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JP2996975B2 - Method for synthesizing sugar nucleotides using recombinant DNA method - Google Patents

Method for synthesizing sugar nucleotides using recombinant DNA method

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JP2996975B2
JP2996975B2 JP62502314A JP50231487A JP2996975B2 JP 2996975 B2 JP2996975 B2 JP 2996975B2 JP 62502314 A JP62502314 A JP 62502314A JP 50231487 A JP50231487 A JP 50231487A JP 2996975 B2 JP2996975 B2 JP 2996975B2
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udp
glucose
plasmid
synthesis
sugar
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JP62502314A
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JPH01500560A (en
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ビトラッチ,マイケル,アール.
ドハーティ,ダニエル,エイチ.
バンダースライス,レベッカ,ダブリュ.
Original Assignee
ゲティ サイエンティフィック デベロップメントカンパニー
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Publication date
Application filed by ゲティ サイエンティフィック デベロップメントカンパニー filed Critical ゲティ サイエンティフィック デベロップメントカンパニー
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 これは、1986年3月24日に出願された米国特許出願N
o.843,349号の一部継続出願である。 この発明は種々の糖ヌクレオチドの製造のための組換
DNA法に関し、この糖成分は次に、やはり組換DNA法によ
り微生物的に生産されるポリサッカライドに導入され
る。 ある種の微生物が工業的に有用な種々のポリサッカラ
イドを生産することができることは古くから知られてい
る。ポリサッカライドの生合成に先立ち、これらの微生
物はポリサッカライドを構成するための糖ヌクレオチド
源を有さなければならない。キサンタンガムを生産する
ことができる微生物であるキサントモナス・カンペスト
リス(Xanthomonas campestris)の場合、糖ヌクレオ
チドであるUDP−グルコース、GDP−マンノース及びUDP
−グルクロン酸が生合成経路における直接の前駆体のす
べてであることが見出されている。すなわち、キサンタ
ンの生合成の経路を説明するにあたり、本発明者等はX.
カンペストリス(X.campestris)における糖ヌクレオチ
ドの合成を担当するDNA配列を見出し、そしてキサント
モナス(Xanthomonas)sp.及びこれに代る宿主において
これらの糖ヌクレオチドを生産するための組換DNA法を
開発した。 キサンタンガムを天然に生産することができるキサン
トモナスsp.において糖ヌクレオチドの生産を増加せし
めるためのこれらの方法の開発は、これらの微生物によ
るこのポリサッカライドの生産の増加を可能にするはず
である。これらの微生物中には検出することができるレ
ベルの糖ヌクレオチド前駆体が存在するが、それらのレ
ベルは低いことが見出された。さらに、ポリサッカライ
ドの集成を担当する生合成経路の部分に変異が存在する
キサントモナス生物体中では、これらの糖ヌクレオチド
前駆体の細胞内量が2〜7倍増加することも注目され
た。従って、天然キサンタン生産における律速段階は糖
ヌクレオチド前駆体濃度であり、そして糖ヌクレオチド
生産を指令することができる追加のDNA配列の導入によ
り細胞内糖ヌクレオチド濃度を上昇せしめることができ
ると信じられる。 さらに、キサンタンガムの製造のための組換DNA法に
おいて使用するための代替宿主として望ましいと認めら
れる幾つかの微生物は一般に、必要とされる糖ヌクレオ
チド前駆体を生産しないか、又はキサンタン生産を可能
にするために効果的な量ではそれらを生産しないことが
見出された。最近期待されているこの様な組換DNA法及
び代替宿主の側は、1986年3月26日に出願された、“Re
combinant DNA−Mediated Production of Xanthan Gum"
と題するMichael A.Capage等の米国特許出願No.844,332
号に記載されている。従って、これらの方法において
は、キサンタン生合成遺伝子を発現させるのに加えて、
必要とされる糖ヌクレオチド前駆体を生産するように代
替宿主を誘導する必要がある。本発明は一部においてこ
の様な方法を提供する。 さらに、本発明の方法は、キサンタン以外のポリサッ
カライドに糖を導入することが意図される場合に糖ヌク
レオチド生産を誘導するために使用することができる。
例えば、生合成前駆体として本発明の糖ヌクレオチドの
幾つか又はすべてを必要とするキサンタンの変形体であ
る他の種々のガムが同定されている。これらのガムに
は、1985年8月6日に出願された“A Polysaccharide P
olymer Made by Xanthomonas"と題するVanderslice等の
係属中の米国特許出願No.762,878号に記載されている。 さらに、ここに開示する糖ヌクレオチドの製造のため
の組換DNA法は、医薬製剤としても関心が持たれるある
種のポリサッカライドの製造のためにも使用されること
が期待される。例えば、E.コリ(E.coli)により生産さ
れるポリサッカライドコロン酸(colonic acid)は、予
防接種目的に有用な可能性ある抗原として期待される。
コロン酸の生産は前駆体ヌクレオチドの増加した微生物
的生産により開始され又は増強されると信じられる。 発現及び活性を調節する通常の制御機構は外来DNA又
は酵素については有効でないから、他の微生物種へのDN
A配列の導入はこれらの配列により指令される糖ヌクレ
オチドの生産を増強することもできるであろう。さら
に、多くの抗生物質例えばストレプトマイセス(Strept
omyces)の種により生産されるマクロライド抗生物質の
一般的部類は糖ヌクレオチド前駆体に由来する糖成分を
有する。糖ヌクレオチドを製造するための組換DNA法を
このような微生物に適用して抗生物質の生合成のための
必須の前駆体の利用を増強することができる。 発明の概要 この発明の1つの目的は、糖ヌクレオチドの組換DAN
法による製造方法を提供することである。これらの糖ヌ
クレオチドは、種々のポリサッカライドのイン−ビボ合
成において、特に、キサンタン及び1986年3月26日に出
願された“Family of Xanthan−Based Polysaccharide
polymers Including Non−Acetylated and/or Non−Pyr
uvylated Gum and Acetylated or Non−Acetylated Pol
ytetramer Gum"と題するDoherty等の米国特許出願No.84
4,435中に十分に記載されている、キサンタンに構造的
に関連する新規なポリサッカライドの合成において使用
することができると期待される。 これらの糖ヌクレオチドの組換DNAによる合成を促進
するため、本発明の他の目的はこれらのポータブル配列
を含有するベクターを提供することである。これらのベ
クターを組換系において使用して、微生物的に生産され
るポリサッカライドを生成せしめるのに十分な量の糖ヌ
クレオチドを生産することができる。 この発明の追加の目的及び利点は一部は明細書に記載
され、又はこの発明の実施によって知られるであろう。
これらの目的及び利点は添付された請求の範囲において
具体的に指摘される手段及び組合わせにより実現され、
そして達成されるであろう。 これらの目的を達成するため、そして本発明の目的に
従って、糖ヌクレオチドの製造方法が記載される。この
様な糖ヌクレオチドの糖成分は、1986年3月26日に出願
された“Recombinant−DNA Mediated Production of Xa
nthan Gum"と題するCapage等の米国特許出願No.844,332
に記載されている方法及びベクターを用いて、キサンタ
ンのごときポリサッカライドに導入されるであろう。 ポータブルDNA配列は合成配列でも制限断片(“天然"
DAN配列)でもよい。好ましい態様においては、ポータ
ブルDNA配列はX.カンペストリスのライブラリーから単
離され、そして代替宿主に移行される場合、少なくとも
1種の糖ヌクレオチドの生産を指令することができる。 さらに、前記の目的を達成するため、そして本発明の
目的に従って、前記のポータブルDNA配列を用いて、キ
サンタンガム及び他のポリサッカライドを製造するため
に使用することができる糖ヌクレオチドの微生物的生産
をもたらす組換DNA法が開示される。この組換DAN法は: a)少なくとも1種類の糖ヌクレオチドを生産するよう
に代替宿主微生物を指令することができる少なくとも1
のポータブルDNA配列を調製し; b)宿主微生物に移行することができそしてその中で複
製することができるベクターであって、生合成酵素をコ
ードする前記ポータブルDNA配列の発現のための因子を
含有するベクターに該ポータブルDNA配列をクローニン
グし; c)前記ポータブルDNA配列の指令のもとで糖ヌクレオ
チド合成のための生合成酵素を生産することができる宿
主微生物へ、該ポータブルDNA配列を含有する前記ベク
ターを移行せしめ; d)前記ベクターの維持及び前記糖ヌクレオチドの合成
のために適当な条件下での前記宿主微生物を培養し;そ
して場合によっては、 e)前記糖ヌクレオチドを採取する; を含んで成る。 前記の目的をさらに達成するため、そして本発明の目
的にさらに従って、前記のポータブルDNA配列の少なく
とも1つをそれぞれが含有する一連のプラスミドが提供
される。特に、プラスミドpAS7,pAS9及びpTS13が開示さ
れる。さらに、ホスホグルコムターゼを欠くX.カンペス
トリスの変異株X872が提供される。キサントモナス・カ
ンペストリスX872株は、1986年3月21日に、American T
ype Culture Collection(ATCC),Rocoville,Maryland
に、受託番号No.53471として寄託された。プラスミドpA
S9を担持するE.コリLE392(pAS9)、プラスミドpAS7を
担持するE.コリLE392(pAS7)、及びプラスミドpTS13を
担持するE.コリLE392(pTS13)が、1986年3月21日に、
それぞれNo.67050,No.67048、およびNo.67047として寄
託された。 前記の一般的記載及び以後の詳細な記載はいずれも単
に例示しそして説明するためのものであって、請求の範
囲のようにこの発明を限定するものではないと理解すべ
きである。添付図面は、この明細書に組み込まれそして
その一部を構成するものであって、この発明の種々の具
体例を例示し、そしてこの記載と相俟ってこの発明の原
理を説明するために役立つものである。 図面の簡単な説明 第1図は、UDP−グルコース、UDP−グルクロン酸、及
びGDP−マンノースの合成のための生合成経路を示すも
のである。 第2図は、標準混合物中のUDP−グルコース、GDP−マ
ンノース、UDP−ガラクチュロン酸及びUDP−グルクロン
酸の高速液体クロマトグラフィーによる分離を示す。各
化合物について240〜300nmの紫外線スペクトルが示され
ている。 第3図は、UDP−グルコース、UDP−グルクロン酸、及
びUDP−ガラクチュロン酸を欠く変異株(クラス1)の
代表であるX872株からの細胞抽出物のクロマトグラムを
示す。注目の領域において溶出するピークのスペクトル
が第2図のそれとの比較のために示される。 第4図は、GDP−マンノースを欠く変異株(クラス
2)の代表であるX869株からの細胞抽出物のクロマトグ
ラムを示す。注目の領域において溶出するピークのスペ
クトルが第2図のそれと比較するために示されている。 第5図は、UDP−グルクロン酸及びUDP−ガラクチュロ
ン酸を欠く変異株(クラス3)の代表であるX871株から
の細胞抽出物のクロマトグラムが示されている。注目の
領域において溶出するピークのスペクトルが第2図中の
それと比較するために示されている。 第6図は、UDP−グルコース、GDP−マンノース、UDP
−グルクロン酸及びUDP−ガラクチュロン酸を欠の変異
株(クラス4)の代表であるX866株からの細胞抽出物の
クロマトグラムを示す。注目の領域において溶出するピ
ークのスペクトルが第2のそれと比較するために示され
ている。 第7図は、変異株X649(クラス1)におけるUDP−グ
ルコース及びUDP−グルクロン酸の合成を防止する欠損
を補完するプラスミドpTS13の造成の段階を示す。 第8図は、変異株X736(クラス3)におけるUDP−グ
ルクロン酸の合成を防止する欠損を補完するプラスミド
pAS9の造成の段階を示す。 第9図は、変異株X652(クラス4)におけるUDP−グ
ルコース、GDP−マンノース及びUDP−グルクロン酸の合
成を防止する欠損、並びに変異株X711及びX712(クラス
2)におけるGDP−マンノースの合成を防止する欠損を
補完するプラスミドpAS7の造成の段階を示す。 第10図は、パラコッカス・デニトリフィカンス(Para
coccus denitrificans)からの細胞抽出物のクロマト
グラムを示し、UDP−グルコース及びGDP−マンノースは
存在するがしかしUDP−グルクロン酸は存在しないこと
を示す。 第11図は、第10図に示したパラコッカス・デニトリフ
ィカンスの細胞抽出物中のUDP−グルコース及び他のウ
リジン含有化合物を確認するスペクトルを示す。 第12図は、第10図に示したパラコッカス・デニトリフ
ィカンスの細胞抽出物中のGDP−マンノースの同定を確
認するスペクトルを示し、そしてこの図中に観察され
る、後に溶出する化合物がアデノシン含有化合物である
ことを示す。 好ましい態様の具体的な記載 この発明は一般に、組換DNA法を用いての、種々の糖
ヌクレオチドの合成に関する。以下の具体的な記載は、
例として、キサンタムガム及び及びその変形物の製造に
おいても有用なUDP−グルコース、GDP−マンノース及び
UDP−グルクロン酸の製造の記載を用いる。 糖ヌクレオチドUDP−グルコース、GDP−マンノース及
びUDP−グルクロン酸はキサンタンガムのための生合成
経路の直接前駆体である。Vanderslice等、前掲、(引
用によりこの明細書に組み入れる)により記載されてい
るようにキサンタンのインビトロ生合成を指令するため
にはこれらの化合物のすべてが必要である。糖トランス
フェラーゼの特異性のため、ADP−グルコースのごとき
他の糖ヌクレオチドはキサンタンの前駆体として役立つ
ことができない。X.カンペストリスでの前記3種類の必
要な糖ヌクレオチドの合成経路が第1図に示されてい
る。キサントモナス・カンペストリスは検出可能な濃度
のUDP−ガラクトースを有さず、従ってE.コリのごとき
他の細菌において観察されるグルコース−1−ホスフェ
ート−UDP−ガラクトース・ウリジル・トランスフェラ
ーゼ反応は起こり得ない。 キサンタンガムをインビボ生産することができないX.
