CN101198703A - 生产糖原的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生产糖原的方法,所述方法包括用能合成糖原的分支酶在溶液中处理底物由此生产糖原的步骤,其中所述底物是主要通过α-1,4-葡萄糖苷键连接并且聚合度为4或更大的α-葡聚糖,而且开始反应前溶液中糖的数均分子量大于180,但是不超过150,000。这种分支酶的分支酶活性/降解活性可以是500或更低。这种分支酶可以是热稳定的分支酶。
Description
技术领域
本发明涉及生产高分子量的高度分支α-葡聚糖尤其是糖原的方法。
背景技术
α-葡聚糖是α-D-葡萄糖的聚合物。自然界中存在多种形式的α-葡聚糖。α-葡聚糖中,典型的实例是糖原和淀粉。然而,糖原和淀粉在结构和物理性质上彼此明显不同。
糖原是动物、真菌、酵母和细菌的主要储存多糖。糖原是水溶性的并且形成乳白色溶液。已经很好地研究了动物体内糖原的分子结构。天然糖原是均聚葡聚糖(homoglucan),其中通过α-1,4-葡萄糖苷键线性键合的葡萄糖(葡萄糖)的糖链通过α-1,6-葡萄糖苷键分支化,并且所得分支进一步分支而形成网络结构。天然糖原由α-1,4-葡糖苷连接的链组成,所述链的平均聚合度为约10-约14,并且通过α-1,6-葡萄糖苷键结合。天然糖原的分子量描述的各不相同,估计为约105-108。天然糖原以分子量为约107(β-颗粒)的颗粒或由β-颗粒聚集形成的更大颗粒(α-颗粒)出现。据认为细菌中糖原的结构类似于动物中糖原的结构。某些植物(例如甜玉米)中存在与糖原结构类似的葡聚糖,它们被称为植物糖原(phytoglycogen)。
淀粉是植物中的主要储存多糖,并且以水不溶性颗粒形式出现。这种颗粒含有两种不同的多糖。所述两种多糖是直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉由α-1,4键连接的基本线性的D-葡萄糖单元组成。支链淀粉是被认为具有簇结构的分支聚合物。每个簇单元由α-1,4-连接的葡萄糖链组成,所述链的平均聚合度为约12-约24并且彼此通过α-1,6-葡萄糖苷键结合。所述簇单元进一步由平均聚合度为约30-约100的较长α-1,4-连接的葡萄糖链组成。按照聚合度,整个支链淀粉的平均链长度为约18-约25。与糖原类似,支链淀粉是由α-1,4-葡萄糖苷键和α-1,6-葡萄糖苷键结合的葡聚糖,但是糖原的分支程度比支链淀粉更高。
近来,已经证实糖原具有免疫刺激作用。因此,可以预期糖原用作免疫刺激剂、健康食品材料等。另外,可以预期糖原作为化妆品材料、食品材料(调味品材料)和其它工业材料的应用。糖原在多种工业领域中使用。糖原的应用包括例如微生物感染的治疗剂、湿润剂(例如有效改善皮肤保水的化妆品、防止嘴唇粗糙的化妆品)、复合调味料(例如具有扇贝(眼)味道的复合调味料)、抗肿瘤剂、形成发酵乳的加速剂、胶体颗粒聚集体、影响头发易梳性和光泽的改善头发表面摩擦阻力的物质、细胞活化剂(表皮细胞活化剂、成纤维细胞增殖剂等)、ATP生成促进剂、皮肤衰老症状如皱纹的改善剂、皮肤粗糙的改善剂、荧光颗粒表面处理剂和环状四糖(CTS;cyclo{→6)-α-D-glcp-(1→3)-α-D-glcp-(1→6)-α-D-glcp-(1→3)-α-D-glcp-(1→})合成的底物。糖原可以用于皮肤外用制剂中(例如化妆水、乳液、霜、精华素、生发剂、育发剂、面膜、唇膏、护唇霜、化妆粉底液、化妆粉底霜、粉底、眼影、腮红、香波、润丝、发用液剂、头发滋补剂、长效卷发剂、染发剂、处理(剂)、浴用剂、护手霜、护腿霜、护颈霜、爽身水等)、或眼用溶液等中。
来源于贝类(贻贝)的糖原和来源于甜玉米的植物性糖原已经上市,但是很昂贵并且主要用作化妆品中的湿润剂。作为试剂,来源于多种贝类或动物肝脏的糖原也已经上市,但是相当昂贵并且很难工业应用。
因此,期望大量提供廉价的糖原。
分支酶(系统名:1,4-α-D-葡聚糖:1,4-α-D-葡聚糖6-α-D-(1,4-α-D-葡聚糖)-转移酶,EC 2.4.1.18,在本说明书中也被称作BE)是一种酶,它切割α-1,4-葡萄糖苷键并且将所述键转移至另一个葡萄糖残基的6-位OH基而形成α-1,6-葡萄糖苷键。BE广泛分布在动物、植物、霉菌、酵母和细菌中,催化糖原或淀粉的分支键的合成。
在二十世纪七十年代已经详细研究了来源于马铃薯的BE的催化作用,并且已经证实BE催化分子间分支反应(图1A)。在二十世纪九十年代晚期已经证实BE催化环化反应(图1B)。通过证实这种环化反应,理论上估计,BE也催化分子内分支反应(图1C)。这是因为,从微观角度考虑,切割α-1,4-葡萄糖苷键、将该键转移至另一个葡萄糖残基中6-位上OH基、和形成α-1,6-葡萄糖苷键,这3种反应可以说是相同的。BE被认为是糖苷水解酶13家族(α-淀粉酶家族)的一个成员,并被认为其在单个活性中心通过与α-淀粉酶基本相同的机制催化切割α-1,4-葡萄糖苷键、将该键转移至另一个葡萄糖残基中6-位上OH基。
已经知道,通过使BE与另一种酶α-葡聚糖磷酸化酶一起作用于葡萄糖-1-磷酸和寡糖,或者通过使BE与糖原合成酶(或淀粉合成酶)一起作用于UDP-葡萄糖(或ADP-葡萄糖),可以合成结构和性质与天然糖原类似的糖原。然而,α-葡聚糖磷酸化酶虽然是已经上市的试剂,但是相当昂贵。另外,很难获得糖原合成酶和淀粉合成酶。葡萄糖-1磷酸、UDP-葡萄糖和ADP-葡萄糖相当昂贵。因此,通过这种方法不能解决提供大量廉价糖原的问题。
大分子如葡聚糖通常不是均匀的分子,而是各种大小分子的混合物,因此根据数均分子量(Mn)或重均分子量(Mw)评估其分子量。Mn通过体系总质量除以体系中所含分子数来确定。也就是说,Mn是数目分数的平均值。另一方面,Mw是重量分数的平均值。如果是完全均匀的材料,Mw=Mn,但是大分子通常具有分子量分布,因此Mw>Mn。其遵循以下规律:随着Mw/Mn超过1以及更高,则分子量的不均匀性也更高(也就是说,分子量分布更宽)。
已知利用酶合成的直链淀粉(例如由Ajinoki Co.,Ltd制造的酶促合成直链淀粉)具有窄的分子量分布(在非专利文献4中,Mw/Mn<1.2;在Fujii,K.et al.(2003)Biocatalysis and Biotransformation,Vol.21,pp.167-172中,Mw/Mn=1.005-1.006)。另一方面,从自然界提取的直链淀粉具有相对较宽的分子量分布,Mw/Mn为约2-约5(描述于pp.347-429in Carbohydrates in food,edited by Eliasson,A.-C.,Marcel Dekker,Inc.,New York(1996);Hizukuri,S.,Starch:analytical aspects中表15中的聚合度DP(数均DPn,重均DPw)。这些DP乘以162,得到各自的平均分子量)。
