β−ケトチオラーゼ変異体
【課題】 野生型と比較してβ−ケトチオラーゼの触媒活性が向上した形質転換体を創出しうる、β−ケトチオラーゼの新規な酵素変異体をコードするＤＮＡを提供することを課題とする。
【解決手段】 野生型β−ケトチオラーゼ酵素のアミノ酸残基部位、Ｍｅｔ−２９０、Ｍｅｔ−３７９、Ｃｙｓ−３８０において単数または複数のアミノ酸を置換したβ−ケトチオラーゼの新規な酵素変異体をコードするＤＮＡを用いて形質転換体を作製することにより、野生型を導入した場合と比較して、β−ケトチオラーゼの触媒活性が向上した形質転換体を創出した。該形質転換体を用いることにより、β−ケトアシル−ＣｏＡおよびポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の効率の良い製造方法が得られた。
【解決手段】 野生型β−ケトチオラーゼ酵素のアミノ酸残基部位、Ｍｅｔ−２９０、Ｍｅｔ−３７９、Ｃｙｓ−３８０において単数または複数のアミノ酸を置換したβ−ケトチオラーゼの新規な酵素変異体をコードするＤＮＡを用いて形質転換体を作製することにより、野生型を導入した場合と比較して、β−ケトチオラーゼの触媒活性が向上した形質転換体を創出した。該形質転換体を用いることにより、β−ケトアシル−ＣｏＡおよびポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の効率の良い製造方法が得られた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、野生型と比較してβ−ケトチオラーゼの酵素活性が向上した形質転換体を創出しうる、β−ケトチオラーゼの新規な酵素変異体をコードするＤＮＡに関する。また、本発明は、該ＤＮＡがコードする酵素変異体、該ＤＮＡを有するベクター、このベクターで形質転換された形質転換体、該酵素変異体の製造方法、ならびに該酵素変異体または該形質転換体を用いるβ−ケト脂肪酸及びその誘導体の製造方法に関する。また、本発明は、該形質転換体を用いるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
β−ケトチオラーゼは生物細胞の脂肪酸代謝経路に普遍的に存在する酵素の一つであり、β−ケトアシル−ＣｏＡチオラーゼあるいは単にチオラーゼとも呼称される酵素である。多種類のβ−ケトチオラーゼ群が自然界から発見されており、酵素のアミノ酸配列および基質特異性の差違が見られる。一般にβ−ケトチオラーゼは２個のアシル−ＣｏＡを基質分子とし、触媒的な縮合反応によりβ−ケトアシル−ＣｏＡ（３−オキソアシル−ＣｏＡ）を生成する。
【０００３】
一方、β−ケトチオラーゼによる触媒反応は、生物由来ポリマーの一つであるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を発酵生産する際において、中間原料を供給する反応としても重要である（非特許文献１〜２、特許文献１〜２）。すなわち、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を合成し、蓄積する微生物においては以下の反応が進行する。脂肪酸代謝系より生じたアシル−ＣｏＡはβ−ケトチオラーゼ酵素により縮合し、３−オキソアシル−ＣｏＡを生じる。この反応に関わるβ−ケトチオラーゼとしては、ＰｈａＡ、ＰｈｂＡ、ＢｋｔＢといった種類が知られている。次いで３−オキソアシル−ＣｏＡはβ−ケトアシル−ＣｏＡ還元酵素により還元され、３−ヒドロキシアシル−ＣｏＡを生じる。この反応に関わるβ−ケトアシル−ＣｏＡ還元酵素としては、ＰｈａＢ、ＰｈｂＢといった種類が知られている。最終的に３−ヒドロキシアシル−ＣｏＡはポリ−３−ヒドロキシアルカン酸ポリメラーゼにより連続的に縮合され、高分子であるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を生じる。この反応に関わるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸ポリメラーゼは、ＰｈａＣ、ＰｈｂＣといった種類が知られている。
【０００４】
ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を工業的に生産し活用するためには、微生物による生産量を増加させることについて、技術開発を行う必要がある。この要件においては、先述したポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の生合成経路を構成する酵素群を、他種微生物の対応する酵素と置換したり、あるいは野生型酵素に突然変異を加えたりすることにより、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の産生量を増加させる試みが行われ、一定の成果が得られていた（非特許文献３、４）。しかしながら、ポリヒドロキシアルカン酸の実用的な工業的生産を行なうには、それら酵素群のさらなる改良による、微生物による生産量の向上と効率化が必要であった。特にポリヒドロキシアルカン酸の中間原料である３−オキソアシル−ＣｏＡを触媒的に生成するβ−ケトチオラーゼの改良により、生体内でのモノマー原料の生産量を向上させ、もってポリマー生産量を向上させることが必要であった。
【特許文献１】米国特許５９５８７４５号
【特許文献２】米国特許６９４６５８８号
【非特許文献１】Ｓｌａｔｅｒ，Ｓ．，ｅｔ．ａｌ．、Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌｏｇｙ、１９９８年、１８０巻、１９７９頁
【非特許文献２】Ｍａｄｉｓｏｎ，Ｌ．Ｌ．，Ｈｕｉｓｍａｎ，Ｇ．Ｗ．、Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ、１９９９年、６３巻、２１頁
【非特許文献３】発酵ハンドブック （共立出版）、２００１年、３７４−３７８頁
【非特許文献４】Ｍａｔｓｕｓａｋｉ，Ｈ．，ｅｔ．ａｌ．、Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．、１９９８年、１８０巻、６４５９−６４６７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、野生型と比較してβ−ケトチオラーゼの触媒活性が向上した形質転換体を創出しうる、β−ケトチオラーゼの新規な酵素変異体をコードするＤＮＡを提供する。また、該ＤＮＡがコードする酵素変異体、該ＤＮＡを有するベクター、および該ＤＮＡを導入した形質転換体を提供する。さらに本発明は、該酵素変異体の製造方法、該酵素変異体または該形質転換体を用いたβ−ケト脂肪酸及びその誘導体の製造方法を提供する。さらに本発明は、該形質転換体を用いるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、蛋白質工学的手法および遺伝子工学的手法を用いて、配列番号４で示されるアミノ酸配列を有する野生型β−ケトチオラーゼを雛形として、数多くのβ−ケトチオラーゼ変異体を分子設計した。設計した該酵素変異体をコードするＤＮＡを導入した形質転換体を作製し、形質転換体の菌体当たりのβ−ケトチオラーゼ活性を比較検討することにより、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明は、配列番号１〜３で示されるアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするＤＮＡである。さらに本発明は、以下の、（ａ）〜（ｃ）の特徴を有するポリペプチドをコードするＤＮＡ；
（ａ）配列番号４に示されるアミノ酸配列と９０％以上の配列同一性を有する、
（ｂ）Ｍ２９０Ｌ、Ｍ３７９Ｌ、及び、Ｃ３８０Ｈから選ばれる少なくとも１以上の変異を有する、
（ｃ）２個のアシル−ＣｏＡを縮合して、β−ケトアシル−ＣｏＡを生成する活性を有する、
であって、野生型β−ケトチオラーゼ遺伝子を導入した時よりも高い菌体当たりの触媒活性を示す形質転換体を与えるＤＮＡに関する。さらに本発明は該ＤＮＡがコードするポリペプチド、該ポリペプチドをコードするＤＮＡを有するベクター、該ベクターにより形質転換された形質転換体、および該形質転換体を用いたβ−ケトチオラーゼ変異体の製造方法に関する。さらに本発明は該ポリペプチドもしくは該形質転換体を用いたβ−ケト脂肪酸またはβ−ケト脂肪酸−ＣｏＡの製造方法に関する。さらに本発明は該形質転換体を用いたポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の酵素又は該酵素をコードするＤＮＡを含んでなる形質転換体を触媒として用いることにより、β−ケト脂肪酸もしくはβ−ケト脂肪酸−ＣｏＡを高い効率で製造することが可能となる。本発明の酵素または本発明の形質転換体を用いることにより、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を高い効率で製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本明細書中において、「β−ケトチオラーゼ（β−Ｋｅｔｏｔｈｉｏｌａｓｅ）」とは、２分子のアシル−ＣｏＡを基質とし、それら基質を縮合反応させ、β−ケトアシル−ＣｏＡ（別の化合物命名法では、３−オキソアシル−ＣｏＡ）を合成する酵素である。２分子のアシル−ＣｏＡの内、一方は、酵素により基質特異性が異なり、アセチル−ＣｏＡ、プロピオニル−ＣｏＡ、ブタノイル−ＣｏＡ、あるいはさらに長鎖脂肪酸に由来するアシル−ＣｏＡを基質とする。２分子のアシル−ＣｏＡの他方は、酵素によらず、アセチル−ＣｏＡを基質とする。すなわちβ−ケトチオラーゼは、前者のアシル−ＣｏＡ基質分子に後者のアセチル−ＣｏＡ基質分子を縮合させる反応を触媒する酵素である。β−ケトチオラーゼはＰｈａＡ酵素、ＰｈｂＡ酵素、もしくはＢｋｔＢ酵素と称される場合もある。
【００１０】
本明細書中において、β−ケトアシル−ＣｏＡとは、β−ケトブタノイル−ＣｏＡ、β−ケトペンタノイル−ＣｏＡ、β−ケトヘキサノイル−ＣｏＡ、あるいはよりアルキル鎖の長いβ−ケトアシル−ＣｏＡ、おのおの単独の化合物もしくはそれら化合物の混合物である。
【００１１】
本発明により、作製されまたは考慮されるβ−ケトチオラーゼ変異体を記述するに際して、参照を容易にするため、（もとのアミノ酸；位置；置換したアミノ酸）の命名法を適用する。従って、６４残基目のチロシンのアスパラギン酸への置換はＴｙｒ６４Ａｓｐ、またはＹ６４Ｄと示される。多重変異については、スラッシュ記号（“／”）により分けることで表記する。例えば、Ｓ４１Ａ／Ｙ６４Ｄとは、４１残基目のセリンをアラニンへ、かつ、６４残基目のチロシンをアスパラギン酸へ置換することを示す。
【００１２】
本明細書において、酵素の「変異体」とは、酵素のアミノ酸配列に含まれるアミノ酸が少なくとも１つ以上置換、挿入、付加、もしくは欠失、または修飾されたアミノ酸配列を有し、酵素の活性の少なくとも一部を保持する改変された酵素をいう。
【００１３】
本発明者らは、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒに由来するβ−ケトチオラーゼをコードするＤＮＡを導入して得られる形質転換体の菌体当たりの触媒活性向上を図るために、該酵素と基質分子との結合能を増強しうるアミノ酸変異の設計を行った。この設計は、β−ケトチオラーゼの基質分子結合部位を特定する工程と、該結合部位近傍において基質分子と相互作用するアミノ酸残基を決定する工程と、該決定残基に対して基質分子の結合エネルギーの大きさを変更するために置換導入すべきアミノ酸残基種の決定を行う工程を含む。β−ケトチオラーゼの基質分子結合部位を特定する工程は、該酵素のアミノ酸配列と配列同一性が高く、かつ立体構造が既知である類縁酵素群のアミノ酸配列とをマルチプル・アラインメントした結果を分析することにより、また、該酵素の三次元構造をモデリングした結果を分析することにより、実施した。β−ケトチオラーゼが基質分子と相互作用するアミノ酸残基を決定する工程は、該酵素の三次元構造をモデリングし、その立体構造を分析することにより実施した。該酵素の三次元構造モデリングにあたっては、Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｄａｔａ Ｂａｎｋに収載の、コード番号１Ｍ３Ｚおよび同１Ｍ４Ｔに含まれる原子座標データを参考とした。該決定残基に対して基質分子の結合エネルギーの大きさを制御するための変異設計を行う工程は、多重変異蛋白質アミノ酸配列の最適化解を算出する方法（特開２００１−１８４３８１号公開公報）などの計算化学的分析により実施した。これらの設計作業の結果として、野生型β−ケトチオラーゼ酵素の基質結合能を向上させ、もって酵素触媒活性が向上しうる、種々のβ−ケトチオラーゼ変異体のアミノ酸配列を考案した。考案したアミノ酸配列を持つ種々のβ−ケトチオラーゼ変異体をコードするＤＮＡを含む形質転換体を遺伝子工学的手法により取得し、それらの無細胞抽出液の比活性を検証したところ、β−ケトアシル−ＣｏＡの生産を効率的に行いうるβ−ケトチオラーゼ変異体を発現する形質転換体を得ることに成功した。
【００１４】
前記設計法による考案および実施態様を具体的に以下に示す。すなわち、配列番号４で示される野生型β−ケトチオラーゼのアミノ酸残基部位、Ｍｅｔ−２９０、Ｍｅｔ−３７９、Ｃｙｓ−３８０において単数または複数のアミノ酸を置換することにより、該酵素と基質分子との結合能を向上させ、もって触媒活性が向上したβ−ケトチオラーゼ変異体を得ることができる。より好ましい実施態様としては、配列番号４で示される野生型β−ケトチオラーゼのアミノ酸残基部位、Ｍｅｔ−２９０をＬｅｕに、Ｍｅｔ−３７９をＬｅｕに、Ｃｙｓ−３８０をＨｉｓに、アミノ酸を置換またはそれらの置換を組み合わせることにより、該酵素と基質分子との結合能を向上させ、触媒活性が向上したβ−ケトチオラーゼ変異体を得ることができる。さらにより好ましい実施態様としては、配列番号１〜３に示されるアミノ酸配列を有するβ−ケトチオラーゼが挙げられる。
