて、上述の接合伝達法によっ
てアルカリゲネス・ユートロファスPHB-4 株を形質転換
した。得られた形質転換体を、以下AC3213株と呼
ぶ。
法によってポリエステル重合酵素遺伝子を増幅し、得ら
れた増幅断片を、公知であるアルカリゲネス・ユートロ
ファス由来ポリエステル合成系遺伝子の発現調節領域と
転写終結領域との間に挿入した。PCRは、5'-AGTTCCC
GCCTCGGGTGTGGGTGAA-3'(配列番号11)および5'-GGCATAT
GCGCTCATGCGGCGTCCT-3'(配列番号12)をプライマーとし
て、94℃で30秒、55℃で30秒及び72℃で60秒の反応を1
サイクルとしてこれを30サイクル行った。
入し、得られた組換えプラスミドを用いて、上述の接合
伝達法によってアルカリゲネス・ユートロファスPHB-4
株を形質転換した。得られた形質転換体を、以下AC2
9株と呼ぶ。
ァス形質転換体によるポリエステル合成 アルカリゲネス・ユートロファスH16株、PHB-4
株、AC32株、AC321株、AC323株、AC3
213株、AC29株を、それぞれ、95mlのMB培地
(0.9 %リン酸二ナトリウム、0.15%リン酸一カリウ
ム、0.05%塩化アンモニウム)に1mlの1%オクタン酸
ナトリウムを加えた培地に植菌し、坂口フラスコ中、30
℃で培養した。AC32株、AC321株、AC323
株、AC3213株及びAC29株についてはカナマイ
シンを0.2g/Lの濃度で含有させた。12時間、24時間、36
時間及び48時間経過後にそれぞれ1mlの1%オクタン酸
ナトリウムを添加しつつ(オクタン酸ナトリウムの総添
加量0.5g)、72時間培養した。
上述のMB培地に1%オリーブ油、パーム油、コーン
油、あるいはオレイン酸を加えた培地に植菌し、坂口フ
ラスコ中、30℃で72時間培養した。なお、AC3213
株を培養する際には、培地にカナマイシンを0.2g/Lの濃
度で含有させた。
C323株、AC3213株については上述のMB培地
に1mlの1%ヘプタン酸ナトリウムを加えた培地に植菌
し、坂口フラスコ中、30℃で培養した。なお、AC32
株、AC321株、AC323株、及びAC3213株
を培養する際には、培地にカナマイシンを0.2g/Lの濃度
で含有させた。12時間、24時間、36時間及び48時間経過
後にそれぞれ1mlの1%ヘプタン酸ナトリウムを添加し
つつ(ヘプタン酸ナトリウムの総添加量0.5g)、72時間
培養した。
蒸留水で洗浄後、凍結乾燥し、乾燥菌体重量を測定し
た。乾燥菌体10〜30mgに2mlの硫酸−メタノール混液
(15:85)と2mlのクロロホルムを添加して密栓し、10
0 ℃で140 分間加熱することにより、菌体内ポリエステ
ル分解物のメチルエステルを得た。これに1mlの蒸留水
を添加して激しく撹拌した。静置して二層に分離させた
後、下層の有機層を取り出し、その組成をキャピラリー
ガスクロマトグラフィーによって分析した。ガスクロマ
トグラフは島津製作所製GC-14A、キャピラリーカラムは
GLサイエンス社製NEUTRA BOND-1 (カラム長25m、カ
ラム内径0.25mm、液膜厚0.4 μm)を用いた。温度条件
は、初発温度100 ℃から8℃/分の速度で昇温した。得
られた結果を表1、表2、および表3に示す。
すようにアルカリゲネス・ユートロファス野生株である
H16株ではポリ(3−ヒドロキシブチレート)ホモポ
リマーを合成する。これはH16株の有するポリエステ
ル重合酵素は炭素数6の3HH(3−ヒドロキシヘキサ
ノエート)を基質としないためである。そのポリエステ
ル合成能欠損株であるPHB-4株では変異処理によっ
てポリエステル重合酵素が欠損しているため、ポリエス
テルを蓄積しない。PHB-4株にアエロモナス・キャ
ビエ由来のポリエステル重合酵素遺伝子を含むEE32
断片を導入したAC32株では3HH(3−ヒドロキシ
ヘキサノエート)分率22モル%のポリ(3−ヒドロキシ
ブチレート−3ヒドロキシヘキサノエート)ランダム共
重合体(P(3HB-co-3HH))を乾燥菌体重量あたり33重量
%蓄積した。
C3213株では3HH分率12〜15モル%のP(3HB-co-3
HH)を92〜96重量%蓄積し、ORF1遺伝子、ORF3
遺伝子、あるいはその両方を欠失させることでポリエス
テル収率が著しく改善された。
子の発現調節領域および転写終結領域をアルカリゲネス
・ユートロファス由来のものに置換したAC29株で
も、94重量%のP(3HB-co-3HH)を蓄積し、由来の異なる
