生產l－賴氨酸的棒狀菌和制備賴氨酸的方法

專利名稱：生產l－賴氨酸的棒狀菌和制備賴氨酸的方法
本申請是申請日為2000年7月7日、發明名稱為“生產L-賴氨酸的棒狀菌和制備賴氨酸的方法”、申請號為00120357.6的中國專利申請的分案申請。
本發明涉及棒狀菌的生產L-賴氨酸的菌株，其具有擴增的pyc基因(丙酮酸羧化酶基因)，在這些菌株中，選自包括dapA基因(二氫吡啶二羧酸合酶基因)，lysC基因(天冬氨酸激酶基因)，lysE基因(賴氨酸輸送載體基因)和dapB基因(二氫吡啶二羧酸還原酶基因)的組的附加基因，特別是dapA基因得到擴增，尤其是得到超量表達，本發明也涉及制備L-賴氨酸的方法。
L-賴氨酸是商業上重要的L-氨基酸，尤其是用作動物營養中的飼料添加劑。近年來需求量一直穩步增加。
L-賴氨酸由棒狀菌，尤其是谷氨酸棒桿菌的生產L-賴氨酸的菌株的發酵過程產生。由于這一產物非常重要，人們不斷嘗試改進其制備過程。對過程的改進可以涉及牽涉發酵技術的手段，攪拌和氧供給，或營養培養基的組成(如發酵期間的糖濃度)，或產物的檢測(如經離子交換色譜)，或微生物自身的內在產生特征。
這些微生物的生產能力的特性通過利用誘變，選擇以及突變體選擇的方法來改善，以給出對抗代謝物(例如S-(2-氨乙基)半胱氨酸)具有抗性，氨基酸(例如L-亮氨酸)營養缺陷，并產生L-賴氨酸的菌株。
一些年來重組DNA技術的方法也曾用于通過擴增個體生物合成基因改進谷氨酸棒桿菌的L-賴氨酸生產菌株，并且研究了對L-賴氨酸生產影響。
就此而言，EP-A-0 088 166報道了在賦予對氨乙基半胱氨酸的抗性的DNA片段擴增后生產能力增強。EP-B-0 387 527報道了編碼反饋抗性天冬氨酸激酶的lysC等位基因擴增后生產能力增強。EP-A-0197 335報道了編碼二氫吡啶二羧酸合酶的dapA基因擴增后生產能力增強。EP-A-0 219 027報道了編碼天冬氨酸半醛脫氫酶的基因擴增后生產能力增強。Pisabarro等(細菌學雜志175(9)，2743-2749(1993)描述了編碼二氫吡啶二羧酸還原酶的dapB基因。
也已經研究了主要代謝基因的擴增對L-賴氨酸生產的影響。就此而言，EP-A-0 219 027報道了編碼天冬氨酸氨基轉移酶的aspC基因擴增后生產能力增強。EP-A-0 143 195和EP-A-0 358 940報道了編碼烯醇丙酮酸磷酸羧化酶的ppc基因擴增后生產能力增強。DE-B-19831609報道了編碼丙酮酸羧化酶的pyc基因擴增后生產能力增強。受丙酮酸羧化酶催化的添補反應與受烯醇丙酮酸磷酸羧化酶催化的反應相比特別重要。這樣，Wendisch等(FEMS微生物學通訊，112，269-274(1993))顯示關閉ppc基因不削弱菌株MH20-22B的賴氨酸產生。
最后，DE-A-195 48 222描述了由lysE基因編碼的L-賴氨酸輸送載體的活性增加促進賴氨酸生產。
除這些擴增個體基因的試圖之外，也嘗試了在棒狀菌中同時擴增兩個或更多個基因，進而改進L-賴氨酸生產。就此而言，DE-B-38 23451報道了同時擴增大腸桿菌asd基因和dapA基因后，生產能力增加。DE-A39 43 117公開了同時擴增編碼反饋抗性天冬氨酸激酶的lysC等位基因和dapA基因基因后，生產能力增加。EP-A-0 841 395特別報道了同時擴增編碼反饋抗性天冬氨酸激酶的lysC等位基因和dapB基因基因后，生產能力增加；進一步的改進可以由dapB，lysA，以及ddh基因的額外擴增完成。EP-A-0 854 189描述了同時擴增編碼反饋抗性天冬氨酸激酶的lysC等位基因和dapA，dapB，lysA和aspC基因后生產能力增強。EP-A-0 857 784特別報道了同時擴增編碼反饋抗性酶的lyse等位基因和lysA基因后生產能力增強；進一步的改進可以由ppc基因的額外擴增完成。
由許多現有技術的文獻中所描述的方法可以清楚看出，需要開發新的方法并改進用棒狀菌生產賴氨酸的現行的方法。
發明人對自己提出的目的是提供新的棒狀菌的L-賴氨酸生產菌株和制備L-賴氨酸的方法。
L-賴氨酸是商業上重要的L-氨基酸，尤其是用作動物營養中的飼料添加劑。
當L-賴氨酸或賴氨酸在下文中提及時，應當理解為其不僅包括其本身，而且包括適當的鹽，例如賴氨酸鹽酸鹽或賴氨酸硫酸鹽。
本發明提供了棒狀菌的L-賴氨酸生產菌株，它們具有擴增的pyc基因(丙酮酸羧化酶基因)，其中選自包括dapA基因(二氫吡啶二羧酸合酶基因)，lysC基因(天冬氨酸激酶基因)，lysE基因(賴氨酸輸送載體基因)和dapB基因(二氫吡啶二羧酸還原酶基因)組的附加基因，尤其是dapA基因得到擴增，尤其是得到超量表達。
也已經發現，位于dapB基因上游(5’末端)的新的DNA序列，其攜帶dapB啟動子的-35區，對dapB基因的表達是有利的。其顯示在SEQ ID No.1中。
因此，也要求了具有在SEQ ID No.1中顯示的核苷酸序列的能夠復制的DNA。
本發明也提供了保藏在菌株DSM12868與DSM12867中的SEQID No.5和SEQ ID No.6中顯示的dapA啟動子的MC20和MA16突變。
本發明也涉及棒狀菌的L-賴氨酸生產菌株，其具有擴增過的pyc基因，在這些菌株中，dapA基因和dapB基因得到了同時擴增，尤其是得到超量表達。
本發明也涉及棒狀菌的L-賴氨酸生產菌株，其具有擴增過的pyc基因，在這些菌株中，dapA，dapB以及lysE基因得到了同時擴增，尤其是得到超量表達。
在本說明書上下文中，術語“擴增”描述的是利用強啟動子或利用編碼具有高活性的適當酶的基因，或者可以也可以不組合這兩種手段增加基因的拷貝數，來增加由適當DNA編碼的一種或多種酶在微生物中的胞內活性。
本發明也提供了利用以上所描述的細菌制備L-賴氨酸的方法。
本發明提供的微生物可以從葡萄糖，蔗糖，乳糖，果糖，麥芽糖，糖蜜，淀粉或纖維素或從甘油和乙醇，尤其是從葡萄糖或蔗糖制備L-賴氨酸。所說的微生物是棒狀菌，尤其是棒桿菌屬的。在棒桿菌屬中，可以特別提及的是谷氨酸棒桿菌，本領域技術人員知道其生產氨基酸的能力。這一物種包括野生型菌株，如谷氨酸棒桿菌ATCC13032，黃色短桿菌ATCC14067，Corynebacterium melassecola ATCC17965和來源于它們的菌株或突變體。棒狀菌的生產L-賴氨酸的突變體的例子如谷氨酸棒桿菌FERM-P 1709黃色短桿菌FERM-P 1708乳發酵短桿菌FERM-P 1712黃色短桿菌FERM-P 6463黃色短桿菌FERM-P 6464谷氨酸棒桿菌DSM 5714谷氨酸棒桿菌DSM 12866現在發明人發現，除pyc基因之外的lysE基因的擴增表達，或編碼反饋抗性天冬氨酸激酶lysC等位基因的額外擴增表達，或dapB基因的額外擴增表達，尤其是，dapA基因的額外擴增表達，分別或同時進一步改進L-賴氨酸的生產。
也已經發現，對給定的pyc基因的表達而言，dapA與dapB基因的同時額外擴增表達進一步地為L-賴氨酸生產帶來益處。
最后，發明者也發現，對給定的pyc基因的表達而言，dapA，dapB以及lysE基因的同時額外擴增表達對L-賴氨酸生產格外有利。
擴增(超量表達)是通過增加適當的基因的拷貝數，或突變位于結構基因上游的啟動子和調節區，或者核糖體結合位點。摻入結構基因上游的表達盒以相同的方式工作。在經發酵形成L-賴氨酸期間，誘導型啟動子額外地使增加表達成為可能。延期mRNA壽命的手段也改善表達。此外，酶活性也通過阻止酶蛋白質的降解，將基因或基因構建體位于可變拷貝數質粒(穿梭載體)中或者在染色體中整合和擴增而得到提高。此外，通過改變培養基的組成和培養技術，獲得目標基因的超量表達也是可能的。