カンペストリスの変異株(Gum−株)は、UDP−グルコー
ス、GDP−マンノース及びUDP−グルクロン酸が供給され
た場合にキサンタンガムをインビトロ合成する細胞溶解
物の能力に基いて2つのクラスに分けることができる。
キサンタンをインビトロ生産することができない変異株
はキサンタン生合成機構(糖トランスフェラーゼ及びポ
リメラーゼ)を欠いている。外来基質が供給された場合
にキサンタンをインビトロ生産することができる変異株
は必要な前駆体をインビボ生産する能力を欠いている。
若干のこの第二のクラスの変異株には、グルコースの輸
送及びその代謝を欠損しているものが含まれ、この場合
キサンタン合成の速度が非常に低い。下記の他のものは
資化酵素の正常な補完物を有するが1又は複数の糖ヌク
レオチドそれ自体を合成するために必要な酵素を欠いて
いる。 この様な変異株は、X.カンペストリスのトランスポゾ
ン変異誘発の後にGum−コロニーを拾い、そして添加さ
れたUDP−グルコース、GDP−マンノース及びUDP−グル
クロン酸の存在下でキサンタンのインビトロ生合成を分
析することにより得られた。特定の糖ヌクレオチド欠損
は、糖ヌクレオチドを抽出しそして該抽出物を高速液体
クロマトグラフィー法を用いて分析することによりイン
ビボで同定された。4種類の変異株のクラスが同定され
た。これらには、1)UDP−グルコース、UDP−グルクロ
ン酸及びこれらの化合物に由来する他の糖ヌクレオチド
の合成を欠くもの;2)GDP−マンノース及び関連化合物
の合成を欠くもの;3)UDP−グルクロン酸及び関連化合
物の合成を欠くが、しかしUDP−グルコースはそうでな
いもの;並びに4)UDP−グルコース、UDP−グルクロン
酸、GDP−マンノース及び関連化合物の合成を欠くもの
が含まれる。UDP−グルコースのUDP−グルクロン酸への
転換は一段階過程であるから、変異体クラス3は明らか
にUDP−グルコースデヒドロゲナーゼを欠いている。他
の変異体クラスは糖ヌクレオチドの生合成に必要なイン
ボトロ酵素活性の分析により特徴付けられた。 グルコース−6−ホスフェート及びスラクトース−6
−ホスフェートを微生物代謝におけるキー中間体であ
る。フラクトース−6−ホスフェートからUDP−N−ア
セチルグルコサミンへの経路はグラム陰性細菌及びグラ
ム陽性細菌に共通である。UDP−N−アセチルグルコサ
ミンは細胞壁中のペプチドグリカンの必須の前駆体であ
る。第1図中に4及び12として示される2種類のピロホ
スホリラーゼはUDP−グルコース及びGDP−マンノースの
生合成における責任ある段階(committed steps)であ
り、他の生物体においてはグルコース−6−ホスフェー
トは他のヌクレオチドトリホスフェートと反応して他の
糖ヌクレオチド、例えばADP−グルコース及びTDP−グル
コースを生成することができる。 UDP−グルコース経路において、UDP−グルコース・ピ
ロホスファターゼの遺伝子が例4に記載したようにして
単離された。この遺伝子中の変異は、UDP−グルコース
のみならずこれに由来する他の糖ヌクレオチド、すなわ
ちUDP−グルクロン酸及びUDP−ガラクチュロン酸の合成
を防止する。UDP−グルコース・デヒドロゲナーゼ(酵
素5)の遺伝子も例5に記載するようにして単離され
た。この遺伝子における変異はUDP−グルクロン酸及び
これに由来する他の糖ヌクレオチド、すなわちUDP−ガ
ラクチュロン酸の合成を防止する。この様な極効果(po
lar effects)は次にX.カンペストリスにおけるキサン
タン生合成のみならずリポポリサッカライド合成を破壊
する。これはその工程のための糖ヌクレオチドの供給を
破壊することによる。 さらに、GDP−マンノースの合成を欠損した変異株が
見出された。これらの変異株はマンノース上で正常に増
殖し、そしてそれ故に細菌中に共通に見出される酵素で
ある酵素2、すなわちホスホマンノースイソメラーゼを
有する。従って、これらは例9に記載するように酵素11
及び/又は12を欠損していなければならない。交差ハイ
ブリダイゼーションマッピング及び制限地図は、これら
の変異がX.カンペストリスの染色体内の少なくとも別の
2ケ所に存在することを示す。これらの変異株中に挿入
された場合にGDP−マンノースの合成を惹起するプラス
ミドが開発された。このプラスミドの詳細を例6に示
す。さらに、このプラスミドは、ホスホグルコムターゼ
(pgm)及びGDP−マンノースを生産することができない
変異株のGum−欠損を補完する。この変異はpgmの発現を
調節するため制限遺伝子内にあるか、又はpgm構造遺伝
子それ自体の中にあるであろう。 ホスホグルコムターゼのみを欠く他の変異株X872が見
出された。この明細書に記載する方法により、当業者は
応用可能な科学の現状に照らして、この遺伝子の野性型
コピーを担持するプラスミドを造成することができる。 すなわち、直接のキサンタン前駆体の合成のための遺
伝子が本発明者等によって同定された。これらの遺伝子
は、UDP−グルコース、GDP−マンノース及びUDP−グル
クロン酸の合成のために必要とされる酵素のための遺伝
子を包含する。これらの酵素をコードする遺伝子の野性
型コピーを含むプラスミドがλファージ中に造成された
遺伝子ライブラリーから得られた。トランスポゾンによ
り誘導された糖ヌクレオチド欠損変異株からの染色体DN
Aのクローン化されたDNAセグメントを担持するベクター
RSF1010から成る組換プラスミドの32P−ラベル化プラス
ミドDNAが同定された。該クローン化断片はトランスポ
ゾン及び周辺(flanking)染色体DNAを含有する。この
様な組換体はCapage等、前掲、により記載されているよ
うにして容易に単離することができる。3種類の多コピ
ー広宿主域プラスミドが下記の例中に一層詳細に記載さ
れる標準的技法を用いて造成された。これらのプラスミ
ドpTS13,pAS7及びpAS9は、それぞれ前記の変異クラス1,
2、及び3の株を補完するDNAを含有する。さらに、プラ
スミドpAS7はクラス4の変異株を補完する。これらのプ
ラスミドのいずれも、キサンタン生合成遺伝子それ自体
を含む領域内の又はそれを挟むDNAと交差ハイブリダイ
ズしない。λファージの交差ハイブリダイゼーション、
制限断片分析及び遺伝的補完により2個の異る変異座が
プラスミドpAS7中に同定された。これらのプラスミドの
造成及び追加の情報が第7図〜第9図に示され、そして
後記の例において一層詳細に検討される。 各プラスミドは、適切な補完グループ中の変異株に挿
入された場合、生ずるコロニーの粘質物の出現によって
示されるように、キサンタンガムを生産する変異株の能
力を回復せしめる。さらに、プラスミドが欠損した生合
成能力を回復したことを確かめるために、補完された株
からの抽出物中の糖ヌクレオチドが試験された。プラス
ミドpTS13はUDP−グルコース・ピロホスホリラーゼの遺
伝子を担持している可能性が最も高い。なぜなら、変異
菌X649はUDP−グルコースを生産することができず、し
かし野性型の量のホスホグルコムターゼを有するからで
ある。さらに、プラスミドpTS13は、X649由来の変異株
に挿入された場合、UDP−グルコース・ピロホスホリラ
ーゼを生産する能力を付与する(例8)。この株はグル
コース上で正常に増殖し、従って増殖のためのグルコー
スの利用におけるキー中間体であるグルコース−6−ホ
スフェートの合成を欠損していない。 前記のごとく、細菌がキサンタンガムを合成するため
にはUDP−グルコース、GDP−マンノース及びUDP−グル
クロン酸が絶対的に必須である。前駆体としてそれぞれ
アセチル−コエンザイムA及びホスホエノールピルビン
酸を必要とするアセチル化及びピルビル化によるキサン
タンの修飾はガムのレオロジー特性に影響を与えるが、
その生合成のためにアセチル化及びピルビル化は必須で
はない。さらに、これら後者の前駆体はいずれも細菌代
謝の必須成分である。UDP−グルコース、GDP−マンノー
ス及びUDP−グルクロン酸は幾らかの細菌において共通
の糖ヌクレオチドであるが、しかしすべての細菌これら
のすべてを有するわけではなく、又はキサンタン合成を
支持するのに十分な量でこれらを有するわけではない。
X.カンペストリス以外の生物体におけるキサンタン生合
成経路の発現は、糖ヌクレオチド前駆体がその様な代替
宿主中で、好ましくはキサンタンガムの経済的生産を支
持するのに十分な速度で、合成されることを必要とす
る。UDP−グルクロン酸をほとんど又は全く有しない若
干の代替宿主が同定された(例7)。高速でのキサンタ
ン合成を得るためには、この様な株にUDP−グルコース
・デヒドロゲナーゼの遺伝子を担持するDNAを挿入する
ことが必須であろう。 代替宿主中での糖ヌクレオチド生合成遺伝子の発現の
ための基本的要件はX.カンペストリスにおけるそれに類
似している。必要な1又は複数の遺伝子が染色体への組
み込み又はプラスミド上での維持により安定に維持され
得るような態様でこれらが宿主に挿入されなければなら
ない。遺伝子造成物は、宿主が適切なmRNAを合成しそし
てそれを機能的蛋白質に翻訳し、それが好ましくは該新
宿主中で相対的に安定であるようなものでなければなら
ない。さらに、宿主は、糖ヌクレオチドそれ自体の合成
のための基質及びコファクターを提供することができな
ければならない。 広宿主域を有する高コピー数プラスミド及び低コピー
数プラスミドの両者が存在する。プラスミドへの適切な
糖ヌクレオチド生合成遺伝子の挿入はすでに起ってい
る。プラスミドをE.コリからX.カンペストリスの変異株
に移行せしめたのと同様な態様でこの様なプラスミドを
代替宿主に導入するために形質転換(transformation)
又は接合(conjugation)を用いることができる。これ
らの広宿主域プラスミドは一般にグラム陰性細菌に感染
するであろう。所望により、X.カンペストリス遺伝子を
グラム陽性細菌に移行せしめることができるシャトルベ
クターが存在する。プラスミドの挿入及び維持は標準的
方法により確認することができる。 代替宿主中での遺伝子の発現は幾つかの方法でモニタ
ーすることができる。すなわち、遺伝子から転写された
mRNAをハイブリダイゼーションにより検出することがで
き、蛋白質自体をイムノアッセイ又は機能測定により検
出することができ、そしてあらかじめ欠損していた糖ヌ
クレオチドを確立されたクロマトグラフ法により同定す
ることができる。1又は幾つかのこれらの技法による分
析が、所望により、発現を最適化するための遺伝子造成
物の調整を可能にするはずである。 類似の外部環境、例えばpH及び温度が維持される場合
は特にそうであるが、代替宿主の細胞内環境はX.カンペ
ストリスのそれにおそらく類似しているであろう。キサ
ンタンの生合成は広い温度範囲、すなわち12℃〜37℃に
おいて行われるが、その速度は27℃と37℃の間において
最高であることがインビボ研究から知られる。明らか
に、糖ヌクレオチド前駆体の合成を担当する酵素はこの
範囲において機能的でなければならない。最初の分析は
27℃〜30℃において行われるであろう。 種々の宿主での特定の糖ヌクレオチドの生産への本発
明の技法の広範な適用は、この明細書に含まれる教示に
照らして当業による可能性の範囲内にあるものと理解す
べきである。従って、下記の例は単に例示的なものであ
り、請求の範囲のごとく、この発明を限定するものでは
ない。 例1. この例は、インビボにおいてGum−である種々のX.カ
ンペストリス株において同定される特定の糖ヌクレオチ
ド欠損について検討する。 糖ヌクレオチド合成が欠損している変異株の最初の収
集物を、Capage等、前掲、に記載されているようにし
て、トランスポゾン変異誘発の後にインビボでキサンタ
ンを生産することができない。X.カンペストリス株のか
ら得た。幾つかのGum−株は、糖ヌクレオチドUDP−グル
コース、GDP−マンノース及びUDP−グルクロン酸が供給
された場合にインビトロでキサンタンを生産することが
できた。これらの変異株は、キサンタンそれ自体の生合
成を欠損しているのではなく、むしろ糖ヌクレオチド合
成を欠損していた。次に、これらの変異株が色素トルイ
ジンブルーに対して感受性であることが見出された。他
のGum−株をトルイジンブルー感受性についてスクリー
ニングすることにより追加の糖ヌクレオチド変異株が得
られた。これらの株は、野性型X.カンペストリス及びキ
サンタンの生合成それ自体を欠損するGum−変異株を殺
す幾つかの毒性(virulent)ファージに対して耐性であ
ることが証明された。 インビトロにおいてGum+であるがインビボにおいてG
um−である株において特定の糖ヌクレオチド欠損を同定
するために次の方法が用いられた。各株からの単離され
たコロニーを拾い上げ、そして125mのエルレンマイヤ
ーフラスコ中2%のグルコースを含むYM培地(酵母エキ
ス3g、マルトエキス3g及びペプトン5g/)、10mに接
種した。培養物を30℃、250rpmにて24時間、又は濁りが
出るまでインキュベートした。5%の接種物をYM培地か
ら炭素源としてグルコースを含有する改変PACE培地〔5g
のKH2PO4、5gのK2HPO4、0.2gのMgSO4・7H2O、0.53gの
(NH42SO4、0.006gのH3BO3、0.006のZnC、0.003g
のFeC・6H2O及び0.002のCaC2/〕に移し、そし
て30℃にて24時間増殖せしめた。培養物を遠心分離によ
り収得し、PACE塩で2回洗浄し、そして600nmでの吸光
が100となるのに十分な容量のPACE中に再懸濁した。サ
ンプル1.5mを、濃度を20mMにするのに十分な量のグル
コースを含む50mのエルレンマイヤーフラスコに入れ
た。各サンプルを30℃の水浴中で400rpmにて10分間イン
キュベートし、次に1mを取り出し、そしてエッペンド
ルフ遠心チューブ中0.1mの11N蟻酸に加えた。このチ
ューブにキャップを付し、内容物を渦動攪拌機中で1秒
間混合し、次にチューブをドライアイス−アルコール浴
中に入れた。すべてのサンプルを処理した後、チューブ
をドライアイスから取り出し、室温にて解凍し、そして
5分間遠心して細胞破片をペレット化した。上清を、あ
らかじめ冷却した15mのコニカル遠心チューブに入
れ、そしてドライアイス−アルコール浴中で凍結した。
凍結したサンプルを凍結乾燥機に入れ、そして乾燥し
た。各チューブの内容物を、トリエチルアミン(アルド
リッチ)により、pH6.5に調整された40mMリン酸から成
るHPLC緩衝液0.2mに溶解した。サンプルを0.45μmフ
ィルターを通して濾過してミクロサンプルバイアルに入
れ、そして4.6mm×250mmのC18逆相イオン対カラムに注
入することにより40℃、0.8m/分の流速で分析した。
同一の条件下で行われた標準と保持時間を比較すること
により、そして注目の領域で溶出する化合物のスペクト
ルを試験することにより、糖ヌクレオチドを同定した。 糖ヌクレオチド変異株の4つのクラスを次の方法を用
いて同定した。 (1)UDP−グルコース及びUDP−グルクロン酸を合成す
ることができない変異株; (2)GDP−マンノースを合成することができない変異