Mn可以通过评估分子数来确定。也就是说,直链淀粉等的Mn可以通过测量还原末端的数目来确定。还原末端的数目可以例如通过非专利文献7中描述的改良Park-Johnson方法来确定。Mn还可以例如通过非专利文献8中描述的凝胶过滤色谱法(MALLS方法)来确定,所述凝胶过滤色谱法利用示差折光计结合多角度激光光散射检测器。Mw可以通过非专利文献8中描述的MALLS方法来确定。
本说明书中,底物的分子量主要根据数均分子量(Mn)来评估,而产生的葡聚糖的分子量主要根据重均分子量(Mw)来评估。这是因为,当产物经过图1B中显示的环化反应时,Mn不能通过评估还原末端数的方法来正确地评估,还因为当评估非常大的分子的分子量时,还原末端数目相对较低,因此很难准确测量Mn,另外,因为通过MALLS法评估Mn的方法是基于这一前提:凝胶过滤的分级是完全的,因此当分级不完全时,准确评估Mn不可行。
已经有实例允许BE作用于支链淀粉或淀粉而产生高分子量的α-葡聚糖。并且有大量实例表明允许BE单独作用于α-葡聚糖(例如直链淀粉)。然而,没有实例表明允许BE作用于直链淀粉而产生分子量为约1,000,000或更高的高分子量α-葡聚糖。通过BE作用于支链淀粉得到的高分子量α-葡聚糖被认为在支链淀粉基本结构上具有更多分支,如非专利文献17中所示,并且可以说,没有合成糖原(具有球状结构)。例如,非专利文献1和2中描述了,来源于粗糙脉孢霉(Neurospora crassa)的BE可作用于支链淀粉或直链淀粉,从而将它们转化为由6-葡萄糖单元的单元链组成的高度分支的糖原样分子。然而,术语“糖原样”只表示分子被碘染色的程度与糖原类似。其中用作底物的直链淀粉的数均聚合度为15、22或130,表明Mn分别为约2430、约3600和约21000。具体而言,非专利文献2描述了,来源于粗糙脉孢霉的BE可以作用于平均聚合度为15或22的短链直链淀粉,来源于植物的BE可以作用的直链淀粉的最小聚合度为30-40或更高。非专利文献2还描述了,已经提示来源于粗糙脉孢霉的BE作用于12个或更多残基的葡萄糖链,从而进行六糖作为最小单元的转移反应。从非专利文献1的图1和2以及非专利文献2的图3和4中可以看出,当来源于粗糙脉孢霉的BE作用于支链淀粉和直链淀粉时,这些底物的分子量不改变。另外,非专利文献1的图4和5以及非专利文献2的图5和6显示,得到了比底物分子稍大和稍小的分子,没有观察到明显高分子量的产物。
例如,非专利文献3描述了,当玉米BEI作用于平均链长度大于300的直链淀粉时,产物在凝胶过滤中的洗脱时间出现延迟,这种延迟是由于形状的改变,而不是由于分子量的改变。
例如,非专利文献4描述了,随着反应时间的延长,BE(具体而言,Q酶)作用于直链淀粉得到的支链淀粉样分子的分子量降低。
例如,非专利文献5描述了,当来源于马铃薯的BE(Q酶)作用于Mw为67600的直链淀粉时,可以得到Mw为33500的反应产物。
例如,非专利文献6描述了,当来源于马铃薯的BE(Q酶)作用于Mn为200,000的直链淀粉时,可以得到Mw为22,000的葡聚糖。
例如,非专利文献7描述了,当来源于嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillusstearothermophilus)的BE作用于Mw为302,000的酶促合成直链淀粉时,发生环化作用而降低它们的分子量。注意到,已知用作底物的酶促合成直链淀粉具有窄分子量分布。例如,根据非专利文献4的酶促合成直链淀粉的Mw/Mn<1.2;根据Fujii,K.et al.(2003)Biocatalysis andBiotransformation,Vol.21,pp.167-172的酶促合成直链淀粉的Mw/Mn=1.005-1.006。根据生产商Ajinoki Co.,Ltd的手册,酶促合成直链淀粉的Mw/Mn<1.1。由此,用于这个文献的酶促合成直链淀粉的近似Mn为约252,000-302,000。因此,可以通过Mw除以1.1大概估计酶促合成直链淀粉的Mn。
例如,非专利文献8描述了,当来源于风产热菌(Aquifex aeolicus)的BE作用于α-葡聚糖时,可以得到环化的葡聚糖。这意味着,葡聚糖被降解为较低分子量的产物,如图1B所示。
例如,非专利文献9描述了,当来源于蜡质芽孢杆菌(Bacillus cereus)的BE作用于各种大小的酶促合成直链淀粉时,从所有酶促合成直链淀粉得到几乎相同大小的葡聚糖(图5.8)。另外,由这个文献的图5.9显而易见,没有检测到分子量大于约1,000,000的组分。另外,从这个文献的图5.13中的反应模型可知,不能预期高度分支和高分子量α-葡聚糖的形成。由图1显而易见,在BE的分子间分支反应中既产生了比原始分子大的又产生比原始分子小的分子(图1A);在环化反应中产生比原始分子小的分子(图1B);在分子内分支反应中(图1C),反应前后分子量没有变化。因为这些反应的机制是相同的,不能预期这3种反应以明显不同的频率发生。事实上,非专利文献9的图5.8的结果表明,所有3种反应都是被催化的,只是根据底物分子量有些差异,导致了由任意大小的直链淀粉形成相同大小的葡聚糖。为了由直链淀粉得到分子量为1,000,000或更大的高分子量葡聚糖,(A)的分子间分支反应需要以压倒性优势更高的频率来催化,并且在所得的分子中,较大分子需要经过进一步继续聚合方向的反应。这不能从BE的常规催化机制中预期,并且没有获得有此提示的结果。
专利文献2描述了生产聚合度为50-5000、具有内部分支环状结构部分和外部分支结构部分的葡聚糖的方法,所述方法包括使BE(具体而言,分支酶)作用于直链淀粉、部分降解的淀粉、脱支淀粉、用磷酸化酶催化合成的直链淀粉、麦芽寡糖等。在此方法中,底物被环化并且由BE形成较低分子量的分子,从而产生聚合度为50-5000并且最大聚合度为10,000的环状葡聚糖。在此方法中,通过将底物形成低分子量分子得到产物,因此使用高分子量分子作为底物。这从段落0066的描述中是显而易见的,其中描述可以优选使用聚合度约400或更高的直链淀粉。聚合度为400的直链淀粉的分子量为约65,000,从该专利公开中不能显而易见地看出是否可以用低分子量直链淀粉作为底物获得高分子量α-葡聚糖。