本領域技術人員會從下列文獻中找到有關說明Martin等(生物/技術5，137-146(1987))，Guerrero等(基因138，35-41(1994))，Tsuchiya和Morinaga(生物/技術6，428-430(1988))，Eikmanns等(基因102，93-98(1991))，EP-0 472 869，US 4,601,893，Schwarzer和POhler(生物/技術9，-84-87(1991))，Reinscheid等(應用和環境微生物學60，126-132(1994))，LaBarre等(細菌學雜志175，1001-1007(1993))，專利出版物WO 96/15246，Malumbres等(基因134，15-24(1993))，日本Offenlegungsschrift JP-A-10-229891，Jensen和Hammer(生物技術和生物工程58，191-195(1998))或者美國細菌學會“普通細菌學方法手冊”(華盛頓DC，USA，1981)和公知的遺傳學與分子生物學手冊。
根據本發明所利用的谷氨酸棒桿菌的基因已被描述，并且可以用已知方法分離，制備或合成。
以下文獻特別描述了定點誘變方法Higuchi等(核酸研究16，7351-7367(1988))，Silver等，Innis，Glefand和Sninsky(編者)手冊，題為PCR策略(學術出版社，倫敦，UK，1995)。
從谷氨酸棒桿菌分離目的基因的第一個步驟是為了在例如大腸桿菌中構建這一微生物的基因文庫，或者也可以是在谷氨酸棒桿菌中構建該文庫。基因文庫的構建在一般性的公知的教科書和手冊中有記載。可提及的例子是Winnacker的教科書，題為從基因到克隆，基因技術導論(Verlag Chemie，Weinheim，德國，1990)或Sambrook等的手冊，題為分子克隆，實驗室手冊(冷泉港實驗室出版社，1989)。Bathe等(分子和普通遺傳學，252255-265(1996))描述了利用粘粒載體SuperCos I(Wahl等美國國家科學院學報84，2160-2164(1987))在大腸桿菌K-12 NM554(Raleigh等，核酸研究161563-1575(1988))中構建的谷氨酸棒桿菌ATCC13032的基因文庫。B_rmann等(分子微生物學6(3)，317-326)依次描述了采用粘粒pHC79(Hohn和Collins，基因11，291-298(1980))構建的谷氨酸棒桿菌ATCC13032的基因文庫。谷氨酸棒桿菌在大腸桿菌中的基因文庫也可以采用質粒如pBR322(Bolivar，生命科學25，807-818(1979))或pUC19(Norrander等，基因26101-106(1983))構建。以相同的方式，也可能使用穿梭載體，如pJC1(Cremer等，分子和普通遺傳學220，478-480(1990))或pECS(Eikmanns等，基因102，93-98(1991))，這樣的載體在大腸桿菌和谷氨酸棒桿菌中復制。再構和/或重組缺陷菌株是特別合適的宿主，例子是大腸桿菌菌株DH5αmcr，該菌株由Grant等(美國國家科學院院報87，4645-4649(1990))描述過。其它例子是再構缺陷的谷氨酸棒桿菌菌株RM3和RM4，它們由Sch_fer等(應用和環境微生物學60(2)，756-759(1994))描述過。
然后，通過轉化(Hanahan，分子生物學雜志166，557-580(1983))或電穿孔(Tauch等，FEMS微生物學通訊，123343-347(1994))將基因文庫轉移到指示菌株中。指示菌株的特征是其具有目的基因突變，這導致可檢測的表型，例如營養缺陷型。指示菌株或突變體可由公開的來源或菌株保藏中心(例如耶魯大學遺傳保藏中心(New Haven，Connect-icut，USA))獲得，或如果必要特別制備。這樣的指示菌株的例子可提及的是需要內消旋二氨基庚二酸的大腸桿菌菌株RDA8(Richaud等，C.R.Acad.Sci.Paris Ser.III 293507-512(1981))，其在dapA基因中攜帶突變(dapA::Mu)。
在攜帶目的基因的重組質粒轉化指示菌株和目的基因表達后，就適當的特征而言，指示菌株成為原養型的。如果克隆的DNA片段賦予例如針對抗代謝物S-(2-氨乙基)半胱氨酸之類的抗性，攜帶重組質粒的指示菌株可以通過在適當地補充營養物的培養基上選擇鑒別。
如果目的基因區的核苷酸序列是已知的或由數據庫可獲得的，則可以用已知方法分離染色體DNA，例如如Eikmanns等(微生物學140，1817-1828(1994))描述的方法。可以采用合適的引物通過聚合酶鏈反應(PCR)合成目的基因，并克隆進合適的質粒載體中，例如Invitrogen的pCRIITOPO(Groningen，荷蘭)。PCR方法的梗概可以從Newton和Graham的題為PCR的書中找到(Spektrum Akademischer Verlag，Heidelberg，德國，1994)。
公眾可利用的核苷酸序列數據庫的例子是歐洲分子生物學實驗室的數據庫(EMBL，Heidelberg，德國)或生物技術信息國家中心的數據庫(NCBI，Bethesda，MD，美國)。
從谷氨酸棒桿菌ATCC13032分離與克隆pyc基因在DE-A-19831609和Koffas等(應用微生物學和生物技術10 50，346-352(1988))中有描述。pyc基因的核苷酸序列可以以登記號AF038548或Y09548獲得。
從谷氨酸棒桿菌ATCC13032分離與克隆lysE基因在DE-A-19548 222中有描述。lysE基因的核苷酸序列可以以登記號X96471獲得。
從各種谷氨酸棒桿菌中分離，克隆以及測序dapA基因在下列文獻中有描述Cremer等(分子和普通遺傳學220478-480(1990))，Pisabarro等(細菌學雜志1752743-2749(1993))和Bonnassie等(核酸研究186421(1990))。DE-B-39 43 117報道了借助質粒pJC23擴增dapA基因。dapA基因的核苷酸序列可以以登記號X53993獲得。
從Brevibacterium lactofermentum分離，克隆以及測序dapB基因由Pisabarro等(細菌學雜志1752743-2749(1993))描述過。dapB基因的核苷酸序列可以以登記號X67737獲得。
編碼反饋抗性天冬氨酸激酶的lysC基因和lysC等位基因分離，克隆以及測序由幾個作者報道過。就此而言，Kalinowski等(分子和普通遺傳學224317-324(1990))報道了來源于谷氨酸棒桿菌菌株DM58-1的lysC等位基因。DE-A-3943117報道了谷氨酸棒桿菌菌株MH20lysC等位基因的克隆。Follettie等(細菌學雜志1754096-4103(1993))報道了黃色棒桿菌菌株N13的lysC等位基因，其可以在所說的出版物中找到。lysC基因和各種lysC等位基因的核苷酸序列可以以登記號X57226和E06826獲得。
然后，可以單獨或適當組合將以這一方法獲得的基因摻入進質粒載體中，例如pJC1(Cremer等，分子和普通遺傳學220，478-480(1990))或pECS(Eikmanns等，基因，102，93-98(1991))，通過轉化例如如Thierbach等(應用微生物學和生物技術29，356-362(1988))中描述的，或通過電穿孔，例如如Dunican和Shivnan(生物/技術7，1067-1070(1989))中所描述的轉移到所需的棒狀菌菌株中，例如菌株MH20-22B(Schrumpf等，應用微生物學和生物技術37566-571(1992))，并表達。待選擇的菌株可以用兩種質粒載體同樣好地轉化，各質粒載體含有所說基因或目的基因，從而獲得除了已知擴增的pyc基因外。有利的同時擴增表達的兩種或多種基因，這些菌株的例子是菌株MH20-22B/pJC23/pEC7pyc，其中pyc和dapA基因同時擴增，并被表達，或菌株MH20-22B/pJC33/pEC7pyc，其中pyc基因和lysC(FBR)等位基因同時擴增，尤其是超量表達，或菌株MH20-22B/pJC23/pEC7dapBpyc，其中pyc，dapA和dapB基因同時擴增，尤其是超量表達，或菌株MH20-22B/pJC23/pEC7lysEdapBpyc，其中pyc，dapA，dapB和lysE基因同時擴增，尤其是超量表達。
