[go: up one dir, main page]

JP7710705B2 - Cyanobacteria producing sulfated polysaccharides and method for producing sulfated polysaccharides derived from cyanobacteria - Google Patents

Cyanobacteria producing sulfated polysaccharides and method for producing sulfated polysaccharides derived from cyanobacteria

Info

Publication number
JP7710705B2
JP7710705B2 JP2020148194A JP2020148194A JP7710705B2 JP 7710705 B2 JP7710705 B2 JP 7710705B2 JP 2020148194 A JP2020148194 A JP 2020148194A JP 2020148194 A JP2020148194 A JP 2020148194A JP 7710705 B2 JP7710705 B2 JP 7710705B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gene
cyanobacteria
sulfate
polysaccharides
polysaccharide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020148194A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022042685A (en
Inventor
海成 前田
昌彦 池内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo University of Agriculture
Original Assignee
Tokyo University of Agriculture
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo University of Agriculture filed Critical Tokyo University of Agriculture
Priority to JP2020148194A priority Critical patent/JP7710705B2/en
Publication of JP2022042685A publication Critical patent/JP2022042685A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7710705B2 publication Critical patent/JP7710705B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

本発明は硫酸多糖を生産するシアノバクテリア及びシアノバクテリア由来硫酸多糖の生産方法に関する。 The present invention relates to cyanobacteria that produce sulfated polysaccharides and a method for producing sulfated polysaccharides derived from cyanobacteria.

多糖は単糖が鎖状に連なった構造をもつ、核酸、タンパク質と並んで非常に重要な生体高分子であり、単糖組成や修飾の違いにより多様性に富む。硫酸多糖は硫酸基により修飾された酸性多糖の一種であり、動物、真核藻類、古細菌、シアノバクテリアに存在する。それらは生物の様々な重要な機能に関わるだけでなく、増粘剤や保水剤、医薬品(抗癌、抗ウィルス、抗凝固剤)として近年注目されている(Hayashi, 2008)。現在、微生物由来の硫酸多糖は、藻類やシアノバクテリア等の細菌の野生株が産生したものを回収・精製する方法、もしくは非硫酸多糖を化学触媒で硫酸化する方法により得られている。 Polysaccharides, which have a structure in which monosaccharides are linked in a chain, are extremely important biopolymers along with nucleic acids and proteins, and are highly diverse due to differences in monosaccharide composition and modifications. Sulfated polysaccharides are a type of acidic polysaccharide modified with sulfate groups, and are found in animals, eukaryotic algae, archaea, and cyanobacteria. They are not only involved in various important functions in living organisms, but have also attracted attention in recent years as thickeners, water-retaining agents, and pharmaceuticals (anticancer, antiviral, and anticoagulant agents) (Hayashi, 2008). Currently, sulfated polysaccharides derived from microorganisms are obtained by collecting and purifying polysaccharides produced by wild strains of bacteria such as algae and cyanobacteria, or by sulfating non-sulfated polysaccharides using chemical catalysts.

例えば、国際公開第2003/023045号には、海洋に生息するワカメ藻体の表面より分離されたシュードモナス(Pseudomonas)sp.WAK-1菌株を栄養源含有培地に接種・培養し、その培養物からアルコールなどの有機溶媒で処理し沈殿画分として得られる、硫酸多糖類の生産方法が開示されている(特許文献1)。 For example, International Publication No. 2003/023045 discloses a method for producing sulfated polysaccharides, in which Pseudomonas sp. WAK-1 strain isolated from the surface of marine wakame seaweed is inoculated and cultured in a nutrient-containing medium, and the culture is treated with an organic solvent such as alcohol to obtain a precipitate fraction (Patent Document 1).

国際公開第2003/023045号International Publication No. 2003/023045

バクテリアの細胞外多糖については研究が進んでおり様々な合成系が明らかにされてきた(Becker et al., 1998, Schmid et al., 2015)。しかしながら、シアノバクテリアの硫酸多糖合成系は不明である。また、硫酸多糖の存在が知られている代表的なシアノバクテリアは、細胞外多糖が形質転換の大きな障害となる、内在の制限修飾系が強力で外来DNAを分解してしまう、ゲノムがマルチコピーであるといった実情のため形質転換が困難である。この2点が生物工学的生産法確立の障害となっている。 Research on bacterial extracellular polysaccharides has progressed, and various synthesis systems have been elucidated (Becker et al., 1998, Schmid et al., 2015). However, the sulfate polysaccharide synthesis system in cyanobacteria is unknown. In addition, typical cyanobacteria that are known to have sulfate polysaccharides are difficult to transform because the extracellular polysaccharides are a major obstacle to transformation, the endogenous restriction-modification system is strong and degrades foreign DNA, and the genome is multicopy. These two points are obstacles to the establishment of biotechnological production methods.

そこで、本発明では、シアノバクテリア由来の硫酸多糖の生産法を確立し、硫酸多糖の大量生産や組成改変を目的とする。 The present invention aims to establish a method for producing sulfate polysaccharides derived from cyanobacteria, and to mass-produce sulfate polysaccharides and modify their composition.

本発明者らは上記課題を解決するため、硫酸多糖の合成系に関与する遺伝子群を同定し、その中の転写制御に関わる遺伝子を制御するための手段を検討したところ、著量の硫酸多糖を培地中に蓄積させることができるとの知見を得た。 In order to solve the above problems, the present inventors identified a group of genes involved in the synthesis of sulfated polysaccharides and investigated means for controlling genes involved in transcriptional control among them, and discovered that it was possible to accumulate a significant amount of sulfated polysaccharides in a medium.

本発明は係る知見に基づくものであり、硫酸多糖を生産するシアノバクテリアであって、硫酸多糖合成系遺伝子と、硫酸多糖合成制御系遺伝子とを備え、前記硫酸多糖合成制御系遺伝子が、転写制御因子をコードする遺伝子と、レスポンスレギュレーターをコードする遺伝子と、センサーヒスチジンキナーゼをコードする遺伝子とから構成され、前記転写制御因子をコードする遺伝子、前記レスポンスレギュレーターをコードする遺伝子、前記センサーヒスチジンキナーゼをコードする遺伝子のいずれか1つの転写の活性化が制御されてなる、シアノバクテリアを提供するものである。 The present invention is based on this finding, and provides a cyanobacterium that produces sulfate polysaccharide, the cyanobacterium comprising sulfate polysaccharide synthesis system genes and sulfate polysaccharide synthesis control system genes, the sulfate polysaccharide synthesis control system genes being composed of a gene encoding a transcription control factor, a gene encoding a response regulator, and a gene encoding a sensor histidine kinase, and the transcriptional activation of any one of the gene encoding the transcription control factor, the gene encoding the response regulator, and the gene encoding the sensor histidine kinase is controlled.

また、本発明は、硫酸多糖を生産する方法であって、前記シアノバクテリアを培養する工程を含む、硫酸多糖の生産方法を提供するものである。 The present invention also provides a method for producing sulfated polysaccharides, the method including a step of culturing the cyanobacteria.

本発明によれば、シアノバクテリア由来の硫酸多糖を効率よく生産することができる。 According to the present invention, sulfate polysaccharides derived from cyanobacteria can be efficiently produced.

形質転換体(Δ6803P株)を培養した培養液中に生産されたブルーム様粘性細胞塊が形成される様子を継時的に観察した画像である。These are images showing the time course of the formation of bloom-like viscous cell masses produced in a culture medium in which a transformant (Δ6803P strain) was cultured. 粘性物質を分析するための分画法を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a fractionation method for analyzing viscous substances. 6803P株のsll5052 ~slr5054破壊株における粘性細胞塊形成能を観察した結果を示す画像である。13 shows images depicting the results of observing the ability of viscous cell mass formation in the sll5052-slr5054 disruptant of the 6803P strain. 6803P株のsll5052 ~slr5054破壊株が生産した粘性物質を分析した結果を示す図である。FIG. 1 shows the results of analysis of viscous substances produced by the sll5052-slr5054 disruptant of the 6803P strain. 6803Pの硫酸多糖合成遺伝子クラスターを示す図である。FIG. 1 shows the sulfated polysaccharide synthesis gene cluster of 6803P. 制御関連遺伝子破壊株における硫酸多糖蓄積量(A)とブルーム形成(B)の結果を示す図である。FIG. 1 shows the results of sulfated polysaccharide accumulation (A) and bloom formation (B) in the regulatory gene disruptant. リアルタイムPCRによりxssQおよびxssS破壊による主要xss遺伝子の転写変動を検討した結果を示す図である。FIG. 1 shows the results of examining the transcriptional changes of major xss genes due to xssQ and xssS disruption by real-time PCR.