如上所述,目前为止认为,当BE作用于直链淀粉时,直链淀粉被转化为较低分子量的分子,或者即使某个分子的分子量可以增加,也很少有分子经历聚合而增加其分子量,并且产物的分子量几乎不改变。
另外,据报道,通过BE作用于直链淀粉得到的α-葡聚糖与糖原不同,其差异在于α-葡聚糖易于被支链淀粉酶(pullulanase)降解(非专利文献10和16)。还有文献描述,通过BE作用于直链淀粉得到“糖原”(例如,非专利文献18(Walker et al.,Eur.J. Biochem.(1971)Vol.20,pp.14-21)),但是在这个文献中,没有测量所得葡聚糖的分子量,也没有分析其可消化性。
另外,还有很多实例,其中为了检验酶的性质使BE作用于直链淀粉(例如,专利文献3和非专利文献11-12)。然而,这些实例中没有一个测量了反应产物的分子量。
已知BE(尤其是来源于植物的BE)几乎不作用于短链直链淀粉。例如,非专利文献13描述了,BE几乎不作用于聚合度为40或更低的直链淀粉(分子量为约6480)。这可能是因为BE需要底物直链淀粉具有某种较高级结构,但是不具有某种长度的直链淀粉不能有这种较高级结构(非专利文献14)。另外,认为这种较高级结构与温度有关,当温度高时,直链淀粉没有这种较高级结构。
来源于细菌的BE似乎作用于短的底物(非专利文献15),但是已知它的作用很弱(非专利文献9,图4.5)。
由前述,不能预期由直链淀粉作为底物通过BE合成分子量为1,000,000或更大的高度分支和高分子量的葡聚糖,更进一步,也不能预期支链淀粉酶和α-淀粉酶对高分子量葡聚糖的消化性较低。另外,由于对Mn为4800和9300的酶促合成直链淀粉的较低活性(与使用酶促合成的具有Mn为270,000的直链淀粉作为底物时的最大活性相比,约7%-12%活性。非专利文献9中图4.5),使用Mn为8,000或更小(尤其Mn为4,000或更小)的直链淀粉作为底物的优势还没有想到。
另外,在生产糖原的常规方法中,也存在问题,为获得高纯度糖原必须有非常高的消耗,因为除非产物被高度纯化,否则电解质和单糖的含量较高。例如,在通过将BE加至蔗糖磷酸化酶和α-葡聚糖磷酸化酶而生产糖原的方法中,需要向反应溶液中加入约10mM磷酸,并且得到的反应产物含有大量果糖和少量磷酸(蔗糖+磷酸+寡糖→α-葡聚糖+果糖+磷酸)。在GP与BE组合的方法中,产物含有较大量的电解质(葡萄糖-1-磷酸+寡糖→α-葡聚糖+磷酸)。这还应用于糖原合成酶(GS)与BE组合的方法(ADP-葡萄糖+寡糖→α-葡聚糖+ADP)。
即使从天然产物中提取糖原,所述糖原也被多种物质如蛋白质、脂类和其它碳水化合物以及电解质污染,因此在获得高纯度的糖原中存在支出非常高的问题。
专利文献1:日本特许公开No.2000-316581
专利文献2:日本专利No.3107358,权利要求1,段0066
专利文献3:日本专利国家阶段PCT专利公开No.2002-539822
非专利文献1:Matsumoto et al.,J.Biochem,Vol.107,118-122(1990)(图2)
非专利文献2:Matsumoto and Matsuda,“Denpun Kagaku”(淀粉科学),Vol.30,pp.212-222(1983)(图3和4)
非专利文献3:Boyer et al.,Starch/staerke 34 Nr.3,S.81-85(1982)(表1,图2和图3)
非专利文献4:Kitamura,Polymeric Materials Encyclopedia,Vol.10,pp.7915-7922(表2)
非专利文献5:Praznik et al.,Carbohydrate Research,227(1992)pp.171-182
非专利文献6:Griffin and Victor,Biochemistry Vol.7,No.9,September1968
非专利文献7:Takata,H.et al.,Cyclization reaction catalyzed bybranching enzyme.J.Bacteriol.,1996.178:pp.1600-1606
非专利文献8:Takata,H.et al.,J.Appl.Glycosci.,2003.50:pp.15-20
非专利文献9:Hiroki Takata博士论文(京都大学)1997(Studies onEnzymes Involved in Glycogen Metabolism of Bacillus Species)
非专利文献10:Charles Boyer and Jack Preiss,Biochemistry 1977,Vol.16,No.16,pp.3693-3699
非专利文献11:Shinohara,M.L.et al.,Appl Microbiol Biotechnol,2001.57(5-6):pp.653-9
非专利文献12:Takata,H.et al.,Appl.Environ.Microbiol.,1994.60:pp.3096-3104
非专利文献13:Borovsky,D.,Smith,E.E.and Whelan,W. J.(1976)Eur.J.Biochem.62,307-312
非专利文献14:Borovsky,D.,Smith,E.E.and Whelan,W.J.(1975)FEBS Lett.54,201-205
非专利文献15:Okada et al.,“Denpun Kagaku”(淀粉科学),Vol.30,pp.223-230(1983)
非专利文献16:Kitahata,S.and Okada,S.(1988)in Handbook ofamylase and related enzymes.Their sources,isolation methods,properties and applications.(The Amylase Research Society of Japan ed),pp.143-154,Pergamon Press,Oxford
非专利文献17:Kawabata et al.(2002)J.Appl.Glycosci.Vol.49,No.3,273-279
非专利文献18:Walker et al.,Eur.J.Biochem.(1971)Vol.20,pp.14-21