根據本發明制備的微生物可以培養來連續生產L-賴氨酸，或者通過分批發酵，流加分批方法或重復流加分批方法不連續生產L-賴氨酸。已知培養方法的概述在Chmiel的教科書(Bioprozesstechnik 1.Einführung in die Bioverfahrenstechnik(生物技術1.生物工程導論)(Gustav Fischer Verlag，Stuttgart，1991))或Storhas的教科書(Bioreaktoren und periphere Einrichtungen(生物反應器和配套設備)(Vieweg Verlag，Brunswick/Wiesbaden，1994))中有描述。
所利用的培養基必須適合特定微生物的需要。各種微生物的培養基的描述在美國細菌學學會(華盛頓D.C.，USA，1981)的“普通細菌學方法手冊”中找到。可以利用碳源是糖和碳水化合物，例如葡萄糖，蔗糖，乳糖，果糖，麥芽糖，糖蜜，淀粉和纖維素，油和脂肪，例如大豆油，向日葵油，落花生油和椰子脂肪，脂肪酸，例如棕櫚酸，硬脂酸和亞油酸，醇，例如甘油和乙醇，以及有機酸，例如乙酸。這些物質可以單獨或混合使用。可以利用氮源是有機含氮化合物，如胨，酵母提取物，肉膏，麥芽抽提物，玉米漿，大豆粉和尿素，或無機化合物，如硫酸銨，氯化銨，磷酸銨，碳酸銨和硝酸銨。氮源可以單獨或混合使用。可以利用的磷源是磷酸二氫鉀或磷酸氫二鉀或對應的鈉鹽。培養基也必須含有金屬鹽，例如硫酸鎂或硫酸鐵，這對生長必需的。最后，除以上提及的物質之外，可以使用必需的促生長物質如氨基酸和維生素。所說的添加物可以一次或分批添加到培養基中。
培養的pH通過適當使用堿性化合物，如氫氧化鈉，氫氧化鉀或氨，或酸性化合物，如磷酸或硫酸控制。可以用利用消泡劑，如脂肪酸聚乙二醇酯控制。質粒的穩定性可以通過向培養基中添加合適的選擇性作用物保持，例如抗生素。需氧條件可以通過向培養基中引入氧或含氧的氣體混合物保持，例如空氣。培養溫度通常是20℃-45℃，優選的是25℃-40℃。繼續培養，直到L-賴氨酸的形成達到最大值。這一目標通常在10小時160小時之內達到。
形成的L-賴氨酸的濃度可以借助氨基酸分析儀經離子交換層析和與茚三酮的柱后反應測定，如Spackmann等(分析化學30，1190(1958))描述的。
下列微生物按照布達佩斯條約的條款保藏在德意志微生物保藏中心((DSMZ)，Brunswick，德國)大腸桿菌K-12菌株DH5α/pEC7pyc，保藏號DSM12870大腸桿菌K-12菌株DH5α/pEC7dapBpyc，保藏號DSM12873大腸桿菌K-12菌株DH5α/pEC7lysEdapBpyc，保藏號DSM12874谷氨酸棒桿菌菌株DSM5715/pJC23，保藏號DSM12869
谷氨酸棒桿菌菌株DSM5715aecD::dapA(MA16)，保藏號DSM12867谷氨酸棒桿菌菌株DSM5715aecD::dapA(MC20)，保藏號DSM12868谷氨酸棒桿菌菌株DM678，保藏號DSM12866大腸桿菌K-12菌株DH5α/pEC7lysEpyc，保藏號DSM12872大腸桿菌K-12菌株DH5α/pEC7dapBlysE，保藏號DSM12875大腸桿菌K-12菌株DH5α/pEC7lysE，保藏號DSM12871實施例本發明借助下列實施例詳細說明。
實施例1制備編碼lysE的DNA染色體DNA用常規方法從菌株ATCC13032分離(Eikmanns等，微生物學1401817-1828(1994))。聚合酶鏈反應(PCR)用來擴增攜帶lysE基因的DNA片段。基于谷氨酸棒桿菌已知的lysE基因序列，選擇下列引物寡核苷酸(Vrljic等，分子微生物學22(5)，815-826(1996))(登記號X96471)。
LysBam15′CTC GAG AGC(GGA TCC)GCG CTG ACT CAC C 3′LysBam25′GGA GAG TAC GGC(GGA TCC)ACC GTG ACC 3′所顯示的引物是通過MWG Biotech(Ebersberg，德國)合成的，用Innis等的標準PCR方法(PCR方案，方法和應用指導，1990，學術出版社)進行PCR。這些引物使擴增攜帶lysE基因的1.1kb DNA片段成為可能。所說引物也含有限制性內切核酸酶BamHI的切割位點序列，在以上核苷酸序列中由括弧顯示。
借助在0.8％瓊脂糖凝膠上的電泳鑒別攜帶lysE基因的擴增過的約1.1kb DNA片段，用來源于Qiagen(Hilden，德國)的QIAquick凝膠抽提試劑盒(產品號28704)從凝膠上分離并純化。
然后借助來源于寶靈格曼海姆(曼海姆，德國)的T4 DNA連接酶將給片段連接至載體pUC18(Norrander等，基因(26)101-106(1983))上。這一過程通過以限制性內切核酸酶SmaI充分切割載體pUC18完成，并且用堿性磷酸酶(寶靈格曼海姆，曼海姆，德國)處理來完成。將連接混合物轉化進大腸桿菌菌株DH5α(Hanahan，DNA克隆，一種操作方法，Vol.I.IRL-出版社，牛津，華盛頓DC，USA)。通過在LB瓊脂(Sambrook等，分子克隆實驗室手冊。第二版。冷泉港實驗室出版社，冷泉港，N.Y.)上平板接種轉化混合物選擇攜帶質粒的細胞，所說的瓊脂上補充有氨芐青霉素50mg/l。從轉化子分離質粒DNA，并且通過用限制酶BamHI處理，其后用瓊脂糖凝膠電泳檢查。該質粒稱為pUC18lysE。
實施例2dapB的制備如實施例1所述，從谷氨酸棒桿菌菌株ATCC13032分離染色體DNA。這樣的來源于谷氨酸棒桿菌的dapB基因的序列是已知的(登記號X67737)。然而，所出版的DNA序列僅包括翻譯起始位點上游的56bp，因此翻譯起始位點的5’末端上游被附加測序。
測序利用在已知dapB序列(登記號X67737)的區中結合的引物寡核苷酸以質粒pJC25(EP-B 0435 132)進行。所利用的測序引物的序列是5′GAA CGC CAA CCT TGA TTC C 3′測序用由Sanger等，美國國家科學院院報，(74)5463-5467(1977)描述的鏈終止方法進行。測序反應是借助AutoRead測序試劑盒(Pharmacia，Freiburg)完成的。對測序產品的電泳分析和檢測用Pharmacia(Freiburg，德國)的A.L.F.DNA測序儀完成。
所獲得的DNA序列用來選擇第二引物，以獲得轉錄起始位點上游的進一步的序列數據。下列引物選擇來用于該目的5′CTT TGC CGC CGT TGG GTT C 3′如上的描述進行測序反應，dapB基因的新上游序列顯示在SEQID No.1中。包括dapB基因核苷酸序列的序列顯示在SEQ ID No.2中。
聚合酶鏈反應用來擴增dapB基因。對于這一目的而言，由MWGBiotech合成在dapB基因的已知DNA序列基礎上選擇的兩引物寡核苷酸P-dap5′(AAG CTT)AGG TTG TAG GCG TTG AGC 3′dapall5′TTA ACT TGT TCG GCC ACA GC 3′5′引物(引物P-dap)含有HindIII切割位點，以上序列中由括弧表示。如實施例1進行PCR。以這種方法擴增約1.1kb DNA片段，其攜帶dapB基因并含有在末端的限制性內切核酸酶HindIII切割位點。從0.8％瓊脂糖凝膠(QIAquick凝膠抽提試劑盒，來源于Qiagen，Hilden，德國)純化所獲得的PCR片段，用TOPO TA克隆試劑盒(Invitrogen，Leek，荷蘭，產品號K4550-01)克隆進克隆載體pCR2.1TOPO。將連接混合物轉化進Invitrogen的大腸桿菌菌株TOP10F′，將轉化混合物平板接種在含有卡那霉素(50mg/l)，IPTG(0.16mM)和X-Gal(64mg/l)的LB培養基上，分離卡那霉素抗性菌落。借助Qiagen的QlAprep旋轉小量制備試劑盒從轉化子分離質粒DNA，通過用限制酶HindIII切割和接下來的瓊脂糖凝膠電泳檢查。擴增過的DNA片段的DNA序列通過測序檢查。PCR產物的序列與在SEQ IDNo.1中顯示的序列匹配。所獲得的質粒稱為pCR2.1TOPOdapB。