【００１５】
本発明の一つの実施態様としては、配列番号４で示されるアミノ酸配列を有するポリペプチドに対して９０％以上の配列同一性を有するアミノ酸配列であって、Ｍ２９０Ｌ、Ｍ３７９Ｌ、または、Ｃ３８０Ｈから選ばれる１以上の変異が保持されているβ−ケトチオラーゼ変異体を挙げることができる。配列同一性は、プログラムＦＡＳＴＡ（Ｐｅｒａｓｏｎ Ｗ．Ｒ．ｅｔ ａｌ．、Ｇｅｎｏｍｉｃｓ、４６、２４−３６（１９９７））やＢＬＡＳＴ（Ａｌｔｓｃｈｕｌ、Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｆ． ｅｔ ａｌ．、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ． ２５、３３８９−３４０２（１９９７））を用いたアミノ酸配列相同性解析により、決定することができる。上記配列同一性は、９５％以上であることがより好ましく、９８％以上であることがさらに好ましい。配列番号１〜３で示されるアミノ酸配列に対して十分な配列同一性を有する酵素に対しても、本発明による触媒活性が向上した形質転換体取得のためのアミノ酸変異は有効であるためである。２個のアシル−ＣｏＡを縮合してβ−ケトアシル−ＣｏＡを与える活性を有するポリペプチドであれば本発明に含まれる。
【００１６】
また本発明の一つの実施態様としては、上記β−ケトチオラーゼ変異体と種々のアシル−ＣｏＡおよびアセチル−ＣｏＡとを適切な条件下にて反応させ、対応するβ−ケトアシル−ＣｏＡを製造する方法を挙げることができる。さらに本発明の一つの実施態様としては、前記基質に対応するβ−ケト脂肪酸を製造する方法を挙げることができる。
【００１７】
さらに本発明の一つの実施態様としては、前記酵素改変方法により得られたβ−ケトチオラーゼ変異体をコードするＤＮＡ、そのＤＮＡを有するベクター、そのベクターにより形質転換された形質転換体を挙げることができる。さらに本発明の一つの実施態様としては、前記形質転換体を培養・増殖させ、該形質転換体によりβ−ケトアシル−ＣｏＡないしポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を製造する方法を挙げることができる。
【００１８】
本発明のβ−ケトチオラーゼ変異体をコードするＤＮＡは、野生型β−ケトチオラーゼをコードするＤＮＡに、部位特異的な変異を導入して取得し得る。部位特異的変異は、以下のように、組換えＤＮＡ技術、ＰＣＲ法等を用いて行うことができる。例えば、組換えＤＮＡ技術による変異の導入は、野生型β−ケトチオラーゼ遺伝子中の変異を導入する部位の両側に適当な制限酵素認識配列が存在する場合に、そこを前記制限酵素で切断し、変異を導入する部位を含む領域を除去した後、化学合成等によって目的の部位のみに変異導入したＤＮＡ断片を挿入するカセット変異法によって行うことができる。また、ＰＣＲによる部位特異的変異の導入は、野生型β−ケトチオラーゼ遺伝子中の変異を導入する目的の部位に目的の変異を導入した変異プライマーと前記遺伝子の一方の末端部位の配列を含む変異を有しない増幅用プライマーとで前記遺伝子の片側を増幅し、前記変異用プライマーに対して相補的な配列を有する変異用プライマーと前記遺伝子のもう一方の末端部位の配列を含む変異を有しない増幅用プライマーでもう片側を増幅し、得られた２つの増幅断片をアニーリング操作後、さらに前記２種類の増幅用プライマーでＰＣＲ操作することにより、行うことができる。
【００１９】
本発明のベクターは前述したβ−ケトチオラーゼ変異体をコードするＤＮＡを適当なベクターに連結（挿入）することにより得ることができ、また、本発明の形質転換体は本発明の組換えベクターを本発明の遺伝子が発現し得るように宿主中に導入することにより得ることができる。遺伝子を宿主に導入するためのベクターは、宿主中で自律複製可能なものであれば特に限定されず、プラスミドＤＮＡやファージＤＮＡをベクターとして用いることができる。例えば、大腸菌を宿主として用いる場合には、ｐＢＲ３２２、ｐＵＣ１８、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔ ＩＩ等のプラスミドＤＮＡ、ＥＭＢＬ３、Ｍ１３、λｇｔ１１等のファージＤＮＡ等を、酵母を宿主として用いる場合は、ＹＥｐ１３、ＹＣｐ５０等を、植物細胞を宿主として用いる場合には、ｐＢＩ１２１、ｐＢＩ１０１等を、動物細胞を宿主として用いる場合は、ｐｃＤＮＡＩ、ｐｃＤＮＡＩ／Ａｍｐ等をベクターとして用いることができる。
【００２０】
本発明の形質転換細胞は、宿主となる細胞へ前記ベクターを導入することにより得ることができる。細菌への組換え体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やエレクトロポレーション法等が挙げられる。酵母への組換え体ＤＮＡの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等が挙げられる。植物細胞への組換え体ＤＮＡの導入方法としては、アグロバクテリウム感染法、パーティクルガン法、ポリエチレングリコール法等が挙げられる。動物細胞への組換え体ＤＮＡ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。
【００２１】
本発明の酵素変異体は、前記した形質転換体を培地で培養し、培養物（培養菌体又は培養上清）中に本発明の酵素変異体を生成蓄積させ、該培養物から前記酵素変異体を採取することにより製造することができる。
【００２２】
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うことができる。大腸菌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、完全培地又は合成培地、例えばＬＢ培地、Ｍ９培地等が挙げられる。また、培養温度は２０〜４０℃で好気的に６〜２４時間培養することにより本発明の酵素変異体を菌体内に蓄積させ、回収することができる。
【００２３】
本発明の酵素変異体の活性は、精製酵素または菌体破砕液を用いて測定する事ができる。精製は、前述した培養法により得られる培養物を遠心して回収し（細胞についてはソニケーター等にて破砕する）、アフィニティークロマトグラフィー、陽イオンまたは陰イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過等を単独でまたは適宜組み合わせることによって行うことができる。菌体破砕液は前述した培養法により得られる培養物を遠心して回収し、適当な緩衝液に再懸濁後、ソニケーターやガラスビーズ等にて菌体を破砕した後、再び遠心し、上清成分を回収する事で調製できる。
【００２４】
本発明のポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造は、前述した方法によって得られた形質転換体を適切な培地、例えば、グルコース等の糖や脂肪酸グリセリド等を十分な量だけ含む培地にて培養することによって、ポリエステルであるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を製造することができる。より具体的には、大腸菌を形質転換する方法（特開２００２−１９９８９０号公開公報）、酵母を形質転換する方法（ＷＯ０３／０３３７０７号国際公開公報）に記載された方法により、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を生産する形質転換体を得ることができる。
【００２５】
形質転換体内に蓄積されたポリエステルの含量及び組成は、加藤らの方法（Ａｐｐｌ． Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ． Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．， ４５巻、３６３ページ、（１９９６）； Ｂｕｌｌ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．， ６９巻、５１５ページ（１９９６））に従い、培養細胞からクロロホルム等の有機溶媒を用いて抽出後、抽出物をガスクロマトグラフィー、ＮＭＲなどで測定分析することができる。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）ＫＮＫ００５株の作製
先ず、遺伝子置換用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。
【００２７】
Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ Ｈ１６株（ＤＳＭ４３０）の菌体を鋳型ＤＮＡの供給源として、配列番号５及び６に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ反応を行い、ポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子（ｐｈａＣＲｅ）の構造遺伝子を含むＤＮＡ断片を得た。ＰＣＲ条件は（１）９４℃で２分、（２）９４℃で３０秒、４５℃で３０秒、７２℃で３分、を２５サイクル、（３）７２℃で５分、であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ ＬＡ Ｔａｑ（タカラバイオ社製）を用いた。ＰＣＲで得たＤＮＡ断片を制限酵素ＢａｍＨＩで切断し、ベクターｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔＩＩＫＳ（−）（東洋紡社製）を同酵素で切断した部位にサブクローニングしてプラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅを作製した。
【００２８】
Ａｅｒｏｍｏｎａｓ ｃａｖｉａｅ由来のポリエステル合成酵素変異体であるＮ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ変異体をコードする遺伝子は、次のように作製した。まず、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔＩＩＫＳ（−）（東洋紡社製）をＰｓｔＩ処理し、ＤＮＡ Ｂｌｕｎｔｉｎｇ Ｋｉｔ（タカラバイオ製）を用いて平滑末端化し、ライゲーションすることによりＰｓｔＩサイトを欠失したプラスミドｐＢｌｕｅ−Ｎｅｗを作製した。このプラスミドのＥｃｏＲＩサイトにｐＪＲＤ２１５−ＥＥ３２ｄ１３（特開平１０−１０８６８２号公報）より同酵素で切り出したｄ１３断片をクローニングしてプラスミドｐＢｌｕｅ−ｄ１３を作製した。ｄ１３断片とは、Ａｅｒｏｍｏｎａｓ ｃａｖｉａｅが有するｐｈａＰＣＪオペロン（ｐｈａＰＣＪオペロンは、遺伝子発現制御因子であるプロモーター、Ｐｈａｓｉｎタンパク質をコードするｐｈａＰ遺伝子、ポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードするｐｈａＣ遺伝子、エノイルＣｏＡヒドラターゼをコードするｐｈａＪ遺伝子、および、ターミネータ−を含む。）から、ｐｈａＰ遺伝子およびｐｈａＪ遺伝子を欠失させた断片である。したがって、ｄ１３断片とは、遺伝子発現制御因子であるプロモーター、ｐｈａＣ遺伝子、および、ターミネーターからなるＤＮＡである。次に、Ｍｕｔａｎｔ（Ｅ２−５０）由来のプラスミド（Ｋｉｃｈｉｓｅ等、Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ、６８：２４１１−２４１９（２００２））を鋳型とし、配列番号７及び８に記載の塩基配列からなるプライマーセット、及び、配列番号９及び１０に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてそれぞれＰＣＲ法によりＤＮＡフラグメントを増幅し、２断片を得た。ＰＣＲ条件は（１）９４℃で２分、（２）９４℃で３０秒、５５℃で３０秒、７２℃で２分、を２５サイクル、（３）７２℃で５分であった。増幅された２断片を等モル混合し再びＰＣＲ反応を行い、２断片を結合させた。そのＰＣＲ条件は（１）９６℃で５分、（２）９５℃で２分、７２℃で１分、を１２サイクル、であり、ポリメラーゼとしてはＰｙｒｏｂｅｓｔポリメラーゼ（タカラバイオ社製）を用いた。目的サイズである１００５ｂｐに相当するＤＮＡ断片を、アガロース電気泳動で分離し、ゲルより切り出し、ＰｓｔＩとＸｈｏＩで処理し、同酵素で処理したｐＢｌｕｅ−ｄ１３に断片を入れ替える形でクローニングしてプラスミドｐＢｌｕｅ−Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇを作製した。挿入断片の塩基配列決定を、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、作製した遺伝子が、ＰＨＡ合成酵素の１４９番目のアミノ酸であるアスパラギンがセリンに、１７１番目のアミノ酸であるアスパラギン酸がグリシンに置換された変異酵素をコードする変異遺伝子であることを確認した。
【００２９】