发明内容
本发明要解决的问题
本发明的目的是,为了解决前面提到的问题,提供高度分支和高分子量的α-葡聚糖尤其是糖原的生产方法。
解决问题的手段
为了解决前面提到的问题,本发明人继续集中地研究,结果最终发现了具有比率(分支酶活性)/(分子量降低活性)为500或更小的BE具有合成糖原的能力,由此完成了本发明。
本发明的生产方法是生产糖原的方法,其包括使具有合成糖原能力的BE作用于底物来生产糖原的步骤,其中所述底物是α-葡聚糖,主要由α-1,4-葡萄糖苷键连接并且聚合度为4或更高,并且溶液中糖的数均分子量(Mn)在反应开始前大于180但是不超过150,000。
在一个实施方案中,(分支酶的分支酶活性)/(分支酶的分子量降低活性)可以为500或更小。
在一个实施方案中,BE可是是热稳定的分支酶。
在一个实施方案中,BE可以来源于嗜热菌或中温性菌。
在一个实施方案中,BE可以来源于选自产液菌属(Aquifex)、红嗜热盐菌属(Rhodothermus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、嗜热聚球蓝细菌属(Thermosynechococcus)和埃希氏菌属(Escherichia)的属的细菌。
在一个实施方案中,BE可以来源于选自风产液菌(Aquifexaeolicus)、嗜火产液菌(Aquifex pyrophilus)、Rhodothermus obamensis、海洋红嗜热盐菌(Rhodothermus marinus)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、热速芽孢杆菌(Bacillus caldovelox)、热链形芽孢杆菌(Bacillus thermocatenulatus)、热溶芽孢杆菌(Bacilluscaldolyticus)、黄热芽孢杆菌(Bacillus flavothermus)、酸热芽孢杆菌(Bacillus acidocaldarius)、热坚芽孢杆菌(Bacillus caldotenax)、史氏芽孢杆菌(Bacillus smithii)、Thermosynechococcus elongatus和大肠埃希氏菌(Escherichia coli)的细菌。
在一个实施方案中,BE可以来源于选自风产液菌、Rhodothermusobamensis、嗜热脂肪芽孢杆菌、热速芽孢杆菌、热链形芽孢杆菌、热溶芽孢杆菌和大肠埃希氏菌的细菌。
在一个实施方案中,BE的最佳反应温度可以不低于45℃并且不超过90℃。
在一个实施方案中,所述底物可以是脱支淀粉、脱支糊精或酶促合成的直链淀粉。
在一个实施方案中,开始反应前溶液中糖的Mn可以大于180并且小于4,000。
在一个实施方案中,开始反应前溶液中糖的Mn可以为4,000或更大以及8,000或更小,可以调节BE用量和反应时间,使得BE用量和反应时间的乘积为25,000 U·小时/g底物或更高。
在一个实施方案中,开始反应前溶液中糖的Mn可以为8,000或更大以及100,000或更小,可以调节BE用量和反应时间,使得BE用量和反应时间的乘积为40,000 U·小时/g底物或更高。
在一个实施方案中,开始反应前溶液中的糖的Mn可以为100,000或更大以及150,000或更小,调节BE用量和反应时间,使得BE用量和反应时间的乘积为150,000 U·小时/g底物或更高。
在一个实施方案中,本发明的方法可以进一步包括使4-α-葡聚糖基转移酶作用于Mn大于180并小于1,500的α-葡聚糖从而产生底物的步骤。
在一个实施方案中,所述Mn大于180并小于1,500的α-葡聚糖可以包含聚合度为4-7的麦芽寡糖。
在一个实施方案中,本发明的方法可以进一步包括使脱支酶作用于Mn为500或更大的低分支α-葡聚糖来生产底物的步骤。
在一个实施方案中,本发明的方法既不使用α-葡聚糖磷酸化酶,也不使用糖原合成酶。
在一个实施方案中,4-α-葡聚糖基转移酶可以与BE共存。
本发明的作用
根据本发明可以廉价地大量生产糖原。
本发明方法的优点在于,不需要高度纯化即可以活动含有非常少量电解质和单糖的糖原。因此,具有可以低成本获得高纯度糖原的优点。
附图说明
图1:图1是示意性显示BE的各种作用的图。图1A是显示BE催化分子间分支反应的图。图1B是显示BE催化环化反应的图。图1C是显示BE催化分子内分支反应的图。
图2:图2是显示由α-葡聚糖生产糖原的示意图。
图3:图3是显示利用各种量的BE所得产物的Mw的图表。
图4:图4是显示利用各种分子量的底物所得产物的Mw的图表。
图5:图5是反应的示意图,其中用脱支酶降解淀粉来得到直链淀粉,并且使BE与所述直链淀粉反应来生产糖原。
图6:图6是显示当使用异淀粉酶和各种量的BE来由淀粉生产α-葡聚糖时所得产物的Mw的图表。BE的量用U/g底物来表达。
图7:图7的示意图显示由麦芽五糖通过4-α-葡聚糖基转移酶生产直链淀粉,和由直链淀粉通过BE生产糖原。
图8:图8是显示利用各种DP(聚合度)的底物(G5、G6或G7)所得产物的Mw的图表。
图9:图9是显示在各种量的支链淀粉酶作用于通过本发明生产的糖原(空心三角、“目前生产的GLY)、试剂糖原(实心三角,“试剂GLY”)、蜡质玉米淀粉(实心圆,“蜡质”)或玉米淀粉(空心圆,“玉米淀粉”)之后所得产物的Mw的图表。
图10:图10是显示各种量的α-淀粉酶作用于通过本发明生产的糖原(空心三角、“目前生产的GLY)、试剂糖原(实心三角,”试剂GLY)、蜡质玉米淀粉(实心圆,“蜡质”)或玉米淀粉(空心圆,“玉米淀粉”)之后所得产物的Mw的图表。
图11A:图11A是具有合成糖原能力的BE的反应模型。
图11B:图11B是不具有合成糖原能力的BE的反应模型。
图12:图12的示意图显示,在来源于风产液菌VF5的BE作用于蜡质玉米淀粉情况下,酶量与产物Mw的关系。纵轴显示产物的Mw,水平轴显示BE添加量。
序列表自由文本
SEQ ID NO:1:编码来自风产液菌VF5的野生型BE的碱基序列;
SEQ ID NO:2:来自风产液菌VF5的野生型BE的氨基酸序列;
SEQ ID NO:3:编码来自Rhodothermus obamensis JCM9785的野生型BE的碱基序列;
SEQ ID NO:4:来自Rhodothermus obamensis JCM9785的野生型BE的氨基酸序列;