實施例3制備編碼pyc的DNA谷氨酸棒桿菌菌株ATCC13032用作染色體DNA的供體。如實施例1的描述從菌株ATCC13032分離染色體DNA。聚合酶鏈反應用來擴增攜帶pyc基因的DNA片段。在已知的谷氨酸棒桿菌pyc基因序列(PetersWendisch等，微生物學144，915-927(1998))的基礎上選擇下列PCR引物寡核苷酸(登記號Y09548)。
5-PYC-IN5′GC(T CTA GA)A GTG TCG CAA CCG TGC TTG A 3′
3-PYC-IN5′GC(T CTA GA)T TGA GCC TTG GTC TCC ATC T 3′所顯示的引物是通過MWG Biotech(Ebersberg，德國)合成的，用Innis等的標準PCR方法(PCR方案，方法和應用指導，1990，學術出版社)進行PCR。這些引物使擴增攜帶pyc基因的3.8kb DNA片段成為可能。所說引物也含有限制性內切核酸酶XbaI的切割位點序列，在以上核苷酸序列中由括弧顯示。
借助在0.8％瓊脂糖凝膠上的電泳鑒別攜帶pyc基因的擴增過的約3.8kb DNA片段，用常規方法(QIAquick凝膠抽提試劑盒，QuiagenHilden)從凝膠上分離并純化。
然后借助雙重啟動子Topo TA克隆試劑盒(Invitrogen，Leek，荷蘭，產品編號K4600-01)將片段連接到載體pCRII-TOPO上。將連接混合物轉化進大腸桿菌菌株TOP10(Invitrogen，Leek，荷蘭)。通過將混合物平板接種在含有卡那霉素(50mg/l)和XGal(64mg/l)的LB瓊脂上選擇攜帶質粒的細胞。
在DNA分離之后，借助限制切割檢測所獲得的質粒，并且在瓊脂糖凝膠上鑒別。質粒稱為pCRII-TOPOpyc，測序克隆插入物的DNA序列，用以對照。由于在pCRII-TOPOpyc中的pyc插入物的測定的序列與基因文庫中的匹配，因此其后使用這一質粒。
實施例4將dapB克隆進載體pEC7從質粒pCR2.1TOPOdapB(來源于實施例2)分離攜帶dapB基因的約1.1kb DNA片段。為這一目的，質粒pCR2.1TOPOdapB以限制酶HindIII消化，分離攜帶dapB基因的約1.1kb DNA片段。
將dapB片段插入到載體pEC7中。載體pEC7基于大腸桿菌-谷氨酸棒桿菌穿梭載體pEC5(Eikmanns等，10293-98(1991))。以下列方式從質粒pEC5上除去不位于多接頭上的BamHI切割位點以限制酶BamHI部分切割質粒pEC5。從瓊脂糖凝膠分離約7.2kb DNA片段，突出端以Klenow聚合酶(寶靈格曼海姆)填平。將所形成的DNA片段連接(T4連接酶，寶靈格曼海姆)。將連接混合物轉化進大腸桿菌菌株DH5α，在含有卡那霉素(50mg/l)的LB瓊脂上分離卡那霉素抗性菌落。從轉化子分離(Qiagen的QlAprep旋轉小量制備試劑盒)質粒DNA，并且用限制酶BamHI與PstI限制切割檢查。所形成的質粒稱為pEC6。
質粒pEC6以限制酶XhoI充分切割。將攜帶trp終止子的DNA片段連接到載體DNA片段上(T4連接酶，寶靈格曼海姆)。將連接混合物轉化進大腸桿菌菌株DH5α，在含有卡那霉素(50mg/l)的LB瓊脂上分離卡那霉素抗性菌落。從轉化子分離(Qiagen的QlAprep旋轉小量制備試劑盒)質粒DNA，并且用限制酶BamHI與XhoI限制切割檢查。所形成的質粒稱為pEC7。
所獲得的攜帶dapB的DNA片段連接到載體pEC7上(T4 DNA連接酶，寶靈格曼海姆)，該載體已經以限制酶HindIII充分消化，并且用堿性磷酸酶(寶靈格曼海姆)處理。將連接混合物轉化進大腸桿菌菌株DH5α，在含有卡那霉素(50mg/l)的LB瓊脂上分離卡那霉素抗性菌落。從轉化子分離(Qiagen的QlAprep旋轉小量制備試劑盒)質粒DNA，并且用限制酶HindIII限制切割檢查。所形成的質粒稱為pEC7dapB(

圖1)。所獲得的大腸桿菌菌株稱為DH5α/pEC7dapB。
實施例5 將lysE克隆進載體pEC7將實施例1中所描述的質粒pUC18lysEneu以限制酶BamHI充分消化，攜帶lysE基因的1.1kb BamHI片段用如實施例1的方法分離。載體pEC7以限制酶BamHI同樣充分地切割，并用堿性磷酸酶被處理。將BamHI載體片段和BamHI lysE片段連接(迅速DNA連接試劑盒，寶靈格曼海姆)，并且轉化進大腸桿菌菌株DH5α。在含有氯霉素(10mg/l)的LB瓊脂上選擇攜帶質粒的轉化子。分離質粒DNA(Qiagen的QlAprep旋轉小量制備試劑盒)，并且用酶BamHI限制切割檢查。所形成的質粒稱為pEC7lysE(圖2)。通過將質粒pEC7lysE轉化進大腸桿菌菌株DH5α獲得的菌株稱為DH5α/pEC7lysE。
實施例6將pyc克隆進載體pEC7通過以限制酶XbaI切割從質粒pCRII30 TOPOpyc(實施例3)獲得谷氨酸棒桿菌ATCC13032的攜帶pyc基因的3.8kb DNA片段。3.8kbDNA片段由凝膠電泳鑒別，從凝膠上分離并用常規方法純化，突出端以Klenow聚合酶填充。載體pEC7以限制酶SmaI同樣充分地切割，并且用堿性磷酸酶處理。將用Klenow聚合酶處理的SmaI載體片段和XbaI pyc片段連接(T4連接酶，寶靈格曼海姆)，并且轉化進大腸桿菌菌株DH5α。在含有氯霉素(10mg/l)的LB瓊脂上選擇攜帶質粒的轉化子。分離質粒DNA(QlAprep旋轉小量制備試劑盒，Qiagen，Hilden，德國)，并且以限制酶SalI限制切割檢查。所形成的質粒稱為pEC7pyc(圖3)。通過將質粒pEC7pyc轉化進大腸桿菌菌株DH5α獲得的大腸桿菌菌株稱為DH5α/pEC7pyc。
實施例7制備含有lysE和dapB的質粒從谷氨酸棒桿菌ATCC13032的含有dapB基因的質粒載體pEC7lysE也以限制酶HindIII充分消化，并且利用堿性磷酸酶被處理。將含有dapB的1.1kb片段連接到所形成的線型載體片段上(T4連接酶，寶靈格曼海姆)，并將連接混合物轉化進大腸桿菌菌株DH5α。在含有氯霉素的LB瓊脂上選擇攜帶質粒的轉化子。分離質粒DNA(QlAprep旋轉小量制備試劑盒，Qiagen，Hilden，德國)，并且以限制酶HindIII限制切割檢查。
所形成的質粒稱為pEC7lysEdapB。這一質粒能夠在大腸桿菌和在棒狀菌中自我復制，并且賦予在其宿主上對抗生素氯霉素的抗性。
質粒pEC7lysEdapB同時含有dapB基因(其編碼二氫吡啶二羧酸還原酶)以及lysE基因(其編碼賴氨酸輸送物)。
通過用pEC7lysEdapB轉化大腸桿菌獲得的菌株被保藏。
實施例8制備同時含有dapB和pyc的質粒如實施例6所述，將谷氨酸棒桿菌ATCC13032的攜帶pyc基因(編碼丙酮酸羧化酶)的質粒以限制酶XbaI充分切割，突出端以Klenow聚合酶填充，這使得分離含有丙酮酸羧化酶基因的3.8kb DNA片段成為可能。
也用限制酶SmaI充分切割質粒pEC7dapB(實施例4)，末端用堿性磷酸酶處理。利用T4 DNA連接酶(寶靈格曼海姆，Mannheiin，德國)將所形成的線型載體片段連接到3.8kb DNA片段(含有pyc基因)上。這一步驟產生含有棒狀菌dapB基因和pyc基因的質粒。在含有氯霉素的LB瓊脂上(10mg/l)選擇含有質粒的轉化子。分離質粒DNA(QlAprep旋轉小量制備試劑盒，Qiagen，Hilden，德國)，并且以限制酶SmaI限制切割檢查。質粒如圖4中所示，稱為pEC7dapBpyc。通過將質粒pEC7dapBpyc轉化進大腸桿菌DH5α獲得的大腸桿菌菌株稱為DH5α/pEC7dapBpyc。
實施例9制備含有同時編碼lysE，dapB和pyc的序列的質粒如實施例6所述，將谷氨酸棒桿菌ATCC13032的攜帶pyc基因(編碼丙酮酸羧化酶)的質粒pCRII-TOPOpyc以限制酶XbaI充分切割，并以Klenow聚合酶處理，這使得分離含有丙酮酸羧化酶基因的3.8kbDNA片段成為可能。