1.組換えシアノバクテリア
(1)組換えシアノバクテリアの作製
本発明の第一の態様は、硫酸多糖を効率よく生産する組換えシアノバクテリアであって、センサーヒスチジンキナーゼをコードする遺伝子が破壊された、組換えシアノバクテリアを提供する。
1. Recombinant Cyanobacteria (1) Preparation of Recombinant Cyanobacteria The first aspect of the present invention provides a recombinant cyanobacterium that efficiently produces sulfated polysaccharides, in which a gene encoding a sensor histidine kinase has been disrupted.

本発明に用いることのできるシアノバクテリアの種類としては、例えば、シネコシスティス属(Synechocystis)、トリコデスミウム属(Trichodesmium)、アカリオクロリス属(Acaryochloris)、クロコスファエラ属(Crocosphaera)、アファノテーセ属(Aphanothece)、アナベナ属(Anabaena)、ノストック属(Nostoc)、リブラリア属(Rivularia)、アルスロスピラ属(Arthrospira)、シアノテーセ属(Cyanothece)、ミクロキスティス属(Microcystis)、オシラトリア属(Oscillatoria)、又はレプトリングビア属(Leptolyngbya)に属するシアノバクテリアであり、好ましくはシネコシスティス属(Synechocystis)、アファノテーセ属(Aphanothece)、オシラトリア属(Oscillatoria)、シアノテーセ属(Cyanothece)、クロコスファエラ属(Crocosphaera)、アナベナ属(Anabaena)又はノストック属(Nostoc)を挙げることができる。中でも、シネコシスティス・エスピー(Synechocystis sp.)PCC6803 substr. PCC-P株は、形質転換操作が非常に容易である点で好ましい。 Examples of species of cyanobacteria that can be used in the present invention include the genera Synechocystis, Trichodesmium, Acaryochloris, Crocosphaera, Aphanothece, Anabaena, Nostoc, Rivularia, Arthrospira, Cyanothece, It is a cyanobacterium belonging to the genus Microcystis, Oscillatoria, or Leptolyngbya, and preferably includes the genus Synechocystis, Aphanothece, Oscillatoria, Cyanothece, Crocosphaera, Anabaena, or Nostoc. Among them, Synechocystis sp. PCC6803 substr. PCC-P strain is preferred because it is very easy to transform.

センサーヒスチジンキナーゼとは、リン酸化を介したシグナル伝達に関わる酵素でありシアノバクテリアに多く存在する。本発明の組換えシアノバクテリアは硫酸多糖の合成を制御している特定の酵素をノックアウトし、硫酸多糖の大量生産を可能とするものである。 Sensor histidine kinase is an enzyme involved in signal transduction via phosphorylation and is abundant in cyanobacteria. The recombinant cyanobacteria of the present invention knock out a specific enzyme that controls the synthesis of sulfate polysaccharides, making it possible to mass-produce sulfate polysaccharides.

センサーヒスチジンキナーゼをノックアウトする方法は、種々の遺伝子工学的な手法を採用することができるが、例えば、薬剤耐性遺伝子カセットを含む外来DNAとの相同組み換えによるノックアウト法を挙げることができる。なお、シアノバクテリアはマルチコピーゲノム、つまりゲノムが複数コピー存在するため、破壊対象の遺伝子もゲノムの数だけ存在する。そのため、破壊株は僅かに野生型ゲノムも検出されることもあるが、本実施形態においては、全てのセンサーヒスチジンキナーゼがノックアウトされた破壊株のほか、顕著な表現型が出ていれば僅かに野生型ゲノムも検出される組換え株もセンサーヒスチジンキナーゼがノックアウトされた破壊株に含めることとする。 Various genetic engineering techniques can be used to knock out the sensor histidine kinase, for example, a knockout method using homologous recombination with foreign DNA containing a drug resistance gene cassette can be mentioned. Note that cyanobacteria have a multicopy genome, i.e., multiple copies of the genome exist, so there are as many genes to be disrupted as there are genomes. Therefore, although a small amount of wild-type genome may be detected in a disrupted strain, in this embodiment, in addition to disrupted strains in which all sensor histidine kinases are knocked out, recombinant strains in which a small amount of wild-type genome is detected if a significant phenotype is observed are also included in the disrupted strains in which sensor histidine kinases are knocked out.

本発明の組換えシアノバクテリアは、顕著な硫酸多糖生産能を有する。また本発明の組換えシアノバクテリアは硫酸多糖を顕著に培地中に放出するため、回収が容易である。従って、本発明の組換えシアノバクテリアを適切な条件で培養し、次いで分泌された硫酸多糖を回収すれば、効率のよい硫酸多糖生産を実現することができる。 The recombinant cyanobacteria of the present invention have a remarkable ability to produce sulfate polysaccharides. In addition, the recombinant cyanobacteria of the present invention release sulfate polysaccharides into the medium in a remarkable manner, making them easy to recover. Therefore, efficient sulfate polysaccharide production can be achieved by culturing the recombinant cyanobacteria of the present invention under appropriate conditions and then recovering the secreted sulfate polysaccharides.

(2)培養方法
組換えシアノバクテリアの培養は、一般に、BG-11培地(J Gen Microbiol., 1979, 111:1-61)を用いた液体培養又はその変法に基づいて実施することができる。硫酸多糖生産には、細胞の代謝が活性化するまで培養することが好ましく、例えば、1~7日間、通気攪拌培養又は振とう培養することが好適である。本発明で作製されたセンサーヒスチジンキナーゼのノックアウト株は硫酸多糖を顕著に蓄積するため寒天培地上で硬いバイオフィルムを形成する。そのため、それを元に液体培養を開始する際はよく懸濁してから播種することが好ましい。また、液体培養中の撹拌が弱いと早い段階で細胞が凝集塊を形成してしまい増殖に支障が出るため、通気攪拌培養と振とう培養のいずれにせよ強く撹拌することが好ましい。
(2) Cultivation method The recombinant cyanobacteria can generally be cultured in liquid culture using BG-11 medium (J Gen Microbiol., 1979, 111:1-61) or a modified method thereof. For sulfate polysaccharide production, it is preferable to culture until the metabolism of the cells is activated, for example, it is preferable to perform aeration and agitation culture or shaking culture for 1 to 7 days. The knockout strain of the sensor histidine kinase prepared in the present invention accumulates sulfate polysaccharide significantly and forms a hard biofilm on the agar medium. Therefore, when starting liquid culture based on it, it is preferable to suspend it well and then seed it. In addition, if the agitation during liquid culture is weak, the cells will form aggregates at an early stage and growth will be hindered, so it is preferable to agitate strongly in either aeration and agitation culture or shaking culture.

(3)回収方法
上記培養により、シアノバクテリアは硫酸多糖を生産し、当該硫酸多糖を培地中に放出する。また、培地中に硫酸多糖が蓄積した状態で培養液を静置すると、細胞と硫酸多糖が凝集し液面にブルームのような粘性細胞塊を形成する。分泌された硫酸多糖を回収する場合、前者であれば培養液全体から、後者であれば粘性細胞塊から、ろ過、遠心分離等により細胞等の固形分を除去し、残った液体成分を回収した後、吸引濾過等によりフィルターに硫酸多糖を回収又は精製すればよい。本発明による硫酸多糖の生産方法では、硫酸多糖がシアノバクテリアの細胞外に分泌されるので、硫酸多糖回収のために細胞を破壊する必要がない。硫酸多糖回収後に残った細胞は、繰り返し硫酸多糖生産に使用することができる。
(3) Recovery method By the above-mentioned culture, the cyanobacteria produce sulfate polysaccharides and release the sulfate polysaccharides into the medium. When the culture solution is allowed to stand with sulfate polysaccharides accumulated in the medium, the cells and sulfate polysaccharides aggregate to form a viscous cell mass like a bloom on the liquid surface. When recovering the secreted sulfate polysaccharides, solids such as cells are removed by filtration, centrifugation, etc. from the entire culture solution in the former case, or from the viscous cell mass in the latter case, and the remaining liquid components are recovered, and then the sulfate polysaccharides are recovered or purified in a filter by suction filtration, etc. In the method for producing sulfate polysaccharides according to the present invention, since sulfate polysaccharides are secreted outside the cells of the cyanobacteria, there is no need to destroy the cells to recover the sulfate polysaccharides. The cells remaining after the recovery of sulfate polysaccharides can be repeatedly used for sulfate polysaccharide production.