株; (3)UDP−グルコースを合成することができるが、し
かしUDP−グルクロン酸を合成することができない変異
株;及び (4)UDP−グルコース、GDP−マンノース及びUDP−グ
ルクロン酸を合成することができない変異株。 各変異株クラスの代表的なクロマトグラム及び標準的
なスペクトルを第2図〜第6図に示す。クラス1,3、及
び4の変異株はまた、X.カンペストリスのリポポリサッ
カライド前駆体であるUDP−ガラクチュロン酸を合成し
なかった。これらのデーターに基ずけば、X.カンペスト
リスはUDP−グルクロン酸からUDP−ガラクチュロン酸を
合成しなければならない。 X.カンペストリスの野性型株からの抽出物はキサンタ
ンの生合成のために必要な糖ヌクレオチドのすべてを有
していた。第1表に示すように、キサンタンの生合成経
路それ自体に欠損を有するGum−変異株は、野性型細胞
よりも高濃度の前駆体糖ヌクレオチドを有していた。 これらのデーターは、野性型培養物におけるキサンタ
ン合成の速度が前駆体糖ヌクレオチドの供給により制限
されることを示している。 例2. この例は、糖ヌクレオチド合成を欠くX.カンペストリ
スのトランスポゾンにより誘導された変異株におけるホ
スホグルコムターゼ活性を記載する。 糖ヌクレオチド合成を欠くことがあらかじめ見出され
ているトランスポゾン変異株から細胞質画分及び膜画分
を調製した。陽性対照として役立てるためにX.カンペス
トリスS4−L(NRRL B1459)の抽出物も調製した。培養
物を、プレート上の単離されたコロニーから1%のグル
コースを含むYM培地5mに移し、そしてチューブローラ
ー上で定常期まで増殖せしめた。1%のグルコースを含
有するYT培地(8gのトリプトン、5gの酵母エキス及び5g
のNaC/)100mを収容する500mフラスコ2本に2
mの培養物を接種し、そして30℃のインキュベーター
中300rpmの振とう機上に置いた。24時間後、培養物を一
緒にし、そして遠心分離した。細胞ペレットを100mの
リン酸緩衝化塩溶液(pH7.2)中で2回洗浄し、次に10m
M MgCを含有する50mM MOPS緩衝液(pH7.2)中に20w
/v%となるように再懸濁した。細胞から残留培地を除去
するためにこの方法を用いた。15,000psiにてフレンチ
プレスを2回通すことによって懸濁細胞を破砕した。細
胞溶解物をDNAアーゼで処理することにより粘度を低下
せしめ、次に2,500×gにて遠心分離して未破砕細胞及
び細胞破片を除去した。パスツールピペットを用いて上
清を注意深く除去し、次に130,000×gの平均遠心力に
て回転バケットローター中で遠心分離することにより細
胞質画分と膜画分とに分離した。細胞質成分を含有する
上清をデカントし、そして−70℃にて凍結した。各膜含
有ペレットを1.0mのMOPS MgC緩衝液に再懸濁し、
そしてやはり−70℃にて凍結した。糖ヌクレオチド合成
のために必要な酵素は細胞質成分中に通常見出される。
細胞膜からの細胞質成分の分離がNADPの還元と共役する
酵素的測定を容易にする。NADPHオキシダーゼは膜結合
酵素であり、そして除去又は不活性化されない限り、還
元されたピリジンヌクレオチド(この蓄積が反応を追跡
するために使用される)を急速に再酸化することができ
る。 各細胞質抽出物中の蛋白質濃度を、標準としてウシ血
清アルブミンを用いて、Lowry等、J.Biol.Chem.193:265
−275(1951)(引用により特にこの明細書に組み入れ
る)を用いて決定した。各抽出物中のグルコース−6−
ホスフェート・デヒドロゲナーゼの活性は、グルコース
−6−ホスフェートの6−ホスホグルコン酸への酸化中
に生成するNADPHの蓄積に基く340nmにおける吸光の増加
を追跡することにより決定された。この酵母はX.カンペ
ストリスによるグルコースの代謝におけるキー酵素であ
り、そして内部対照として役立つ。反応条件は第2表の
脚注に記載する。 グルコース−6−ホスフェートをUDP−グルコースの
直接の前駆体であるグルコース−1−ホスフェートに転
換するホスホグルコムターゼも細胞質画分において測定
した。ムターゼ活性を可逆的であるため、基質としてグ
ルコース−1−ホスフェートを用いた。さらに、シグマ
・ケミカルネエから購入した精製されたグルコース−6
−ホスフェートデヒドロゲナーゼを反応混合物に過剰に
加えた。NADPHの形成速度が、反応体中に存在するホス
ホグルコムターゼによりグルコース−6−ホスフェート
が生成する速度を示すものである。反応条件及びアッセ
イの結果を第2表に要約する。 (a)0.05mの細胞質画分(約10mg/mの蛋白質)を
添加することにより反応を開始した。反応混合物は40mM
Tris−HC(pH8.6)、5mMグルコース−6−ホスフェ
ート、1.6mM NADP及び15mM MgCを1.0mの合計容
量中に含有した。 (b)反応条件はG6PDの場合と同様であるが、グルコー
ス−6−ホスフェートの代りにグルコース−1−ホスフ
ェートを使用した。反応混合物はさらに1mMジチオスレ
イトール、0.2mMグルコース−1,6−ジホスフェート、及
びシグマ・ケミカル社製の10ユニットのG6PDを含有し
た。 (c)ATCC No.53471として寄託されている。 すべての抽出物は97〜268nmo/分/mg蛋白質の範囲
の有意な活性のグルコース−6−ホスフェート・デヒド
ロゲナーゼを有していた。UDP−グルコースを合成する
ことができる変異株から調製されたすべての抽出物にお
いて、ホスホグルコムターゼ活性は191nmo/分/mg蛋
白質以上であった。UDP−グルコースを合成することが
できない。X649以外のすべての変異株(X828,X652,X86
6、及びX872)からの抽出物はほとんど又は全くホスホ
グルコムターゼ活性を有しなかった。この様な欠損はUD
P−グルコースの合成を防止するために十分である。 X649株は糖ヌクレオチドのUDP−グルコース系統を生
産することができない。表現形質的には、これはTn903
変異株であるX872株に類似する。しかしながら、X649は
正常のホスホグルコムターゼ活性を有するが、X872はこ
の酵素を欠損している。X649はUDP−グルコース・ピロ
ホスホリラーゼそれ自体に欠損を有するに違いない。 X652株は糖ヌクレオチドのUDP−グルコース系統及びG
DP−マンノース系統を生産することができない。これら
の糖ヌクレオチドを欠くTn903変異株であるX828及びX86
6と同様に、X652はホスホグルコムターゼ活性をほとん
ど又は全く有しない。GDP−マンノース合成のみに欠損
を有する変異株…X657,X711,X712及びX869株…は、正常
なホスホグルコムターゼ活性を有する。X736,X826及びX
871株はUDP−グルクロン酸を生産することができない。
これらも正常なホスホグルコムターゼ活性を有する。 例3. この例は、Tn10で誘導された変異株中の糖ヌクレオチ
ド欠損のマッピングの方法を記載する。 糖ヌクレオチド代謝に欠損を有するTn10−誘導変異株
のすべてについて、各変異株からのTn10+周辺(flanki
ng)染色体配列をクローニングすることによりプラスミ
ドプローブを得た。λバンクをプローブすることによ
り、各プローブにハイブリダイズするがしかし、X.カン
ペストリスの野性型DNAのセグメントを担持するλ組換
体を得た。これらのファージをプラーク精製し、そして
これを用いて、Tn10及び周辺(flanking)DNAを含有す
るプラスミドプローブへの交差ハイブリダイズにより糖
ヌクレオチド変異をマッピングした。 いずれの糖ヌクレオチドプローブも、キサンタン生合
成経路それ自体の遺伝子を含有するDNA領域内にマップ
しなかった。変異株X649について野性型DNAを含有する
ファージは他の糖ヌクレオチドプローブのいずれともハ
イブリダイズしなかった。同様に、変異株X736DNA中のT
n10挿入領域からの野性型DNAを含有するファージは他の
糖ヌクレオチドプローブにハイブリダイズしなかった。
従って、これらの株中の欠損遺伝子は他の糖ヌクレオチ
ド遺伝子にリンクしていない。 プラスミドpTX652,pTX657,pTX711及びpTX712は、クロ
ーン化されたX.カンペストリスDNAを含有する組換λフ
ァージのオーバーラップするセットにハイブリダイズし
た。プラスミドpTX711は、pTX652,pTX657及びpTX712に
ハイブリダイズするλファージのすべてではないが幾つ
かにハイブリダイズした。 X652はまたUDP−グルコース又はUDP−グルクロン酸を
生産することができないから、X652株中の変異とGDP−
マンノースの合成を防止する変異との関連は予想外であ
った。X652中の変異はUDP−グルコース及びGDP−マンノ
ースの合成に影響を与えるトランスアクト(transactin
g)制御遺伝子中に、又はUDP−グルコース合成のために
必須の酵素をコードするがしかしGDP−マンノース遺伝
子の発現に対極効果(polor effect)を発揮する構造遺
伝子中に存在するのであろう。 例4. この例は、プラスミドpTS13によるX649株中の変異の
補完を説明する。 すべての糖ヌクレオチド変異株をトランスポゾン変異
誘発により得た。X.カンペストリスのゲノムDNAのλラ
イブラリーを、UDP−グルコース及びUDP−グルコン酸の
合成に欠損を有する変異株X649からのトランスポゾンTn
10+周辺(flanking)染色体配列をクローニングする
(Capage等、前掲、に記載されているようにして)こと
により誘導されたプラスミドpTX649を用いてプローブし
た。pTX649プローブにハイブリダイズするλ組換体10個
が同定された。 各λクローンのDNAについて制限消化及びゲイ電気泳
動を行った。これらの消化パターンにおいて、X649株中
では変異しているX.カンペストリスDNAの野性型断片が
同定された。この6.5kbPst I断片を分取用アガロースゲ
ルからの電気溶出により精製した。このPst I断片をpBR
322のPst I部位にクローニングしてプラスミドpTf6.5を
作った。pTf6.5及びプラスミドRSF1010をEcoR Iで消化
し、そして両プラスミドを一緒に連結することにより他
のプラスミドを造成した。形質転換後にE.コリにストレ
プトマイシン耐性及びテトラサイクリン耐性を付与する
能力によりハイブリドプラスミドを選択した。このキメ
ラプラスミドpTS13は6.5kbPst I断片を含有する(第7
図)。 次に、このプラスミドを、pRK2013により指令される
トリパレント・コンジュガル・トランスファー(tripar
ental conjugal transfer)によりX.カンペストリスX64
9株に移行せしめた。 pTS13により担支されたクローン化6.5kb断片は変異株
X649を補完する。X649への移行のためのpTS13のメイテ
ィング(mating)混合物をRif及びStrep上にプレートし
た場合、コロニーのすべてがGum+であり、そして野性
型と区別することができなかった。3個のGum+キシソ
接合体(exoconjugate)を分析し、そしてこれらがプラ
スミドを含有することが示された。さらに、プラスミド
“キュアー(curing)”実験を行った。この実験におい
ては、X649(pTS13)を、プラスミドの喪失を促進する
条件で増殖せしめ、そして次にプラスミドを選択するで
あろういかなる薬剤も存在しない状態でプレートした。
幾つかの実験において、これらのプレート中に有意な頻
度(10〜50%)でGum−コロニーが観察された。この様
なGum−単離体3個を試験し、プラスミドpTS13が失われ
ていることが示された。しかしながら、この実験からの
Gum+単離3個はすべてpTS13を保持していることが見出
された。プラスミドの存在とGum+表現型との間の相関
関係は、最初のGum+の性質が組換によるものではな
く、むしろプラスミドに担持された遺伝子の発現による
ものであることを主張している。 X649株及びpTS13を含有するX649株から抽出物を調製
した。プラスミドを有するX649からの抽出物は、スペク
トル分析及び保持時間により決定する場合、UDP−グル
コースを有していた。X649のみからの抽出物はそうでは
なかった。 X649からの抽出物は正常な量のホスホグルコムターゼ
を有する(例1)から、UDP−グルコースの合成を防止
する酵素の欠損はUDP−グルコース・ピロホスホリラー
ゼをコードする遺伝子中に位置しなければならない。こ
の遺伝子はプラスミドpTS13中に含まれている。このプ
ラスミドはRSF1010のキメラであるから、X.カンペスト
リス以外のグラム陰性細菌に移行することができ、そし
て該細菌がグルコース−1−ホスフェートを生産する能
力を有するならば、それにUDP−グルコースを生産する
能力を付与することができる。 例5. この例は、プラスミドpAS9によるX736株中の変異の補
完を説明する。 X736中Tn10挿入の領域からのX.カンペストリス染色体
DNAを含有する5個のλファージ1組を単離した。 これらのファージは、プラスミドpTX736にハイブリダ
イズする組換体ファージについてスクリーニングするこ
とによりλバンク遺伝子から単離された。プラスミドpT
X736は、変異表現型を生じさせるTn10挿入を含む変異体
X736からの染色体DNAのPst I断片がプラスミドベクター
RSF1010にクローニングされて成る。 これらのλ736(+)ファージをサザンブロットハイ
ブリダイゼーションによりスクリーニングして、注目の
野性型Pst断片を含有する比較的大きなDNA断片を同定し
た。λ組換体からのDNAを幾つかの制限エンドヌクレア
ーゼにより消化し、そして同じセットの酵素で切断され
た野性型染色体DNAの対照と共にアガロースゲル上を泳
動せしめた。次に、この消化物を、放射性ラベルされた
pTX736プラスミドDNAによりプローブした。幾つかの異
るλ736(+)単離体のSal I消化物がこのプローブとハ
イブリダイズする9kbの断片をもたらした。野性型染色
体DNAのSal I消化物もこのプローブにアニールする9kb
のバンドを生成した。λ736組換体は比較的小数のSal I
断片を生成したので、λからpMW79へのショットガンク
ローニングを行った。プラスミドベクターpMW79は、テ
トラサイクリン耐性遺伝子内に位置するユニークSal I
部位を含有する。従って、pMW79及びλ736(+)DNAの
両者をSal Iにより消化し、そして消化生成物を一緒に
連結した。連結反応物を用いてE.コリを形質転換し、ア
ンピシリン耐性形質転換体を選択し、そしてそれらの65
0個をテトラサイクリンに対する感受性について試験し
て組換体プラスミドを同定した。10個のAmprTets単離体
が見出された。プラスミドDNAをこれらの形質転換体か
ら抽出し、そして制限エンドヌクレアーゼ消化及びアガ
ロースゲル電気泳動により分析した。注目の組換体が見
出された。クローン化された9kbSal I断片を含有するこ
とプラスミドをpAS9と命名した(第8図)。 X736 Gum−欠損の補完を求めて、このプラスミドをX.