也用限制酶SmaI充分切割質粒pEC7dapBlysE，末端用堿性磷酸酶處理。利用T4 DNA連接酶(寶靈格曼海姆，Mannheiin，德國)將所形成的線型載體片段連接到3.8kb DNA片段(含有pyc基因)上。這一步驟產生含有棒狀菌dapB基因和pyc基因的質粒。在含有氯霉素的LB瓊脂上(10mg/l)選擇含有質粒的轉化子。分離質粒DNA(QlAprep旋轉小量制備試劑盒，Qiagen，Hilden，德國)，并且以限制酶SmaI限制切割證實。質粒如圖5中所示，稱為pEC7dapBlysEpyc。通過將質粒pEC7dapBlysEpyc轉化進大腸桿菌DH5α獲得的大腸桿菌菌株稱為DH5α/pEC7dapBlysEpyc。
實施例10用質粒pJC23和pJC33轉化菌株MH20-22B質粒pJC1能夠在大腸桿菌和谷氨酸棒桿菌中復制(Cremer等，分子和普通遺傳學220478-480(1990))。質粒攜帶谷氨酸棒桿菌菌株MH20-22B的lysC(Fbr)基因的pJC33(Cremer等，應用和環境微生物學57(6)，1746-1752(1991))來源于該質粒。
質粒pJC23也基于載體pJC1，并且攜帶谷氨酸棒桿菌ATCC13032的dapA基因(Cremer等，分子和普通遺傳學220478-480(1990))(EP-B 0 435 132)。通過電穿孔法(Haynes和Britz，FEMS微生物學通訊(61)329-334(1989))將質粒pJC1，pJC33和pJC23引入菌株MH20-22B。谷氨酸棒桿菌菌株MH20-22B是AEC-抗性賴氨酸生產菌，以保藏號DSM5715保藏。
在含有卡那霉素15mg/l的選擇瓊脂(LBHIS瓊脂(18.5g/l腦-心浸漬液，0.5M山梨醇，5g/l細菌培養用胰蛋白胨，2.5g/l細菌培養用酵母提取物的，5g/l NaCl，18g/l細菌培養用瓊脂))上，分離電穿孔法獲得的轉化子。用常規方法(Peters-Wendisch等，微生物學144，915-927(1998))分離質粒DNA，以合適的限制性內切酶切割，并且檢查。所獲得的菌株稱為MH20-22B/pJC1，MH20-22B/pJC33和MH20-22B/pJC23。
實施例11用質粒pEC7pyc，pEC7dapBpyc和pEC7dapBlysEpyc轉化將第二種質粒提供給實施例10中制備的菌株。
將下列質粒用電穿孔法方法引入所描述的菌株MH20-22B/pJC1，MH20-22B/pJC33和MH20-22B/pJC23中pEC7pyc(參見實施例6)pEC7dapBpyc(參見實施例8)pEC7dapBlysEpyc(參見實施例9)轉化的細菌基于它們所含有的質粒的抗生素抗性選擇。在選擇瓊脂(LBHIS瓊脂，含有卡那霉素15mg/l以及氯霉素7.5mg/l)上分離借助電穿孔法所獲得的轉化子。分離質粒DNA，以合適的限制性內切酶切割，并且檢查。
獲得的菌株列表如下DSM 5715/pJC1/pEC7pycDSM 5715/pJC33/pEC7pycDSM 5715/pJC23/pEC7pycDSM 5715/pJC23/pEC7dapBpycDSM 5715/pJC23/pEC7lysEdapBpyc實施例12 制備L-賴氨酸將實施例10和11中獲得的各種谷氨酸棒桿菌菌株在適于賴氨酸生產的營養培養基上培養，并測定上清液的賴氨酸含量。
其是由以下步驟完成的，首先于33℃在具有合適的抗生素的瓊脂平板(腦-心瓊脂，含有卡那霉素(25mg/l)，氯霉素(10mg/l))上培養各種菌株24小時。將這些瓊脂平板培養物用于接種預培養物(100ml錐形瓶中10ml培養基)。完全培養基CgIII用作預培養培養基。加入卡那霉素(25mg/l)和氯霉素(10mg/l)。預培養在搖床上于240rpm下33℃進行24小時。這一預培養物用來接種主培養，以給出初始OD(660nm)0.2。培養基MM用于主培養。
培養基MMCSL 5gMOPS20g/l葡萄糖 50g/l(分別加壓滅菌)鹽硫酸銨 25g/l磷酸二氫鉀 0.1g/l七水硫酸鎂 1.0g/l二水氯化鈣 10mg/l七水硫酸亞鐵10mg/l
一水硫酸錳 5.0mg/l生物素 0.3mg/l(過濾滅菌)硫胺素*HCl 0.2mg/l(過濾滅菌)碳酸鈣 25g/l縮寫CSL玉米漿MOPS嗎啉丙烷磺酸CSL，MOPS和鹽溶液以氨水調整至pH7，并加壓滅菌。然后加入無菌底物、維生素溶液和干滅菌的碳酸鈣。
培養在具有擋板的100ml錐形瓶中的10ml體積中進行。加入卡那霉素(25mg/l)和氯霉素(10mg/l)。在33℃和80％大氣濕度下進行培養。
在72小時之后，在660nm的波長下測量OD。所形成的賴氨酸的量借助Eppendorf BioTronik(漢堡，德國)的氨基酸分析儀經離子交換層析和與茚三酮的柱后衍生化檢測反應測定。葡萄糖含量用SkalarAnalytik GmbH(Erkelenz，德國)的糖分析儀測定。
實驗結果如表1所示。
表1
實施例13將aecD基因克隆進載體pUC18用限制酶BglII和EcoRV充分消化質粒pSIR21(Rossol，博士論文，Bielefeld大學，1992)，然后分離攜帶谷氨酸棒桿菌ATCC13032的aecD基因(登錄號M89931)(Rossol和Puhler，細菌學雜志，174(9)，2968-2977(1992))的1.4kb DNA片段。根據Sambrook等所述(分子克隆實驗手冊(1989)，冷泉港實驗室出版社)用T4DNA連接酶將分離出的DNA片段與已預先用BamHI和SmaI限制性內切酶充分消化的質粒pUC18連接。將連接混合物轉化進大腸桿菌菌株DH5α。在含有氨芐青霉素(100mg/l)的腦-心瓊脂平板上選擇轉化子，分離質粒DNA。所得質粒被稱為pUC18::aecD。
實施例14將dapA基因克隆進質粒pSP72從質粒pJC20(Cremer，J.博士論文，1989，Dusseldorf大學)分離作為SphI-BamHI片段的dapA基因片段。載體pSP72(Promega公司，USA)用酶SphI和BamHI充分切割并用堿性磷酸酶處理。將載體和攜帶dapA的片段用T4 DNA連接酶連接，并將該DNA轉化大腸桿菌菌株XL1 Blue(Bullock，Fernandez和Short，生物技術(5)376-379(1987))。在含100mg/l氨芐青霉素的LB培養基上選擇轉化子。從轉化子分離質粒DNA，該質粒被稱為pSP72::dapA。
實施例15 dapA啟動子的誘變及質粒pSP72::dapA(MC20)和pSP72::dapA(MA16)的制備用Stratagene公司的Quickchange定點誘變試劑盒進行啟動子區的誘變。根據已有的dapA序列設計如下引物用于誘變對于制備pSP72::dapA(MC20)針對MC20的引物dap1CCA AAT GAG AGA TGG TAA CCT TGA ACT CTA TGA GCA針對MC20的引物dap2GTG CTC ATA GAG TTC AAG GTT ACC ATC TTC CCT CATTTG G對于制備pSP72::dapA(MA16)針對MA16的引物dap3CCA AAT GAG GGA AGA AGG TAT AAT TGA ACT CTA TGAGCA
針對MA16的引物dap4GTG CTC ATA GAG TTC AAT TAT ACC TTC TTC CCT CATTTG G根據廠商(Stratagene)指導用Quickchange定點誘變試劑盒以質粒pSP72::dapA(實施例14)為模板進行PCR反應。
將誘變反應物轉化大腸桿菌菌株XL1-Blue。在具有100mg/l羧芐青霉素的LB培養基上選擇轉化子。從轉化子中分離質粒DNA，用BstEII切割證實BstEII切割位點的刪除，不再具有BstEII切割位點的質粒具有所希望的突變。