SEQ ID NO:5:编码来自嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE14的野生型BE的碱基序列;
SEQ ID NO:6:来自嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE14的野生型BE的氨基酸序列;
SEQ ID NO:7:编码来自嗜热脂肪芽孢杆菌1503-4R变种4的野生型BE的碱基序列;
SEQ ID NO:8:来自嗜热脂肪芽孢杆菌1503-4R变种4的野生型BE的氨基酸序列;
SEQ ID NO:9:编码来自热速芽孢杆菌IFO15315的野生型BE的碱基序列;
SEQ ID NO:10:来自热速芽孢杆菌IFO15315的野生型BE的氨基酸序列;
SEQ ID NO:11:编码来自热链形芽孢杆菌的野生型BE的碱基序列;
SEQ ID NO:12:来自热链形芽孢杆菌的野生型BE的氨基酸序列;
SEQ ID NO:13:编码来自热溶芽孢杆菌IFO15313的野生型BE的碱基序列;
SEQ ID NO:14:来自热溶芽孢杆菌IFO15313的野生型BE的氨基酸序列;
SEQ ID NO:15:编码来自Thermosynechococcus elongatus BP-1的野生型BE的碱基序列;
SEQ ID NO:16:来自Thermosynechococcus elongatus BP-1的野生型BE的氨基酸序列;
SEQ ID NO:17:编码来自大肠埃希氏菌W3110的野生型BE的碱基序列;
SEQ ID NO:18:来自大肠埃希氏菌W3110的野生型BE的氨基酸序列;
SEQ ID NO:19:编码来自水生栖热菌(Thermus aquaticus)的TaqMalQ的碱基序列;
SEQ ID NO:20:来自水生栖热菌的Taq MalQ的氨基酸序列;
SEQ ID NO:21:引物ECBEN-NCO的序列;
SEQ ID NO:22:引物ECBEC-HIN的序列;
SEQ ID NO:23:引物ROBEN-ECO的序列;和
SEQ ID NO:24:引物ROBEC-PST的序列。
最佳实施方式
在下文中将详细描述本发明。
本发明的方法是生产高度分支和高分子量α-葡聚糖(即糖原)的方法,其包括使具有合成糖原能力的BE在溶液中作用于底物来生产糖原的步骤,其中所述底物是主要由α-1,4-葡萄糖苷键连接并且聚合度为4或更高的α-葡聚糖,并且溶液中糖的数均分子量(Mn)在反应开始前大于约180但是不超过约150,000。
在本说明书中,“糖原”指一种糖类,其包含只通过α-1,4-葡萄糖苷键和α-1,6-葡萄糖苷键连接的D-葡萄糖作为组成单元,分子量为1,000,000Da或更高,并且当与50U/g底物量的支链淀粉酶在评估实施例1的条件下反应时,通过MALLS方法确定得到Mw为500,000 Da或更高的产物;当与300U/g底物量的α-淀粉酶在评估实施例2的条件下反应时,通过MALLS方法确定得到Mw为500,000 Da或更高的产物。当某种糖与50U/g底物量的支链淀粉酶在评估实施例1的条件下反应得到Mw为500,000 Da或更高的产物时,所述糖被称为“对支链淀粉酶降解有抗性”。当某种糖与300U/g底物量的α-淀粉酶在评估实施例2的条件下反应得到Mw为500,000 Da或更高的产物时,所述糖被称为“对α-淀粉酶降解有抗性”。其中,关于α-淀粉酶的活性,1U α-淀粉酶活性是指,当酶与淀粉在pH 6.9在20℃下反应时在3分钟内从淀粉释放1mg麦芽糖所用的酶量。关于支链淀粉酶的活性,1U支链淀粉酶活性是指,当酶与最终浓度为1%的支链淀粉在pH 5.0、40℃下反应时,在反应早期阶段1分钟内产生相应于1μmol葡萄糖的还原力所需的酶量。
(1.分支酶)
“具有合成糖原能力的分支酶”是指在BE中具有合成糖原能力的BE。通过本领域已知的方法可以确定某种BE是否具有合成糖原的能力。也就是说,某种BE是否具有合成糖原的能力可以例如如下确定:通过使BE作用于直链淀粉,然后检查是否在溶液中产生了分子量为1,000,000Da或更高的高分子量α-葡聚糖,以及通过确定产生的高分子量α-葡聚糖是否对支链淀粉酶降解和α-淀粉酶降解有抗性。溶液中是否存在高分子量α-葡聚糖可以通过使用示差折光计结合多角度激光光散射检测器作为检测器的HPLC凝胶过滤分析方法来确定,如非专利文献8中描述。根据评估实施例1中的方法可以确定对支链淀粉酶降解的抗性。根据评估实施例2中的方法可以确定对α-淀粉酶降解的抗性。
根据本发明人的研究,在BE中,(分支酶活性)/(分子量降低活性)为500或更小的BE具有合成糖原的能力,而在BE中,(分支酶活性)/(分子量降低活性)大于500的BE不具有合成糖原的能力。
分支酶活性是降低直链淀粉-碘复合物在660nm处吸光率的活性,并且是基于BE切割α-1,4-葡萄糖苷键并将所述键转移至另一个葡萄糖残基上6-位OH基从而形成α-1,6-葡萄糖苷键来减少直链淀粉的直链部分的能力。
测量BE的分支酶活性的方法在本领域是已知的,并且例如在非专利文献8中描述。例如按照下面的方法测量BE的分支酶活性:首先,将50μL酶溶液加入50μL底物溶液(0.12%(w/v)直链淀粉(III型,由SigmaChemical制造))中开始反应。反应在BE的最佳反应温度下进行。BE作用10分钟之后,加入1mL 0.4mM盐酸溶液来终止反应。此后,加入1mL碘溶液,并且充分混合,随后测量反应混合物在660nm的吸光率。作为对照溶液,同时制备在加入酶溶液之前加入0.4mM盐酸溶液的溶液。通过将200μL 50mM磷酸钾缓冲液(pH 7.5)加入100μL 1.2%(w/v)III型直链淀粉溶液(溶解在二甲基亚砜中)中,随后加入700μL蒸馏水并且充分混合所得混合物来制备底物溶液。将缓冲液的pH调至所用BE的最佳反应pH。通过混合0.5mL 1 N盐酸溶液与0.125mL储备液(2.6wt% I2,26wt%KI水溶液)混合并且用蒸馏水调节混合物的体积至65mL来制备碘溶液。根据下列等式确定酶溶液的BE活性:
BE活性(单位(U)/mL)={[(对照溶液在660nm的吸光率)-(样品溶液在660nm的吸光率)]/((对照溶液在660nm的吸光率)}×100/10×20
本说明书中,BE活性主要用作对BE活性的量度。因此,简单的“活性”是指“BE活性”,简单的“单位”或“U”是指BE活性测量的“单位”或“U”。