ｐＢｌｕｅ−Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇを鋳型として配列番号１１及び１２に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ反応を行い、Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ変異体の構造遺伝子を含むＤＮＡを増幅させた。ＰＣＲ条件は（１）９４℃で２分、（２）９４℃で３０秒、４５℃で３０秒、７２℃で２分、を２５サイクル、（３）７２℃で５分、であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ ＬＡ Ｔａｑ（タカラバイオ社製）を用いた。次に、ｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅを制限酵素ＳｂｆＩとＣｓｐ４５Ｉで処理し、同酵素で処理した上記増幅ＤＮＡ断片をｐｈａＣＲｅ構造遺伝子を含むＳｂｆＩ−Ｃｓｐ４５Ｉ断片と入れ替える形でクローニングして、プラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇを作製した。
【００３０】
次に、プラスミドｐＪＲＤ２１５（ＡＴＣＣ３７５３３）を制限酵素ＸｈｏＩとＤｒａＩで処理してカナマイシン耐性遺伝子を含む約１．３ｋｂのＤＮＡ断片を単離後、ＤＮＡ Ｂｌｕｎｔｉｎｇ Ｋｉｔ（タカラバイオ社製）を用いて末端を平滑化し、ｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇを制限酵素ＳａｌＩで切断後、同様に平滑末端化した部位に挿入して、プラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ−Ｋｍを作製した。
【００３１】
続いて、プラスミドｐＭＴ５０７１（Ｔｓｕｄａ、ＧＥＮＥ，２０７：３３−４１（１９９８））を制限酵素ＮｏｔＩで処理してｓａｃＢ遺伝子（ｓａｃＢ遺伝子はｌｅｖａｎｓｕｃｒａｓｅをコードする遺伝子であり、ｌｅｖａｎｓｕｃｒａｓｅはｓｕｃｒｏｓｅを細胞致死性のｌｅｖａｎｓｕｃｒｏｓｅに変換する反応を触媒する）を含む約８ｋｂのＤＮＡ断片を単離し、ｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ−ＫｍをＮｏｔＩで切断した部位に挿入して遺伝子置換用プラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ−ＫｍＳＡＣを作製した。
【００３２】
次に、遺伝子置換株の作製を行った。
【００３３】
遺伝子置換用プラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ−ＫｍＳＡＣで大腸菌Ｓ１７−１株（ＡＴＣＣ４７００５）を形質転換し、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ Ｈ１６株とＮｕｔｒｉｅｎｔ Ａｇａｒ培地（Ｄｉｆｃｏ社製）上で混合培養して接合伝達を行った。２５０ｍｇ／Ｌのカナマイシンを含むシモンズ寒天培地（くえん酸ナトリウム２ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム５ｇ／Ｌ、硫酸マグネシウム・７水塩０．２ｇ／Ｌ、りん酸二水素アンモニウム１ｇ／Ｌ、りん酸水素二カリウム１ｇ／Ｌ、寒天１５ｇ／Ｌ、ｐＨ６．８）上で生育してきた菌株を選択して、プラスミドがＣｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ Ｈ１６株の染色体上に組み込まれた株を取得した。この株をＮｕｔｒｉｅｎｔ Ｂｒｏｔｈ培地（Ｄｉｆｃｏ社製）で２世代培養した後、１５％のシュークロースを含むＮｕｔｒｉｅｎｔ Ａｇａｒ培地上に希釈して塗布し、生育してきた菌株を選択してプラスミドが脱落した株を取得した。さらにＰＣＲによる解析によりｐｈａＣＲｅ遺伝子がＮ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ変異体遺伝子に置換された菌株を単離した。この遺伝子置換株をＫＮＫ００５株と命名し、染色体上の遺伝子置換箇所周辺領域の塩基配列決定を、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、染色体上のｐｈａＣＲｅ遺伝子の開始コドンから終止コドンまでがＮ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ変異体遺伝子の開始コドンから終止コドンまでに置換された株であることを確認した。
【００３４】
（実施例２）ＫＮＫ００５−ＡＳの作製
＜β−ケトチオラーゼ遺伝子の破壊用プラスミドの作製＞
プラスミドｐＪＲＤ２１５を鋳型とし、配列番号１３及び１４に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ反応を行い、約１．２ｋｂｐのカナマイシン耐性遺伝子を含むＤＮＡ断片を調製した。次にｐＭＴ５０７１を制限酵素ＢａｍＨＩで処理し、同酵素で処理した上記ＤＮＡ断片を、プラスミドｐＭＴ５０７１上のクロラムフェニコール耐性遺伝子と入れ替える形でクローニングして、プラスミドｐＳＡＣＫｍを作製した。
【００３５】
ＫＮＫ００５株の菌体を鋳型ＤＮＡの供給源として、配列番号１５及び６に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ反応を行い、約１．１ｋｂｐのβ−ケトチオラーゼ遺伝子（ｐｈｂＡ）を含むＤＮＡ断片を調製した。ＰＣＲ条件は（１）９８℃で２分、（２）９８℃で３０秒、５５℃で３０秒、７２℃で２分、を３０サイクル、（３）７２℃で３分であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ Ｐｙｒｏｂｅｓｔ ＤＮＡ Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。このＤＮＡ断片を制限酵素ＢａｍＨＩで切断し、ベクターｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔＩＩＫＳ（−）（東洋紡社製）を同酵素で切断した部位にサブクローニングした。配列番号１６で示される塩基配列からなる変異プライマーＰＨＢＡＳＴＯＰ２を用い、ＴａＫａＲａ ＬＡ ＰＣＲ ｉｎ ｖｉｔｒｏ Ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ（タカラバイオ社製）を利用して開始コドンから１６残基目のアミノ酸が終止コドンとなり、同時に制限酵素ＮｈｅＩ切断部位が生じるような塩基置換を行った。この様にして作製した変異型ｐｈｂＡがクローニングされたプラスミドを制限酵素ＮｏｔＩで切断し、ｐＳＡＣＫｍを同酵素で切断して調製した約５．７ｋｂのＤＮＡ断片（ｏｒｉＴ＋ＫｍＲ＋ｓａｃＢＲ）を挿入して染色体置換用ベクター（ｐＢｌｕｅＡＳＲＵ）とした。
【００３６】
＜染色体置換＞
実施例１の遺伝子置換株の作製方法と同様にして、ＫＮＫ００５株を親株としてｐＢｌｕｅＡＳＲＵを用いて染色体置換株ＫＮＫ００５−ＡＳ株を作製した。ＫＮＫ００５−ＡＳ株の染色体上の遺伝子置換箇所周辺領域のＤＮＡ塩基配列を解析して、β−ケトチオラーゼ遺伝子がｐＢｌｕｅＡＳＲＵの相同配列部分と置き換わって終止コドンと制限酵素ＮｈｅＩ切断部位が生成していることを確認した。
【００３７】
（実施例３）プラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢの作製
＜ｐＣＵＰ２ベクターの作製＞
本発明においてβ−ケトチオラーゼ遺伝子を導入するプラスミドベクターとしては、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ属細菌にて使用可能なものであれば特に制限はない。本発明に使用したプラスミドベクターｐＣＵＰ２は以下のように作成した。プラスミドベクターは配列番号１７に記載のＣｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｍｅｔａｌｌｉｄｕｒａｎｓ ＣＨ３４株（ＤＳＭ ２８３９）が保有するメガプラスミド(ｐＭＯＬ２８)の複製開始点及を用いた。
【００３８】
具体的な作製手順としては、まず、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｍｅｔａｌｌｉｄｕｒａｎｓ ＣＨ３４株からＤＮＡ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｋｉｔ(Ｐｒｏｍｅｇａ社製)を使用し、メガプラスミドを含むゲノムを調製、このゲノムを鋳型に配列番号１８及び１９に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲによって約４ｋｂｐの配列番号１７に記載の塩基配列を含むＤＮＡ領域を増幅した。ＰＣＲ条件は（１）９８℃で２分、（２）９８℃で３０秒、５５℃で３０秒、７２℃で５分、を３０サイクル、（３）７２℃で５分であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ Ｐｙｒｏｂｅｓｔ ＤＮＡ Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。増幅断片を大腸菌用のクローニングベクターＰＣＲ−Ｂｌｕｎｔ２−ＴＯＰＯ(Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社製)にクローニングしたベクターｐＣＵＰＭＴを作製した。
【００３９】
次に、ベクターｐＣＵＰＭＴを鋳型に配列番号２０及び２１に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲを行い、ＤＮＡリガーゼ（Ｌｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ(東洋紡社製)）によって繋ぐ事によりベクターｐＣＵＰＭＴのうち、６４１ｂｐを欠失させたベクターｐＣＵＰを作製した。ＰＣＲ条件は（１）９８℃で２分、（２）９８℃で３０秒、５５℃で３０秒、７２℃で７分、を３０サイクル、（３）７２℃で７分、であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ Ｐｙｒｏｂｅｓｔ ＤＮＡ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。
【００４０】
便宜上、さらにｐＣＵＰに制限酵素ＭｕｎＩサイトを導入した。具体的な作製手順としては、まず配列番号２２及び２３に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用い、実施例３にて作製したｐＣＵＰを鋳型にしてＰＣＲを行い、得られた増幅断片をＤＮＡリガーゼ（Ｌｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ(東洋紡社製)）によって繋ぐ事により、ＭｕｎＩサイトを導入した。ＰＣＲ条件は（１）９８℃で２分、（２）９８℃で３０秒、５５℃で７分、７２℃で５分、を３０サイクル、であった。ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ Ｐｙｒｏｂｅｓｔ ＤＮＡ Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。
【００４１】
このようにして、配列番号１７で示される塩基配列を含有する、本発明に使用したプラスミドベクターｐＣＵＰ２を作製した。
【００４２】
＜ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢベクターの作製＞
まず、本発明で使用するβ−ケトチオラーゼ遺伝子を有しているＣｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ Ｈ１６株からＤＮＡ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｋｉｔ(Ｐｒｏｍｅｇａ社製)を使用しゲノムを調製、このゲノムを鋳型に配列番号２４及び２５に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ法によって増幅、配列番号２６に記載の塩基配列からなるβ−ケトチオラーゼ遺伝子を含む増幅断片を得た。その条件は（１）９４℃で２分、（２）９８℃で１０秒、６０℃で１０秒、６８℃で２分、を３０サイクル、（３）６８℃で３分であった。ポリメラーゼとしてはＬＡ Ｔａｑ ＤＮＡ Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を使用した。次にこの増幅断片をＢｇｌＩＩ及びＡｆｌＩＩによって処理し、同じくＢｇｌＩＩ及びＡｆｌＩＩで処理した後、アルカリホスファターゼ処理を行いＤＮＡを脱リン酸化処理したｐＪＲＤ２１５−ＥＥ３２ｄ１３とライゲーション処理を行い、ｐＪＲＤ２１５−ＥＥ３２ｄ１３のＢｇｌＩＩとＡｆｌＩＩの間のＤＮＡ断片と入れ替える形でクローニングを行い、プラスミドｐＪＲＤ２１５−ＥＥｂｋｔＢを作製した。ライゲーションにはＬｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ（東洋紡社製）を用いた。
【００４３】
この様にして作製したｐＪＲＤ２１５−ＥＥｂｋｔＢをＥｃｏＲＩで切断して、ｂｋｔＢ遺伝子を含むＤＮＡ断片を調製し、ＭｕｎＩ処理したｐＣＵＰ２とライゲーションを行う事で、ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢを作製した。ライゲーションにはＬｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ（東洋紡社製）を使用した。
【００４４】
（実施例４）プラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌの作製