將所得質粒轉化dapA缺陷型大腸桿菌突變體RDA8。轉化反應物涂布在具有100mg/l羧芐青霉素的LB上，以測試dapA突變的互補作用。從轉化子中分離DNA，所得質粒稱為pSP72::dapA(MC20)和pSP72::dapA(MA16)。用反向和通用測序引物經Sanger等，美國科學院院刊(74)5463-5467(1977)所述的鏈終止反應法測序質粒。測序反應用AutoRead測序試劑盒(Pharmacia，Freiburg)進行。對測序產物的電泳分析和檢測用Pharmacia(Freiburg，德國)的A.L.F.DNA測序儀完成。
實施例16質粒pK19mobsacBaecD::dapA(MC20)和pK19mobsacBaecD::dapA(MA16)的制備(誘變片段的克隆)用限制性內切酶PvuII和SmaI充分消化質粒pSP72::dapA(MC20)和pSP72::dapA(MA16)(實施例15)。1450bp的PvuII-SmaI片段攜帶具有突變的啟動子MC20或MA16的dapA基因，將該片段與StuI酶切的載體pUC18::aecD(實施例13)經T4DNA連接酶連接。連接混合物轉化大腸桿菌菌株DH5α。在具有100mg/l氨芐青霉素的LB培養基上選擇轉化子。從轉化子中分離質粒DNA。以此方式獲得質粒pUC18aecD::dapA(MC20)和pUC18aecD::dapA(MA16)。
質粒pUC18aecD::dapA(MC20)和pUC18aecD::dapA(MA16)用限制性內切酶EcoRI部分酶切并用SalI酶充分酶切，以獲得3.0kb的攜帶aecD::dapA(MA16)或aecD::dapA(MC20)的片段。用T4 DNA連接酶將該片段與經酶切并經堿性磷酸酶處理的載體pK19mobsacB(Schafer等，基因(145)69-73(1994))連接。連接混合物轉化大腸桿菌菌株DH5(Hanahan(1985)，DNA克隆實用方案，第1卷，IRL出版社，Oxford，美國華盛頓特區)。在具有50mg/l卡那霉素的LB培養基上選擇轉化子。由此獲得質粒pK19mobsacBaecD::dapA(MC20)和pK19mobsacBaecD::dapA(MA16)。
用質粒DNA轉化大腸桿菌菌株S17-1(Simon，Priefer和Puhler，生物/技術，(1)784-791(1983))。在具有50mg/l卡那霉素的LB培養基上選擇轉化子。從轉化子中分離質粒DNA并檢查。獲得的菌株稱為S17-1/pK19mobsacBaecD::dapA(MC20)和S17-1/pK19mobsacBaecD::dapA(MA16)。
實施例17制備谷氨酸棒桿菌菌株DSM5715aecD::dapA(MC20)和DSM5715aecD::dapA(MA16)用接合方法(Schafer等，細菌學雜志(172)1663-1666(1990))將S17-1/pK19mobsacBaecD::dapA(MC20)和S17-1/pK19mobsacBaecD::dapA(MA16)(實施例16)中的質粒pK19mobsacBaecD::dapA(MC20)和pK19mobsacBaecD::dapA(MA16)轉移進谷氨酸棒桿菌菌株DSM5715中。將接合混合物涂布在具有萘啶酮酸和卡那霉素的腦—心培養基上以選擇接合轉移子。將所得接合轉移子在10ml腦—心培養基中過夜培養，將培養基等份涂布在含有蔗糖的培養基平板上(含10％蔗糖的腦—心瓊脂)，以根據對蔗糖的敏感性篩選。分離蔗糖抗性菌落并在含氯霉素和卡那霉素的瓊脂平板(含15mg/l卡那霉素的腦—心培養基和含10mg/l氯霉素的腦—心培養基)再檢查。
分離具有下述表型的菌落蔗糖抗性卡那霉素敏感性氯霉素敏感性經Southern印跡(Sambrook等，分子克隆實驗手冊(1989)，冷泉港實驗室出版社)證實dapA片段插入aecD基因中。
實施例18制備谷氨酸棒桿菌菌株DSM5715aecD::dapA(MC20)/pEC7pyc，DSM5715aecD::dapA(MA16)/pEC7pyc，DSM5715aecD::dapA(MC20)/pEC7，DSM5715aecD::dapA(MA16)/pEC7和DSM5715/pEC7將實施例6的pyc基因插入載體pEC7中，經電穿孔(Haynes，1989，FEMS微生物通信61329-334)將質粒pEC7pyc或質粒pEC7導入菌株DSM5715aecD::dapA(MC20)，DSM5715aecD::dapA(MA16)和DSM5715(實施例17)中，獲得谷氨酸棒桿菌DSM5715aecD::dapA(MC20)/pEC7pyc，DSM5715aecD::dapA(MA16)/pEC7pyc，DSM5715aecD::dapA(MC20)/pEC7，DSM5715aecD::dapA(MA16)/pEC7和DSM5715/pEC7。在具有25mg/l卡那霉素的腦—心瓊脂上選擇轉化子。從轉化子分離質粒DNA并證實。
以此方式獲得如下菌株DSM5715aecD::dapA(MC20)/pEC7pyc，DSM5715aecD::dapA(MA16)/pEC7pyc，DSM5715aecD::dapA(MC20)/pEC7，DSM5715aecD::dapA(MA16)/pEC7和DSM5715/pEC7。
實施例19用實施例18中制得的菌株制備賴氨酸如實施例12所述，將菌株DSM5715aecD::dapA(MC20)/pEC7pyc，DSM5715aecD::dapA(MA16)/pEC7pyc，
DSM5715aecD::dapA(MC20)/pEC7，DSM5715aecD::dapA(MA16)/pEC7和DSM5715/pEC7在培養基CgIII(Kase & Nakayama，農業和生物化學36(9)1611-1621(1972)中預培養，然后在生產培養基MM中培養。48小時后測660nm光密度和所形成的L-賴氨酸濃度。
表2示出結果。
表2
序列表<110>德古薩股份公司<120>生產L-賴氨酸的棒狀菌和制備賴氨酸的方法<130>980183 BT<140>
<141>
<160>6<170>PatentIn Ver.2.1<210>1<211>795<212>DNA<213>谷氨酸棒桿菌<220>
<221>-35_信號<222>(774)..(779)<220>
<223>dapB上游的DNA<400>1ctgcagcaat gagaccgagt aatttcgggg ttgaccagat acaccaatga gaacttggga 60acgggcttca aaaatactgg tgaagttgat gtcttcaaca atgcctgcac caggatatga 120tccggtatcg atacctggaa cgacaacctg atcaggatat ccagtgcctt gaatattgac 180gttgaggaag gaatcaccag ccatctcaac tggaagacct gacgcctgct gaattggatc 240agtggcccaa tcgacccacc aaccaggttg gccattaccg gcgatatcaa aaacaactcg 300tgtgaacgtt tcgtgctcgg caacgcggat gccagcgatc gacatatcgg agtcaccaac 360ttgagcctgc tgcttctgat ccatcgacgg ggaacccaac ggcggcaaag cagtggggga 420aggggggagt ttggtgcact ctgaaccgag tggtctctga agtggtaggc gacggggcag 480ctatctgaag gcgtgcgagt tgtggtgacc gggttagcgg tttcagtttc tgtcacaact 540ggagcaggac tagcagaggt tgtaggcgtt gagccgcttc catcacaagc acttaaaagt 600aaagaggcgg aaaccacaag cgccaaggaa ctactgcgga acgggcggtg aagggcaact 660taagtctcat atttcaaaca tagttccacc tgtgtgatta atccctagaa cggaacaaac 720tgatgaacaa tcgttaacaa cacagaccaa aacggtcagt taggtatgga tatcagcacc 780ttctgaacgg gtacg 795<210>2<211>1815<212>DNA<213>谷氨酸棒桿菌<220>