分子量降低活性是本发明人定义的活性。分子量降低活性也被称为支链淀粉分子量降低活性。在本说明书中,1U分子量降低活性被定义为,当酶在与BE活性的测量温度和pH相同的温度和pH下(优选酶的最佳反应温度和最佳pH)反应16小时时将1g底物(蜡质玉米淀粉)的Mw降至400kDa所需酶的量。
例如按照下列方式测量分子量降低活性。首先,将100μl蒸馏水加入50mg蜡质玉米淀粉(WCS,由Sanwa Cornstarch Co.,Ltd.制造)并且充分搅拌。随后,加入900μl二甲基亚砜,在沸水浴中搅拌20分钟。向其中加入8.9ml蒸馏水,在沸水浴中另外搅拌10分钟。向这种溶液中加入100μl 1M Tris-HCl(pH 7.5)或1M磷酸缓冲液(pH 7.5),搅拌并且用作底物溶液。将缓冲液的pH调至测量BE活性的pH。
将底物溶液分成体积为800μL/管。也就是说,每管含4mg WCS。随后,以合适量XμL/管加入适当稀释的BE溶液以及按(200-X)μL/管的量加入稀释剂来开始反应。将反应温度调至测量BE活性的温度。稀释剂是含0.05%Triton X-100的10mM磷酸钾缓冲液(将pH调至测量BE活性的pH)。当反应时间达到16小时时,通过加入1N HCl将反应溶液的pH降至3-4,并且在100℃加热反应溶液10分钟来终止反应。对于BE的热稳定性非常低的情况,可以仅仅通过在100℃加热反应溶液10分钟来终止反应。
反应终止之后,通过0.45-μm过滤器过滤反应溶液,测量反应溶液中所含产物的Mw。调节BE的量,使得Mw落在2500kDa-200kDa范围内。Mw的测量通过下面“所产生葡聚糖的重均分子量(Mw)的测量方法”中描述的进行。
将计算的Mw(kDa)的对数标注在纵轴(y-轴)上,而将使用的酶量(μL)标注在水平轴(x-轴)上,使用Microsoft Corporation生产的软件MS-Excel绘制幂近似曲线(power approximation curve)。也就是说,用方程y=cxb(c和b分别是常数)绘制近似曲线。通过将y=400(kDa)代入所得方程,计算将底物WCS(4mg)的Mw降至400kDa所需的酶量V1(μL)。通过将酶的量V1(μL)转换为每1g底物的酶量,计算1U分子量降低活性所需的酶量V2(mL)(=(V1μL/1000)×(1000mg/4mg)(mL))。酶溶液的分子量降低活性E1是单位分子量降低活性的倒数(E1=1/V2)(U/mL)。
(BE活性)/(分子量降低活性)的上限为约500,更优选地为约400,又更优选为约300,进一步更优选为约200,最优选为约100。(BE活性)/(分子量降低活性)没有具体的下限。下限可以为约1或更大,约5或更大,或者约10或更大。
(BE活性)/(分子量降低活性)为约500或更低的BE具有合成糖原能力的机制不是显而易见的。这种机制可能基于下面描述的原理,但是并不受这种原理的限制:
为了通过BE合成高分子量的α-葡聚糖,图1中显示的分子间分支反应必须以比环化反应和分子内分支反应更高的频率发生。利用低分子量直链淀粉作为底物实现高频率的分子间分支反应。不仅高频率的分子间分支反应,而且连续和优先使用分支分子作为底物也是必需的。所述分支分子,在维持它们的大的结构单元的同时,必须接受BE的作用。这参考反应模型(图11A)进行描述。首先,将2分子的直链淀粉转化为具有一个α-1,6-键的分子。随后,用所得分子作为底物产生具有两个α-1,6-键的分子。另外,通过优先使用所述分支分子作为底物,产生了少量大分子α-葡聚糖分子和大量低分子的分子。
另一方面,对于不优先使用分支分子作为底物的BE,或者即使使用分支分子,当以破坏大结构单元的方式使用分支分子时,产生大量分支分子并且很少产生进一步的大分子(图11B)。
当整个反应体系中α-1,6-键的百分比为约10-12%时,BE的反应在任一情况下都不再进行。
在此描述BE的支链淀粉分子量降低作用。如日本专利No.3107358所示,通过使BE作用于支链淀粉的簇结构并且使之环化来引起这种反应。在这种情况下,BE作用于分支分子,从而环化所述簇结构连接中的单元链,同时维持大结构单元。因此,认为具有相对高的支链淀粉分子量降低活性的BE拥有优先使用分支分子并且用其作为反应底物、同时维持大结构单元的特性。
另外,根据本发明人的研究,所有目前已知的热稳定BE具有合成糖原的能力。另一方面,在最佳反应温度较低的中温BE中,存在不具有合成糖原能力的BE。
具有合成糖原能力的BE优选地是热稳定BE。热稳定BE是指当在各种反应温度下进行BE活性测量时,最佳反应温度为45℃或更高的BE。
具有合成糖原能力的BE的最佳反应温度为约45℃或更高,和约90℃或更低。在本说明书中,“最佳反应温度”是指当只改变温度进行前面提到的BE活性测量时,BE活性最高的温度。最佳反应温度优选为约45℃或更高,更优选为约50℃或更高,又更优选为约55℃或更高,尤其优选为约60℃或更高,最优选为约65℃或更高。尽管最佳反应温度没有上限,所述最佳反应温度优选为约90℃或更低,更优选为约85℃或更低,又更优选为约80℃或更低,尤其优选为约75℃或更低。
具有合成糖原能力的BE更优选为来源于嗜热菌或中温性菌的BE。在本说明书中,“嗜热菌”是最佳生长温度为约50℃或更高并且在约40℃或更低的温度下几乎不生长的微生物。嗜热菌分为中度嗜热菌和极度嗜热菌。“中度嗜热菌”是指最佳生长温度为约50℃-约70℃的微生物。“极度嗜热菌”是指最佳生长温度为约70℃或更高的微生物。极度嗜热菌中,最佳生长温度为约80℃或更高的微生物称为“嗜高温菌”。相反,“中温性菌”是指最佳生长温度为常温环境的微生物,尤其是最佳生长温度为约20℃-约40℃的微生物。
产生具有合成糖原能力的BE的嗜热菌优选属于产液菌属、红嗜热盐菌属、芽孢杆菌属或嗜热聚球蓝细菌属。产生具有合成糖原能力的BE的中温性菌优选属于埃希氏菌属。
具有合成糖原能力的BE更优选来源于选自下组的细菌:风产液菌、嗜火产液菌、Rhodothermus obamensis、海洋红嗜热盐菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、热速芽孢杆菌、热链形芽孢杆菌、热溶芽孢杆菌、黄热芽孢杆菌、酸热芽孢杆菌、热坚芽孢杆菌、史氏芽孢杆菌、Thermosynechococcus elongatus和大肠埃希氏菌,进一步更优选来源于选自下组的细菌:风产液菌、Rhodothermus obamensis、嗜热脂肪芽孢杆菌、热速芽孢杆菌、热链形芽孢杆菌、热溶芽孢杆菌和大肠埃希氏菌。请注意,近来经常将芽孢杆菌属的嗜热菌描述为Geobacillus菌属的细菌。例如,嗜热脂肪芽孢杆菌细菌是与Geobacillusstearothermophilus相同的细菌。