実施例３にて作製したｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢを鋳型に配列番号２７及び２８に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ法によって目的のＤＮＡ断片を増幅し、増幅断片を得た。その条件は（１）９８℃で４分、（２）９８℃で１０秒、６８℃で１０分、を３０サイクルである。ポリメラーゼとしてはＫＯＤｐｌｕｓ（東洋紡社製）を使用した。
【００４５】
次にこの増幅断片をＤｐｎＩ処理する事で鋳型であるｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢを分解した。その後、増幅断片の末端をキナーゼでリン酸化処理した。キナーゼとしてはＴ４ＰｏｌｙｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅＫｉｎａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。この様にして末端がリン酸化されたＤＮＡ断片を調整し、ライゲーションを行う事で配列番号２９に記載の塩基配列を含む環状のプラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌを作製した。ライゲーションにはＬｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ（東洋紡社製）を使用した。変異導入箇所の塩基配列決定は、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、配列番号２６に記載の配列からなるβ−ケトチオラーゼ遺伝子の８６８ｂｐ目のアデニン（Ａ）がシトシン（Ｃ）に変わっている事を確かめた。この変異によって、２９０番目のメチオニンコドン（ＡＴＧ）がロイシンコドン（ＣＴＧ）に変換される。
【００４６】
（実施例５）プラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ作製
プライマーセットとして配列番号３０及び３１に記載の塩基配列からなるプライマーセットを使用した以外は実施例４と同様の操作により、配列番号３２に記載の塩基配列を含むプラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌを作製した。変異導入箇所の塩基配列決定は、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、配列番号２５に記載の塩基配列からなるβ−ケトチオラーゼ遺伝子の１１３５ｂｐ目のアデニン（Ａ）がシトシン（Ｃ）に変わっている事を確かめた。この変異によって、３７９番目のメチオニンコドン（ＡＴＧ）がロイシンコドン（ＣＴＧ）に変換される。
【００４７】
（実施例６）プラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈの作製
配列番号３４に記載の塩基配列を含むプラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈを作製した。変異導入箇所の塩基配列決定は、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、配列番号２５に記載の塩基配列からなるβ−ケトチオラーゼ遺伝子の１１３８ｂｐ目のチミン（Ｔ）がシトシン（Ｃ）に、１１３９番目のグアニン（Ｇ）がアデニン（Ａ）変わっている事を確かめた。この変異によって、３８０番目のシステインコドン（ＴＧＣ）がヒスチジンコドン（ＣＡＣ）に変換される。
【００４８】
（実施例７）形質転換体の作製
エレクトロポレーション法による形質転換は、次のように実施した。エレクトロポレーションに使用した遺伝子導入装置はＢｉｏ−ｒａｄ社製のジーンパルサーを用い、キュベットは同じくＢｉｏ−ｒａｄ社製のｇａｐ０．２ｃｍを用いた。キュベットに、ＫＮＫ００５−ＡＳ株のコンピテント細胞４００μlとプラスミドｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢ、ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ、ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ、または、ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈの調製液５μlを注入してジーンパルサーにセットし、静電容量２５μＦ、電圧１．５ｋＶ、抵抗値８００Ωの条件で電気パルスをかけた。パルス後、キュベット内の菌液をＮｕｔｒｉｅｎｔＢｒｏｔｈ培地（ＤＩＦＣＯ社製）（以後ＮＢ培地とも記す）で３０℃、３時間振とう培養し、選択プレート（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ Ａｇａｒ培地（ＤＩＦＣＯ社製）、カナマイシン１００ｍｇ／Ｌ）で、３０℃にて２日間培養して、形質転換体ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ株、または、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈ株を取得した。コンピテント細胞は次の様に調製した。まず、ＫＮＫ００５−ＡＳ株のグリセロールストックをＮＢ培地に接種して３０℃で２０時間前培養し、その培養液をさらにＮＢ培地に接種した。接種量は接種する培地に対して１％（ｖ/ｖ）であった。接種後さらに３０℃で３時間培養した。培養後の培養液適当な容器に移し、遠心分離により菌体回収した。回収した菌体に培養液の同量の滅菌水を入れ、懸濁し、再び遠心分離によって菌体を回収する事で菌体を洗浄した。その後、培養液５０ｍｌ当たり１ｍｌの滅菌水に再懸濁し、コンピテント細胞とした。
【００４９】
（実施例８）β−ケトチオラーゼ活性の測定
まず、前培養培地（１ｗ／ｖ％ Ｍｅａｔ−ｅｘｔｒａｃｔ、１ｗ／ｖ％ Ｂａｃｔｏ−Ｔｒｙｐｔｏｎ、０．２ｗ／ｖ％ Ｙｅａｓｔ−ｅｘｔｒａｃｔ、０．９ｗ／ｖ％ Ｎａ2ＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏ、０．１５ｗ／ｖ％ ＫＨ2ＰＯ4、（ｐＨ６．８））５ｍｌにＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ株、または、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈ株を植菌して３０℃で１晩培養したものを、５ｍｌの酵素活性測定用培地（１．１ｗ／ｖ％ Ｎａ2ＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏ、０．１９ｗ／ｖ％ ＫＨ2ＰＯ4、０．２９ｗ／ｖ％（ＮＨ4）2ＳＯ4、０．１ｗ／ｖ％ ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、０．５ｗ／ｖ％ フラクトース、０．５ｖ／ｖ％ 微量金属塩溶液（０．１Ｎ塩酸に１．６ｗ／ｖ％ ＦｅＣｌ3・６Ｈ2Ｏ、１ｗ／ｖ ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ、０．０２ｗ／ｖ％ ＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ、０．０１６ｗ／ｖ％ ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、０．０１２ｗ／ｖ％ ＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏを溶かしたもの））に対して０．０５ｍｌ接種して、３０℃で２４時間培養した。この培養液２ｍｌを４℃で１００００ｘｇ、１分間の遠心分離する事で菌体を集めた。この菌体を緩衝液（１００ｍＭ Ｔｒｉｓ−塩酸緩衝液、１ｍＭ ＥＤＴＡ、ｐＨ７．５）で２回洗浄し、１ｍｌの同緩衝液に懸濁した。これを超音波処理して菌体を破砕した後、１５０００ｘｇ、４℃、５分間の遠心分離した上清を粗酵素液として用いた。
【００５０】
β−ケトチオラーゼ活性は反応液（１００ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ８．０）、０．０６ｍＭ アセトアセチル−ＣｏＡ、０．１ｍＭ ＣｏＡ−ＳＨ、２０ｍＭ ＭｇＣｌ２）に前記粗酵素液０．０１ｍｌを添加して、全量を０．５ｍｌとし、２５℃で反応させてアセトアセチル−ＣｏＡの分解を３０３ｎｍの吸光度で測定した。β−ケトチオラーゼ活性は、１分間に１μｍｏｌのアセトアセチル−ＣｏＡを分解する酵素量を１ユニットとした。
【００５１】
比活性はタンパク質１ｍｇあたりのユニットとした。なお、タンパク質の定量はウシ血清アルブミンをスタンダードとして、Ｂｉｏ−Ｒａｄプロテインアッセイ試薬（バイオラッド社製）を用いたブラッドフォード法で測定した。
結果は表１に示した。
【００５２】
【表１】
（比較例１）β−ケトチオラーゼ活性の測定
実施例８と同様の操作により、ＫＮＫ００５−ＡＳ株及びＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢのβ−ケトチオラーゼ活性を測定した。結果は表１に示した。
【００５３】
（実施例９）ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造
実施例７にて作製したＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ株、または、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈ株を用いたポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造を行なった。
【００５４】
製造は次の様な培養によって行った。前培地の組成は１ｗ／ｖ％Ｍｅａｔ−ｅｘｔｒａｃｔ、１ｗ／ｖ％Ｂａｃｔｏ−Ｔｒｙｐｔｏｎ、０．２ｗ／ｖ％Ｙｅａｓｔ−ｅｘｔｒａｃｔ、０．９ｗ／ｖ％Ｎａ2ＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏ、０．１５ｗ／ｖ％ＫＨ2ＰＯ4、（ｐＨ６．７）とした。ポリエステル生産培地の組成は１．１ｗ／ｖ％Ｎａ2ＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏ、０．１９ｗ／ｖ％ＫＨ2ＰＯ4、０．６ｗ／ｖ％（ＮＨ4）2ＳＯ4、０．１ｗ／ｖ％ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、０．５ｖ／ｖ％微量金属塩溶液（０．１Ｎ塩酸に１．６ｗ／ｖ％ＦｅＣｌ3・６Ｈ2Ｏ、１ｗ／ｖ％ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ、０．０２ｗ／ｖ％ＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ、０．０１６ｗ／ｖ％ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、０．０１２ｗ／ｖ％ＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ、０．０１ｗ／ｖ％ＣｒＣｌ3・６Ｈ2Ｏを溶かしたもの。）炭素源は形質転換体が資化可能であれば特に限定されないが、パーム核油オレイン画分（ＰＫＯＯ）１００重量部に対して酪酸を２０重量部にて混合した炭素源を使用した。培養は炭素源を流加する流加培養にて行った。培養手順を以下に示す。
【００５５】
ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ株、または、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈ株のグリセロールストックを前培地に接種して２０時間培養し、２．５Ｌの生産培地を入れた５Ｌジャーファーメンター（丸菱バイオエンジ製ＭＤＳ−Ｕ５０型）に１０ｖ／ｖ％で接種した。運転条件は、培養温度２８℃、攪拌速度４２０ｒｐｍ、通気量０．６ｖｖｍとし、ｐＨは６．６から６．８の間でコントロールした。コントロールには１４％のアンモニア水を使用した。培養は５０時間まで行った。培養後遠心分離によって菌体を回収し、１１０℃、８時間乾燥させた後、乾燥菌体重量を測定した。また乾燥菌体からクロロホルムにてポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を抽出し、へキサンにて晶析する事により得られたポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の乾燥重量を量る事で生産量を測定した。また、乾燥菌体重量とポリ−３−ヒドロキシアルカン酸生産量との差からポリマー含量を算出した。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、野生型と比較してβ−ケトチオラーゼの酵素活性が向上した形質転換体を創出しうる、β−ケトチオラーゼの新規な酵素変異体をコードするＤＮＡに関する。また、本発明は、該ＤＮＡがコードする酵素変異体、該ＤＮＡを有するベクター、このベクターで形質転換された形質転換体、該酵素変異体の製造方法、ならびに該酵素変異体または該形質転換体を用いるβ−ケト脂肪酸及びその誘導体の製造方法に関する。また、本発明は、該形質転換体を用いるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