発現調節領域および転写終結領域を使用してもポリエス
テル収率が著しく改善された。
株をオリーブ油、コーン油、パーム油を炭素源として培
養したところ、表2に示すように3HH分率4〜5モル%
のP(3HB-co-3HH)を76〜81重量%蓄積した。植物油に最
も多く含まれる脂肪酸成分であるオレイン酸を炭素源と
しても3HH分率4モル%のP(3HB-co-3HH)を70重量%
で蓄積した。野性株であるH16株はこの条件下でポリ
(3−ヒドロキシブチレート)ホモポリマーのみを合成
した。
株では、パルミチン酸を炭素源として8重量%のP(3HB-
co-3HH)を蓄積することが報告されている(特開平7-26
5065号公報)。本発明においてはオクタン酸を炭素源と
して96重量%のP(3HB-co-3HH)が、また極めて安価であ
る植物油を炭素源として76〜81重量%のP(3HB−c
o−3HH)が蓄積されることから、公報記載の方法と
比較すると、本実施例で使用した形質転換体によるP
(3HB−co−3HH)合成法は極めて優れた方法で
あると言える。
すようにアルカリゲネス・ユートロファス野生株である
H16株ではポリ(3−ヒドロキシブチレート−3−ヒ
ドロキシバリレート)共重合体(P(3HB-co-3HV))を合
成する。これはH16株の有するポリエステル重合酵素は
炭素数7の3HHp(3−ヒドロキシヘプタノエート)
を基質としないためである。PHB-4株にアエロモナ
ス・キャビエ由来のポリエステル重合酵素遺伝子を含む
EE32断片を導入したAC32株では3HHp分率5
モル%のポリ(3−ヒドロキシブチレート−3−ヒドロ
キシバリレート−3−ヒドロキシヘプタノエート)三元
共重合体(P(3HB-co-3HV-co-3HHp))を乾燥菌体重量あ
たり7重量%蓄積した。
C3213株では3HHp分率2〜8モル%のP(3HB-co
-3HV-co-3HHp)を40〜67重量%蓄積し、ORF1遺伝
子、ORF3遺伝子、あるいはその両方を欠失させるこ
とでポリエステル収率が著しく改善された(表3)。
エ由来のポリエステル重合酵素は炭素数4〜7の3-ヒド
ロキシアルカン酸をモノマーユニットとする共重合ポリ
エステルを合成することができると言える。
遺伝子を増幅し、発現プラスミドPET−3a(ノバジ
ェン社製)のT7プロモーター下流に挿入した。PCRは
5’-GCCATATGAGCGCACAATCCCTGGAAGTAG-3’(配列番号
13)および5’-CTGGGATCCGCCGGTGCTTAAGGCAGCTTG-3’
(配列番号14)をプライマーとして、95℃で60秒、68℃
で30秒の反応を1サイクルとして25サイクル行った。得
られたプラスミドを用いて大腸菌BL21(DE3) 株(ノバジ
ェン社製)を形質転換した。得られた形質転換体を以
下、NB3株とする。
間培養し、イソプロピルチオガラクトピラノシド(IPT
G)を最終濃度0.4 mMとなるように添加して発現を誘導
し、さらに30℃で2時間培養した。菌体を遠心分離によ
って回収した後、超音波破砕、遠心分離によって可溶性
タンパク画分を得た。表4に示すように、発現プラスミ
ドを導入した菌体の可溶性画分には高いエノイル−Co
Aヒドラターゼ活性が検出された。
トニル−CoA(シグマ社製)を基質とし(濃度0.25m
M)、2重結合の水和に伴う吸光度変化(263nm )を測
定することにより求めた。一方、ORF3遺伝子を挿入
していないコントロールプラスミドPET−3aを導入
した大腸菌株では活性はまったく検出されなかった。
ンパクの精製を行った。NB3株の可溶性タンパク画分
をQ−セファロース陰イオン交換カラム(ファルマシア
社製)に負荷し、塩化ナトリウム濃度勾配(0Mから1
M)によってタンパクを溶出させ、エノイル−CoAヒ
ドラターゼ活性画分を回収した。活性画分のドデシル硫
酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動分析か
ら、図2に示すように電気泳動的に均一であることがわ
かった。また表5に示すように比活性を約3倍に向上さ
せることができた。
ゼタンパクのN末端アミノ酸配列を決定したところ、表
6に示すように開始コドンであるMet 以外のアミノ酸配
列は、ORF3遺伝子の塩基配列から推定したアミノ酸
配列と一致した。
Aヒドラターゼをコードしていることが確認できた。Me
tは翻訳後修飾によって脱離したものと考えられる。ま