一実施の形態として本発明の組換えシアノバクテリアを用いて硫酸多糖を生産したところ、BG11液体培地で2日間培養した培養上清において、野生株の約19倍の硫酸多糖を生産することができた。 As one embodiment, sulfate polysaccharides were produced using the recombinant cyanobacteria of the present invention. After culturing for two days in BG11 liquid medium, the culture supernatant produced approximately 19 times as much sulfate polysaccharide as the wild-type strain.

2.低温誘導
(1)シアノバクテリア
本発明の第二の態様は、硫酸多糖を効率よく生産し、硫酸多糖合成系遺伝子群が低温により誘導されるシアノバクテリアを用いた硫酸多糖生産法である。
2. Low-temperature induction (1) Cyanobacteria The second aspect of the present invention is a method for producing sulfated polysaccharides using cyanobacteria which efficiently produce sulfated polysaccharides and in which a sulfated polysaccharide synthesis gene cluster is induced by low temperature.

本発明に用いることのできるシアノバクテリアの種類としては、前記1(1)に示したものと同一である。例えば、シネコシスティス属(Synechocystis)、トリコデスミウム属(Trichodesmium)、アカリオクロリス属(Acaryochloris)、クロコスファエラ属(Crocosphaera)、アファノテーセ属(Aphanothece)、アナベナ属(Anabaena)、ノストック属(Nostoc)、リブラリア属(Rivularia)、アルスロスピラ属(Arthrospira)、シアノテーセ属(Cyanothece)、ミクロキスティス属(Microcystis)、オシラトリア属(Oscillatoria)、又はレプトリングビア属(Leptolyngbya)に属するシアノバクテリアであり、好ましくはシネコシスティス属(Synechocystis)、アファノテーセ属(Aphanothece)、オシラトリア属(Oscillatoria)、シアノテーセ属(Cyanothece)、クロコスファエラ属(Crocosphaera)、アナベナ属(Anabaena)又はノストック属(Nostoc)を挙げることができる。中でも、シネコシスティス・エスピー(Synechocystis sp.)PCC6803 substr. PCC-P株は、既にトランスクリプトーム解析により、低温による硫酸多糖合成系の転写制御が実証されている点で好ましい。 The types of cyanobacteria that can be used in the present invention are the same as those listed in 1(1) above. For example, the genera Synechocystis, Trichodesmium, Acaryochloris, Crocosphaera, Aphanothece, Anabaena, Nostoc, Rivularia, Arthrospira, Cyanothece, Microcystis, and the like. cystis, Oscillatoria, or Leptolyngbya, and preferably Synechocystis, Aphanothece, Oscillatoria, Cyanothece, Crocosphaera, Anabaena, or Nostoc. Among them, Synechocystis sp. PCC6803 substr. PCC-P strain is preferred because transcriptional regulation of sulfate polysaccharide synthesis by low temperature has already been demonstrated by transcriptome analysis.

低温という環境刺激は、センサーヒスチジンキナーゼXssSによって感知され下流のXssR、XssQに伝えられ、転写制御因子であるXssQによって硫酸多糖合成系Xssの転写が制御されることにより、硫酸多糖の大量生産を可能とするものである。 The environmental stimulus of low temperature is sensed by the sensor histidine kinase XssS and transmitted to the downstream XssR and XssQ. The transcription of the Xss pathway in the sulfate polysaccharide synthesis pathway is controlled by the transcription factor XssQ, enabling mass production of sulfate polysaccharides.

低温という環境刺激をシアノバクテリアに与える方法は、培養温度条件を至適生育温度より10度ほど低い温度に設定することによる。ただし、扱うシアノバクテリア種ごとに至適な低温条件は検討が必要である。 The method for providing the cyanobacteria with the environmental stimulus of low temperature is to set the culture temperature at a temperature about 10 degrees lower than the optimal growth temperature. However, the optimal low temperature conditions must be considered for each cyanobacteria species being treated.

本発明を用いることで、シアノバクテリアは至適生育条件と比較して高い硫酸多糖生産能を発揮する。また本発明のシアノバクテリアは硫酸多糖を顕著に培地中に放出するため、その回収は容易である。従って、本発明のシアノバクテリアを培養し、次いで分泌された硫酸多糖を回収すれば、効率のよい硫酸多糖生産を実現することができる。 By using the present invention, cyanobacteria can exhibit a high sulfate polysaccharide production ability compared to optimal growth conditions. In addition, since the cyanobacteria of the present invention release a significant amount of sulfate polysaccharide into the medium, it is easy to recover it. Therefore, by culturing the cyanobacteria of the present invention and then recovering the secreted sulfate polysaccharide, efficient sulfate polysaccharide production can be achieved.

(2)培養方法
一般に、BG-11培地(J Gen Microbiol., 1979, 111:1-61)を用いた液体培養又はその変法に基づいて実施することができる。硫酸多糖生産には、細胞の代謝が活性化するまで培養することが好ましく、例えば、1~7日間、通気攪拌培養又は振とう培養することが好適である。本発明では、この培養期間中の温度を低温にする。本発明を利用したシアノバクテリアは硫酸多糖を多く蓄積するため、液体培養中の撹拌が弱いと早い段階で細胞が凝集塊を形成してしまい増殖に支障が出るため、通気攪拌培養と振とう培養のいずれにせよ強く撹拌することが好ましい。
(2) Culture method Generally, the culture can be carried out based on liquid culture using BG-11 medium (J Gen Microbiol., 1979, 111:1-61) or a modified method thereof. For sulfate polysaccharide production, it is preferable to culture until the metabolism of the cells is activated, and for example, aeration and agitation culture or shaking culture for 1 to 7 days is suitable. In the present invention, the temperature during this culture period is low. Since the cyanobacteria utilizing the present invention accumulate a large amount of sulfate polysaccharide, if the agitation during liquid culture is weak, the cells will form aggregates at an early stage, which will hinder growth, so strong agitation is preferable in either aeration and agitation culture or shaking culture.

(3)回収方法
硫酸多糖の回収は上述した1(3)と同様の方法で実施することができる。上記培養により、シアノバクテリアは硫酸多糖を生産し、当該硫酸多糖を培地中に放出する。また、培地中に硫酸多糖が蓄積した状態で培養液を静置すると、細胞と硫酸多糖が凝集し液面にブルームのような粘性細胞塊を形成する。分泌された硫酸多糖を回収する場合、前者であれば培養液全体から、後者であれば粘性細胞塊から、ろ過、遠心分離等により細胞等の固形分を除去し、残った液体成分を回収した後、吸引濾過等によりフィルターに硫酸多糖を回収又は精製すればよい。本発明による硫酸多糖の生産方法では、硫酸多糖がシアノバクテリアの細胞外に分泌されるので、硫酸多糖回収のために細胞を破壊する必要がない。硫酸多糖回収後に残った細胞は、繰り返し硫酸多糖生産に使用することができる。
(3) Recovery Method Sulfate polysaccharide can be recovered by the same method as in 1(3) above. By the above-mentioned culture, cyanobacteria produce sulfate polysaccharide and release the sulfate polysaccharide into the medium. In addition, when the culture solution is left to stand with sulfate polysaccharide accumulated in the medium, the cells and sulfate polysaccharide aggregate to form a viscous cell mass like a bloom on the liquid surface. When the secreted sulfate polysaccharide is recovered, solids such as cells are removed by filtration, centrifugation, etc. from the entire culture solution in the former case, or from the viscous cell mass in the latter case, and the remaining liquid components are recovered, and then the sulfate polysaccharide is recovered or purified in a filter by suction filtration, etc. In the method for producing sulfate polysaccharide according to the present invention, sulfate polysaccharide is secreted outside the cells of cyanobacteria, so there is no need to destroy the cells to recover sulfate polysaccharide. The cells remaining after sulfate polysaccharide recovery can be repeatedly used for sulfate polysaccharide production.

一実施の形態として本発明の培養法を用いて硫酸多糖を生産したところ、BG11液体培地で2日間培養した培養上清において、通常培養条件の約3倍の硫酸多糖を生産することができた。 As one embodiment, the culture method of the present invention was used to produce sulfated polysaccharides. After culturing for two days in BG11 liquid medium, the culture supernatant produced about three times as much sulfated polysaccharide as under normal culture conditions.