β−ケトチオラーゼは生物細胞の脂肪酸代謝経路に普遍的に存在する酵素の一つであり、β−ケトアシル−ＣｏＡチオラーゼあるいは単にチオラーゼとも呼称される酵素である。多種類のβ−ケトチオラーゼ群が自然界から発見されており、酵素のアミノ酸配列および基質特異性の差違が見られる。一般にβ−ケトチオラーゼは２個のアシル−ＣｏＡを基質分子とし、触媒的な縮合反応によりβ−ケトアシル−ＣｏＡ（３−オキソアシル−ＣｏＡ）を生成する。
【０００３】
一方、β−ケトチオラーゼによる触媒反応は、生物由来ポリマーの一つであるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を発酵生産する際において、中間原料を供給する反応としても重要である（非特許文献１〜２、特許文献１〜２）。すなわち、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を合成し、蓄積する微生物においては以下の反応が進行する。脂肪酸代謝系より生じたアシル−ＣｏＡはβ−ケトチオラーゼ酵素により縮合し、３−オキソアシル−ＣｏＡを生じる。この反応に関わるβ−ケトチオラーゼとしては、ＰｈａＡ、ＰｈｂＡ、ＢｋｔＢといった種類が知られている。次いで３−オキソアシル−ＣｏＡはβ−ケトアシル−ＣｏＡ還元酵素により還元され、３−ヒドロキシアシル−ＣｏＡを生じる。この反応に関わるβ−ケトアシル−ＣｏＡ還元酵素としては、ＰｈａＢ、ＰｈｂＢといった種類が知られている。最終的に３−ヒドロキシアシル−ＣｏＡはポリ−３−ヒドロキシアルカン酸ポリメラーゼにより連続的に縮合され、高分子であるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を生じる。この反応に関わるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸ポリメラーゼは、ＰｈａＣ、ＰｈｂＣといった種類が知られている。
【０００４】
ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を工業的に生産し活用するためには、微生物による生産量を増加させることについて、技術開発を行う必要がある。この要件においては、先述したポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の生合成経路を構成する酵素群を、他種微生物の対応する酵素と置換したり、あるいは野生型酵素に突然変異を加えたりすることにより、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の産生量を増加させる試みが行われ、一定の成果が得られていた（非特許文献３、４）。しかしながら、ポリヒドロキシアルカン酸の実用的な工業的生産を行なうには、それら酵素群のさらなる改良による、微生物による生産量の向上と効率化が必要であった。特にポリヒドロキシアルカン酸の中間原料である３−オキソアシル−ＣｏＡを触媒的に生成するβ−ケトチオラーゼの改良により、生体内でのモノマー原料の生産量を向上させ、もってポリマー生産量を向上させることが必要であった。
【特許文献１】米国特許５９５８７４５号
【特許文献２】米国特許６９４６５８８号
【非特許文献１】Ｓｌａｔｅｒ，Ｓ．，ｅｔ．ａｌ．、Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌｏｇｙ、１９９８年、１８０巻、１９７９頁
【非特許文献２】Ｍａｄｉｓｏｎ，Ｌ．Ｌ．，Ｈｕｉｓｍａｎ，Ｇ．Ｗ．、Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗｓ、１９９９年、６３巻、２１頁
【非特許文献３】発酵ハンドブック （共立出版）、２００１年、３７４−３７８頁
【非特許文献４】Ｍａｔｓｕｓａｋｉ，Ｈ．，ｅｔ．ａｌ．、Ｊ． Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．、１９９８年、１８０巻、６４５９−６４６７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、野生型と比較してβ−ケトチオラーゼの触媒活性が向上した形質転換体を創出しうる、β−ケトチオラーゼの新規な酵素変異体をコードするＤＮＡを提供する。また、該ＤＮＡがコードする酵素変異体、該ＤＮＡを有するベクター、および該ＤＮＡを導入した形質転換体を提供する。さらに本発明は、該酵素変異体の製造方法、該酵素変異体または該形質転換体を用いたβ−ケト脂肪酸及びその誘導体の製造方法を提供する。さらに本発明は、該形質転換体を用いるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、蛋白質工学的手法および遺伝子工学的手法を用いて、配列番号４で示されるアミノ酸配列を有する野生型β−ケトチオラーゼを雛形として、数多くのβ−ケトチオラーゼ変異体を分子設計した。設計した該酵素変異体をコードするＤＮＡを導入した形質転換体を作製し、形質転換体の菌体当たりのβ−ケトチオラーゼ活性を比較検討することにより、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明は、配列番号１〜３で示されるアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするＤＮＡである。さらに本発明は、以下の、（ａ）〜（ｃ）の特徴を有するポリペプチドをコードするＤＮＡ；
（ａ）配列番号４に示されるアミノ酸配列と９０％以上の配列同一性を有する、
（ｂ）Ｍ２９０Ｌ、Ｍ３７９Ｌ、及び、Ｃ３８０Ｈから選ばれる少なくとも１以上の変異を有する、
（ｃ）２個のアシル−ＣｏＡを縮合して、β−ケトアシル−ＣｏＡを生成する活性を有する、
であって、野生型β−ケトチオラーゼ遺伝子を導入した時よりも高い菌体当たりの触媒活性を示す形質転換体を与えるＤＮＡに関する。さらに本発明は該ＤＮＡがコードするポリペプチド、該ポリペプチドをコードするＤＮＡを有するベクター、該ベクターにより形質転換された形質転換体、および該形質転換体を用いたβ−ケトチオラーゼ変異体の製造方法に関する。さらに本発明は該ポリペプチドもしくは該形質転換体を用いたβ−ケト脂肪酸またはβ−ケト脂肪酸−ＣｏＡの製造方法に関する。さらに本発明は該形質転換体を用いたポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の酵素又は該酵素をコードするＤＮＡを含んでなる形質転換体を触媒として用いることにより、β−ケト脂肪酸もしくはβ−ケト脂肪酸−ＣｏＡを高い効率で製造することが可能となる。本発明の酵素または本発明の形質転換体を用いることにより、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を高い効率で製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本明細書中において、「β−ケトチオラーゼ（β−Ｋｅｔｏｔｈｉｏｌａｓｅ）」とは、２分子のアシル−ＣｏＡを基質とし、それら基質を縮合反応させ、β−ケトアシル−ＣｏＡ（別の化合物命名法では、３−オキソアシル−ＣｏＡ）を合成する酵素である。２分子のアシル−ＣｏＡの内、一方は、酵素により基質特異性が異なり、アセチル−ＣｏＡ、プロピオニル−ＣｏＡ、ブタノイル−ＣｏＡ、あるいはさらに長鎖脂肪酸に由来するアシル−ＣｏＡを基質とする。２分子のアシル−ＣｏＡの他方は、酵素によらず、アセチル−ＣｏＡを基質とする。すなわちβ−ケトチオラーゼは、前者のアシル−ＣｏＡ基質分子に後者のアセチル−ＣｏＡ基質分子を縮合させる反応を触媒する酵素である。β−ケトチオラーゼはＰｈａＡ酵素、ＰｈｂＡ酵素、もしくはＢｋｔＢ酵素と称される場合もある。
【００１０】
本明細書中において、β−ケトアシル−ＣｏＡとは、β−ケトブタノイル−ＣｏＡ、β−ケトペンタノイル−ＣｏＡ、β−ケトヘキサノイル−ＣｏＡ、あるいはよりアルキル鎖の長いβ−ケトアシル−ＣｏＡ、おのおの単独の化合物もしくはそれら化合物の混合物である。
【００１１】
本発明により、作製されまたは考慮されるβ−ケトチオラーゼ変異体を記述するに際して、参照を容易にするため、（もとのアミノ酸；位置；置換したアミノ酸）の命名法を適用する。従って、６４残基目のチロシンのアスパラギン酸への置換はＴｙｒ６４Ａｓｐ、またはＹ６４Ｄと示される。多重変異については、スラッシュ記号（“／”）により分けることで表記する。例えば、Ｓ４１Ａ／Ｙ６４Ｄとは、４１残基目のセリンをアラニンへ、かつ、６４残基目のチロシンをアスパラギン酸へ置換することを示す。
【００１２】
本明細書において、酵素の「変異体」とは、酵素のアミノ酸配列に含まれるアミノ酸が少なくとも１つ以上置換、挿入、付加、もしくは欠失、または修飾されたアミノ酸配列を有し、酵素の活性の少なくとも一部を保持する改変された酵素をいう。
【００１３】
本発明者らは、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒに由来するβ−ケトチオラーゼをコードするＤＮＡを導入して得られる形質転換体の菌体当たりの触媒活性向上を図るために、該酵素と基質分子との結合能を増強しうるアミノ酸変異の設計を行った。この設計は、β−ケトチオラーゼの基質分子結合部位を特定する工程と、該結合部位近傍において基質分子と相互作用するアミノ酸残基を決定する工程と、該決定残基に対して基質分子の結合エネルギーの大きさを変更するために置換導入すべきアミノ酸残基種の決定を行う工程を含む。β−ケトチオラーゼの基質分子結合部位を特定する工程は、該酵素のアミノ酸配列と配列同一性が高く、かつ立体構造が既知である類縁酵素群のアミノ酸配列とをマルチプル・アラインメントした結果を分析することにより、また、該酵素の三次元構造をモデリングした結果を分析することにより、実施した。β−ケトチオラーゼが基質分子と相互作用するアミノ酸残基を決定する工程は、該酵素の三次元構造をモデリングし、その立体構造を分析することにより実施した。該酵素の三次元構造モデリングにあたっては、Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｄａｔａ Ｂａｎｋに収載の、コード番号１Ｍ３Ｚおよび同１Ｍ４Ｔに含まれる原子座標データを参考とした。該決定残基に対して基質分子の結合エネルギーの大きさを制御するための変異設計を行う工程は、多重変異蛋白質アミノ酸配列の最適化解を算出する方法（特開２００１−１８４３８１号公開公報）などの計算化学的分析により実施した。これらの設計作業の結果として、野生型β−ケトチオラーゼ酵素の基質結合能を向上させ、もって酵素触媒活性が向上しうる、種々のβ−ケトチオラーゼ変異体のアミノ酸配列を考案した。考案したアミノ酸配列を持つ種々のβ−ケトチオラーゼ変異体をコードするＤＮＡを含む形質転換体を遺伝子工学的手法により取得し、それらの無細胞抽出液の比活性を検証したところ、β−ケトアシル−ＣｏＡの生産を効率的に行いうるβ−ケトチオラーゼ変異体を発現する形質転換体を得ることに成功した。
【００１４】
前記設計法による考案および実施態様を具体的に以下に示す。すなわち、配列番号４で示される野生型β−ケトチオラーゼのアミノ酸残基部位、Ｍｅｔ−２９０、Ｍｅｔ−３７９、Ｃｙｓ−３８０において単数または複数のアミノ酸を置換することにより、該酵素と基質分子との結合能を向上させ、もって触媒活性が向上したβ−ケトチオラーゼ変異体を得ることができる。より好ましい実施態様としては、配列番号４で示される野生型β−ケトチオラーゼのアミノ酸残基部位、Ｍｅｔ−２９０をＬｅｕに、Ｍｅｔ−３７９をＬｅｕに、Ｃｙｓ−３８０をＨｉｓに、アミノ酸を置換またはそれらの置換を組み合わせることにより、該酵素と基質分子との結合能を向上させ、触媒活性が向上したβ−ケトチオラーゼ変異体を得ることができる。さらにより好ましい実施態様としては、配列番号１〜３に示されるアミノ酸配列を有するβ−ケトチオラーゼが挙げられる。
【００１５】
本発明の一つの実施態様としては、配列番号４で示されるアミノ酸配列を有するポリペプチドに対して９０％以上の配列同一性を有するアミノ酸配列であって、Ｍ２９０Ｌ、Ｍ３７９Ｌ、または、Ｃ３８０Ｈから選ばれる１以上の変異が保持されているβ−ケトチオラーゼ変異体を挙げることができる。配列同一性は、プログラムＦＡＳＴＡ（Ｐｅｒａｓｏｎ Ｗ．Ｒ．ｅｔ ａｌ．、Ｇｅｎｏｍｉｃｓ、４６、２４−３６（１９９７））やＢＬＡＳＴ（Ａｌｔｓｃｈｕｌ、Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｆ． ｅｔ ａｌ．、Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ． ２５、３３８９−３４０２（１９９７））を用いたアミノ酸配列相同性解析により、決定することができる。上記配列同一性は、９５％以上であることがより好ましく、９８％以上であることがさらに好ましい。配列番号１〜３で示されるアミノ酸配列に対して十分な配列同一性を有する酵素に対しても、本発明による触媒活性が向上した形質転換体取得のためのアミノ酸変異は有効であるためである。２個のアシル−ＣｏＡを縮合してβ−ケトアシル−ＣｏＡを与える活性を有するポリペプチドであれば本発明に含まれる。
【００１６】
また本発明の一つの実施態様としては、上記β−ケトチオラーゼ変異体と種々のアシル−ＣｏＡおよびアセチル−ＣｏＡとを適切な条件下にて反応させ、対応するβ−ケトアシル−ＣｏＡを製造する方法を挙げることができる。さらに本発明の一つの実施態様としては、前記基質に対応するβ−ケト脂肪酸を製造する方法を挙げることができる。
【００１７】