在本说明书中,酶“来源于”某种生物的事实不仅意味着直接由该生物分离所述酶,而且表示以任意形式利用所述生物来产生所述酶。例如,对于从已经导入编码所述酶的基因的大肠埃希氏菌中分离该酶,其中所述酶来源于一种生物,在此情况下所述酶“来源于”所述生物。
SEQ ID NO:1显示了编码来自风产液菌VF5的野生型BE的碱基序列,SEQ ID NO:2显示了其氨基酸序列。在本说明书中,“野生型”BE不仅包括从原始生产BE的细菌所分离的BE,而且包括通过基因重组得到的、与野生型BE具有相同氨基酸序列的BE。非专利文献8和van derMaarel,M.J.E.C.et al.,Biocatalysis and Biotransformation,2003,Vol.21,pp.199-207中描述了克隆编码来自风产液菌VF5的野生型BE的碱基序列的方法。来源于风产液菌的BE具有极好的产生糖原的性质,特别是从多种Mn的底物。
SEQ ID NO:3显示了编码来自Rhodothermus obamensis JCM9785的野生型BE的碱基序列,SEQ ID NO:4显示了其氨基酸序列。非专利文献11和专利文献3中描述了克隆编码来自Rhodothermus obamensisJCM9785的野生型BE的碱基序列的方法。
SEQ ID NO:5显示了编码来自嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE14的野生型BE的碱基序列,SEQ ID NO:6显示了其氨基酸序列。非专利文献9和12中描述了克隆编码来自嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE14的野生型BE的碱基序列的方法。来源于嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE14的BE具有极好的生产糖原的性质,特别是从低分子量底物。请注意,在芽孢杆菌属和埃希氏菌属的细菌中,除了ATG之外,也使用TTG和GTG作为起始密码子并且被翻译成甲硫氨酸,因此,SEQ ID NO:5中1-3位的TTG起到起始密码子的作用并且被翻译成甲硫氨酸。当利用含SEQ ID NO:5碱基序列的核酸分子在其它生物中表达BE时,1位的T通常被A代替。
SEQ ID NO:7显示了编码来自嗜热脂肪芽孢杆菌1503-4R变种4的野生型BE的碱基序列,SEQ ID NO:8显示了其氨基酸序列。Kiel,J.A.K.W.et al.,Mol.Gen.Genet.,1991,230:PP.136-144和EP0418945B1中描述了克隆编码来自嗜热脂肪芽孢杆菌1503-4R变种4的野生型BE的碱基序列的方法。SEQ ID NO:7中1-3位的TTG起到起始密码子的作用并且被翻译成甲硫氨酸。当利用含SEQ ID NO:7碱基序列的核酸分子在其它生物中表达BE时,1位的T通常被A代替。
SEQ ID NO:9显示了编码来自热速芽孢杆菌IFO15315的野生型BE的碱基序列,SEQ ID NO:10显示了其氨基酸序列。SEQ ID NO:9中1-3位的TTG起到起始密码子的作用并且被翻译成甲硫氨酸。当利用含SEQ ID NO:9碱基序列的核酸分子在其它生物中表达BE时,1位的T通常被A代替。
SEQ ID NO:11显示了编码来自热链形芽孢杆菌的野生型BE的碱基序列,SEQ ID NO:12显示了其氨基酸序列。SEQ ID NO:11中1-3位的TTG起到起始密码子的作用并且被翻译成甲硫氨酸。当利用含SEQID NO:11碱基序列的核酸分子在其它生物中表达BE时,1位的T通常被A代替。
SEQ ID NO:13显示了编码来自热溶芽孢杆菌IFO15313的野生型BE的碱基序列,SEQ ID NO:14显示了其氨基酸序列。SEQ ID NO:13中1-3位的TTG起到起始密码子的作用并且被翻译成甲硫氨酸。当利用含SEQ ID NO:13的碱基序列的核酸分子在其它生物中表达BE时,1位的T通常被A代替。
SEQ ID NO:15显示了编码来自Thermosynechococcus elongatusBP-1的野生型BE的碱基序列,SEQ ID NO:16显示了其氨基酸序列。
SEQ ID NO:17显示了编码来自大肠埃希氏菌W3110的野生型BE的碱基序列,SEQ ID NO:18显示了其氨基酸序列。
这些野生型BE的碱基序列和氨基酸序列是举例说明性的,并且知道可以天然发生与这些序列有微小变化的序列的变体(所谓等位基因变体)。除了含有这些示例性序列的BE之外,这些天然发生的变体和通过人工突变野生型BE产生的变体可以用于本发明的方法中,只要它们具有合成糖原的能力。例如,小册子WO2000/058445和专利文献3描述了来源于Rhodothermus obamensis的BE变体。BE变体优选具有与修饰前BE相同或高于它的活性。例如在某种实施方案中,用于本发明的BE的氨基酸序列可以与选自下组的氨基酸序列(即参考氨基酸序列)相一致(即100%一致性):SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:4、SEQ ID NO:6、SEQID NO:8、SEQ ID NO:10、SEQ ID NO:12、SEQ ID NO:14、SEQ ID NO:16和SEQ ID NO:18;或者在另一个实施方案中,与参考氨基酸序列相比,这种氨基酸序列可以改变某些数目的氨基酸。这种改变可以选自缺失、替换(包括保守和非保守替换)或插入至少1个(优选1个或几个)氨基酸。这种改变可以发生在参考氨基酸序列的氨基端或羧基端,或者可以发生在不同于这些末端的任意位置。氨基酸残基的改变可以是单个残基散布,或者几个残基可以连续。本领域的技术人员可以轻松地选择具有期望特性的BE。作为替代,编码目标BE的基因可以直接化学合成。这种化学合成的方法在本领域是熟知的。
可以使用本领域熟知的方法进行对BE的修饰,例如通过进行定点突变,用诱变剂的突变(用诱变剂如亚硝酸盐处理对象基因,或用紫外线处理)或易错PCR。从容易获得目标突变体的角度来看优选使用定点突变,因为当使用定点突变时可以将目标修饰在目标位点导入。作为替代,可以直接合成含有目标序列的核酸分子。这种化学合成方法在本领域是熟知的。定点突变技术例如在Nucleic Acids Research,Vol.10,pp.6487-6500(1982)中描述。