カンペストリスに移行せしめた。プラスミドpAS9をX736
のリファンピシン耐性誘導株(X1017と称する)及びRif
r野性型(Gum+)株X77に動員(mobilize)した。これ
らの動員は、pRK2013によって指令される標準的トリパ
レンタル・コンジュガル・トランスファー(triparenta
l conjugal transfer)により行った。リファンピシン
〔E.コリ供与体及び動員株(mobilizer strain)に対し
て選択するため〕及びストレプトマイシン(pAS9の存在
について選択するため)上にプレートすることにより、
注目のプラスミドを担持するX.カンペストリス接合体
(conjugant)を選択した。X1017へのpAS9のメイティン
グ(mating)のRifr及びStrepr子孫はもっぱらGum+で
あった。3個のGum+誘導株を選択し、そしてプラスミ
ドについて選択した。3個すべてが明らかにプラスミド
pAS9を含有していること、及び制限エンドヌクレアーゼ
消化により決定する場合このプラスミドはなんらの明瞭
な転移(rearrangement)を受けていないことが見出さ
れた。さらに、プラスミド“硬化(curing)実験を行っ
た。この実験においては、X1017(pAS9)をプラスミド
の喪失を促進する条件下で増殖せしめ、そして次にプラ
スミドを選択するであろういかなる薬剤も存在しない状
態でプレートした。このプレート中で、有意な頻度でGu
m−コロニーが観察された。このようなGum−単離体3個
を試験し、そしてプラスミドpAS9が失われていることが
見出された。しかしながら、この実験からの3個のGum
+単離はすべてpAS9を維持していることが見出された。
プラスミドの存在とGum+表現型との間の相関関係は、G
um+の性質が組換によるものではなくむしろプラスミド
に担持された遺伝子の発現によるものであることを主張
している。 変異体X736はUDP−グルコースを生産することができ
るがしかしUDP−グルクロン酸を生産することができな
いから、UDP−グルコースのUDP−グルクロン酸への転換
を担当する単一の酵素UDP−グルコース・デヒドロゲナ
ーゼが欠損している可能性が最も高い。この酵素のため
の遺伝子はプラスミドpAS9上に含まれる。 例6. この例はプラスミドpAS7によるX652,X711及びX712株
中の変異の補完を説明する。 糖ヌクレオチド変異株X652からのトランスポゾンTn10
+周辺(flanking)染色体配列をプラスミドRSF1010に
クローニングすることによって誘導されたプラスミドpT
X652により、X.カンペストリスのゲノムDNAのλライブ
ラリーをプローブした。変異株X652はUDP−グルコー
ス、GDP−マンノース又はUDP−グルクロン酸を生産しな
い。pTX652にハイブリダイズする組換ファージをプラー
ク精製した。pTX652によりプローブされたこれらのファ
ージの制限消化物のサザンブロットは、トランスポゾン
挿入の部位に対応する野性配列を含有する9kbBamH I断
片を同定した。 この9kbBamH I断片を精製し、そしてプラスミドpMW79
のBamH I部位に連結した。連結混合物を用いてE.コリを
形質転換し、そしてアンピシリン耐性形質転換体を選択
した。これらをテトラサイクリン感受性についてスクリ
ーニングした。pMW79のBamH I部位への外来DNAの挿入に
よりテトラサイクリンに対する耐性をコードする遺伝子
が不活性化されるであろう。9kbBamH I断片を含有する
プラスミドpAS7をこの方法により得た(第9図)。 次に、pRK2013により指令されるトリパレンタル・コ
ンジュガル・トランスファーにより、プラスミドをE.コ
リからX.カンペストリスX1043に移した。pTX652をX.カ
ンペストリス株X77(X.カンペストリスNRRL−B1459 S4
−Lから得られたリファンピシン耐性変異株)にメイテ
ィングし、そしてテトラサイクリン選択を課することに
よって相同性組換を行わせることによりX.カンペストリ
スX1043が得られた。X652からのX1043の異る抗生物質耐
性が、これに続くE.コリ供与体に対する逆の選択を促進
した。プラスミドpAS7の移行の後、X1043はGum+表現型
に回復した。菌株がpAS7を失った場合この表現型はGum
−に復帰し、Gum+表現型はX652株中でトランスポゾン
挿入により不活性化された染色体DNAのプラスミドによ
り担持されたコピーの発現によるものであることが示さ
れた。 例3において示したように、X652,X711及びX712株中
の変異はX.カンペストリス染色体上に群がっている。プ
ラスミドpAS7は、トリパレンタルメイティングにおける
接合による変異株X711及びX712への移行の後、Gum+表
現型を回復した。補完された株はプラスミドを失った場
合Gum−になった。 X711及びX712株はX652株と同様にGDP−マンノースを
合成することができない。プラスミドpAS7はこの能力を
回復せしめ、そしてそれ故にGDP−マンノースの合成に
必要な酵素をコードする遺伝子を含有している。 X652はまたUDP−グルコースの欠損を有する。この欠
損はX652株におけるホスホグルコムターゼの欠失(例
2)と一致する。GDP−マンノース生合成に必要な酵素
をコードする遺伝子を含有する同じリンケージがホスホ
グルコムターゼの構造遺伝子又はホスホグルコムターゼ
の発現を調節する制御遺伝子をも含有する。 例7. この例は代替宿主における糖ヌクレオチドの蓄積を説
明する。 パラコッカス・デニトリフィカンス(Paracoccus de
nitrificans)(ATCC 17741)、シュードモナス・スト
ッツェリ(Pseudomonas stutzeri)(ATCC 17588)、
及びシュードモナス・パーフェクトマリナ(Pseudomona
s perfectomarina)(ATCC 14405)中の糖ヌクレオチ
ドを、X.カンペストリスのために開発された方法を用い
て分析した。すべての生物を、炭素源として2%グルコ
ースを用いて12時間増殖せしめた。細胞を集め、洗浄
し、そして600nmにおける吸光が100となる様に再懸濁し
た。この細胞ペレットは、嫌気的増殖のために要求され
るチトクロームの合成を抑制解除した脱窒細菌に典型的
なピンク色を有していた(増殖中の酸素制限に典型的な
反応)。次に、25mM硝酸塩を追加の電子受容体としてイ
ンキュベーション混合物に含めた。細胞懸濁液を20mMグ
ルコースと共に、硝酸塩を伴って又は伴わないで5分間
インキュベートし、そして例1に記載したようにして蟻
酸により抽出した。抽出物を凍結乾燥し、TEA−リン酸
緩衝液中に溶解し、そしてHPLCにより分析した。注目の
領域中のピークのスペクトルにより確認する場合、パラ
コッカス・デニトリフィカンスはUDP−グルコース及びG
DP−マンノースを有していたが、UDP−グルクロン酸の
量は検出不能であった(第10〜12図)。同様に、シュー
ドモナス・パーフェクトマリナ及びシュードモナス・ス
トッツェリはUDP−グルコース及びGDP−マンノースを有
していた。いずれの生物からの抽出物中にもUDP−グル
クロン酸は検出されなかった。 例5において記載したようにして、トリパレンタル・
メイティングにおいて接合により、プラスミドpAS9をE.
コリ供与体からこれら3種類の細菌のすべてに挿入し
て、UDP−グルクロン酸を合成することができるように
これらの株を修正することが意図される。 例8. この例は、糖ヌクレオチド合成に欠損を有するX.カン
ペストリスのトランスポゾン誘導変異株におけるUDP−
グルコースピロホスホリラーゼ活性を記載する。 X649株はUDP−グルコースを生産することができなか
った(例1)が、しかしホスホグルコムターゼ活性を有
していた(例2)。下記の実験は、この株中の変異がUD
P−グルコース・ピロホスホリラーゼ活性に影響を与え
ること、及びUDP−グルコース・ピロホスホリラーゼの
遺伝子がプラスミドpTS13上に含まれることを示す。 UDP−グルコース・ピロホスホリラーゼ活性の分析を
容易にするため、X649株のTn10挿入を担持するストレプ
トマイシン感受性リファンピシン耐性株3個を造成し
た。1つのこのような株X1023は、Capage等、前掲、に
より記載されている遺伝子置換法により造成された。他
の2個の株X1024及びX1025は染色体動員(mobilizatio
n)により造成された。X649(例4)の糖ヌクレオチド
欠損を補完するプラスミドpTS13をX1023,X1024及びX102
5に挿入して、それぞれX1041,X1039及びX1040を得た。
さらに、プラスミドpTS13をGum+リファンピシン耐性株
X77に挿入してX1052株を生じさせた。 これらの株、及び陽性対照として役立つX.カンペスト
リスX77から例2に記載したようにして細胞質画分を調
製した。UDP−グルコース・ピロホスホリラーゼはグル
コース−1−ホスフェートとUTPとをUDP−グルコースと
ピロホスフェートとに転換する。このは反応は可逆的で
ある。Lieberman等、Proc.Natl.Acad.Sci.USA65:625−6
32(1970)(引用によりこの明細書に組み入れる)によ
り記載されているようにして、ホスホグルコムターゼ及
びグルコース−6−ホスフェート・デヒドロゲナーゼの
添加によりNAD又はNADPの還元にUDP−グルコースからの
グルコース−1−ホスフェートの形成をカップリングす
ることによりUDP−グルコース・ピロホスホリラーゼ活
性を測定した。これらの測定においては、Tris緩衝液の
代りにHEPES緩衝液を使用し、そして反応混合物からリ
ン酸ナトリウムを省略した。弗化ナトリウム(5mM)を
添加してピロホスファターゼ活性を阻害した。 NADを用いる実験において、X1023株は5.4nmo/mg蛋
白質/分のUDP−グルコース・ピロホスホリラーゼ活性
を有しており、これは、野性型株X77のUDP−グルコース
・ピロホスホリラーゼ活性72.2nmo/mg蛋白質/分の10
%未満であった。X1023反応混合物における340nmの吸光
の増加のほとんどすべてがUDP−グルコース・ピロホス
ホリラーゼ活性それ自体によるものではなく競争反応に
よるものであった。X1039株は18.7nmo/mg蛋白質/分
のUDPGピロホスホリラーゼ活性を有しており、X1023に
おける活性より4倍高かった。この結果は、プラスミド
pTS13がUDP−グルコース・ピロホスホリラーゼ遺伝子を
担持していることを示すものである。 pTS13がUDP−グルコース・ピロホスホリラーゼ遺伝子
を有することを確認するため、電子受容体としてNABPを
用いて他の変異株により追加の実験を行った。結果を第
3表に要約する。異る抽出物濃度における多数の測定の
結果が示される。 X1023,X1024及びX1025株はピロホスホリラーゼ活性を
ほとんど又は全く有しなかった。X1025及びX1023株中の
欠損を補完するプラスミドを含有するX1040及びX1041株
は高い活性を有していた。同様に、X1052はプラスミドp
TS13を含有しない野性型親株X77より非常に高い活性を
有していた。pTS13は高コピー数プラスミドであるプラ
スミドRSF1010に由来するから、この活性の差異は遺伝
子量効果を反映したものであろう。X77及びX1040株の細
胞質抽出物を再度調製し、今回は恒温サンプルコンパー
トメントを装着した分光光度計中でピロホスホリラーゼ
活性を直接測定した。比活性は、X77及びX1040について
それぞれ149及び53.4nmo/mg蛋白質/分であった。 これらの結果は、X649中の変異がUDP−グルコース・
ピロホスホリラーゼ活性の除去によりUDP−グルコース
の合成を防止することを確認するものである。この活性
は、UDP−グルコース・ピロホスホリラーゼの遺伝子を
担持しているに違いないプラスミドpTS13により回復さ
れ得る。 UDP−グルコース・ピロホスホリラーゼ活性をさら
に、Tn903シリーズの糖ヌクレオチド変異株からの細胞
質抽出物中で測定した。反応混合物はNaFを含有しなか
った。結果を第4表に示す。 すべての株が測定可能なピロホスホリラーゼ活性を有
していた。ホスホグルコムターゼ活性の不存在は、X82
8,X866及びX872株がUDP−グルコースを合成することが
できないことを説明するのに十分である。 例9. この例は糖ヌクレオチド合成に欠損を有する、X.カン
ペストリスのトランスポゾン−誘導変異株におけるホス
ホマンノムターゼ活性を記載する。 あらかじめ同定された糖ヌクレオチド変異株(例1)
からの細胞質抽出物を例2に記載したようにして調製し
た。マンノース−6−ホスフェートをGDP−マンノース
・ピロホスホリラーゼの基質であるマンノース−1−ホ
スフェートに転換する酵素であるホスホマンノムターゼ
(PMM)について、これらの抽出物を測定した。酵素反
応は可逆的である。 測定(第5表)はPindar及びBucke,Biochem.J.152:61
7−622(1975)(引用によりこの明細書に組み入れる)
の方法から改変したものであり、この方法においては酵
素ホスホマンノース・イソメラーゼ(PMI)、ホスホグ
ルコースイソメラーゼ(PGI)及びグルコース−6−ホ
スフェート・デヒドロゲナーゼ(G6PD)の添加により、
マンノース−6−ホスフェートの生成がNADPの還元にカ
ップリングされる。 反応速度は数分間後に直線的になる。この時間はリン
酸化された糖中間体が定常濃度に達するために必要な時
間である。これらの直線的速度は反応混合物に含められ
た細胞質抽出物の量に比例する。便宜上、実際の反応速
度を決定するのではなく、マンノース−1−ホスフェー
トの存在下でのNADPH2の生成と非存在下でのそれとを30
分間のインキュベーションの後に比較することによりPM
M活性を決定した。結果を第6表に要約する。 最初にX866抽出物がマンノース−1−ホスフェートの
添加後に340nmにおける吸光の増加を示した。しかしな
がら、この増加をホスホマンノムターゼ活性に帰するこ
とはできなかった。反応速度は直線的ではなく、得られ
るべき最大吸光よりはるかに下方で平らになった。X866
の抽出物は、グルコース−6−ホスフェート・デヒドロ
ゲナーゼ活性について測定した際なお活性であった(0.