さらに本発明の一つの実施態様としては、前記酵素改変方法により得られたβ−ケトチオラーゼ変異体をコードするＤＮＡ、そのＤＮＡを有するベクター、そのベクターにより形質転換された形質転換体を挙げることができる。さらに本発明の一つの実施態様としては、前記形質転換体を培養・増殖させ、該形質転換体によりβ−ケトアシル−ＣｏＡないしポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を製造する方法を挙げることができる。
【００１８】
本発明のβ−ケトチオラーゼ変異体をコードするＤＮＡは、野生型β−ケトチオラーゼをコードするＤＮＡに、部位特異的な変異を導入して取得し得る。部位特異的変異は、以下のように、組換えＤＮＡ技術、ＰＣＲ法等を用いて行うことができる。例えば、組換えＤＮＡ技術による変異の導入は、野生型β−ケトチオラーゼ遺伝子中の変異を導入する部位の両側に適当な制限酵素認識配列が存在する場合に、そこを前記制限酵素で切断し、変異を導入する部位を含む領域を除去した後、化学合成等によって目的の部位のみに変異導入したＤＮＡ断片を挿入するカセット変異法によって行うことができる。また、ＰＣＲによる部位特異的変異の導入は、野生型β−ケトチオラーゼ遺伝子中の変異を導入する目的の部位に目的の変異を導入した変異プライマーと前記遺伝子の一方の末端部位の配列を含む変異を有しない増幅用プライマーとで前記遺伝子の片側を増幅し、前記変異用プライマーに対して相補的な配列を有する変異用プライマーと前記遺伝子のもう一方の末端部位の配列を含む変異を有しない増幅用プライマーでもう片側を増幅し、得られた２つの増幅断片をアニーリング操作後、さらに前記２種類の増幅用プライマーでＰＣＲ操作することにより、行うことができる。
【００１９】
本発明のベクターは前述したβ−ケトチオラーゼ変異体をコードするＤＮＡを適当なベクターに連結（挿入）することにより得ることができ、また、本発明の形質転換体は本発明の組換えベクターを本発明の遺伝子が発現し得るように宿主中に導入することにより得ることができる。遺伝子を宿主に導入するためのベクターは、宿主中で自律複製可能なものであれば特に限定されず、プラスミドＤＮＡやファージＤＮＡをベクターとして用いることができる。例えば、大腸菌を宿主として用いる場合には、ｐＢＲ３２２、ｐＵＣ１８、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔ ＩＩ等のプラスミドＤＮＡ、ＥＭＢＬ３、Ｍ１３、λｇｔ１１等のファージＤＮＡ等を、酵母を宿主として用いる場合は、ＹＥｐ１３、ＹＣｐ５０等を、植物細胞を宿主として用いる場合には、ｐＢＩ１２１、ｐＢＩ１０１等を、動物細胞を宿主として用いる場合は、ｐｃＤＮＡＩ、ｐｃＤＮＡＩ／Ａｍｐ等をベクターとして用いることができる。
【００２０】
本発明の形質転換細胞は、宿主となる細胞へ前記ベクターを導入することにより得ることができる。細菌への組換え体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やエレクトロポレーション法等が挙げられる。酵母への組換え体ＤＮＡの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等が挙げられる。植物細胞への組換え体ＤＮＡの導入方法としては、アグロバクテリウム感染法、パーティクルガン法、ポリエチレングリコール法等が挙げられる。動物細胞への組換え体ＤＮＡ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。
【００２１】
本発明の酵素変異体は、前記した形質転換体を培地で培養し、培養物（培養菌体又は培養上清）中に本発明の酵素変異体を生成蓄積させ、該培養物から前記酵素変異体を採取することにより製造することができる。
【００２２】
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うことができる。大腸菌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、完全培地又は合成培地、例えばＬＢ培地、Ｍ９培地等が挙げられる。また、培養温度は２０〜４０℃で好気的に６〜２４時間培養することにより本発明の酵素変異体を菌体内に蓄積させ、回収することができる。
【００２３】
本発明の酵素変異体の活性は、精製酵素または菌体破砕液を用いて測定する事ができる。精製は、前述した培養法により得られる培養物を遠心して回収し（細胞についてはソニケーター等にて破砕する）、アフィニティークロマトグラフィー、陽イオンまたは陰イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過等を単独でまたは適宜組み合わせることによって行うことができる。菌体破砕液は前述した培養法により得られる培養物を遠心して回収し、適当な緩衝液に再懸濁後、ソニケーターやガラスビーズ等にて菌体を破砕した後、再び遠心し、上清成分を回収する事で調製できる。
【００２４】
本発明のポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造は、前述した方法によって得られた形質転換体を適切な培地、例えば、グルコース等の糖や脂肪酸グリセリド等を十分な量だけ含む培地にて培養することによって、ポリエステルであるポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を製造することができる。より具体的には、大腸菌を形質転換する方法（特開２００２−１９９８９０号公開公報）、酵母を形質転換する方法（ＷＯ０３／０３３７０７号国際公開公報）に記載された方法により、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を生産する形質転換体を得ることができる。
【００２５】
形質転換体内に蓄積されたポリエステルの含量及び組成は、加藤らの方法（Ａｐｐｌ． Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ． Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．， ４５巻、３６３ページ、（１９９６）； Ｂｕｌｌ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．， ６９巻、５１５ページ（１９９６））に従い、培養細胞からクロロホルム等の有機溶媒を用いて抽出後、抽出物をガスクロマトグラフィー、ＮＭＲなどで測定分析することができる。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）ＫＮＫ００５株の作製
先ず、遺伝子置換用プラスミドの作製を行った。作製は以下のように行った。
【００２７】
Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ Ｈ１６株（ＤＳＭ４３０）の菌体を鋳型ＤＮＡの供給源として、配列番号５及び６に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ反応を行い、ポリヒドロキシアルカン酸合成酵素遺伝子（ｐｈａＣＲｅ）の構造遺伝子を含むＤＮＡ断片を得た。ＰＣＲ条件は（１）９４℃で２分、（２）９４℃で３０秒、４５℃で３０秒、７２℃で３分、を２５サイクル、（３）７２℃で５分、であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ ＬＡ Ｔａｑ（タカラバイオ社製）を用いた。ＰＣＲで得たＤＮＡ断片を制限酵素ＢａｍＨＩで切断し、ベクターｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔＩＩＫＳ（−）（東洋紡社製）を同酵素で切断した部位にサブクローニングしてプラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅを作製した。
【００２８】
Ａｅｒｏｍｏｎａｓ ｃａｖｉａｅ由来のポリエステル合成酵素変異体であるＮ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ変異体をコードする遺伝子は、次のように作製した。まず、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔＩＩＫＳ（−）（東洋紡社製）をＰｓｔＩ処理し、ＤＮＡ Ｂｌｕｎｔｉｎｇ Ｋｉｔ（タカラバイオ製）を用いて平滑末端化し、ライゲーションすることによりＰｓｔＩサイトを欠失したプラスミドｐＢｌｕｅ−Ｎｅｗを作製した。このプラスミドのＥｃｏＲＩサイトにｐＪＲＤ２１５−ＥＥ３２ｄ１３（特開平１０−１０８６８２号公報）より同酵素で切り出したｄ１３断片をクローニングしてプラスミドｐＢｌｕｅ−ｄ１３を作製した。ｄ１３断片とは、Ａｅｒｏｍｏｎａｓ ｃａｖｉａｅが有するｐｈａＰＣＪオペロン（ｐｈａＰＣＪオペロンは、遺伝子発現制御因子であるプロモーター、Ｐｈａｓｉｎタンパク質をコードするｐｈａＰ遺伝子、ポリヒドロキシアルカン酸合成酵素をコードするｐｈａＣ遺伝子、エノイルＣｏＡヒドラターゼをコードするｐｈａＪ遺伝子、および、ターミネータ−を含む。）から、ｐｈａＰ遺伝子およびｐｈａＪ遺伝子を欠失させた断片である。したがって、ｄ１３断片とは、遺伝子発現制御因子であるプロモーター、ｐｈａＣ遺伝子、および、ターミネーターからなるＤＮＡである。次に、Ｍｕｔａｎｔ（Ｅ２−５０）由来のプラスミド（Ｋｉｃｈｉｓｅ等、Ａｐｐｌ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ、６８：２４１１−２４１９（２００２））を鋳型とし、配列番号７及び８に記載の塩基配列からなるプライマーセット、及び、配列番号９及び１０に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてそれぞれＰＣＲ法によりＤＮＡフラグメントを増幅し、２断片を得た。ＰＣＲ条件は（１）９４℃で２分、（２）９４℃で３０秒、５５℃で３０秒、７２℃で２分、を２５サイクル、（３）７２℃で５分であった。増幅された２断片を等モル混合し再びＰＣＲ反応を行い、２断片を結合させた。そのＰＣＲ条件は（１）９６℃で５分、（２）９５℃で２分、７２℃で１分、を１２サイクル、であり、ポリメラーゼとしてはＰｙｒｏｂｅｓｔポリメラーゼ（タカラバイオ社製）を用いた。目的サイズである１００５ｂｐに相当するＤＮＡ断片を、アガロース電気泳動で分離し、ゲルより切り出し、ＰｓｔＩとＸｈｏＩで処理し、同酵素で処理したｐＢｌｕｅ−ｄ１３に断片を入れ替える形でクローニングしてプラスミドｐＢｌｕｅ−Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇを作製した。挿入断片の塩基配列決定を、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、作製した遺伝子が、ＰＨＡ合成酵素の１４９番目のアミノ酸であるアスパラギンがセリンに、１７１番目のアミノ酸であるアスパラギン酸がグリシンに置換された変異酵素をコードする変異遺伝子であることを確認した。
【００２９】
ｐＢｌｕｅ−Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇを鋳型として配列番号１１及び１２に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ反応を行い、Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ変異体の構造遺伝子を含むＤＮＡを増幅させた。ＰＣＲ条件は（１）９４℃で２分、（２）９４℃で３０秒、４５℃で３０秒、７２℃で２分、を２５サイクル、（３）７２℃で５分、であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ ＬＡ Ｔａｑ（タカラバイオ社製）を用いた。次に、ｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅを制限酵素ＳｂｆＩとＣｓｐ４５Ｉで処理し、同酵素で処理した上記増幅ＤＮＡ断片をｐｈａＣＲｅ構造遺伝子を含むＳｂｆＩ−Ｃｓｐ４５Ｉ断片と入れ替える形でクローニングして、プラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇを作製した。
【００３０】
次に、プラスミドｐＪＲＤ２１５（ＡＴＣＣ３７５３３）を制限酵素ＸｈｏＩとＤｒａＩで処理してカナマイシン耐性遺伝子を含む約１．３ｋｂのＤＮＡ断片を単離後、ＤＮＡ Ｂｌｕｎｔｉｎｇ Ｋｉｔ（タカラバイオ社製）を用いて末端を平滑化し、ｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇを制限酵素ＳａｌＩで切断後、同様に平滑末端化した部位に挿入して、プラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ−Ｋｍを作製した。
【００３１】
続いて、プラスミドｐＭＴ５０７１（Ｔｓｕｄａ、ＧＥＮＥ，２０７：３３−４１（１９９８））を制限酵素ＮｏｔＩで処理してｓａｃＢ遺伝子（ｓａｃＢ遺伝子はｌｅｖａｎｓｕｃｒａｓｅをコードする遺伝子であり、ｌｅｖａｎｓｕｃｒａｓｅはｓｕｃｒｏｓｅを細胞致死性のｌｅｖａｎｓｕｃｒｏｓｅに変換する反応を触媒する）を含む約８ｋｂのＤＮＡ断片を単離し、ｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ−ＫｍをＮｏｔＩで切断した部位に挿入して遺伝子置換用プラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ−ＫｍＳＡＣを作製した。