3.レスポンスレギュレーター遺伝子又は転写制御因子遺伝子の発現強化
(1)作製方法
本発明の第三の態様は、硫酸多糖を効率よく生産する組換えシアノバクテリアであって、硫酸多糖合成制御系を構成するレスポンスレギュレーターと転写制御因子をコードする遺伝子が発現強化された、組換えシアノバクテリアを提供する。
3. Enhancement of Expression of Response Regulator Gene or Transcriptional Control Factor Gene (1) Production Method The third aspect of the present invention provides a recombinant cyanobacterium that efficiently produces sulfate polysaccharides, in which expression of genes encoding a response regulator and a transcriptional control factor that constitute a sulfate polysaccharide synthesis control system is enhanced.

本発明に用いることのできるシアノバクテリアの種類は前記1(1)に示したものと同一である。例えば、シネコシスティス属(Synechocystis)、トリコデスミウム属(Trichodesmium)、アカリオクロリス属(Acaryochloris)、クロコスファエラ属(Crocosphaera)、アファノテーセ属(Aphanothece)、アナベナ属(Anabaena)、ノストック属(Nostoc)、リブラリア属(Rivularia)、アルスロスピラ属(Arthrospira)、シアノテーセ属(Cyanothece)、ミクロキスティス属(Microcystis)、オシラトリア属(Oscillatoria)、又はレプトリングビア属(Leptolyngbya)に属するシアノバクテリアであり、好ましくはシネコシスティス属(Synechocystis)、アファノテーセ属(Aphanothece)、オシラトリア属(Oscillatoria)、シアノテーセ属(Cyanothece)、クロコスファエラ属(Crocosphaera)、アナベナ属(Anabaena)又はノストック属(Nostoc)を挙げることができる。中でも、シネコシスティス・エスピー(Synechocystis sp.)PCC6803 substr. PCC-P株は、形質転換操作が非常に容易である点で好ましい。 The types of cyanobacteria that can be used in the present invention are the same as those shown in 1(1) above. For example, the genera Synechocystis, Trichodesmium, Acaryochloris, Crocosphaera, Aphanothece, Anabaena, Nostoc, Rivularia, Arthrospira, Cyanothece, Microcystis, and the like. cystis, Oscillatoria, or Leptolyngbya, and preferably Synechocystis, Aphanothece, Oscillatoria, Cyanothece, Crocosphaera, Anabaena, or Nostoc. Among them, Synechocystis sp. PCC6803 substr. PCC-P strain is preferred because it is very easy to transform.

レスポンスレギュレーターはリン酸化を介したシグナル伝達に関わるタンパク質であり、シアノバクテリアに多く存在する。ほとんどの場合センサーヒスチジンキナーゼからシグナルを受け取りさらに下流にシグナル伝達する役割を担う。転写制御因子は生物の転写制御に関わるタンパク質の一群であり、非常に多様であるが、本発明で扱うものは特定のセンサーヒスチジンキナーゼとレスポンスレギュレーターからなる二成分制御系からシグナルを受け取り、硫酸多糖合成系の転写制御をおこなう、シアノバクテリア特有の転写制御因子である。本発明の組換えシアノバクテリアは硫酸多糖の合成を制御している特定のレスポンスレギュレーターであるxssR遺伝子と転写制御因子であるxssQ遺伝子を発現強化することで、硫酸多糖の大量生産を可能とするものである。 Response regulators are proteins involved in signal transduction via phosphorylation and are abundant in cyanobacteria. In most cases, they receive signals from sensor histidine kinases and transmit signals downstream. Transcription factors are a group of proteins involved in transcriptional control in organisms and are extremely diverse, but the one dealt with in the present invention is a transcription factor specific to cyanobacteria that receives signals from a two-component control system consisting of a specific sensor histidine kinase and a response regulator and controls the transcription of the sulfate polysaccharide synthesis system. The recombinant cyanobacteria of the present invention enable mass production of sulfate polysaccharides by enhancing the expression of the xssR gene, a specific response regulator that controls the synthesis of sulfate polysaccharides, and the xssQ gene, a transcription factor.

レスポンスレギュレーター又は転写制御因子を発現強化する方法は、種々の遺伝子工学的な手法を採用することができるが、例えば、薬剤耐性遺伝子カセット、強力な転写活性を持つプロモーター配列、発現強化する遺伝子、ターミネーター配列を含む外来DNAとの相同組み換えによる対象ゲノム上のニュートラルサイトへの導入法を挙げることができる。 Various genetic engineering techniques can be used to enhance the expression of a response regulator or transcription factor, but examples include a method of introducing a drug resistance gene cassette, a promoter sequence with strong transcriptional activity, a gene whose expression is enhanced, or foreign DNA containing a terminator sequence into a neutral site on the target genome by homologous recombination.

本発明の組換えシアノバクテリアは、顕著な硫酸多糖生産能を有する。また本発明の組換えシアノバクテリアは硫酸多糖を顕著に培地中に放出するため、回収が容易である。従って、本発明の組換えシアノバクテリアを適切な条件で培養し、次いで分泌された硫酸多糖を回収すれば、効率のよい硫酸多糖生産を実現することができる。 The recombinant cyanobacteria of the present invention have a remarkable ability to produce sulfate polysaccharides. In addition, the recombinant cyanobacteria of the present invention release sulfate polysaccharides into the medium in a remarkable manner, making them easy to recover. Therefore, efficient sulfate polysaccharide production can be achieved by culturing the recombinant cyanobacteria of the present invention under appropriate conditions and then recovering the secreted sulfate polysaccharides.

(2)培養方法
組換えシアノバクテリアの培養は、一般に、BG-11培地(J Gen Microbiol., 1979, 111:1-61)を用いた液体培養又はその変法に基づいて実施することができる。硫酸多糖生産には、細胞の代謝が活性化するまで培養することが好ましく、例えば、1~7日間、通気攪拌培養又は振とう培養することが好適である。本発明で作製されたレスポンスレギュレーターXssR又は転写制御因子XssQの発現強化株は硫酸多糖を顕著に蓄積するため寒天培地上で硬いバイオフィルムを形成する。そのため、それを元に液体培養を開始する際はよく懸濁してから播種することが好ましい。また、液体培養中の撹拌が弱いと早い段階で細胞が凝集塊を形成してしまい増殖に支障が出るため、通気攪拌培養と振とう培養のいずれにせよ強く撹拌することが好ましい。
(2) Cultivation method Recombinant cyanobacteria can generally be cultured using BG-11 medium (J Gen Microbiol., 1979, 111:1-61) or a modified method thereof. For sulfate polysaccharide production, it is preferable to culture until the metabolism of the cells is activated, for example, it is preferable to perform aeration and agitation culture or shaking culture for 1 to 7 days. The strains with enhanced expression of the response regulator XssR or transcriptional regulator XssQ prepared in the present invention accumulate sulfate polysaccharides significantly and form hard biofilms on agar media. Therefore, when starting liquid culture based on the strain, it is preferable to suspend the cells well before seeding. In addition, if the agitation during liquid culture is weak, the cells will form aggregates at an early stage, which will hinder growth, so it is preferable to agitate the cells strongly in either aeration and agitation culture or shaking culture.

(3)回収方法
硫酸多糖の回収は上述した1(3)と同様の方法で実施することができる。上記培養により、シアノバクテリアは硫酸多糖を生産し、当該硫酸多糖を培地中に放出する。また、培地中に硫酸多糖が蓄積した状態で培養液を静置すると、細胞と硫酸多糖が凝集し液面にブルームのような粘性細胞塊を形成する。分泌された硫酸多糖を回収する場合、前者であれば培養液全体から、後者であれば粘性細胞塊から、ろ過、遠心分離等により細胞等の固形分を除去し、残った液体成分を回収した後、吸引濾過等によりフィルターに硫酸多糖を回収又は精製すればよい。本発明による硫酸多糖の生産方法では、硫酸多糖がシアノバクテリアの細胞外に分泌されるので、硫酸多糖回収のために細胞を破壊する必要がない。硫酸多糖回収後に残った細胞は、繰り返し硫酸多糖生産に使用することができる。
(3) Recovery Method Sulfate polysaccharide can be recovered by the same method as in 1(3) above. By the above-mentioned culture, cyanobacteria produce sulfate polysaccharide and release the sulfate polysaccharide into the medium. In addition, when the culture solution is left to stand with sulfate polysaccharide accumulated in the medium, the cells and sulfate polysaccharide aggregate to form a viscous cell mass like a bloom on the liquid surface. When the secreted sulfate polysaccharide is recovered, solids such as cells are removed by filtration, centrifugation, etc. from the entire culture solution in the former case, or from the viscous cell mass in the latter case, and the remaining liquid components are recovered, and then the sulfate polysaccharide is recovered or purified in a filter by suction filtration, etc. In the method for producing sulfate polysaccharide according to the present invention, sulfate polysaccharide is secreted outside the cells of cyanobacteria, so there is no need to destroy the cells to recover sulfate polysaccharide. The cells remaining after sulfate polysaccharide recovery can be repeatedly used for sulfate polysaccharide production.