77μmo/m/分)。X866株は明らかにPMM活性を欠損
している。 他のすべてのGDP−マンノース変異株はホスホマンノ
ムターゼ活性を有していた。これらの変異株においてGD
P−マンノースの合成を防止する欠損酵素はGDP−マンノ
ース・ピロホスホリラーゼでなければならない。GDP−
マンノースの合成を防止する、X652,X711及びX712中の
欠損はプラスミドpAS7によって修正されるから、このプ
ラスミドはGDP−マンノース・ピロホスホリラーゼの遺
伝子を担持しているに違いない。 この発明の方法及び生成物において種の変更を行うこ
とができることが当業者には明らかであろう。従って、
添付された請求の範囲及びその均等の範囲に入る限り、
この発明の変更はこの発明に属することが意図される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Background of the Invention This is a US Patent Application N filed March 24, 1986.
It is a continuation-in-part application of o.843,349. The present invention relates to recombination for the production of various sugar nucleotides.
With respect to the DNA method, this sugar component is then again converted by the recombinant DNA method.
Introduced into microbially produced polysaccharides
You. Various polysacchara industrially useful for certain microorganisms
It has long been known that Id can be produced
You. Prior to the biosynthesis of polysaccharides,
Is a sugar nucleotide that constitutes a polysaccharide
Must have a source. Produce xanthan gum
Xanthomonas campest, a microorganism that can
Squirrel (Xanthomonas campestris) with sugar nucleo
Pide UDP-glucose, GDP-mannose and UDP
-Glucuronic acid is a direct precursor in the biosynthetic pathway
Everything has been found. That is, xantha
In describing the biosynthetic pathway of
Sugar nucleoti in campestris (X. campestris)
Find the DNA sequence responsible for the synthesis of
In Monas (Xanthomonas) sp. And alternative hosts
Recombinant DNA methods to produce these sugar nucleotides
developed. Xanth can produce xanthan gum naturally
Increased sugar nucleotide production in Tomonas sp.
The development of these methods for
Should allow for increased production of this polysaccharide
It is. Some of these microorganisms have detectable levels.
Bell sugar nucleotide precursors are present but their levels
The bell was found to be low. Furthermore, polysaccharide
Mutation exists in the part of the biosynthetic pathway responsible for assembling
In Xanthomonas organisms, these sugar nucleotides
It is also noted that the intracellular amount of the precursor increases by 2 to 7 times.
Was. Therefore, the rate-limiting step in natural xanthan production is sugar
The nucleotide precursor concentration, and the sugar nucleotide
With the introduction of additional DNA sequences that can direct production
Can increase intracellular sugar nucleotide concentration
I believe it. In addition, the recombinant DNA method for the production of xanthan gum
Found to be a good alternative host for use in
Some microorganisms generally require the required sugar nucleosides.
Does not produce tide precursors or can produce xanthan
May not produce them in an effective amount to
Was found. Recently, such recombinant DNA method and
And the alternate host, filed on March 26, 1986,
combinant DNA-Mediated Production of Xanthan Gum "
U.S. Patent Application No. 844,332 to Michael A. Capage et al.
No. Therefore, in these methods
Expresses the xanthan biosynthesis gene,
To produce the required sugar nucleotide precursors
It is necessary to induce a replacement host. The invention is partly
Is provided. Furthermore, the method of the present invention provides a
Sugar nuts when it is intended to introduce sugars into kalido
It can be used to induce reotide production.
For example, the sugar nucleotide of the present invention as a biosynthesis precursor
Xanthan variants requiring some or all
Various other gums have been identified. These gums
Applied for “A Polysaccharide P, filed on August 6, 1985.
olymer Made by Xanthomonas "
It is described in pending U.S. Patent Application No. 762,878. Furthermore, for the production of the sugar nucleotides disclosed herein
Recombinant DNA method is also of interest as a pharmaceutical preparation
Also used for the production of polysaccharides of different species
There is expected. For example, produced by E. coli.
Polysaccharide colonic acid (colonic acid)
This is expected as a potentially useful antigen for vaccination purposes.
Colonic acid production is a microorganism with increased precursor nucleotides
Is believed to be initiated or augmented by strategic production. The usual regulatory mechanisms that regulate expression and activity are foreign DNA or
Is not effective for enzymes, so DNs to other microbial species
The introduction of the A sequence is a sugar nucleus dictated by these sequences.
Ocide production could be enhanced. Further
In addition, many antibiotics such as Streptomyces
omyces) of macrolide antibiotics produced by seeds
A common class is sugar components derived from sugar nucleotide precursors.
Have. Recombinant DNA method for producing sugar nucleotides
Applied to such microorganisms for the biosynthesis of antibiotics
The utilization of essential precursors can be enhanced. SUMMARY OF THE INVENTION One object of the present invention is to provide a recombinant DAN for sugar nucleotides.
It is to provide a manufacturing method by the method. These sugar nu
Nucleotide is an in vivo synthesis of various polysaccharides.
In particular, Xanthan and March 26, 1986
The “Family of Xanthan-Based Polysaccharide”
polymers Including Non-Acetylated and / or Non-Pyr
uvylated Gum and Acetylated or Non-Acetylated Pol
et al., US Patent Application No. 84 entitled "ytetramer Gum"
Structurally described in xanthan, well described in 4,435
Used in the synthesis of new polysaccharides related to
Expect to be able to. Promotes synthesis of these sugar nucleotides by recombinant DNA
Another object of the present invention is to make these portable arrays
Is to provide a vector containing These
Microbial production using recombinant
Sugars in an amount sufficient to produce
It can produce nucleotides. Additional objects and advantages of the invention will be set forth in part in the description.
Or will be known by the practice of this invention.
These objects and advantages are set forth in the appended claims.
Realized by means and combinations specifically pointed out,
And will be achieved. To achieve these objectives, and to
Accordingly, a method for producing a sugar nucleotide is described. this
Sugar component of such sugar nucleotide filed on March 26, 1986
“Recombinant-DNA Mediated Production of Xa
US Patent Application No. 844,332 to Capage et al., entitled "Nthan Gum"
Xantha using the method and vector described in
Will be introduced into the polysaccharide. Portable DNA sequences can be synthetic or restricted ("natural").
DAN sequence). In a preferred embodiment, the porter
DNA sequences are available from the X. campestris library
Release and transfer to an alternative host, at least
The production of one sugar nucleotide can be directed. Furthermore, in order to achieve the above object,
According to the purpose, using the portable DNA sequence described above,
For the production of santa gum and other polysaccharides
Production of sugar nucleotides that can be used for
Is disclosed. This recombinant DAN method comprises: a) producing at least one sugar nucleotide;
At least one that can direct an alternative host microorganism to
Preparing a portable DNA sequence of the same; b) capable of transferring to a host microorganism and replicating therein.
Vector that can be produced
Factor for expression of the portable DNA sequence
Cloning the portable DNA sequence into a vector containing
C) sugar nucleosides under the direction of said portable DNA sequence
An inn that can produce biosynthetic enzymes for tide synthesis
The vector containing the portable DNA sequence
D) maintaining the vector and synthesizing the sugar nucleotide
Culturing said host microorganism under conditions suitable for
And optionally, e) harvesting said sugar nucleotide. To further achieve the above objectives and to provide
Therefore, the portable DNA sequences described above
Provided with a series of plasmids, each containing one
Is done. In particular, plasmids pAS7, pAS9 and pTS13 are disclosed.
It is. In addition, X. campez lacking phosphoglucomutase
A mutant strain of Tris X872 is provided. Xanthomonas mosquito
Impestris X872 strain was acquired on March 21, 1986 by American T
ype Culture Collection (ATCC), Rocoville, Maryland
Was deposited as Accession No.53471. Plasmid pA
E. coli LE392 (pAS9) carrying S9, plasmid pAS7
Carrying the carrying E. coli LE392 (pAS7) and plasmid pTS13
The carrying E. coli LE392 (pTS13), on March 21, 1986,
No.67050, No.67048 and No.67047 respectively
Entrusted. Both the foregoing general description and the following detailed description are merely
It is intended to illustrate and explain
It should be understood that the present invention is not limited by the box.
It is. The accompanying drawings are incorporated in this specification and
It constitutes a part thereof, and includes various components of the present invention.
Illustrative examples, and in conjunction with this description,
It is useful for explaining the reasoning. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows UDP-glucose, UDP-glucuronic acid, and
And a biosynthetic pathway for the synthesis of GDP and mannose.
It is. FIG. 2 shows UDP-glucose, GDP-matrix in the standard mixture.
Northose, UDP-galacturonic acid and UDP-glucuron
3 shows the separation of acids by high performance liquid chromatography. each
Ultraviolet spectrum from 240 to 300 nm is shown for the compound
ing. FIG. 3 shows UDP-glucose, UDP-glucuronic acid,
And a mutant lacking UDP-galacturonic acid (class 1)
Chromatogram of cell extract from representative strain X872
Show. Spectrum of peak eluting in the region of interest
Are shown for comparison with that of FIG. FIG. 4 shows mutants lacking GDP-mannose (class
Chromatography of cell extract from X869 strain, representative of 2)
Show ram. The spectrum of the peak eluted in the region of interest
The vector is shown for comparison with that of FIG. FIG. 5 shows UDP-glucuronic acid and UDP-galacturo.
From the X871 strain, which is a representative of the mutant strain lacking acid (Class 3)
The chromatogram of the cell extract of is shown. Featured
The spectrum of the peak eluted in the region is shown in FIG.
Shown to compare with it. FIG. 6 shows UDP-glucose, GDP-mannose, UDP
-Mutations lacking glucuronic acid and UDP-galacturonic acid
Of the cell extract from the X866 strain, which is representative of the strain (Class 4)
3 shows a chromatogram. The eluting peak in the region of interest
The spectrum of the peak is shown for comparison with that of the second
ing. FIG. 7 shows UDP-G in mutant X649 (class 1).
Deficiency preventing the synthesis of Lucose and UDP-glucuronic acid
5 shows the stage of construction of plasmid pTS13, which complements E. coli. FIG. 8 shows UDP-G in mutant X736 (class 3).
A plasmid that complements the defect that prevents the synthesis of lucuronic acid
The stage of construction of pAS9 is shown. FIG. 9 shows UDP-G in mutant X652 (class 4).
Of glucose, GDP-mannose and UDP-glucuronic acid
Deficiency, and mutants X711 and X712 (class
The deficiency that prevents the synthesis of GDP-mannose in 2)
The stage of construction of the complementing plasmid pAS7 is shown. Fig. 10 shows the results for Paracoccus denitrificans
chromatograph of cell extracts from coccus denitrificans)
Gram, where UDP-glucose and GDP-mannose are
Present but not UDP-glucuronic acid
Is shown. Fig. 11 shows the paracoccus denitrif shown in Fig. 10.
UDP-glucose and other bacteria in cell extracts
3 shows a spectrum confirming a lysine-containing compound. Fig. 12 shows the Paracoccus denitrif shown in Fig. 10.
Confirm the identification of GDP-mannose in cell extracts
And the spectra observed in this figure.
Compound eluted later is an adenosine-containing compound
Indicates that DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention generally relates to various sugars using recombinant DNA methods.
Related to nucleotide synthesis. The following specific description is
For example, for the production of xantham gum and its variants
Also useful UDP-glucose, GDP-mannose and
The description of the production of UDP-glucuronic acid is used. The sugar nucleotides UDP-glucose, GDP-mannose and
And UDP-glucuronic acid are biosynthetic for xanthan gum
It is a direct precursor of the pathway. Vanderslice et al., Supra, (
Incorporated herein by reference).
To direct in vitro biosynthesis of xanthan
Requires all of these compounds. Sugar trans
Due to the specificity of ferase, such as ADP-glucose
Other sugar nucleotides serve as xanthan precursors
Can not do. X. Three types of campestris
The essential sugar nucleotide synthesis pathway is shown in FIG.
You. Xanthomonas campestris is a detectable concentration
Without UDP-galactose, and therefore like E. coli
Glucose-1-phosphate observed in other bacteria
-UDP-Galactose, Uridyl, Transfer
No Rose reaction can occur. X. unable to produce xanthan gum in vivo.
The campestris mutant (Gum-strain) is UDP-glucose.
, GDP-mannose and UDP-glucuronic acid
Cell lysis to synthesize xanthan gum in vitro
They can be divided into two classes based on their ability.
Mutants that cannot produce xanthan in vitro
Is the xanthan biosynthesis mechanism (sugar transferase and
Limerase). When exogenous substrate is supplied
Strain capable of producing xanthan in vitro
Lacks the ability to produce the necessary precursors in vivo.
Some of this second class of mutants have glucose transport
Transport and its metabolism are deficient.
The rate of xanthan synthesis is very low. Others below
One or more sugar nucleotides having normal complement of assimilase
Lacks the enzymes needed to synthesize leotide itself
I have. Such a mutant is a transposome of X. campestris.
Gum-colonies were picked after mutagenesis and added.
UDP-glucose, GDP-mannose and UDP-glucose
In vitro biosynthesis of xanthan in the presence of
It was obtained by precipitation. Specific sugar nucleotide deficiency
Extracts sugar nucleotides and extracts the high-speed liquid
Analysis can be performed using chromatographic methods.
Identified in vivo. Four classes of mutant strains were identified
Was. These include 1) UDP-glucose, UDP-glucuro
Acid and other sugar nucleotides derived from these compounds
Lacking the synthesis of: 2) GDP-mannose and related compounds
3) UDP-glucuronic acid and related compounds
Lacks product synthesis, but not UDP-glucose.
And 4) UDP-glucose, UDP-glucuron
Lack of synthesis of acids, GDP-mannose and related compounds
Is included. UDP-glucose to UDP-glucuronic acid
Variant class 3 is evident since conversion is a one-step process
Lack UDP-glucose dehydrogenase. other
Of the mutant classes required for sugar nucleotide biosynthesis
It was characterized by analysis of Botro enzyme activity. Glucose-6-phosphate and lactose-6
-Phosphate is a key intermediate in microbial metabolism
You. Fructose-6-phosphate to UDP-N-A
The route to cetyl glucosamine is gram-negative bacteria and
Common to bacterial positive bacteria. UDP-N-acetylglucosa
Min is an essential precursor of peptidoglycan in the cell wall
You. Two types of pyrophos, indicated as 4 and 12 in FIG.
Sphorylase is a derivative of UDP-glucose and GDP-mannose.
Committed steps in biosynthesis
In other organisms, glucose-6-phosphate
Reacts with other nucleotide triphosphates to form other
Sugar nucleotides such as ADP-glucose and TDP-glu
A course can be generated. In the UDP-glucose pathway, the UDP-glucose pipe
The gene for lophosphatase is as described in Example 4.