【００３２】
次に、遺伝子置換株の作製を行った。
【００３３】
遺伝子置換用プラスミドｐＢｌｕｅ−ｐｈａＣＲｅ：：Ｎ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ−ＫｍＳＡＣで大腸菌Ｓ１７−１株（ＡＴＣＣ４７００５）を形質転換し、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ Ｈ１６株とＮｕｔｒｉｅｎｔ Ａｇａｒ培地（Ｄｉｆｃｏ社製）上で混合培養して接合伝達を行った。２５０ｍｇ／Ｌのカナマイシンを含むシモンズ寒天培地（くえん酸ナトリウム２ｇ／Ｌ、塩化ナトリウム５ｇ／Ｌ、硫酸マグネシウム・７水塩０．２ｇ／Ｌ、りん酸二水素アンモニウム１ｇ／Ｌ、りん酸水素二カリウム１ｇ／Ｌ、寒天１５ｇ／Ｌ、ｐＨ６．８）上で生育してきた菌株を選択して、プラスミドがＣｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ Ｈ１６株の染色体上に組み込まれた株を取得した。この株をＮｕｔｒｉｅｎｔ Ｂｒｏｔｈ培地（Ｄｉｆｃｏ社製）で２世代培養した後、１５％のシュークロースを含むＮｕｔｒｉｅｎｔ Ａｇａｒ培地上に希釈して塗布し、生育してきた菌株を選択してプラスミドが脱落した株を取得した。さらにＰＣＲによる解析によりｐｈａＣＲｅ遺伝子がＮ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ変異体遺伝子に置換された菌株を単離した。この遺伝子置換株をＫＮＫ００５株と命名し、染色体上の遺伝子置換箇所周辺領域の塩基配列決定を、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、染色体上のｐｈａＣＲｅ遺伝子の開始コドンから終止コドンまでがＮ１４９Ｓ／Ｄ１７１Ｇ変異体遺伝子の開始コドンから終止コドンまでに置換された株であることを確認した。
【００３４】
（実施例２）ＫＮＫ００５−ＡＳの作製
＜β−ケトチオラーゼ遺伝子の破壊用プラスミドの作製＞
プラスミドｐＪＲＤ２１５を鋳型とし、配列番号１３及び１４に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ反応を行い、約１．２ｋｂｐのカナマイシン耐性遺伝子を含むＤＮＡ断片を調製した。次にｐＭＴ５０７１を制限酵素ＢａｍＨＩで処理し、同酵素で処理した上記ＤＮＡ断片を、プラスミドｐＭＴ５０７１上のクロラムフェニコール耐性遺伝子と入れ替える形でクローニングして、プラスミドｐＳＡＣＫｍを作製した。
【００３５】
ＫＮＫ００５株の菌体を鋳型ＤＮＡの供給源として、配列番号１５及び６に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ反応を行い、約１．１ｋｂｐのβ−ケトチオラーゼ遺伝子（ｐｈｂＡ）を含むＤＮＡ断片を調製した。ＰＣＲ条件は（１）９８℃で２分、（２）９８℃で３０秒、５５℃で３０秒、７２℃で２分、を３０サイクル、（３）７２℃で３分であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ Ｐｙｒｏｂｅｓｔ ＤＮＡ Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。このＤＮＡ断片を制限酵素ＢａｍＨＩで切断し、ベクターｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔＩＩＫＳ（−）（東洋紡社製）を同酵素で切断した部位にサブクローニングした。配列番号１６で示される塩基配列からなる変異プライマーＰＨＢＡＳＴＯＰ２を用い、ＴａＫａＲａ ＬＡ ＰＣＲ ｉｎ ｖｉｔｒｏ Ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ（タカラバイオ社製）を利用して開始コドンから１６残基目のアミノ酸が終止コドンとなり、同時に制限酵素ＮｈｅＩ切断部位が生じるような塩基置換を行った。この様にして作製した変異型ｐｈｂＡがクローニングされたプラスミドを制限酵素ＮｏｔＩで切断し、ｐＳＡＣＫｍを同酵素で切断して調製した約５．７ｋｂのＤＮＡ断片（ｏｒｉＴ＋ＫｍＲ＋ｓａｃＢＲ）を挿入して染色体置換用ベクター（ｐＢｌｕｅＡＳＲＵ）とした。
【００３６】
＜染色体置換＞
実施例１の遺伝子置換株の作製方法と同様にして、ＫＮＫ００５株を親株としてｐＢｌｕｅＡＳＲＵを用いて染色体置換株ＫＮＫ００５−ＡＳ株を作製した。ＫＮＫ００５−ＡＳ株の染色体上の遺伝子置換箇所周辺領域のＤＮＡ塩基配列を解析して、β−ケトチオラーゼ遺伝子がｐＢｌｕｅＡＳＲＵの相同配列部分と置き換わって終止コドンと制限酵素ＮｈｅＩ切断部位が生成していることを確認した。
【００３７】
（実施例３）プラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢの作製
＜ｐＣＵＰ２ベクターの作製＞
本発明においてβ−ケトチオラーゼ遺伝子を導入するプラスミドベクターとしては、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ属細菌にて使用可能なものであれば特に制限はない。本発明に使用したプラスミドベクターｐＣＵＰ２は以下のように作成した。プラスミドベクターは配列番号１７に記載のＣｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｍｅｔａｌｌｉｄｕｒａｎｓ ＣＨ３４株（ＤＳＭ ２８３９）が保有するメガプラスミド(ｐＭＯＬ２８)の複製開始点及を用いた。
【００３８】
具体的な作製手順としては、まず、Ｃｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｍｅｔａｌｌｉｄｕｒａｎｓ ＣＨ３４株からＤＮＡ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｋｉｔ(Ｐｒｏｍｅｇａ社製)を使用し、メガプラスミドを含むゲノムを調製、このゲノムを鋳型に配列番号１８及び１９に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲによって約４ｋｂｐの配列番号１７に記載の塩基配列を含むＤＮＡ領域を増幅した。ＰＣＲ条件は（１）９８℃で２分、（２）９８℃で３０秒、５５℃で３０秒、７２℃で５分、を３０サイクル、（３）７２℃で５分であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ Ｐｙｒｏｂｅｓｔ ＤＮＡ Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。増幅断片を大腸菌用のクローニングベクターＰＣＲ−Ｂｌｕｎｔ２−ＴＯＰＯ(Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ社製)にクローニングしたベクターｐＣＵＰＭＴを作製した。
【００３９】
次に、ベクターｐＣＵＰＭＴを鋳型に配列番号２０及び２１に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲを行い、ＤＮＡリガーゼ（Ｌｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ(東洋紡社製)）によって繋ぐ事によりベクターｐＣＵＰＭＴのうち、６４１ｂｐを欠失させたベクターｐＣＵＰを作製した。ＰＣＲ条件は（１）９８℃で２分、（２）９８℃で３０秒、５５℃で３０秒、７２℃で７分、を３０サイクル、（３）７２℃で７分、であり、ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ Ｐｙｒｏｂｅｓｔ ＤＮＡ ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。
【００４０】
便宜上、さらにｐＣＵＰに制限酵素ＭｕｎＩサイトを導入した。具体的な作製手順としては、まず配列番号２２及び２３に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用い、実施例３にて作製したｐＣＵＰを鋳型にしてＰＣＲを行い、得られた増幅断片をＤＮＡリガーゼ（Ｌｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ(東洋紡社製)）によって繋ぐ事により、ＭｕｎＩサイトを導入した。ＰＣＲ条件は（１）９８℃で２分、（２）９８℃で３０秒、５５℃で７分、７２℃で５分、を３０サイクル、であった。ポリメラーゼとしてはＴａＫａＲａ Ｐｙｒｏｂｅｓｔ ＤＮＡ Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。
【００４１】
このようにして、配列番号１７で示される塩基配列を含有する、本発明に使用したプラスミドベクターｐＣＵＰ２を作製した。
【００４２】
＜ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢベクターの作製＞
まず、本発明で使用するβ−ケトチオラーゼ遺伝子を有しているＣｕｐｒｉａｖｉｄｕｓ ｎｅｃａｔｏｒ Ｈ１６株からＤＮＡ Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｋｉｔ(Ｐｒｏｍｅｇａ社製)を使用しゲノムを調製、このゲノムを鋳型に配列番号２４及び２５に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ法によって増幅、配列番号２６に記載の塩基配列からなるβ−ケトチオラーゼ遺伝子を含む増幅断片を得た。その条件は（１）９４℃で２分、（２）９８℃で１０秒、６０℃で１０秒、６８℃で２分、を３０サイクル、（３）６８℃で３分であった。ポリメラーゼとしてはＬＡ Ｔａｑ ＤＮＡ Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ（タカラバイオ社製）を使用した。次にこの増幅断片をＢｇｌＩＩ及びＡｆｌＩＩによって処理し、同じくＢｇｌＩＩ及びＡｆｌＩＩで処理した後、アルカリホスファターゼ処理を行いＤＮＡを脱リン酸化処理したｐＪＲＤ２１５−ＥＥ３２ｄ１３とライゲーション処理を行い、ｐＪＲＤ２１５−ＥＥ３２ｄ１３のＢｇｌＩＩとＡｆｌＩＩの間のＤＮＡ断片と入れ替える形でクローニングを行い、プラスミドｐＪＲＤ２１５−ＥＥｂｋｔＢを作製した。ライゲーションにはＬｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ（東洋紡社製）を用いた。
【００４３】
この様にして作製したｐＪＲＤ２１５−ＥＥｂｋｔＢをＥｃｏＲＩで切断して、ｂｋｔＢ遺伝子を含むＤＮＡ断片を調製し、ＭｕｎＩ処理したｐＣＵＰ２とライゲーションを行う事で、ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢを作製した。ライゲーションにはＬｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ（東洋紡社製）を使用した。
【００４４】
（実施例４）プラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌの作製
実施例３にて作製したｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢを鋳型に配列番号２７及び２８に記載の塩基配列からなるプライマーセットを用いてＰＣＲ法によって目的のＤＮＡ断片を増幅し、増幅断片を得た。その条件は（１）９８℃で４分、（２）９８℃で１０秒、６８℃で１０分、を３０サイクルである。ポリメラーゼとしてはＫＯＤｐｌｕｓ（東洋紡社製）を使用した。
【００４５】
次にこの増幅断片をＤｐｎＩ処理する事で鋳型であるｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢを分解した。その後、増幅断片の末端をキナーゼでリン酸化処理した。キナーゼとしてはＴ４ＰｏｌｙｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅＫｉｎａｓｅ（タカラバイオ社製）を用いた。この様にして末端がリン酸化されたＤＮＡ断片を調整し、ライゲーションを行う事で配列番号２９に記載の塩基配列を含む環状のプラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌを作製した。ライゲーションにはＬｉｇａｔｉｏｎ Ｈｉｇｈ（東洋紡社製）を使用した。変異導入箇所の塩基配列決定は、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、配列番号２６に記載の配列からなるβ−ケトチオラーゼ遺伝子の８６８ｂｐ目のアデニン（Ａ）がシトシン（Ｃ）に変わっている事を確かめた。この変異によって、２９０番目のメチオニンコドン（ＡＴＧ）がロイシンコドン（ＣＴＧ）に変換される。
【００４６】
（実施例５）プラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ作製
プライマーセットとして配列番号３０及び３１に記載の塩基配列からなるプライマーセットを使用した以外は実施例４と同様の操作により、配列番号３２に記載の塩基配列を含むプラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌを作製した。変異導入箇所の塩基配列決定は、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、配列番号２５に記載の塩基配列からなるβ−ケトチオラーゼ遺伝子の１１３５ｂｐ目のアデニン（Ａ）がシトシン（Ｃ）に変わっている事を確かめた。この変異によって、３７９番目のメチオニンコドン（ＡＴＧ）がロイシンコドン（ＣＴＧ）に変換される。