一実施の形態として本発明の組換えシアノバクテリアを用いて硫酸多糖を生産したところ、BG11液体培地で2日間培養した培養上清において、野生株の約20倍の硫酸多糖を生産することができた。 As one embodiment, sulfate polysaccharides were produced using the recombinant cyanobacteria of the present invention. After culturing for two days in BG11 liquid medium, the culture supernatant produced about 20 times as much sulfate polysaccharide as the wild-type strain.

以下、具体的な実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。 The present invention will be described in more detail below using specific examples, but the present invention is not limited to the following embodiments.

1.形質転換体の作製
形質転換体の作製に当たり、ホストとして、完全ゲノム解読済みのモデルシアノバクテリアであるシネコシスティス・エスピー(Synechocystis sp.)PCC6803 substr. PCC-P株(以下6803P株)を用いた。
1. Preparation of transformants To prepare transformants, Synechocystis sp. PCC6803 substr. PCC-P strain (hereinafter referred to as 6803P strain), a model cyanobacterium whose genome has been completely sequenced, was used as the host.

形質転換に用いた形質転換用プラスミドは先行研究論文と同様の手法により作製した(J. Biotechnol., 2018, 276:25-33). 簡潔には以下の手順であり、相同組み換えによる目的遺伝子領域の置換をおこなった。 The transformation plasmid used for transformation was prepared using the same method as in a previous research paper (J. Biotechnol., 2018, 276:25-33). Briefly, the procedure was as follows, and the target gene region was replaced by homologous recombination.

遺伝子破壊株の作製においては、pPCRscriptベクターを鋳型としてベクター領域をPrimeSTAR(登録商標) Max DNA Polymeraseを用いたPCR法により増幅した断片、6803P株ゲノムを鋳型として目的遺伝子領域の上流側約1000 bpに相当する領域を同様に増幅した断片、任意のプラスミドを鋳型として薬剤耐性遺伝子カセット領域を同様に増幅した断片、6803P株ゲノムを鋳型として目的遺伝子領域の下流側約1000 bpに相当する領域を同様に増幅した断片の計4断片をIn-Fusion(登録商標) HD Cloning Kitを用いて結合し、大腸菌に形質転換した。 To prepare the gene disruption strain, a total of four fragments were ligated using the In-Fusion (registered trademark) HD Cloning Kit and transformed into E. coli: a fragment obtained by amplifying the vector region by PCR using PrimeSTAR (registered trademark) Max DNA Polymerase with the pPCRscript vector as a template; a fragment obtained by similarly amplifying a region equivalent to approximately 1000 bp upstream of the target gene region with the 6803P strain genome as a template; a fragment obtained by similarly amplifying a drug resistance gene cassette region with a plasmid of your choice as a template; and a fragment obtained by similarly amplifying a region equivalent to approximately 1000 bp downstream of the target gene region with the 6803P strain genome as a template.

遺伝子発現強化株の作製においては、pPCRscriptベクターにあらかじめ6803用のニュートラルサイト(IS203領域もしくはslr0846近傍領域)上流1000bp、強力なtrcプロモーター、rrnBターミネーター、ニュートラルサイト下流1000bpがこの順にクローニングされたプラスミドを鋳型としてベクター領域を増幅した断片と、目的遺伝子領域を増幅した断片をIn-Fusion(登録商標) HD Cloning Kitを用いて結合し、大腸菌に形質転換した。目的プラスミドは一般的なアルカリ-SDS法により抽出および精製した。 To create a strain with enhanced gene expression, a plasmid in which 1000 bp upstream of the neutral site for 6803 (IS203 region or region adjacent to slr0846), a strong trc promoter, an rrnB terminator, and 1000 bp downstream of the neutral site were cloned in this order into the pPCRscript vector was used as a template, and a fragment in which the vector region was amplified was combined with a fragment in which the target gene region was amplified using the In-Fusion (registered trademark) HD Cloning Kit, and transformed into E. coli. The target plasmid was extracted and purified using a standard alkaline-SDS method.

得られたプラスミドの6803P株への形質転換は自然形質転換法を用いた。通気撹拌培養しOD730 = 0.5~1.0 となった菌体培養液300μLに対し形質転換用プラスミド2μLを無混和し、ニトロセルロースメンブレンをのせたBG11寒天培地(薬剤なし)上に塗布した。通常白色光下で1~2日回復培養した後、形質転換体の選抜用薬剤を含むBG11寒天培地にメンブレンを移動した。1~2週間ほどで形質転換体のコロニーが得られた。選抜に用いたスペクチノマイシン、カナマイシン、クロラムフェニコールの薬剤濃度は全て20μg/mLであった。数代継代培養したのち、シアノバクテリアマルチコピーゲノムの全てに目的の相同組み換えが完了したかをPCR法によって確認した。本発明において使用したプライマーの一覧を表1~表3に示す。得られた形質転換体は以下の硫酸多糖解析用サンプルとして用いた。 The resulting plasmid was transformed into the 6803P strain by natural transformation. 2 μL of the transformation plasmid was mixed with 300 μL of the bacterial culture solution, which had been cultured with aeration and agitation to an OD 730 of 0.5 to 1.0, and the mixture was spread on a BG11 agar medium (without drugs) with a nitrocellulose membrane. After 1 to 2 days of recovery culture under normal white light, the membrane was transferred to a BG11 agar medium containing a drug for selecting transformants. Colonies of transformants were obtained in about 1 to 2 weeks. The drug concentrations of spectinomycin, kanamycin, and chloramphenicol used for selection were all 20 μg/mL. After several generations of subculture, it was confirmed by PCR whether the desired homologous recombination had been completed in all of the cyanobacterial multicopy genomes. The primers used in the present invention are listed in Tables 1 to 3. The resulting transformants were used as samples for the following sulfated polysaccharide analysis.



2.硫酸多糖の生産
野生株と得られた形質転換体を使用し、以下の要領で硫酸多糖を生産した。寒天培地上で維持した各株を薬剤入りBG11液体培地に播種し通気撹拌培養し、これを前培養とした。次に、OD730が1.0~2.0となった前培養液を用い、50 mL BG11液体培地中にOD730=0.2 となるように菌体を播種し、本培養を開始した。寒天培養、液体培養ともに通常培養温度は31℃でおこなった。低温条件のみ、本培養を野生株の至適温度より11℃低い20℃でおこなった。硫酸多糖は培養中常に培地中に放出された。以下の実験では本培養開始から二日後に硫酸多糖を回収した。
2. Production of sulfated polysaccharides Using the wild-type strain and the obtained transformants, sulfated polysaccharides were produced as follows. Each strain maintained on agar medium was inoculated into BG11 liquid medium containing a drug and cultured under aeration and agitation, which was used as a preculture. Next, using the preculture liquid with an OD 730 of 1.0 to 2.0, the cells were inoculated into 50 mL of BG11 liquid medium to give an OD 730 of 0.2, and main culture was started. The normal culture temperature for both agar culture and liquid culture was 31°C. Only under the low-temperature condition, main culture was performed at 20°C, which is 11°C lower than the optimal temperature for the wild-type strain. Sulfated polysaccharides were constantly released into the medium during culture. In the following experiments, sulfated polysaccharides were collected two days after the start of main culture.

6803P株培養液の通気撹拌培養を止めると、図1に示すように初めのうちは培養液全体に懸濁していた培養物が、時間の経過とともに徐々に液面に集まった。このブルームのような粘性細胞塊の形成は、細胞外粘性物質にトラップされた光合成由来の気泡を浮力として、細胞と粘性物質が浮上することに起因した。 When the aeration and agitation culture of the 6803P strain culture medium was stopped, the culture material that was initially suspended throughout the medium gradually gathered at the surface over time, as shown in Figure 1. The formation of this bloom-like viscous cell mass was caused by the cells and viscous material rising to the surface due to the buoyancy provided by photosynthetic air bubbles trapped in the extracellular viscous material.