た、ORF3にコードされるエノイル−CoAヒドラタ
ーゼの立体特異性について以下のように検討した。
キシブチリル−CoAデヒドロゲナーゼ(シグマ社製)
(最終濃度0.2 ユニット/ml )と酸化型ニコチンアミド
アデニンジヌクレオチド(NAD+)(最終濃度0.5mM
)を添加すると、エノイル−CoAヒドラターゼの特
異性が(S)−体特異的であれば、生成した(S)−3
−ヒドロキシブチリル−CoAはデヒドロゲナーゼの作
用によってアセトアセチル−CoAに酸化される。それ
に伴ってNAD+は還元されてNADHが生成し、340n
m に特異的な吸収を生じる。逆にエノイル−CoAヒド
ラターゼが(R)−体特異的であれば、NADHは生成
しない。
るエノイル−CoAヒドラターゼを用いた場合では、34
0nm の吸光度変化はエノイル−CoAヒドラターゼ無添
加の場合とほとんど同じであったが、市販の(S)−特
異的エノイル−CoAヒドラターゼ(シグマ社製)を用
いた場合では、NADHの生成に伴う吸光度変化が見ら
れた。
ラターゼは(R)−体特異的であることが明らかとなっ
た。従って、ORF3は(R)−体特異的エノイル−C
oAヒドラターゼをコードしていることが分かった。
伝子、該遺伝子を含む組換えベクター、該組換えベクタ
ーを含む形質転換体及びポリエステルの製造方法が提供
される。本発明の遺伝子は、炭素数4〜7の3-ヒドロキ
シアルカン酸をモノマーユニットとする共重合ポリエス
テルを合成することが可能なポリエステル重合酵素をコ
ードしている点で、また、本発明の製造方法は、熱安定
性や成形性に優れた生分解性プラスチックであるP(3HB-
co-3HH)を効率よく合成可能である点で有用である。
Gln Leu Leu Ala Ser Asn Ile 20 25
30 GAA CAG CTG ACC CGG TTG CAG CTG GCC
TCC GCC AAC GCC TAC GCC GAA 144 Glu Gln Leu Thr Arg Leu Gln Leu Ala
Ser Ala Asn Ala Tyr Ala Glu 35 40
45 CTG GGC CTC AAC CAG TTG CAG GCC GTG
AGC AAG GTG CAG GAC ACC CAG 192 Leu Gly Leu Asn Gln Leu Gln Ala Val
Ser Lys Val Gln Asp Thr Gln 50 55
60 AGC CTG GCG GCC CTG GGC ACA GTG CAA
CTG GAG ACC GCC AGC CAG CTC 240 Ser Leu Ala Ala Leu Gly Thr Val Gln
Leu Glu Thr Ala Ser Gln Leu 65 70
75 80 TCC CGC CAG ATG CTG GAT GAC ATC CAG
AAG CTG AGC GCC CTC GGC CAG 288 Ser Arg Gln Met Leu Asp Asp Ile Gln
Lys Leu Ser Ala Leu Gly Gln 85
90 95 CAG TTC AAG GAA GAG CTG GAT GTC CTG
ACC GCA GAC GGC ATC AAG AAA 336 Gln Phe Lys Glu Glu Leu Asp Val Leu
Thr Ala Asp Gly Ile Lys Lys 100 105
110 AGC ACG GGC AAG GCC TGA
354 Ser Thr Gly Lys Ala 115
Phe Thr Glu Gln Met Gln Gly 1 5
10 15 Phe Ala Ala Pro Leu Thr Arg Tyr Asn
Gln Leu Leu Ala Ser Asn Ile 20 25
30 Glu Gln Leu Thr Arg Leu Gln Leu Ala
Ser Ala Asn Ala Tyr Ala Glu 35 40
45 Leu Gly Leu Asn Gln Leu Gln Ala Val
Ser Lys Val Gln Asp Thr Gln 50 55
60 Ser Leu Ala Ala Leu Gly Thr Val Gln
Leu Glu Thr Ala Ser Gln Leu 65 70
75 80 Ser Arg Gln Met Leu Asp Asp Ile Gln
Lys Leu Ser Ala Leu Gly Gln 85
90 95 Gln Phe Lys Glu Glu Leu Asp Val Leu