Isolated. The mutation in this gene is UDP-glucose
Not only other sugar nucleotides derived from this,
Synthesis of UDP-glucuronic acid and UDP-galacturonic acid
To prevent UDP-glucose dehydrogenase (yeast
The gene of element 5) was also isolated as described in Example 5.
Was. Mutations in this gene are UDP-glucuronic acid and
Other sugar nucleotides derived therefrom, namely UDP-GA
Prevents synthesis of lacturonic acid. Such an extreme effect (po
lar effects) followed by X. campestris
Disrupts lipopolysaccharide synthesis as well as tan biosynthesis
I do. This provides a supply of sugar nucleotides for the process.
By destroying. In addition, mutants deficient in GDP-mannose synthesis
Was found. These mutants grow normally on mannose.
Is an enzyme that multiplies, and therefore is commonly found in bacteria
Certain enzyme 2, phosphomannose isomerase
Have. Thus, these are enzymes 11 as described in Example 9.
And / or 12 must be missing. Cross high
Hybridization mapping and restriction maps
Mutation of at least another in the chromosome of X. campestris
Indicates that it exists in two places. Insert into these mutants
Plus triggers the synthesis of GDP-mannose when
Mido was developed. Details of this plasmid are shown in Example 6.
You. In addition, this plasmid contains phosphoglucomutase
(Pgm) and GDP-mannose cannot be produced
Complements the Gum-deficiency of the mutant. This mutation causes pgm expression
Within the restriction gene to regulate or pgm structural inheritance
Will be in the child itself. Other mutant X872 lacking only phosphoglucomutase found
Was issued. By the method described in this specification, those skilled in the art
Given the current state of applicable science, the wild type of this gene
A plasmid carrying the copy can be constructed. That is, a residue for the synthesis of direct xanthan precursors.
The gene has been identified by the present inventors. These genes
Are UDP-glucose, GDP-mannose and UDP-glucose
Genetics for enzymes required for the synthesis of clonic acid
Includes children. Wild nature of the genes encoding these enzymes
Plasmid containing type copy was constructed in phage lambda
Obtained from a gene library. By transposon
Chromosome DN from Sugar Nucleotide Deficient Mutants Induced
Vector carrying the cloned DNA segment of A
RSF1010 recombinant plasmid 32 P-labeling plus
Mid DNA was identified. The cloned fragment is
Contains zon and flanking chromosomal DNA. this
Such recombinants are described in Capage et al., Supra.
Thus, it can be easily isolated. 3 types of multi-copy
-Broad host range plasmids are described in more detail in the following examples.
Created using standard techniques. These plasmies
PTS13, pAS7 and pAS9 are respectively the above-mentioned mutation class 1,
Contains DNA that complements two and three strains. In addition, plastic
Smid pAS7 complements the class 4 mutant. These programs
Rasmid is a xanthan biosynthesis gene itself
Hybridization with DNA in or across the region containing
Do not phage cross-hybridization,
Restriction fragment analysis and genetic complementation result in two different loci
Identified in plasmid pAS7. Of these plasmids
Construction and additional information is shown in FIGS. 7-9, and
This will be discussed in more detail in the examples below. Each plasmid is inserted into a mutant in the appropriate complementing group.
When introduced, by the appearance of mucus in the resulting colony
As shown, the ability of the mutant to produce xanthan gum
Restore strength. In addition,
Complemented strains to confirm that they have regained growth potential
The sugar nucleotides in extracts from were tested. plus
Mido pTS13 is a family of UDP-glucose pyrophosphorylase
Most likely to carry a gene. Because the mutation
Bacterium X649 cannot produce UDP-glucose,
Because it has a wild type amount of phosphoglucomutase
is there. Furthermore, plasmid pTS13 is a mutant strain derived from X649.
When inserted into UDP-glucose pyrophosphorilla
Give the ability to produce sesase (Example 8). This strain is a guru
Proliferates normally on the course and therefore grows
Glucose-6-pho which is a key intermediate in the use of
It does not lack phosphate synthesis. As mentioned above, bacteria synthesize xanthan gum
Include UDP-glucose, GDP-mannose and UDP-glucose
Chronic acid is absolutely essential. Each as a precursor
Acetyl-Coenzyme A and phosphoenolpyruvine
Axane by acetylation and pyruvation requiring acid
Modification of the tongue affects the rheological properties of the gum,
Acetylation and pyruvation are essential for its biosynthesis.
There is no. In addition, both of these latter precursors are bacterial
It is an essential component of Xie. UDP-glucose, GDP-mannau
And UDP-glucuronic acid are common in some bacteria
Sugar nucleotides, but all bacteria these
Or do not have xanthan synthesis
They do not have these in sufficient amounts to support.
Xanthan biosynthesis in organisms other than X. campestris
Expression of the synthetic pathway suggests that sugar nucleotide precursors are such alternatives
In the host, preferably supporting economical production of xanthan gum
Need to be synthesized fast enough to hold
You. Young with little or no UDP-glucuronic acid
An alternative host of dried was identified (Example 7). Xantha at high speed
In order to obtain glucose synthesis, UDP-glucose was added to such a strain.
・ Insert DNA carrying dehydrogenase gene
It will be essential. Expression of sugar nucleotide biosynthesis genes in alternative hosts
The basic requirements for this are similar to those in X. campestris
Similar. One or more required genes are grouped into chromosomes
Stably maintained by transfection or maintenance on plasmid
They must be inserted into the host in such a way as to obtain
Absent. Genetic constructs allow the host to synthesize and
To translate it into a functional protein, which is preferably
Must be relatively stable in the host
Absent. In addition, the host is responsible for the synthesis of the sugar nucleotide itself.
Cannot provide substrates and cofactors for
I have to. High copy number plasmid and low copy with broad host range
Both of several plasmids are present. Appropriate for plasmid
Insertion of sugar nucleotide biosynthesis genes has already taken place
You. Plasmid from E. coli to X. campestris mutant
Such a plasmid was transformed in the same manner as described above.
Transformation for introduction into alternative hosts
Alternatively, conjugation can be used. this
Their broad host range plasmids generally infect Gram-negative bacteria
Will do. Optionally, the X. campestris gene
Shuttle bed that can transfer to Gram-positive bacteria
There is a doctor. Plasmid insertion and maintenance is standard
It can be confirmed by the method. Monitor gene expression in alternative hosts in several ways
-Can be. That is, transcribed from the gene
mRNA can be detected by hybridization.
The protein itself is detected by immunoassay or functional measurement.
Sugars that can be
Identify nucleotides by established chromatographic methods
Can be Minutes from one or several of these techniques
Analysis, if desired, to construct genes to optimize expression
It should allow adjustment of things. When a similar external environment is maintained, such as pH and temperature
In particular, the intracellular environment of the alternative host is X.
Probably similar to that of Stris. Kisa
The biosynthesis of lanthanum extends over a wide temperature range,
At a rate between 27 ° C and 37 ° C.
The best is known from in vivo studies. clear
In addition, the enzyme responsible for the synthesis of sugar nucleotide precursors
Must be functional in scope. The first analysis
It will be performed at 27-30 ° C. Priming for the production of specific sugar nucleotides in various hosts
The widespread application of the techniques described herein has been extended to the teachings contained herein.
In the light of what is possible with the art.
Should. Therefore, the following examples are merely illustrative.
It is not intended to limit the invention as claimed.
Absent. Example 1. This example demonstrates various X. mosquitoes that are Gum- in vivo.
Specific Sugar Nucleotides Identified in Impestris Strains
Consider the defect. Initial yield of mutants lacking sugar nucleotide synthesis
Make the collection as described in Capage et al., Supra.
Xantha in vivo after transposon mutagenesis
Cannot be produced. X. Campestris strain
I got it. Some Gum-strains contain the sugar nucleotide UDP-glu.
Course, supplied by GDP-mannose and UDP-glucuronic acid
Can produce xanthan in vitro if
did it. These mutants are synthesized from xanthan itself.
Rather than deficient in sugar nucleotide synthesis.
Was deficient. Next, these mutants are
It was found to be sensitive to gin blue. other
Gum- strains for toluidine blue sensitivity
Additional sugar nucleotide variants
Was done. These strains are wild-type X. campestris and
Kills Gum-mutants deficient in tantan biosynthesis itself
Resistant to several virulent phages
It was proved that. Gum + in vitro but G in vivo
Identify specific sugar nucleotide deficiencies in strains that are um-
The following method was used to do this. Isolated from each strain
Picked up a colony, and 125m Erlenmeyer
-YM medium containing 2% glucose in a flask (yeast
3g, malt extract 3g and peptone 5g /), 10m
Seeded. Culture at 30 ° C., 250 rpm for 24 hours, or
Incubated until out. 5% inoculum in YM medium
Modified PACE medium containing glucose as a carbon source (5 g
KH Two PO Four , 5g K Two HPO Four 0.2 g MgSO Four ・ 7H Two O, 0.53g
(NH Four ) Two SO Four , 0.006g H Three BO Three , 0.006 ZnC 2 , 0.003g
FeC 3 ・ 6H Two O and 0.002 CaC Two /] And then
And grown at 30 ° C. for 24 hours. Centrifuge the culture
And washed twice with PACE salt and absorbance at 600 nm
Was resuspended in a sufficient volume of PACE to give 100. Sa
1.5 ml of sample and a sufficient amount of glue to bring the concentration to 20 mM.
Put in a 50m Erlenmeyer flask containing the course
Was. Each sample was placed in a 30 ° C water bath at 400 rpm for 10 minutes.
Cubate, then remove 1m and eppend
Added to 0.1 m 11N formic acid in a Ruff centrifuge tube. This switch
Cap the tube and stir the contents in a vortexer for 1 second
Mix and then dry the tubes in a dry ice-alcohol bath
I put it inside. After processing all samples, the tube
Remove from dry ice, thaw at room temperature, and
Centrifuged for 5 minutes to pellet cell debris. Remove the supernatant
Place in a pre-cooled 15m conical centrifuge tube
And frozen in a dry ice-alcohol bath.
Place the frozen sample in a freeze dryer and dry.
Was. Transfer the contents of each tube to triethylamine (Aldo
Rich), 40 mM phosphoric acid adjusted to pH 6.5
Dissolved in 0.2 m of HPLC buffer. 0.45μm sample
Filter through filter into micro sample vial
And injected onto a 4.6 mm x 250 mm C18 reversed-phase ion-pair column.
The analysis was performed at 40 ° C. at a flow rate of 0.8 m / min.
Compare retention times with standards run under the same conditions
And the spectrum of compounds eluting in the region of interest
The sugar nucleotides were identified by examining the sugar nucleotides. Use the following methods for four classes of sugar nucleotide variants
Identified. (1) Synthesize UDP-glucose and UDP-glucuronic acid
(2) Mutants that cannot synthesize GDP-mannose
(3) UDP-glucose can be synthesized, but
However, mutations that cannot synthesize UDP-glucuronic acid
Strains; and (4) UDP-glucose, GDP-mannose and UDP-glucose
Mutants that cannot synthesize lucuronic acid. Representative chromatograms of each mutant class and standard
Various spectra are shown in FIGS. Class 1,3, and
And 4 mutants are also lipopolysaccharide of X. campestris.
Synthesis of UDP-galacturonic acid, a halide precursor
Did not. Based on these data, X. Campest
Squirrel transforms UDP-glucuronic acid into UDP-galacturonic acid
Must be synthesized. The extract from the wild type strain of X. campestris was Xantha.
Possesses all of the sugar nucleotides necessary for biosynthesis of
Was. As shown in Table 1, the biosynthesis of xanthan
Gum-mutants with defects in the tract itself are wild-type cells
Had a higher concentration of precursor sugar nucleotides. These data indicate that xantha in wild-type cultures
Synthesis rate is limited by the supply of precursor sugar nucleotides
It is shown that it is done. Example 2. This example demonstrates that X. campestris lack sugar nucleotide synthesis.
E in the mutants induced by the transposon
Shoglucomutase activity is described. Was previously found to lack sugar nucleotide synthesis
Cytoplasmic and membrane fractions from transposon mutants
Was prepared. X. campez to serve as positive control
An extract of Tris S4-L (NRRL B1459) was also prepared. culture
1% glue from the isolated colonies on the plate
Transfer to 5m YM medium containing course, and tube roller
And grown to stationary phase. Contains 1% glucose
YT medium (8 g tryptone, 5 g yeast extract and 5 g
2 in 500m flask containing 100m of NaC /)
m of culture and incubator at 30 ° C
It was placed on a medium shaker at 300 rpm. After 24 hours, remove the culture
And then centrifuged. Cell pellet 100m
Wash twice in phosphate buffered saline (pH 7.2), then 10m
M MgC 2 20w in 50mM MOPS buffer (pH 7.2) containing
Resuspended to / v%. Remove residual media from cells
This method was used to do this. French at 15,000psi
Suspended cells were broken by passing the press twice. Fine
Reduce viscosity by treating cell lysate with DNAase
And then centrifuged at 2,500 xg to remove unbroken cells and
And cell debris were removed. Using a Pasteur pipette
Carefully remove the clarification and then to an average centrifugal force of 130,000 xg
By centrifugation in a rotating bucket rotor.
It was separated into a cytoplasmic fraction and a membrane fraction. Contains cytoplasmic components
The supernatant was decanted and frozen at -70 ° C. Including each membrane
1.0m MOPS MgC with pellets 2 Resuspend in buffer,
And also frozen at -70 ° C. Sugar nucleotide synthesis
The enzymes required for are normally found in cytoplasmic components.
Separation of cytoplasmic components from cell membranes is coupled to NADP reduction
Facilitates enzymatic measurements. NADPH oxidase is membrane bound
Enzyme, and unless removed or inactivated
Pyridine nucleotide (this accumulation tracks the reaction
Can be rapidly reoxidized)
You. The protein concentration in each cytoplasmic extract was determined as
Using clear albumin, Lowry et al., J. Biol. Chem. 193 : 265
−275 (1951), which is specifically incorporated herein by reference.
). Glucose-6 in each extract
The activity of phosphate dehydrogenase is glucose
During oxidation of -6-phosphate to 6-phosphogluconic acid
Of Absorbance at 340nm Due to the Accumulation of NADPH Produced in Rice
Was determined by tracking. This yeast is X. Campe
A key enzyme in the metabolism of glucose by stris
And serve as an internal control. Reaction conditions are shown in Table 2.