なお、この現象は、同種の別株であるシネコシスティス・エスピー(Synechocystis sp.)PCC 6803 substr. GT(以下6803GT株)では見られなかった。 However, this phenomenon was not observed in another strain of the same species, Synechocystis sp. PCC 6803 substr. GT (hereinafter referred to as 6803GT strain).

3.粘性物質の分析
得られた粘性物質を分析するため、図2に示す簡便な分画法を構築した。まず遠心分離(10,000 ×g、10分)により菌体を除去した。次にPTFEメンブレンフィルター(Merck社製、孔径0.45μm)を用いて遠心上清を吸引濾過することで、メンブレンに粘性物質をトラップした。そして、1 mLほどの超純水を滴下したメンブレンから、ピンセットを用いて粘性物質を剥がし取り回収した(図2中粘性物質画分)。定量解析にはこの状態のサンプルを用いた。下記の組成分析に供したサンプルは、さらに遠心分離(20,000 ×g、10分)により微細なゴミを除いた後に、セルロース透析チューブを用いて超純水2 Lに対して一晩、3時間、3時間の計3回透析をおこなった。さらに、フリーズドライ装置FDU-810 (EYELA社製)を用いて凍結乾燥をおこない、これを組成分析サンプルとした。
3. Analysis of Viscous Substances To analyze the obtained viscous substances, a simple fractionation method was developed as shown in Figure 2. First, the bacterial cells were removed by centrifugation (10,000 × g, 10 min). Next, the centrifugal supernatant was suction filtered using a PTFE membrane filter (Merck, pore size 0.45 μm) to trap the viscous substances in the membrane. Then, the viscous substances were peeled off and collected using tweezers from the membrane on which about 1 mL of ultrapure water was dropped (viscous substance fraction in Figure 2). The sample in this state was used for quantitative analysis. The sample subjected to the composition analysis described below was further centrifuged (20,000 × g, 10 min) to remove fine debris, and then dialyzed three times against 2 L of ultrapure water using a cellulose dialysis tube, overnight, for 3 hours, and for 3 hours. Furthermore, the sample was freeze-dried using a freeze-drying device FDU-810 (EYELA), and this was used as the composition analysis sample.

この方法で得られた粘性物質を定量解析した結果、タンパク質や核酸はほとんど検出されず、多糖が検出された。さらに、上記組成分析サンプルを東レリサーチセンターに委託し組成分析した結果、表4に示すように、この多糖は硫酸多糖であることが明らかになった。 Quantitative analysis of the viscous substance obtained by this method detected almost no protein or nucleic acid, but only polysaccharide. Furthermore, the composition analysis of the above composition analysis sample was entrusted to Toray Research Center, and the results showed that the polysaccharide was sulfate polysaccharide, as shown in Table 4.

4.硫酸多糖の合成系の同定
得られた硫酸多糖の合成系を同定した。発明者は、多糖合成に重要な因子の破壊株を、上記1に記載した方法と同様の方法で多数作製した。そして、上記2に記載した培養方法で培養し、粘性細胞塊形成能を指標にスクリーニングした。
4. Identification of the synthesis system of sulfated polysaccharides The synthesis system of the obtained sulfated polysaccharides was identified. The inventors prepared many strains in which factors important for polysaccharide synthesis were disrupted, using the same method as described in 1 above. Then, they were cultured using the culture method described in 2 above, and screened using the ability to form viscous cell masses as an index.

その結果の一部を図3、図4に示す。図3に示すように、野生株(図3中、「WT」と表記する)は粘性細胞塊が形成されることが観察されたが、6803P株のpSYSMプラスミド上にある遺伝子領域sll5052 ~slr5054 の破壊株(図3中、「Δsll5052 ~slr5054」と表記する)においては、ブルーム様細胞塊は形成されなかった。また、上記3に記載した方法で粘性物質を定量解析した結果、図4に示すように、粘性物質画分中の総糖量が有意に減少していることが明らかになった。これらの結果から、sll5052 ~slr5054が硫酸多糖合成に関与する遺伝子と考えられた。 Part of the results are shown in Figures 3 and 4. As shown in Figure 3, the wild-type strain (indicated as "WT" in Figure 3) was observed to form viscous cell masses, but in the 6803P strain, a disruptant of the gene region sll5052 - slr5054 on the pSYSM plasmid (indicated as "Δsll5052 - slr5054" in Figure 3), no bloom-like cell masses were formed. Furthermore, quantitative analysis of the viscous substance using the method described in 3 above revealed a significant decrease in the total sugar content in the viscous substance fraction, as shown in Figure 4. From these results, it was believed that sll5052 - slr5054 are genes involved in sulfated polysaccharide synthesis.

図5は、6803P株の硫酸多糖合成遺伝子クラスターを示す図である。白色は合成関連遺伝子、灰色は制御関連遺伝子、黒色は機能未知遺伝子を示す。図5に示すように、制御関連の遺伝子は、pSYSM上の巨大な遺伝子クラスター上に存在した。そして、この遺伝子クラスター上には多糖合成・制御に関係すると推測される遺伝子が集積していた。 Figure 5 shows the sulfated polysaccharide synthesis gene cluster of the 6803P strain. Synthesis-related genes are indicated in white, regulation-related genes in grey, and genes of unknown function in black. As shown in Figure 5, the regulation-related genes were present on a large gene cluster on pSYSM. Furthermore, genes presumed to be related to polysaccharide synthesis and regulation were concentrated on this gene cluster.

表5に、硫酸多糖合成遺伝子クラスター内遺伝子の一覧を示す。合成に関わると推定された個々の遺伝子の破壊株を作製し表現型を解析した結果(data not shown)、ほぼ全ての遺伝子の硫酸多糖合成への寄与が示された。 Table 5 shows a list of genes in the sulfate polysaccharide synthesis gene cluster. We created mutants of individual genes presumed to be involved in synthesis and analyzed the phenotypes (data not shown), which showed that almost all genes contribute to sulfate polysaccharide synthesis.

この結果をもとに、発明者はこの遺伝子クラスターをxss (extracellular sulfated polysaccharide biosynthesis)と命名した。xssクラスター内には、多糖合成に関わる遺伝子、硫酸基転移酵素の遺伝子、転写制御因子の遺伝子、二成分制御系の遺伝子が存在した。バクテリアの多糖合成系はWzx/Wzy型、ABCトランスポーター型、合成酵素型の大きく3つに分けられるが(Schmid et al., 2015)、xssクラスターにはWzx/Wzy型に特徴的な遺伝子群が存在した。一方でWzx/Wzy型合成系において糖鎖を細胞外に排出するための外膜孔を形成するタンパク質であるOPXをコードする遺伝子はxssクラスター上に存在しなかった。しかし、破壊株を用いた実験から、染色体上に存在するOPX遺伝子sll1581が硫酸多糖の合成に必要であることが示されたため(図6(A)中のΔsll1581)、この遺伝子をxssTと命名した。以上の検討の結果、新規硫酸多糖と、その合成に関わる遺伝子群が同定された。 Based on these results, the inventors named this gene cluster xss (extracellular sulfated polysaccharide biosynthesis). The xss cluster contained genes involved in polysaccharide synthesis, genes for sulfotransferases, genes for transcriptional regulators, and genes for two-component control systems. Bacterial polysaccharide synthesis systems are broadly divided into three types: Wzx/Wzy type, ABC transporter type, and synthase type (Schmid et al., 2015), and the xss cluster contained a group of genes characteristic of the Wzx/Wzy type. On the other hand, the xss cluster did not contain a gene encoding OPX, a protein that forms an outer membrane pore to export glycans to the outside of the cell in the Wzx/Wzy synthesis system. However, experiments using a disruptant showed that the OPX gene sll1581 present on the chromosome is necessary for the synthesis of sulfated polysaccharides (Δsll1581 in Figure 6 (A)), and this gene was named xssT. As a result of the above investigations, a novel sulfate polysaccharide and the gene cluster involved in its synthesis were identified.

5.各種遺伝子破壊株の硫酸多糖の生産
xssクラスターには制御系の因子が3つ存在する。XssQはアミノ酸配列から転写制御因子と推測された。XssRとXssSは、バクテリアにおいて一般的な制御系である二成分制御系の因子であり、XssSがセンサーヒスチジンキナーゼ、XssRがレスポンスレギュレーターと推測された。
5. Production of sulfated polysaccharides by various gene disruptants
The xss cluster contains three regulatory factors. XssQ is predicted to be a transcription factor based on its amino acid sequence. XssR and XssS are factors of a two-component regulatory system, which is a common regulatory system in bacteria. XssS is predicted to be a sensor histidine kinase, and XssR is predicted to be a response regulator.