<221>-35_信號<222>(774)..(779)<220>
<221>-10_信號<222>(798)..(803)<220>
<221>CDS<222>(851)..(1594)
<400>2ctgcagcaat gagaccgagt aatttcgggg ttgaccagat acaccaatga gaacttggga 60acgggcttca aaaatactgg tgaagttgat gtcttcaaca atgcctgcac caggatatga 120tccggtatcg atacctggaa cgacaacctg atcaggatat ccagtgcctt gaatattgac 180gttgaggaag gaatcaccag ccatctcaac tggaagacct gacgcctgct gaattggatc 240agtggcccaa tcgacccacc aaccaggttg gccattaccg gcgatatcaa aaacaactcg 300tgtgaacgtt tcgtgctcgg caacgcggat gccagcgatc gacatatcgg agtcaccaac 360ttgagcctgc tgcttctgat ccatcgacgg ggaacccaac ggcggcaaag cagtggggga 420aggggggagt ttggtgcact ctgaaccgag tggtctctga agtggtaggc gacggggcag 480ctatctgaag gcgtgcgagt tgtggtgacc gggttagcgg tttcagtttc tgtcacaact 540ggagcaggac tagcagaggt tgtaggcgtt gagccgcttc catcacaagc acttaaaagt 600aaagaggcgg aaaccacaag cgccaaggaa ctactgcgga acgggcggtg aagggcaact 660taagtctcat atttcaaaca tagttccacc tgtgtgatta atccctagaa cggaacaaac 720tgatgaacaa tcgttaacaa cacagaccaa aacggtcagt taggtatgga tatcagcacc 780ttctgaacgg gtacgtctag actggtgggc gtttgaaaaa ctcttcgccc cacgaaaatg 840aaggagcata atg gga atc aag gtt ggc gtt ctc gga gcc aaa ggc cgt 889Met Gly Ile Lys Val Gly Val Leu Gly Ala Lys Gly Arg1 5 10gtt ggt caa act att gtg gca gca gtc aat gag tcc gac gat ctg gag937Val Gly Gln Thr Ile Val Ala Ala Val Asn Glu Ser Asp Asp Leu Glu15 20 25ctt gtt gca gag atc ggc gtc gac gat gat ttg agc ctt ctg gta gac985Leu Val Ala Glu Ile Gly Val Asp Asp Asp Leu Ser Leu Leu Val Asp30 35 40 45aac ggc gct gaa gtt gtc gtt gac ttc acc act cct aac gct gtg atg1033Asn Gly Ala Glu Val Val Val Asp Phe Thr Thr Pro Asn Ala Val Met50 55 60ggc aac ctg gag ttc tgc atc aac aac ggc att tct gcg gtt gtt gga1081Gly Asn Leu Glu Phe Cys Ile Asn Asn Gly Ile Ser Ala Val Val Gly65 70 75acc acg ggc ttc gat gat gct cgt ttg gag cag gtt cgc gac tgg ctt1129Thr Thr Gly Phe Asp Asp Ala Arg Leu Glu Gln Val Arg Asp Trp Leu80 85 90gaa gga aaa gac aat gtc ggt gtt ctg atc gca cct aac ttt gct atc1177Glu Gly Lys Asp Asn Val Gly Val Leu Ile Ala Pro Asn Phe Ala Ile95 100 105tct gcg gtg ttg acc atg gtc ttt tcc aag cag gct gcc cgc ttc ttc1225Ser Ala Val Leu Thr Met Val Phe Ser Lys Gln Ala Ala Arg Phe Phe110 115 120 125
gaa tca gct gaa gtt att gag ctg cac cac ccc aac aag ctg gat gca1273Glu Ser Ala Glu Val Ile Glu Leu His His Pro Asn Lys Leu Asp Ala130 135 140cct tca ggc acc gcg atc cac act gct cag ggc att gct gcg gca cgc1321Pro Ser Gly Thr Ala Ile His Thr Ala Gln Gly Ile Ala Ala Ala Arg145 150 155aaa gaa gca ggc atg gac gca cag cca gat gcg acc gag cag gca ctt1369Lys Glu Ala Gly Met Asp Ala Gln Pro Asp Ala Thr Glu Gln Ala Leu160 165 170gag ggt tcc cgt ggc gca agc gta gat gga atc ccg gtt cat gca gtc1417Glu Gly Ser Arg Gly Ala Ser Val Asp Gly Ile Pro Val His Ala Val175 180 185cgc atg tcc ggc atg gtt gct cac gag caa gtt atc ttt ggc acc cag1465Arg Met Ser Gly Met Val Ala His Glu Gln Val Ile Phe Gly Thr Gln190 195 200 205ggt cag acc ttg acc atc aag cag gac tcc tat gat cgc aac tca ttt1513Gly Gln Thr Leu Thr Ile Lys Gln Asp Ser Tyr Asp Arg Asn Ser Phe210 215 220gca cca ggt gtc ttg gtg ggt gtg cgc aac att gca cag cac cca ggc1561Ala Pro Gly Val Leu Val Gly Val Arg Asn Ile Ala Gln His Pro Gly225 230 235cta gtc gta gga ctt gag cat tac cta ggc ctg taaaggctca