Write in footnotes. Glucose-6-phosphate is converted to UDP-glucose
Conversion to the direct precursor glucose-1-phosphate
Phosphoglucomutase is also measured in the cytoplasmic fraction
did. Since reversible mutase activity,
Lucose-1-phosphate was used. In addition, Sigma
-Purified glucose-6 purchased from Chemicalne
-Phosphate dehydrogenase in excess in the reaction mixture
added. The rate of NADPH formation depends on the amount of host present in the reactants.
Glucose-6-phosphate by hoglucomutase
Indicates the speed at which the is generated. Reaction conditions and assay
Table 2 summarizes the results of (a). (A) 0.05 m cytoplasmic fraction (about 10 mg / m protein)
The reaction was started by the addition. 40 mM reaction mixture
Tris-HC (pH 8.6), 5 mM glucose-6-phosphate
Plate, 1.6 mM NADP and 15 mM MgC 2 The total volume of 1.0m
Contained in the amount. (B) Reaction conditions are the same as for G6PD,
Glucose-1-phosphate instead of s-6-phosphate
Used. The reaction mixture was further diluted with 1 mM dithiole
Itol, 0.2 mM glucose-1,6-diphosphate, and
And 10 units of G6PD manufactured by Sigma Chemical Co., Ltd.
Was. (C) Deposited as ATCC No. 53471. All extracts range from 97-268 nmo / min / mg protein
Significant activity of glucose-6-phosphate aldehyde
It had a logase. Synthesize UDP-glucose
All extracts prepared from
And phosphoglucomutase activity was 191 nmo / min / mg protein.
More than white matter. Can synthesize UDP-glucose
Can not. All mutants except X649 (X828, X652, X86
6, and the extract from X872) contains little or no phospho
It did not have glucomutase activity. Such a defect is UD
Sufficient to prevent the synthesis of P-glucose. X649 strain produces a UDP-glucose strain of sugar nucleotides
Cannot produce. Phenotypically, this is Tn903
It is similar to the mutant strain X872. However, X649
It has normal phosphoglucomutase activity, but X872 does not
The enzyme is deficient. X649 is UDP-glucose pyro
The phosphorylase itself must have a defect. The X652 strain is a sugar nucleotide UDP-glucose strain and G
The DP-mannose line cannot be produced. these
X828 and X86 are Tn903 mutants lacking any sugar nucleotides
As with 6, X652 has almost no phosphoglucomutase activity.
No or no. Deficient in GDP-mannose synthesis only
Mutant strains X657, X711, X712 and X869… are normal
It has high phosphoglucomutase activity. X736, X826 and X
Strain 871 is unable to produce UDP-glucuronic acid.
These also have normal phosphoglucomutase activity. Example 3. This example demonstrates the sugar nucleotides in a Tn10-induced mutant.
This section describes the method of mapping the defect. Tn10-induced mutants deficient in sugar nucleotide metabolism
For all of the above, the Tn10 + periphery (flanki
ng) Plasmid by cloning chromosomal sequence
Probe was obtained. By probing the λ bank
Hybridize to each probe, but with X.
Λ Recombination Carrying a Segment of Wild-Type DNA of Pastris
I got a body. These phages are plaque purified and
It is used to contain Tn10 and flanking DNA.
Sugar by cross-hybridization to a plasmid probe
Nucleotide mutations were mapped. Both sugar nucleotide probes are synthesized with xanthan
Map within the DNA region containing the genes of the pathway itself
Did not. Contains wild-type DNA for mutant X649
The phage will harbor any other sugar nucleotide probe.
Did not hybridize. Similarly, the T in the mutant X736 DNA
Phage containing wild-type DNA from the n10 insertion region
It did not hybridize to the sugar nucleotide probe.
Therefore, the defective gene in these strains is not compatible with other sugar nucleotides.
Not linked to the gene. Plasmids pTX652, pTX657, pTX711 and pTX712 were cloned
Recombinant lambda chromosome containing ligated X. campestris DNA
Hybridize to overlapping sets of images
Was. Plasmid pTX711 is inserted into pTX652, pTX657 and pTX712.
Some, but not all, of the hybridizing λ phages
Crab hybridized. X652 also contains UDP-glucose or UDP-glucuronic acid.
Mutations in the X652 strain and GDP-
The association with mutations that prevent mannose synthesis is unexpected.
Was. Mutations in X652 are UDP-glucose and GDP-manno
Transactin, which affects the synthesis of
g) in regulatory genes or for UDP-glucose synthesis
Encoding an essential enzyme but GDP-mannose inheritance
Structural remains that exert a polar effect on the expression of offspring
It will be in the messenger. Example 4. This example demonstrates the mutation of the mutation in strain X649 by plasmid pTS13.
Explain the complement. Transposon mutation of all sugar nucleotide variants
Obtained by induction. Lambda of genomic DNA of X. campestris
The library was prepared using UDP-glucose and UDP-gluconic acid.
Transposon Tn from mutant X649 with defective synthesis.
Cloning 10+ flanking chromosomal sequences
(As described in Capacity, etc., supra)
Probed with plasmid pTX649 induced by
Was. 10 λ recombinants that hybridize to the pTX649 probe
Was identified. Restriction digestion and gay swimming of DNA of each λ clone
Movement. In these digestion patterns,
In the wild-type fragment of mutated X. campestris DNA
Identified. This 6.5 kb Pst I fragment is used for preparative agarose
And purified by electroelution from the gel. This Pst I fragment is pBR
Cloned into the PstI site of 322 to create plasmid pTf6.5
Had made. Digest pTf6.5 and plasmid RSF1010 with EcoRI
And ligating both plasmids together
Was constructed. After transformation, strain E. coli
Confer resistance to putomycin and tetracycline
Hybrid plasmids were selected according to their ability. This texture
Plasmid pTS13 contains a 6.5 kb Pst I fragment (No. 7).
Figure). This plasmid is then directed by pRK2013
Tripalent Conjugal Transfer (tripar
ental conjugal transfer) by X. campestris X64
The number has been shifted to nine. The cloned 6.5 kb fragment carried by pTS13 is a mutant
Complements X649. Mate of pTS13 for migration to X649
Plate the mating mixture on Rif and Strep
If all of the colonies are Gum +,
Could not be distinguished from the type. 3 Gum + Kiso
Analyze exoconjugates, and these
It was shown to contain a sumid. In addition, plasmids
A "curing" experiment was performed. In this experiment
Promotes X649 (pTS13) loss of plasmid
Grow under conditions and then select a plasmid.
Plated in the absence of any possible drug.
In some experiments, significant frequencies were found in these plates.
Gum-colonies were observed in degrees (10-50%). Like this
Three Gum-isolates were tested and plasmid pTS13 was lost.
It was shown that. However, from this experiment
All three Gum + isolates were found to carry pTS13
Was done. Correlation between plasmid presence and Gum + phenotype
The relationship is that the nature of the first Gum + is not due to recombination.
Rather, due to the expression of the gene carried on the plasmid
Claims to be something. Preparation of extract from X649 strain and X649 strain containing pTS13
did. The extract from X649 with plasmid was
To be determined by the
Had a course. The extract from X649 alone is not
Did not. Extract from X649 has normal amounts of phosphoglucomutase
(Example 1) prevents UDP-glucose synthesis
Deficient enzyme is UDP-glucose pyrophosphoryler
Must be located in the gene encoding ze. This
Is contained in plasmid pTS13. This
Since Rasmid is a chimera of RSF1010, X. Campest
Can transfer to Gram-negative bacteria other than squirrels, and
The ability of the bacterium to produce glucose-1-phosphate
If you have the power to produce it UDP-glucose
Ability can be given. Example 5 This example demonstrates the complementation of a mutation in strain X736 by plasmid pAS9.
Explain the end. X. campestris chromosome from the region of the Tn10 insertion in X736
One set of five lambda phage containing DNA was isolated. These phages were hybridized to plasmid pTX736.
Screening for recombinant phage
And isolated from the λ bank gene. Plasmid pT
X736 is a mutant containing a Tn10 insertion that gives rise to a mutant phenotype
Pst I fragment of chromosomal DNA from X736 is a plasmid vector
It is cloned into RSF1010. These λ736 (+) phages were
Screening by hybridization
A relatively large DNA fragment containing the wild-type Pst fragment was identified.
Was. DNA from lambda recombinant to some restriction endonucleases
And digested with the same set of enzymes.
Swim on agarose gel with wild-type chromosomal DNA control
I moved it. This digest was then radiolabeled.
Probed with pTX736 plasmid DNA. Some differences
The SalI digest of the λ736 (+) isolate
A 9 kb fragment was hybridized. Wild type staining
9 kb Sal I digest of body DNA also anneals to this probe
Band was generated. λ736 recombinant has relatively small number of Sal I
Since a fragment was generated, shotgunk from λ to pMW79
Loan was performed. The plasmid vector pMW79
A unique Sal I located within the tracyclin resistance gene
Contains a site. Therefore, pMW79 and λ736 (+) DNA
Digest both with Sal I and combine digestion products together
Connected. The ligation reaction is used to transform E. coli and
Ampicillin resistant transformants were selected and their 65
0 were tested for sensitivity to tetracycline
To identify the recombinant plasmid. 10 Amps r Tet s Isolate
Was found. Plasmid DNA from these transformants
And restriction endonuclease digestion and agar
Analysis was performed by Rose gel electrophoresis. Notable recombinants are seen
Was issued. Contains the cloned 9 kb SalI fragment.
And the plasmid was named pAS9 (FIG. 8). X736 Gum-This plasmid was transformed with X.
I switched to Campestris. Plasmid pAS9 to X736
Rifampicin-resistant inducer (designated X1017) and Rif
r Mobilized to wild-type (Gum +) strain X77. this
Their mobilization is a standard tripa mandated by pRK2013.
Rental conjugal transfer (triparenta
l conjugal transfer). Rifampicin
[For E. coli donors and mobilizer strains]
And streptomycin (presence of pAS9)
By selecting on)
X. campestris conjugate carrying the plasmid of interest
(Conjugant) was selected. X1017 to pAS9 mating
Rif of mating r And Strep r The descendants are exclusively Gum +
there were. Select 3 Gum + derived strains and add plasmid
Selected about All three are clearly plasmids
containing pAS9 and restriction endonuclease
This plasmid has some distinction when determined by digestion
Found that they have not undergone any serious rearrangement
Was. In addition, a plasmid “curing” experiment was performed.
Was. In this experiment, X1017 (pAS9) was
Growth under conditions that promote the loss of
In the absence of any drug that would select Sumid
Plated in a state. Gu in this plate with significant frequency
m-colonies were observed. 3 such Gum-isolates
And that plasmid pAS9 has been lost
Was found. However, three Gum from this experiment
+ All isolates were found to maintain pAS9.
The correlation between the presence of the plasmid and the Gum + phenotype is
The nature of um + is not due to recombination but rather plasmid
Claims that this is due to the expression of the gene carried on
are doing. Mutant X736 is capable of producing UDP-glucose
However, UDP-glucuronic acid cannot be produced.
Therefore, conversion of UDP-glucose to UDP-glucuronic acid
Single enzyme UDP-glucose dehydrogena
It is most likely that the enzyme is defective. For this enzyme
Is contained on plasmid pAS9. Example 6. This example demonstrates the strains X652, X711 and X712 with the plasmid pAS7.
The complementation of the mutations inside is explained. Transposon Tn10 from sugar nucleotide mutant X652
+ Flanking chromosomal sequence in plasmid RSF1010
Plasmid pT derived by cloning
X652, λ live of genomic DNA of X. campestris
Rally was probed. Mutant X652 is UDP-glucose
, GDP-mannose or UDP-glucuronic acid
No. Recombinant phage that hybridizes to pTX652
Purified. These files probed by pTX652
Southern blot of the restriction digest
9 kb BamH I fragment containing the wild sequence corresponding to the site of insertion
Pieces were identified. This 9 kb BamHI fragment was purified and plasmid pMW79
At the BamHI site. E. coli using the ligation mixture
Transform and select for ampicillin resistant transformants
did. These are screened for tetracycline sensitivity.
Learning. For insertion of foreign DNA into BamHI site of pMW79
Genes encoding more resistance to tetracycline
Will be inactivated. Contains a 9 kb BamHI fragment
Plasmid pAS7 was obtained by this method (FIG. 9). Next, the tripalental core commanded by pRK2013
Plasmids were transferred to E. coli by Njugal transfer.
Transferred from Li to X. campestris X1043. pTX652 to X.
Impestris strain X77 (X. campestris NRRL-B1459 S4
-Lifampicin resistant mutant obtained from -L)
And imposing a tetracycline selection
Therefore, homologous recombination allows X. campestri
X1043 was obtained. Different antibiotic resistance of X1043 from X652
Promotes subsequent reverse selection for E. coli donors
did. After transfer of plasmid pAS7, X1043 has a Gum + phenotype
Has recovered. This phenotype is Gum if the strain has lost pAS7
-, Gum + phenotype is transposon in strain X652
Due to the plasmid of the chromosomal DNA inactivated by insertion
This is due to the expression of the carried copy
Was. As shown in Example 3, of the X652, X711 and X712 strains
Are clustered on the X. campestris chromosome. Step
Rasmid pAS7 in tripa rental mating
After transfer to mutants X711 and X712 by conjugation, Gum + table
Restored the current model. If the complemented strain has lost the plasmid
It became Gum-. The X711 and X712 strains have GDP-mannose similarly to the X652 strain.
Cannot be synthesized. Plasmid pAS7 has this ability.
To recover, and thus to the synthesis of GDP-mannose
Contains genes encoding necessary enzymes. X652 also has a UDP-glucose deficiency. This lack
Loss is due to a lack of phosphoglucomutase in strain X652 (eg
It matches with 2). GDP-an enzyme required for mannose biosynthesis
The same linkage containing the gene encoding
Structural gene of glucomutase or phosphoglucomutase
It also contains a control gene that regulates the expression of. Example 7. This example illustrates the accumulation of sugar nucleotides in alternative hosts.
I will tell. Paracoccus denitrificans
nitrificans) (ATCC 17741), Pseudomonas strike
Tuzzelli (Pseudomonas stutzeri) (ATCC 17588),
And Pseudomonas Perfect Marina
s perfectomarina) (ATCC 14405)
Using the method developed for X. campestris
And analyzed. 2% glucose as a carbon source
The cells were grown for 12 hours. Collect and wash cells
And resuspended so that the absorbance at 600 nm is 100.
Was. This cell pellet is required for anaerobic growth
Typical of denitrifying bacteria that have derepressed cytochrome synthesis
Pink color (typical for oxygen limitation during growth)
reaction). Next, 25 mM nitrate was used as an additional electron acceptor.
Included in the incubation mixture. Cell suspension 20 mM
5 minutes with or without nitrate with or without nitrate
Incubate and ants as described in Example 1.