そこで、各遺伝子の破壊株を上記1に記載の方法で作製し、上記2の培養方法に従い、これらの遺伝子の破壊株について表現型を調べた。図6は、制御関連遺伝子破壊株における硫酸多糖蓄積量(A)と粘性細胞塊形成(B)の結果を示す図である。 Therefore, we prepared knockout strains of each gene using the method described in 1 above, and investigated the phenotypes of these knockout strains using the culture method described in 2 above. Figure 6 shows the results of sulfated polysaccharide accumulation (A) and viscous cell mass formation (B) in the knockout strains of the control-related genes.

図6(A)に示すように、xssQとxssRそれぞれの破壊株(ΔxssQとΔxssR)では硫酸多糖の蓄積がほとんど見られなかった。一方で、xssSの破壊株(ΔxssS)では硫酸多糖の蓄積量が野生株(WT)の約19倍に増加していた。このΔxssS株に更にxssK-Mの破壊形質転換をおこなった株(ΔxssS+ΔxssK-M)は硫酸多糖蓄積を示さなくなった。また、xssRとxssQの二重破壊株(ΔxssR-S)では硫酸多糖蓄積が見られなかった。加えてxssR発現強化株(OX-xssR)とxssQ発現強化株(OX-xssQ)のどちらでもxssS破壊株と同様の硫酸多糖の高蓄積が確認された。以上の結果により、xssSがxssRを介してxssQを抑制的に制御することで、硫酸多糖合成を抑制していることが示唆された。 As shown in Fig. 6 (A), the xssQ and xssR disruptants (ΔxssQ and ΔxssR) showed little accumulation of sulfated polysaccharides. On the other hand, the xssS disruptant (ΔxssS) showed an increase in sulfated polysaccharide accumulation of about 19-fold compared to the wild-type strain (WT). The ΔxssS strain further transformed with xssK-M disruption (ΔxssS+ΔxssK-M) showed no sulfated polysaccharide accumulation. Furthermore, the xssR and xssQ double disruptant (ΔxssR-S) showed no sulfated polysaccharide accumulation. In addition, both the xssR expression-enhanced strain (OX-xssR) and the xssQ expression-enhanced strain (OX-xssQ) showed high sulfated polysaccharide accumulation, similar to that of the xssS disruptant. These results suggest that xssS inhibits sulfate polysaccharide synthesis by negatively regulating xssQ via xssR.

表4に示すように、xssS破壊株において高蓄積した硫酸多糖の組成分析結果は野生株のものとは異なった。シアノバクテリアには1種に複数の細胞外多糖が存在することが一般的であるため、xssS破壊株ではxss遺伝子群によって合成される硫酸多糖の蓄積量が激増したことによりその組成が顕著に反映されていると考えられる。 As shown in Table 4, the compositional analysis results of the sulfated polysaccharides that accumulated in high amounts in the xssS-disrupted strain were different from those of the wild-type strain. Since it is common for one species of cyanobacteria to have multiple extracellular polysaccharides, it is thought that the composition of the sulfated polysaccharides synthesized by the xss gene group in the xssS-disrupted strain is significantly reflected by the dramatic increase in the amount of accumulated sulfated polysaccharides.

6.リアルタイム定量PCRによる測定
XssQは転写制御因子と推測されたため、主要xss遺伝子の転写との関連性をリアルタイム定量PCRにより調べた。リアルタイム定量PCRの手順は以下である。
6. Measurement by real-time quantitative PCR
Since XssQ was assumed to be a transcription factor, we investigated its relationship with the transcription of major xss genes by real-time quantitative PCR. The procedure for real-time quantitative PCR is as follows.

硫酸多糖回収と同じタイミングで、細胞を遠心分離(5000 × g、4°C、10分)により回収した。RNA抽出はRNeasy Mini kit for bacteria (Qiagen社)を用いてキット推奨のプロトコルに基づいておこなった。cDNAの作製は、PrimeScript RT reagent kit with gDNA eraser(Takara社製)を用いた。リアルタイム定量PCR反応はTHUNDERBIRD SYBR qPCR Mix (Toyobo社製)とThermal Cycler Dice Real Time System II (Takara社製)を用いておこなった。遺伝子発現レベル比較における内部標準にはrnpB遺伝子を用いた。使用したプライマーを表6に示す。 At the same time as the sulfated polysaccharide recovery, cells were collected by centrifugation (5000 × g, 4°C, 10 minutes). RNA was extracted using the RNeasy Mini kit for bacteria (Qiagen) according to the protocol recommended by the kit. cDNA was prepared using the PrimeScript RT reagent kit with gDNA eraser (Takara). Real-time quantitative PCR reactions were performed using THUNDERBIRD SYBR qPCR Mix (Toyobo) and Thermal Cycler Dice Real Time System II (Takara). The rnpB gene was used as an internal standard for comparing gene expression levels. The primers used are shown in Table 6.

硫酸多糖高蓄積株であるxssS破壊株において一部遺伝子の転写量の増加傾向が、硫酸多糖非蓄積株であるxssQ破壊株において一部遺伝子の転写量の著しい減少傾向が確認された(図7)。 The xssS disruptant, a strain that accumulates sulfated polysaccharides, showed a tendency for the transcription levels of some genes to increase, while the xssQ disruptant, a strain that does not accumulate sulfated polysaccharides, showed a tendency for the transcription levels of some genes to decrease significantly (Figure 7).

この結果から、当該硫酸多糖の合成は転写制御因子XssQによる一部のxss遺伝子の転写制御によりコントロールされていると考えられた。また、本発明の硫酸多糖高蓄積株は、XssSのノックアウトによる抑制の解除などによりxss遺伝子の転写レベルが増強されたことに起因すると推測された。 From these results, it was considered that the synthesis of the sulfated polysaccharides was controlled by the transcriptional regulation of some of the xss genes by the transcription factor XssQ. It was also speculated that the high sulfated polysaccharide accumulation strain of the present invention was caused by the enhanced transcription level of the xss genes due to the release of repression by knocking out XssS.

7.低温における硫酸多糖の蓄積量の測定
過去の6803P株のトランスクリプトーム研究において、今回転写量の大きな変動が確認された遺伝子群が低温(20℃)において転写誘導されることが示されていた(Kopf et al. 2014)。そこで、2に記載した操作の本培養を20℃でおこない他の株同様に定量解析することで、低温における硫酸多糖の蓄積量を測定した結果、野生株の通常培養温度(31℃)における蓄積量と比較して約3倍に増加していた(図6、表7)。
7. Measurement of sulfated polysaccharide accumulation at low temperatures Previous transcriptome studies of the 6803P strain showed that the genes whose transcription levels were found to vary significantly this time were transcriptionally induced at low temperatures (20°C) (Kopf et al. 2014). Thus, we performed the main culture at 20°C as described in 2 and quantitatively analyzed the amount of sulfated polysaccharide accumulated at low temperatures, which was approximately three times higher than the amount accumulated at the normal culture temperature (31°C) of the wild-type strain (Figure 6, Table 7).

この結果は、センサーであるXssSが感知している環境刺激が低温である可能性を示唆している。つまり、センサーヒスチジンキナーゼの遺伝子破壊が困難な種であっても、低温に晒すことで硫酸多糖合成系を活性化し硫酸多糖生産性を向上させることができる可能性が示された。 This result suggests that the environmental stimulus sensed by the sensor XssS may be low temperature. In other words, even in species where gene disruption of the sensor histidine kinase is difficult, exposure to low temperature may be able to activate the sulfate polysaccharide synthesis pathway and improve sulfate polysaccharide productivity.