tttcagcagc 1614Leu Val Val Gly Leu Glu His Tyr Leu Gly Leu240 245gggtggaatt ttttaaaagg agcgtttaaa ggctgtggcc gaacaagtta aattgagcgt 1674ggagttgata gcgtgcagtt cttttactcc acccgctgat gttgagtggt caactgatgt 1734tgagggcgcg gaagcactcg tcgagtttgc gggtcgtgcc tgctacgaaa cttttgataa 1794gccgaaccct cgaactgctt c1815<210>3<211>248<212>PRT<213>谷氨酸棒桿菌<400>3Met Gly Ile Lys Val Gly Val Leu Gly Ala Lys Gly Arg Val Gly Gln1 5 10 15Thr Ile Val Ala Ala Val Asn Glu Ser Asp Asp Leu Glu Leu Val Ala20 25 30Glu Ile Gly Val Asp Asp Asp Leu Ser Leu Leu Val Asp Asn Gly Ala35 40 45Glu Val Val Val Asp Phe Thr Thr Pro Asn Ala Val Met Gly Asn Leu50 55 60Glu Phe Cys Ile Asn Asn Gly Ile Ser Ala Val Val Gly Thr Thr Gly65 70 75 80
Phe Asp Asp Ala Arg Leu Glu Gln Val Arg Asp Trp Leu Glu Gly Lys85 90 95Asp Asn Val Gly Val Leu Ile Ala Pro Asn Phe Ala Ile Ser Ala Val100 105 110Leu Thr Met Val Phe Ser Lys Gln Ala Ala Arg Phe Phe Glu Ser Ala115 120 125Glu Val Ile Glu Leu His His Pro Asn Lys Leu Asp Ala Pro Ser Gly130 135 140Thr Ala Ile His Thr Ala Gln Gly Ile Ala Ala Ala Arg Lys Glu Ala145 150 155 160Gly Met Asp Ala Gln Pro Asp Ala Thr Glu Gln Ala Leu Glu Gly Ser165 170 175Arg Gly Ala Ser Val Asp Gly Ile Pro Val His Ala Val Arg Met Ser180 185 190Gly Met Val Ala His Glu Gln Val Ile Phe Gly Thr Gln Gly Gln Thr195 200 205Leu Thr Ile Lys Gln Asp Ser Tyr Asp Arg Asn Ser Phe Ala Pro Gly210 215 220Val Leu Val Gly Val Arg Asn Ile Ala Gln His Pro Gly Leu Val Val225 230 235 240Gly Leu Glu His Tyr Leu Gly Leu245<210>4<211>79<212>DNA<213>谷氨酸棒桿菌<220>
<223>dapA野生型啟動子<400>4gttaggtttt ttgcggggtt gtttaacccc caaatgaggg aagaaggtaa ccttgaactc 60tatgagcaca ggtttaaca 79<210>5<211>79<212>DNA<213>合成序列<220>
<223>合成序列的描述具有MC20突變的谷氨酸棒桿菌dapA啟動子<220>
<221>突變<222>(45)
<400>5gttaggtttt ttgcggggtt gtttaacccc caaatgaggg aagatggtaa ccttgaactc 60tatgagcaca ggtttaaca 79<210>6<211>80<212>DNA<213>合成序列<220>
<223>合成序列的描述具有MA16突變的谷氨酸棒桿菌dapA啟動子<220>
<221>突變<222>(35)..(53)<400>6gttaggtttt ttgcggggtt gtttaacccc caaaatgagg gaagaaggta taattgaact 60ctatgagcac aggtttaaca 80
附圖有下列附圖圖1pEC7dapB(參見實施例4)圖2pEC7lysE(參見實施例5)圖3pEC7pyc(參見實施例6)圖4pEC7dapBpyc(參見實施例8)圖5pEC7lysEdapBpyc(參見實施例9)用于附圖的縮寫定義如下Cm氯霉素抗性基因dapB谷氨酸棒桿菌的dapB基因lysE谷氨酸棒桿菌的lysE基因pyc谷氨酸棒桿菌的pyc基因OriE質粒編碼的大腸桿菌的復制起點pBL質粒pBL1的DNA片段EcoRI限制酶EcoRI切割位點EcoRV限制酶EcoRV切割位點HincII限制酶HincII切割位點HindIII限制酶HindIII切割位點KpnI限制酶KpnI切割位點SalI限制酶SalI切割位點SmaI限制酶SmaI切割位點SphI限制酶SphI切割位點PvuII限制酶PvuII切割位點BamHI限制酶BamHI切割位點。
權利要求
1.谷氨酸棒桿菌菌種的生產L-賴氨酸的細菌，其包含a)超量表達的谷氨酸棒桿菌的編碼丙酮酸羧化酶的野生型pyc基因，其中所述pyc基因的超量表達通過增加所述pyc基因的拷貝數而實現；和b)超量表達的谷氨酸棒桿菌的編碼二氫吡啶二羧酸還原酶的野生型dapB基因，其中所述dapB基因額外含有SEQID No.1中所示的、該基因翻譯起始位點上游的5’端，其中所述谷氨酸棒桿菌的野生型pyc基因的超量表達或者所述谷氨酸棒桿菌的野生型dapB基因的超量表達產生高于野生型谷氨酸棒桿菌中發現的水平的丙酮酸羧化酶活性或二氫吡啶二羧酸還原酶活性。
2.權利要求1的細菌，其中谷氨酸棒桿菌的編碼賴氨酸輸出載體的lysE基因被超量表達，其中所述lysE基因的超量表達通過增加所述基因的拷貝數而實現。
3.權利要求1的細菌，其進一步包含超量表達的谷氨酸棒桿菌的編碼天冬氨酸激酶的lysC基因，其中所述基因以高于其在野生型谷氨酸棒桿菌中的表達水平而表達，且其中所述天冬氨酸激酶對賴氨酸和/或蘇氨酸所致的抑制作用有抗性。
4.一種生產L-賴氨酸的方法，其中發酵權利要求1的細菌并在培養基中或細菌細胞中富集L-賴氨酸。
5.一種生產L-賴氨酸的方法，其中發酵權利要求2的細菌并在培養基中或細菌細胞中富集L-賴氨酸。
6.一種生產L-賴氨酸的方法，其中發酵權利要求3的細菌并在培養基中或細菌細胞中富集L-賴氨酸。
7.一種重組DNA，其來源于棒狀菌并且能夠在棒狀菌中復制，該DNA至少含有額外包含SEQ ID No.1中所示的、dapB基因翻譯區上游的5’端的核苷酸序列。
8.權利要求7的重組DNA，其具有SEQ ID No.1所示的核苷酸序列。
全文摘要
本發明涉及棒狀菌的生產L－賴氨酸的菌株，其具有擴增的pyc基因(丙酮酸羧化酶基因)，在這些菌株中，選自包括dapA基因(二氫吡啶二羧酸合酶基因)，lysC基因(天冬氨酸激酶基因)，lysE基因(賴氨酸輸送載體基因)和dapB基因(二氫吡啶二羧酸還原酶基因)的組的附加基因，特別是dapA基因得到擴增，尤其是得到超量表達，本發明也涉及制備L－賴氨酸的方法。
文檔編號C12P13/08GK1847389SQ200510119359
公開日2006年10月18日 申請日期2000年7月7日 優先權日1999年7月7日
發明者卡羅琳·克羅伊策, 貝蒂娜·默克爾, 瓦爾特·普費弗勒, 洛塔爾·埃格林, 赫爾曼·扎姆, 米羅斯拉夫·帕特克 申請人:德古薩股份公司