【００４７】
（実施例６）プラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈの作製
配列番号３４に記載の塩基配列を含むプラスミドベクターｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈを作製した。変異導入箇所の塩基配列決定は、ＡＰＰＬＩＥＤ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製のＤＮＡシークエンサー３１３０ｘｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて行い、配列番号２５に記載の塩基配列からなるβ−ケトチオラーゼ遺伝子の１１３８ｂｐ目のチミン（Ｔ）がシトシン（Ｃ）に、１１３９番目のグアニン（Ｇ）がアデニン（Ａ）変わっている事を確かめた。この変異によって、３８０番目のシステインコドン（ＴＧＣ）がヒスチジンコドン（ＣＡＣ）に変換される。
【００４８】
（実施例７）形質転換体の作製
エレクトロポレーション法による形質転換は、次のように実施した。エレクトロポレーションに使用した遺伝子導入装置はＢｉｏ−ｒａｄ社製のジーンパルサーを用い、キュベットは同じくＢｉｏ−ｒａｄ社製のｇａｐ０．２ｃｍを用いた。キュベットに、ＫＮＫ００５−ＡＳ株のコンピテント細胞４００μlとプラスミドｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢ、ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ、ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ、または、ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈの調製液５μlを注入してジーンパルサーにセットし、静電容量２５μＦ、電圧１．５ｋＶ、抵抗値８００Ωの条件で電気パルスをかけた。パルス後、キュベット内の菌液をＮｕｔｒｉｅｎｔＢｒｏｔｈ培地（ＤＩＦＣＯ社製）（以後ＮＢ培地とも記す）で３０℃、３時間振とう培養し、選択プレート（Ｎｕｔｒｉｅｎｔ Ａｇａｒ培地（ＤＩＦＣＯ社製）、カナマイシン１００ｍｇ／Ｌ）で、３０℃にて２日間培養して、形質転換体ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ株、または、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈ株を取得した。コンピテント細胞は次の様に調製した。まず、ＫＮＫ００５−ＡＳ株のグリセロールストックをＮＢ培地に接種して３０℃で２０時間前培養し、その培養液をさらにＮＢ培地に接種した。接種量は接種する培地に対して１％（ｖ/ｖ）であった。接種後さらに３０℃で３時間培養した。培養後の培養液適当な容器に移し、遠心分離により菌体回収した。回収した菌体に培養液の同量の滅菌水を入れ、懸濁し、再び遠心分離によって菌体を回収する事で菌体を洗浄した。その後、培養液５０ｍｌ当たり１ｍｌの滅菌水に再懸濁し、コンピテント細胞とした。
【００４９】
（実施例８）β−ケトチオラーゼ活性の測定
まず、前培養培地（１ｗ／ｖ％ Ｍｅａｔ−ｅｘｔｒａｃｔ、１ｗ／ｖ％ Ｂａｃｔｏ−Ｔｒｙｐｔｏｎ、０．２ｗ／ｖ％ Ｙｅａｓｔ−ｅｘｔｒａｃｔ、０．９ｗ／ｖ％ Ｎａ2ＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏ、０．１５ｗ／ｖ％ ＫＨ2ＰＯ4、（ｐＨ６．８））５ｍｌにＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ株、または、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈ株を植菌して３０℃で１晩培養したものを、５ｍｌの酵素活性測定用培地（１．１ｗ／ｖ％ Ｎａ2ＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏ、０．１９ｗ／ｖ％ ＫＨ2ＰＯ4、０．２９ｗ／ｖ％（ＮＨ4）2ＳＯ4、０．１ｗ／ｖ％ ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、０．５ｗ／ｖ％ フラクトース、０．５ｖ／ｖ％ 微量金属塩溶液（０．１Ｎ塩酸に１．６ｗ／ｖ％ ＦｅＣｌ3・６Ｈ2Ｏ、１ｗ／ｖ ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ、０．０２ｗ／ｖ％ ＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ、０．０１６ｗ／ｖ％ ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、０．０１２ｗ／ｖ％ ＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏを溶かしたもの））に対して０．０５ｍｌ接種して、３０℃で２４時間培養した。この培養液２ｍｌを４℃で１００００ｘｇ、１分間の遠心分離する事で菌体を集めた。この菌体を緩衝液（１００ｍＭ Ｔｒｉｓ−塩酸緩衝液、１ｍＭ ＥＤＴＡ、ｐＨ７．５）で２回洗浄し、１ｍｌの同緩衝液に懸濁した。これを超音波処理して菌体を破砕した後、１５０００ｘｇ、４℃、５分間の遠心分離した上清を粗酵素液として用いた。
【００５０】
β−ケトチオラーゼ活性は反応液（１００ｍＭ Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ８．０）、０．０６ｍＭ アセトアセチル−ＣｏＡ、０．１ｍＭ ＣｏＡ−ＳＨ、２０ｍＭ ＭｇＣｌ２）に前記粗酵素液０．０１ｍｌを添加して、全量を０．５ｍｌとし、２５℃で反応させてアセトアセチル−ＣｏＡの分解を３０３ｎｍの吸光度で測定した。β−ケトチオラーゼ活性は、１分間に１μｍｏｌのアセトアセチル−ＣｏＡを分解する酵素量を１ユニットとした。
【００５１】
比活性はタンパク質１ｍｇあたりのユニットとした。なお、タンパク質の定量はウシ血清アルブミンをスタンダードとして、Ｂｉｏ−Ｒａｄプロテインアッセイ試薬（バイオラッド社製）を用いたブラッドフォード法で測定した。
結果は表１に示した。
【００５２】
【表１】
（比較例１）β−ケトチオラーゼ活性の測定
実施例８と同様の操作により、ＫＮＫ００５−ＡＳ株及びＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢのβ−ケトチオラーゼ活性を測定した。結果は表１に示した。
【００５３】
（実施例９）ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造
実施例７にて作製したＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ株、または、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈ株を用いたポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造を行なった。
【００５４】
製造は次の様な培養によって行った。前培地の組成は１ｗ／ｖ％Ｍｅａｔ−ｅｘｔｒａｃｔ、１ｗ／ｖ％Ｂａｃｔｏ−Ｔｒｙｐｔｏｎ、０．２ｗ／ｖ％Ｙｅａｓｔ−ｅｘｔｒａｃｔ、０．９ｗ／ｖ％Ｎａ2ＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏ、０．１５ｗ／ｖ％ＫＨ2ＰＯ4、（ｐＨ６．７）とした。ポリエステル生産培地の組成は１．１ｗ／ｖ％Ｎａ2ＨＰＯ4・１２Ｈ2Ｏ、０．１９ｗ／ｖ％ＫＨ2ＰＯ4、０．６ｗ／ｖ％（ＮＨ4）2ＳＯ4、０．１ｗ／ｖ％ＭｇＳＯ4・７Ｈ2Ｏ、０．５ｖ／ｖ％微量金属塩溶液（０．１Ｎ塩酸に１．６ｗ／ｖ％ＦｅＣｌ3・６Ｈ2Ｏ、１ｗ／ｖ％ＣａＣｌ2・２Ｈ2Ｏ、０．０２ｗ／ｖ％ＣｏＣｌ2・６Ｈ2Ｏ、０．０１６ｗ／ｖ％ＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏ、０．０１２ｗ／ｖ％ＮｉＣｌ2・６Ｈ2Ｏ、０．０１ｗ／ｖ％ＣｒＣｌ3・６Ｈ2Ｏを溶かしたもの。）炭素源は形質転換体が資化可能であれば特に限定されないが、パーム核油オレイン画分（ＰＫＯＯ）１００重量部に対して酪酸を２０重量部にて混合した炭素源を使用した。培養は炭素源を流加する流加培養にて行った。培養手順を以下に示す。
【００５５】
ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ２９０Ｌ株、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＭ３７９Ｌ株、または、ＫＮＫ００５−ＡＳ＋ｐＣＵＰ２ＥＥｂｋｔＢＣ３８０Ｈ株のグリセロールストックを前培地に接種して２０時間培養し、２．５Ｌの生産培地を入れた５Ｌジャーファーメンター（丸菱バイオエンジ製ＭＤＳ−Ｕ５０型）に１０ｖ／ｖ％で接種した。運転条件は、培養温度２８℃、攪拌速度４２０ｒｐｍ、通気量０．６ｖｖｍとし、ｐＨは６．６から６．８の間でコントロールした。コントロールには１４％のアンモニア水を使用した。培養は５０時間まで行った。培養後遠心分離によって菌体を回収し、１１０℃、８時間乾燥させた後、乾燥菌体重量を測定した。また乾燥菌体からクロロホルムにてポリ−３−ヒドロキシアルカン酸を抽出し、へキサンにて晶析する事により得られたポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の乾燥重量を量る事で生産量を測定した。また、乾燥菌体重量とポリ−３−ヒドロキシアルカン酸生産量との差からポリマー含量を算出した。結果を表２に示す。
【００５６】
【表２】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の、（ａ）〜（ｃ）の特徴を有するポリペプチドをコードするＤＮＡ；
（ａ）配列番号４に示されるアミノ酸配列と９０％以上の配列同一性を有する、
（ｂ）Ｍ２９０Ｌ、Ｍ３７９Ｌ、及び、Ｃ３８０Ｈから選ばれる少なくとも１以上の変異を有する、
（ｃ）２個のアシル−ＣｏＡを縮合して、β−ケトアシル−ＣｏＡを生成する活性を有する。
【請求項２】
配列番号１、２、または、３に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードする、請求項１に記載のＤＮＡ。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のＤＮＡがコードするポリペプチド。
【請求項４】
請求項１または２のいずれかに記載のＤＮＡを含むベクター。
【請求項５】
請求項４に記載のベクターにより形質転換された形質転換体。
【請求項６】
請求項５に記載の形質転換体を用いたβ−ケトチオラーゼ変異体の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載のポリペプチドを用いた、β−ケト脂肪酸またはβ−ケト脂肪酸−ＣｏＡの製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の形質転換体を用いた、β−ケト脂肪酸またはβ−ケト脂肪酸−ＣｏＡの製造方法。
【請求項９】
請求項５に記載の形質転換体を用いた、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造方法。
【請求項１】
以下の、（ａ）〜（ｃ）の特徴を有するポリペプチドをコードするＤＮＡ；
（ａ）配列番号４に示されるアミノ酸配列と９０％以上の配列同一性を有する、
（ｂ）Ｍ２９０Ｌ、Ｍ３７９Ｌ、及び、Ｃ３８０Ｈから選ばれる少なくとも１以上の変異を有する、
（ｃ）２個のアシル−ＣｏＡを縮合して、β−ケトアシル−ＣｏＡを生成する活性を有する。
【請求項２】
配列番号１、２、または、３に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードする、請求項１に記載のＤＮＡ。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載のＤＮＡがコードするポリペプチド。
【請求項４】
請求項１または２のいずれかに記載のＤＮＡを含むベクター。
【請求項５】
請求項４に記載のベクターにより形質転換された形質転換体。
【請求項６】
請求項５に記載の形質転換体を用いたβ−ケトチオラーゼ変異体の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載のポリペプチドを用いた、β−ケト脂肪酸またはβ−ケト脂肪酸−ＣｏＡの製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の形質転換体を用いた、β−ケト脂肪酸またはβ−ケト脂肪酸−ＣｏＡの製造方法。
【請求項９】
請求項５に記載の形質転換体を用いた、ポリ−３−ヒドロキシアルカン酸の製造方法。
【公開番号】特開２０１０−４７６３（Ｐ２０１０−４７６３Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６５１９１（Ｐ２００８−１６５１９１）
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２５日（２００８．６．２５）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
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