Extracted with acid. The extract is freeze-dried and TEA-phosphate
Dissolved in buffer and analyzed by HPLC. Featured
When confirming by the spectrum of the peak in the region,
Coccus denitrificans is composed of UDP-glucose and G
It had DP-mannose, but UDP-glucuronic acid
The amount was undetectable (FIGS. 10-12). Similarly, shoe
Domonas Perfect Marina and Pseudomonas Sus
Tozzelli has UDP-glucose and GDP-mannose
Was. UDP-Glue in extracts from any organism
Chronic acid was not detected. As described in Example 5, tripalental
Plasmid pAS9 was transformed into E. coli by conjugation in mating.
From the E. coli donor into all three bacteria
So that UDP-glucuronic acid can be synthesized
It is intended to modify these strains. Example 8. This example demonstrates X. cans with a deficiency in sugar nucleotide synthesis.
UDP- in a transposon-induced mutant of Pestris
The glucose pyrophosphorylase activity is described. Can the X649 strain produce UDP-glucose?
(Example 1), but with phosphoglucomutase activity
(Example 2). The experiment below shows that the mutation in this strain is UD
Influences P-glucose pyrophosphorylase activity
And UDP-glucose pyrophosphorylase
Indicates that the gene is contained on plasmid pTS13. Analysis of UDP-glucose pyrophosphorylase activity
For ease, a strep carrying the Tn10 insertion of strain X649
3 tomycin-sensitive rifampicin-resistant strains were constructed
Was. One such strain, X1023, is described in Capage et al., Supra.
The gene was constructed by the gene replacement method described above. other
Two strains X1024 and X1025 are chromosome mobilized (mobilizatio
n). Sugar nucleotide of X649 (Example 4)
Plasmids pTS13 to complement the deletion were replaced with X1023, X1024 and X102
X101, X1039 and X1040, respectively.
Furthermore, the plasmid pTS13 was replaced with a Gum + rifampicin resistant strain.
Insertion into X77 gave rise to strain X1052. These strains and X. campest serve as a positive control
The cytoplasmic fraction was prepared from squirrel X77 as described in Example 2.
Made. UDP-glucose pyrophosphorylase
Course-1-phosphate and UTP with UDP-glucose
Converted to pyrophosphate. This reaction is reversible
is there. Lieberman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 65 : 625−6
32 (1970), which is hereby incorporated by reference.
As described, phosphoglucomutase and phosphoglucomutase
And glucose-6-phosphate dehydrogenase
Addition from UDP-glucose to the reduction of NAD or NADP
Coupling the formation of glucose-1-phosphate
UDP-glucose pyrophosphorylase activity
The properties were measured. In these measurements, Tris buffer
Use HEPES buffer instead and remove from the reaction mixture.
Sodium acid was omitted. Sodium fluoride (5mM)
Added to inhibit pyrophosphatase activity. In experiments using NAD, the X1023 strain was 5.4 nmo / mg protein.
UDP-glucose pyrophosphorylase activity in white matter / minute
Which is the UDP-glucose of the wild-type strain X77.
・ Pyrophosphorylase activity 72.2 nmo / mg protein / min / 10
%. 340 nm absorbance in X1023 reaction mixture
Almost all of the increase in
Competitive reaction not due to holylase activity itself
It was due. X1039 strain is 18.7 nmo / mg protein / min
Has a UDPPG pyrophosphorylase activity of X1023
4 times higher than the activity in This result is
pTS13 encodes UDP-glucose pyrophosphorylase gene
It shows that it is carried. pTS13 is UDP-glucose pyrophosphorylase gene
NABP as an electron acceptor to confirm that
Additional experiments were performed with other mutant strains. The result
The results are summarized in Table 3. Multiple measurements at different extract concentrations
The results are shown. X1023, X1024 and X1025 strains have pyrophosphorylase activity
Little or no. X1025 and X1023
X1040 and X1041 strains containing a plasmid that complements the deletion
Had a high activity. Similarly, X1052 is the plasmid p
Extremely higher activity than wild-type parent strain X77 without TS13
Had. pTS13 is a high copy number plasmid
Since it is derived from Sumid RSF1010, this difference in activity is
It may reflect the effect of the dose. X77 and X1040 strains
Prepare the cytoplasmic extract again, this time
Pyrophosphorylase in a spectrophotometer equipped with
Activity was measured directly. Specific activity is for X77 and X1040
They were 149 and 53.4 nmo / mg protein / min, respectively. These results indicate that the mutation in X649 is UDP-glucose
UDP-glucose by removing pyrophosphorylase activity
This confirms that the synthesis of is prevented. This activity
Is a gene for UDP-glucose pyrophosphorylase
Recovered by plasmid pTS13, which must be carrying
Can be Further increase UDP-glucose pyrophosphorylase activity
In addition, cells from the Tn903 series of sugar nucleotide variants
Measured in the quality extract. The reaction mixture contains no NaF
Was. The results are shown in Table 4. All strains have measurable pyrophosphorylase activity
Was. The absence of phosphoglucomutase activity was due to X82
8, X866 and X872 strains can synthesize UDP-glucose
It is enough to explain what you cannot do. Example 9. This example has a defect in sugar nucleotide synthesis.
Phosphos in a transposon-induced mutant of Pestris
Homannomutase activity is described. Preliminarily identified sugar nucleotide mutants (Example 1)
Was prepared as described in Example 2.
Was. Mannose-6-phosphate is converted to GDP-mannose
Mannose-1-ho which is a substrate of pyrophosphorylase
Phosphomannommutase, an enzyme that converts to phosphate.
These extracts were measured for (PMM). Enzyme anti
The response is reversible. The measurements (Table 5) were determined by Pindar and Bucke, Biochem. 152 : 61
7-622 (1975), which is hereby incorporated by reference.
Modified from the method of
Phosphomannose isomerase (PMI), phosphog
Lucose isomerase (PGI) and glucose-6-pho
By the addition of sulfate dehydrogenase (G6PD)
Mannose-6-phosphate formation favors NADP reduction.
It is pulled up. The reaction rate becomes linear after a few minutes. This time is phosphorus
When the oxidized sugar intermediate is needed to reach a steady concentration
Between. These linear velocities are included in the reaction mixture.
In proportion to the amount of cytoplasmic extract obtained. For convenience, the actual reaction speed
Instead of determining the degree, mannose-1-phosphate
NADPH in the presence of Two Generation and 30 in the absence of
PM by comparing after
M activity was determined. The results are summarized in Table 6. Initially, the X866 extract was converted to mannose-1-phosphate
It showed an increase in absorbance at 340 nm after addition. But
However, this increase can be attributed to phosphomannommutase activity.
And could not. The reaction rate is not linear,
It flattened well below the maximum absorbance to be achieved. X866
Extract is glucose-6-phosphate dehydro
It was still active when measured for genease activity (0.
77 μmo / m / min). X866 strain clearly lacks PMM activity
are doing. All other GDP-mannose variants are phosphomanno
It had mutase activity. GD in these mutants
The defective enzyme that prevents the synthesis of P-mannose is GDP-manno.
Must be a source pyrophosphorylase. GDP−
Prevents synthesis of mannose, in X652, X711 and X712
Since the deletion is corrected by plasmid pAS7,
Rasmid is the ancestor of GDP-mannose pyrophosphorylase.
Must carry a gene. Species changes may be made in the methods and products of this invention.
It will be apparent to those skilled in the art that Therefore,
As long as they fall within the scope of the appended claims and their equivalents,
Modifications of the present invention are intended to belong to the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI (C12P 19/30 C12R 1:64) (C12N 1/21 C12R 1:40) (C12N 1/21 C12R 1:39) (C12N 1/21 C12R 1:38) (C12N 1/21 C12R 1:19) (C12N 1/21 C12R 1:01) 微生物の受託番号 ATCC 67048 微生物の受託番号 ATCC 67047 (72)発明者 バンダースライス,レベッカ,ダブリ ュ. アメリカ合衆国,コロラド 80303,ボ ウルダー,タントラ パーク サークル 1011 (56)参考文献 Journal of Bacter iology,Vol.169,No.1 (1987),p.351〜358 Develop mental Bi ology,Vol.110,(1985)p. 369〜381 Meth.Enzymol.,Vo l.28 B,(1972),p.430〜435 J.Biol.Chem.,Vol. 57,(1975),p.115〜126 Biochim,Biophys.A ct,Vol.33,(1959),p.522 〜526 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 15/00 - 15/90 C12P 1/00 - 41/00 C12N 1/00 - 1/38 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────の Continued on front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI (C12P 19/30 C12R 1:64) (C12N 1/21 C12R 1:40) (C12N 1/21 C12R 1:39) (C12N 1/21 C12R 1:38) (C12N 1/21 C12R 1:19) (C12N 1/21 C12R 1:01) Accession number of microorganism ATCC 67048 Accession number of microorganism ATCC 67047 (72) Inventor Bander Slice, Rebecca, Double, United States, Colorado 80303, Voulder, Tantra Park Circle 1011 (56) References Journal of Bacterology, Vol. 169, no. 1 (1987), p. 351-358 Development Mental Biology, Vol. 110, (1985) p. 369-381 Meth. Enzymol. , Vol. 28 B, (1972), p. 430-435 J.P. Biol. Chem. Vol. 57, (1975), p. 115-126 Biochim, Biophys. Act, Vol. 33, (1959), p. 522 to 526 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C12N 15/00-15/90 C12P 1/00-41/00 C12N 1/00-1/38 BIOSIS (DIALOG) WPI (DIALOG) )

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.1又は複数の糖ヌクレオチドの製造方法であって、 (a)プラスミドpAS9(ATCC 67050)から得られうるUD
P−グルコースデヒドロゲナーゼをコードするDNA断片、
プラスミドpAS7(ATCC 67048)から得られうるホスホグ
ルコムターゼをコードするDNA断片、プラスミドpAS7(A
TCC 67048)から得られうるホスホマンノースムターゼ
をコードするDNA断片、プラスミドpAS7(ATCC 67048)
から得られうるGDP−マンノースピロホスホリラーゼを
コードするDNA断片及びプラスミドpST13(ATCC 67047)
から得られうるUDP−グルコースピロホスホリラーゼを
コードするDNA断片から成る群から選択された少なくと
も1つのDAN断片を含んで成るベクターを得; (b)該ベクターを宿主微生物に移行せしめ; (c)該宿主微生物を少なくとも1つの糖ヌクレオチド
の合成のために適当な条件下で培養し;そして (d)該糖ヌクレオチドを回収する; ことを含んで成る方法。 2.前記糖ヌクレオチドがUDP−グルクロン酸である請
求項1に記載の方法。 3.前記糖ヌクレオチドがGDP−マンノースである、請
求項1に記載の方法。 4.前記糖ヌクレオチドUDP−グルコースである、請求
項1に記載の方法。 5.前記クローン化されたDNA断片がキサントモナス・
カンペストリス(Xanthomonas campestris)から得られ
る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 6.前記宿主微生物がキサントモナスである、請求項1
〜5のいずれか1項に記載の方法。 7.前記宿主微生物が、シュードモナス・プチダ(Pseu
domonas putida)、シュードモナス、セパシア(Pseudo
monas cepacia)、シュードモナス・デニトリフィカン
ス(Pseudomonas denitrificans)、シュードモナス・
フルオレセンス(Pseudomonas fluorescens)、シュー
ドモナス・ストッツエリ(Pseudomonas stutzeri)、大
腸菌及びエンテロバクター・クロカー(Enterobacter c
locae)から成る群から選択される、請求項1〜5のい
ずれか1項に記載の方法。 8.前記クローニングされたDNA断片を含有する前記ベ
クターが、変異株X652中のUDP−グルコース、GDP−マン
モース及びUDP−グルクロン酸の合成を回避する変異並
びに変異株X711及びX712中のGDP−マンノースの合成を
回避する変異を補完するpAS7;並びに変異株X736中のUDP
−グルコン酸の合成を回避する変異を補完するpAS9;並
びに変異株X649中のUDP−グルコース及びUDP−グルクロ
ン酸の合成を回避する変異を補完するpTS13から成る群
から選択される、請求項1に記載の方法。
(57) [Claims] 1.1 A method for producing one or more sugar nucleotides, wherein (a) UD obtainable from plasmid pAS9 (ATCC 67050)
A DNA fragment encoding P-glucose dehydrogenase,
A DNA fragment encoding phosphoglucomutase obtainable from plasmid pAS7 (ATCC 67048), plasmid pAS7 (A
DNA fragment encoding phosphomannose mutase obtainable from TCC 67048), plasmid pAS7 (ATCC 67048)
DNA fragment encoding GDP-mannose pyrophosphorylase and plasmid pST13 (ATCC 67047) obtainable from
Obtaining a vector comprising at least one DAN fragment selected from the group consisting of DNA fragments encoding UDP-glucose pyrophosphorylase obtainable from (b) transferring said vector to a host microorganism; (c) Culturing the host microorganism under conditions suitable for the synthesis of at least one sugar nucleotide; and (d) recovering the sugar nucleotide. 2. The method according to claim 1, wherein the sugar nucleotide is UDP-glucuronic acid. 3. 2. The method of claim 1, wherein said sugar nucleotide is GDP-mannose. 4. 2. The method of claim 1, wherein the sugar nucleotide is UDP-glucose. 5. The cloned DNA fragment is Xanthomonas
The method according to any one of claims 1 to 4, obtained from campestris (Xanthomonas campestris). 6. 2. The host microorganism is Xanthomonas.
The method according to any one of claims 1 to 5. 7. The host microorganism is Pseudomonas putida (Pseu
domonas putida), Pseudomonas, Sephacia (Pseudo)
monas cepacia), Pseudomonas denitrificans, Pseudomonas denitrificans
Fluorescens (Pseudomonas fluorescens), Pseudomonas stutzeri, Escherichia coli and Enterobacter
locae). 6. The method according to claim 1, wherein the method is selected from the group consisting of: 8. The vector containing the cloned DNA fragment is a mutant that avoids the synthesis of UDP-glucose, GDP-manmose and UDP-glucuronic acid in mutant X652 and the synthesis of GDP-mannose in mutants X711 and X712. PAS7 complements the mutation to be avoided; and UDP in mutant X736
PAS9 complementing a mutation that circumvents the synthesis of gluconic acid; and pTS13 that complements a mutation that circumvents the synthesis of UDP-glucose and UDP-glucuronic acid in mutant strain X649. The described method.
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Biochim,Biophys.Act,Vol.33,(1959),p.522〜526
Develop mental Biology,Vol.110,(1985)p.369〜381
J.Biol.Chem.,Vol.57,(1975),p.115〜126
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