Thr Ala Asp Gly Ile Lys Lys 100 105
110 Ser Thr Gly Lys Ala 115
CAG AAG GCC CGT CTC AGC AAG 48 Met Ser Ala Gln Ser Leu Glu Val Gly
Gln Lys Ala Arg Leu Ser Lys 1 5
10 15 CGG TTC GGG GCG GCG GAG GTA GCC GCC
TTC GCC GCG CTC TCG GAG GAC 96 Arg Phe Gly Ala Ala Glu Val Ala Ala
Phe Ala Ala Leu Ser Glu Asp 20 25
30 TTC AAC CCC CTG CAC CTG GAC CCG GCC
TTC GCC GCC ACC ACG GCG TTC 144 Phe Asn Pro Leu His Leu Asp Pro Ala
Phe Ala Ala Thr Thr Ala Phe 35 40
45 GAG CGG CCC ATA GTC CAC GGC ATG CTG
CTC GCC AGC CTC TTC TCC GGG 192 Glu Arg Pro Ile Val His Gly Met Leu
Leu Ala Ser Leu Phe Ser Gly 50 55
60 CTG CTG GGC CAG CAG TTG CCG GGC AAG
GGG AGC ATC TAT CTG GGT CAA 240 Leu Leu Gly Gln Gln Leu Pro Gly Lys
Gly Ser Ile Tyr Leu Gly Gln 65 70
75 80 AGC CTC AGC TTC AAG CTG CCG GTC TTT
GTC GGG GAC GAG GTG ACG GCC 288 Ser Leu Ser Phe Lys Leu Pro Val Phe
Val Gly Asp Glu Val Thr Ala 85
90 95 GAG GTG GAG GTG ACC GCC CTT CGC GAG
GAC AAG CCC ATC GCC ACC CTG 336 Glu Val Glu Val Thr Ala Leu Arg Glu
Asp Lys Pro Ile Ala Thr Leu 100 105
110 ACC ACC CGC ATC TTC ACC CAA GGC GGC
GCC CTC GCC GTG ACG GGG GAA 384 Thr Thr Arg Ile Phe Thr Gln Gly Gly
Ala Leu Ala Val Thr Gly Glu 115 120
125 GCC GTG GTC AAG CTG CCT TAA
405 Ala Val Val Lys Leu Pro 130
Gln Lys Ala Arg Leu Ser Lys 1 5
10 15 Arg Phe Gly Ala Ala Glu Val Ala Ala
Phe Ala Ala Leu Ser Glu Asp 20 25
30 Phe Asn Pro Leu His Leu Asp Pro Ala
Phe Ala Ala Thr Thr Ala Phe 35 40
45 Glu Arg Pro Ile Val His Gly Met Leu
Leu Ala Ser Leu Phe Ser Gly 50 55
60 Leu Leu Gly Gln Gln Leu Pro Gly Lys
Gly Ser Ile Tyr Leu Gly Gln 65 70
75 80 Ser Leu Ser Phe Lys Leu Pro Val Phe
Val Gly Asp Glu Val Thr Ala 85
90 95 Glu Val Glu Val Thr Ala Leu Arg Glu
Asp Lys Pro Ile Ala Thr Leu 100 105
110 Thr Thr Arg Ile Phe Thr Gln Gly Gly
Ala Leu Ala Val Thr Gly Glu 115 120
125 Ala Val Val Lys Leu Pro 130
果を示す写真である。
Claims (12)
- 【請求項1】 配列番号2で表されるアミノ酸配列又は
該アミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠
失、置換若しくは付加された配列を含み、ポリエステル
重合活性をもたらすポリペプチドをコードするポリエス