Claims (4)

硫酸多糖を生産するシアノバクテリアであって、
硫酸多糖合成系遺伝子と、硫酸多糖合成制御系遺伝子とを備え、
前記硫酸多糖合成制御系遺伝子が、転写制御因子をコードする遺伝子と、レスポンスレギュレーターをコードする遺伝子と、センサーヒスチジンキナーゼをコードする遺伝子とから構成され、
前記転写制御因子をコードする遺伝子、前記レスポンスレギュレーターをコードする遺伝子、前記センサーヒスチジンキナーゼをコードする遺伝子のいずれか1つの転写の活性化が制御されてなり、
前記シアノバクテリアが、以下の(a)~(c)のいずれかを満たす、シアノバクテリア。
(a)前記センサーヒスチジンキナーゼをコードする遺伝子がxssS遺伝子であり、該xssS遺伝子が破壊されてなる
(b)前記レスポンスレギュレーターをコードする遺伝子がxssR遺伝子であり、該xssR遺伝子が発現強化されてなる
(c)前記転写制御因子をコードする遺伝子がxssQ遺伝子であり、該xssQ遺伝子が発現強化されてなる
A cyanobacterium that produces sulfated polysaccharides,
The present invention provides a sulfated polysaccharide synthesis system gene and a sulfated polysaccharide synthesis control system gene,
the sulfated polysaccharide synthesis control system genes are composed of a gene encoding a transcription control factor, a gene encoding a response regulator, and a gene encoding a sensor histidine kinase;
the transcriptional activation of any one of the gene encoding the transcription control factor, the gene encoding the response regulator, and the gene encoding the sensor histidine kinase is regulated;
The cyanobacterium satisfies any one of the following (a) to (c):
(a) the gene encoding the sensor histidine kinase is the xssS gene, and the xssS gene has been disrupted; (b) the gene encoding the response regulator is the xssR gene, and the expression of the xssR gene has been enhanced; (c) the gene encoding the transcription control factor is the xssQ gene, and the expression of the xssQ gene has been enhanced.
前記シアノバクテリアが、シネコシスティス・エスピー(Synechocystis sp.)PCC6803 substr.PCC-P株である、請求項1に記載のシアノバクテリア。 The cyanobacterium according to claim 1, wherein the cyanobacterium is Synechocystis sp. PCC6803 substr. PCC-P strain. 硫酸多糖を生産する方法であって、
請求項1又は2に記載のシアノバクテリアを培養する工程を含む、硫酸多糖の生産方法。
1. A method for producing sulfated polysaccharides, comprising the steps of:
A method for producing sulfated polysaccharides, comprising a step of culturing the cyanobacterium according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の硫酸多糖を生産する方法であって、
前記培養工程の後に、前記シアノバクテリアと培養上清とを遠心分離により分離する工程と、
前記上清を濾過により硫酸多糖を吸引濾過により分取する工程と、
を含む、硫酸多糖の生産方法。
A method for producing the sulfated polysaccharide according to claim 3, comprising the steps of:
After the culturing step, a step of separating the cyanobacteria and the culture supernatant by centrifugation;
filtering the supernatant to separate sulfated polysaccharides by suction filtration;
A method for producing a sulfated polysaccharide, comprising:
JP2020148194A 2020-09-03 2020-09-03 Cyanobacteria producing sulfated polysaccharides and method for producing sulfated polysaccharides derived from cyanobacteria Active JP7710705B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020148194A JP7710705B2 (en) 2020-09-03 2020-09-03 Cyanobacteria producing sulfated polysaccharides and method for producing sulfated polysaccharides derived from cyanobacteria

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020148194A JP7710705B2 (en) 2020-09-03 2020-09-03 Cyanobacteria producing sulfated polysaccharides and method for producing sulfated polysaccharides derived from cyanobacteria

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022042685A JP2022042685A (en) 2022-03-15
JP7710705B2 true JP7710705B2 (en) 2025-07-22

Family

ID=80641487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020148194A Active JP7710705B2 (en) 2020-09-03 2020-09-03 Cyanobacteria producing sulfated polysaccharides and method for producing sulfated polysaccharides derived from cyanobacteria

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7710705B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000084538A (en) 1998-09-11 2000-03-28 Pentel Kk How to remove heavy metal ions
WO2004050078A1 (en) 2002-12-05 2004-06-17 Takara Bio Inc. Remedy
JP2008044912A (en) 2006-08-21 2008-02-28 Univ Of Ryukyus Nagacomb-derived antitumor agent, hyaluronidase inhibitor or therapeutic agent for atopic dermatitis
JP2010507369A (en) 2006-10-20 2010-03-11 アリゾナ ボード オブ リージェンツ フォー アンド オン ビハーフ オブ アリゾナ ステイト ユニバーシティ Modified cyanobacteria

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000084538A (en) 1998-09-11 2000-03-28 Pentel Kk How to remove heavy metal ions
WO2004050078A1 (en) 2002-12-05 2004-06-17 Takara Bio Inc. Remedy
JP2008044912A (en) 2006-08-21 2008-02-28 Univ Of Ryukyus Nagacomb-derived antitumor agent, hyaluronidase inhibitor or therapeutic agent for atopic dermatitis
JP2010507369A (en) 2006-10-20 2010-03-11 アリゾナ ボード オブ リージェンツ フォー アンド オン ビハーフ オブ アリゾナ ステイト ユニバーシティ Modified cyanobacteria

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Carlos Flores et al.,Characterization and antitumor activity of the extracellular carbohydrate polymer from the cyanobacterium Synechocystis ΔsigF mutant,International Journal of Biological Macromolecules(2019),2019年06月21日,Vol. 136,pp. 1219-1227,DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.06.152
Flores, C. et al.,The alternative sigma factor SigF is a key player in the control of secretion mechanisms in Synechocystis sp. PCC 6803.,Environmental Microbiology,2018年11月05日,Vol. 21, No. 1,pp. 343-359,DOI: 10.1111/1462-2920.14465
Synechocysits sp. PCC 6803 PCC-P,Integrated Microbial Genome & Microbiomes,2013年04月19日,https://img.jgi.doe.gov/cgi-bin/m/main.cgi?section=TaxonDetail&page=taxonDetaub&taxon_oid=2524023216

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022042685A (en) 2022-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113621631A (en) A kind of mevalonate kinase gene RKMK and its application
CN114106130B (en) Purple sweet potato anthocyanin synthesis regulation factor IbJOX4 and application thereof
CN114133438B (en) Purple sweet potato anthocyanin synthesis regulation factor IbEIN3-2 and application thereof
CN108517323B (en) Salvia miltiorrhiza AP2 transcription factor SmERF128 coding sequence, cloning method and application
US20110300633A1 (en) Novel promoter for use in transformation of algae
JP7710705B2 (en) Cyanobacteria producing sulfated polysaccharides and method for producing sulfated polysaccharides derived from cyanobacteria
Zhang et al. Positive regulation of the Eucommia rubber biosynthesis-related gene EuFPS1 by EuWRKY30 in Eucommia ulmoides
CN116848228A (en) Recombinant algae with high lipid productivity
KR102212882B1 (en) Chlamydomonas sp. Microalgae with increased fatty acid productivity and method for increasing fatty acid productivity of Chlamydomonas sp. Microalgae
Wahlund et al. Expressed sequence tag profiles from calcifying and non-calcifying cultures of Emiliania huxleyi
CN108610426B (en) Migratory locust rhythm genes clk, cyc and per and application thereof in regulation and control of diapause of insects
CN116003563B (en) Application of calmodulin binding protein CaMBP13 in regulating plant cold tolerance
CN107266542B (en) Thick boisiana IpLEA gene and its coding albumen and application
Tominaga et al. Isolation and characterization of a cDNA encoding a heat shock protein 70 from a sterile mutant of Ulva pertusa (Ulvales, Chlorophyta)
CN105087507A (en) Novel integrase and application thereof to efficiently modifying saccharopolyspora spinosa
CN111433219A (en) Increasing algal lipid productivity by genetically modifying signaling proteins
CN102433341B (en) Prokaryotic expression product of epinephelus coioides antibacterial peptide and preparation method thereof
JP5552706B2 (en) Algae-derived genes related to mannitol synthesis
CN114316005B (en) Upstream regulation factor IbWRKY1 and application thereof in regulation of IbMYB1 expression of purple sweet potato
KR102242665B1 (en) Heat inducible promoter from Chlorella vulgaris HSP70 and uses thereof
CN107810269A (en) Novel promoter and application thereof
KR101155994B1 (en) Protein and its Gene of laver, giving High-Temperature-Resistance
TWI895108B (en) Method for producing n-acetylneuraminic acid
WO2019014755A1 (en) Recombinant polypeptide enriched algal chloroplasts, methods for producing the same and uses thereof
WO2020232734A1 (en) Method for causing non-toxic microalgae to produce microcystin, and obtained toxin-producing microalgae

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230823

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231025

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240725

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240827

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20241025

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20241107

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250321

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250618

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250702

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7710705

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150