テル重合酵素遺伝子。 - 【請求項2】 配列番号1で表される塩基配列を含むポ
リエステル重合酵素遺伝子。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載のポリエステル重合
酵素遺伝子と、該遺伝子の上流及び下流に存在するオー
プンリーディングフレームのいずれか一方とを含む遺伝
子発現カセット。 - 【請求項4】 ポリエステル重合酵素遺伝子の上流に存
在するオープンリーディングフレームが、配列番号4で
表されるアミノ酸配列をコードするDNAを含むもので
ある請求項3記載の遺伝子発現カセット。 - 【請求項5】 ポリエステル重合酵素遺伝子の上流に存
在するオープンリーディングフレームが、配列番号3で
表される塩基配列を含むものである請求項3記載の遺伝
子発現カセット。 - 【請求項6】 ポリエステル重合酵素遺伝子の下流に存
在するオープンリーディングフレームが、配列番号6で
表されるアミノ酸配列又は該アミノ酸配列において1若
しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加された
配列を含み、エノイル−CoAヒドラターゼ活性をもた
らすポリペプチドをコードするDNAを含むものである
請求項3記載の遺伝子発現カセット。 - 【請求項7】 ポリエステル重合酵素遺伝子の下流に存
在するオープンリーディングフレームが、配列番号5で
表される塩基配列を含むものである請求項3記載の遺伝
子発現カセット。 - 【請求項8】 請求項1若しくは2記載のポリエステル
合成酵素遺伝子又は請求項3〜7のいずれか1項に記載
の遺伝子発現カセットを含む組換えベクター。 - 【請求項9】 請求項8記載の組換えベクターによって
形質転換された形質転換体。 - 【請求項10】 請求項9記載の形質転換体を培地に培
養し、得られる培養物からポリエステルを採取すること
を特徴とするポリエステルの製造方法。 - 【請求項11】 ポリエステルが、次式I: 【化1】 (Rは水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表
す。)で示される3−ヒドロキシアルカン酸の共重合体
である請求項10記載のポリエステルの製造方法。 - 【請求項12】 ポリエステルが、ポリ(3−ヒドロキ
シブチレート−3−ヒドロキシヘキサノエート)ランダ
ム共重合体である請求項10記載のポリエステルの製造
方法。
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|---|---|---|---|
| JP9199979A JP3062459B2 (ja) | 1996-08-14 | 1997-07-25 | ポリエステル重合酵素遺伝子及びポリエステルの製造方法 |
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| US08/910,856 US5981257A (en) | 1996-08-14 | 1997-08-13 | Polyester synthase gene and process for producing polyester |
| DE69728096T DE69728096T2 (de) | 1996-08-14 | 1997-08-13 | Polyester-Synthase Gen und Verfahren zur Herstellung von Polyestern |
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| JP8-214509 | 1996-08-14 | ||
| JP21450996 | 1996-08-14 | ||
| JP9199979A JP3062459B2 (ja) | 1996-08-14 | 1997-07-25 | ポリエステル重合酵素遺伝子及びポリエステルの製造方法 |
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| EP (1) | EP0824148B1 (ja) |
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| DE (1) | DE69728096T2 (ja) |
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