对于前述修饰的设计,可以考虑氨基酸的疏水性指数。疏水氨基酸指数对赋予蛋白质相互作用生物功能的意义在本领域是普遍被认知的(Kyte,J and Doolittle,R.F.J.Mol.Biol.157(1):105-132,1982)。氨基酸的疏水性质有助于所产生蛋白质的二级结构,并且随后定义蛋白质与其他分子(例如酶、底物、受体、DNA、抗体、抗原等)之间的相互作用。基于氨基酸的疏水性和其电荷性质分配氨基酸的疏水性指数。它们是:异亮氨酸(+4.5);缬氨酸(+4.2);亮氨酸(+3.8);苯丙氨酸(+2.8);半胱氨酸/胱氨酸(+2.5);甲硫氨酸(+1.9);丙氨酸(+1.8);甘氨酸(-0.4);苏氨酸(-0.7);丝氨酸(-0.8);色氨酸(-0.9);酪氨酸(-1.3);脯氨酸(-1.6);组氨酸(-3.2);谷氨酸(-3.5);谷氨酰胺(-3.5);天冬氨酸(-3.5);天冬酰胺(-3.5);赖氨酸(-3.9)和精氨酸(-4.5)。
本领域熟知的是,用含有相似疏水性指数的另一种氨基酸替换某种氨基酸,从而可以产生仍然具有基本相似生物功能的蛋白质(例如酶活性基本相同的蛋白质)。这些氨基酸替换中,疏水性指数优选在±2以内,更优选在±1以内,又更优选在±0.5以内。本领域内应该理解,这种基于疏水性的氨基酸替换是高效的。如USP No.4,554,101中描述的,下面的亲水性指数分配给氨基酸残基:精氨酸(+3.0);赖氨酸(+3.0);天冬氨酸(+3.0±1);谷氨酸(+3.0±1);丝氨酸(+0.3);天冬酰胺(+0.2);谷氨酰胺(+0.2);甘氨酸(0);苏氨酸(-0.4);脯氨酸(-0.5±1);丙氨酸(-0.5);组氨酸(-0.5);半胱氨酸(-1.0);甲硫氨酸(-1.3);缬氨酸(-1.5);亮氨酸(-1.8);异亮氨酸(-1.8);酪氨酸(-2.3);苯丙氨酸(-2.5)和色氨酸(-3.4)。应该理解,氨基酸可以用具有相似亲水性指数的另一种氨基酸替换,并且仍可以提供生物等价物。在这些氨基酸替换中,亲水性指数优选在±2以内,更优选在±1以内,又更优选在±0.5以内。
本发明中,“保守替换”是指在氨基酸替换中、在原始氨基酸和待替换氨基酸之间亲水性指数或/和疏水性指数相似的替换,如上所述。保守替换的实例对本领域的技术人员是熟知的,并且包括但不限于以下各组中的替换,例如:精氨酸和赖氨酸;谷氨和天冬氨酸;丝氨酸和苏氨酸;谷氨酰胺和天冬酰胺;以及缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸。
用于本发明方法中的BE可以从产生BE的天然存在微生物中分离。野生型BE可以例如从风产液菌VF5、嗜热脂肪芽孢杆菌或类似细菌中分离。为了举例说明从嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE14分离BE的过程,首先,将嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE14接种到适当的培养基中(例如L肉汤(1%胰蛋白胨(Difco Laboratories,Detroit,Mich.,USA),0.5%Bacto-酵母提取物(Difco),0.5%NaCl,pH 7.3),在约50℃-约60℃过夜振荡培养。随后,将这种培养物离心来收集微生物细胞。将得到的细胞沉淀物悬浮在20mM Tris-HCl缓冲液(pH 7.0)中,随后通过超声破碎得到无细胞提取物。在约60℃的水浴中加热所述无细胞提取物约30分钟。加热之后,用离心机(Beckmann制造的AVANTI J-25I)离心所述无细胞提取物来除去不溶解的蛋白质,并由此得到上清液。所得上清液通过预先平衡的阴离子交换树脂Q-Sepharose,使BE被吸附到树脂上。用含100mM氯化钠的缓冲液洗涤树脂来除去杂质。随后,用含400mM氯化钠的缓冲液洗脱BE,得到来源于嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE14的BE酶溶液。当需要进一步纯化时,如果需要可以通过组合以下分级分离来获得含来源于嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE14的BE的溶液:Sephacryl S-200HR(Pharmacia制造)等的凝胶过滤色谱、或者Phenyl-TOYOPEARL650M(Tosoh Corporation制造)等的疏水色谱。来源于其它微生物物种的BE的纯化也可以通过同样的方式进行。
作为替代,用于本发明方法的BE可以如下获得:将含有编码BE碱基序列的核酸分子导入适当的宿主细胞中来表达BE,并且从所述宿主细胞或其培养液中纯化所表达的BE。
用胰蛋白酶处理这样得到的纯化BE,通过HPLC分离所得胰蛋白酶处理的片段,使用肽序列分析仪确定任意分离肽片段的N端氨基酸序列。随后,使用基于所鉴定氨基酸序列而制备的合成寡核苷酸探针,筛选适当的基因组文库或cDNA文库,从而可以得到包含编码野生型BE的碱基序列的核酸分子(也称为基因)。制备寡核苷酸探针和DNA文库、以及通过核酸杂交筛选它们的基本策略对本领域的技术人员是熟知的。例如,见Sambrook et al.,Molecular Cloning:ALaboratory Manual(1989);DNA Cloning,Volumes I and II(edited by D.N.Glover,1985);Oligonucleotide Synthesis(edited by M.J.Gait,1984);and Nucleic Acid Hybridization(edited by B.D.Hames & S.J.Higgins,1984)。
作为替代,基于与某种BE基因碱基序列的同源性,对该BE基因所编码BE的碱基序列是已知的,可以利用包含至少一部分这种碱基序列的核酸探针通过杂交来进行筛选,从而获得含有另一种BE基因的核酸分子。这种方法在本领域是已知的。
作为替代,制备对应于多种BE氨基酸序列中保守区域的简并引物,进行PCR,可以获得所述BE的碱基序列。这种方法在本领域是已知的。
筛选基因组文库时,可以使用本领域技术人员熟知的方法亚克隆所得的核酸分子。例如,通过混合含有目标基因的λ噬菌体、适当的大肠埃希氏菌和适当的辅助噬菌体,可以容易地得到含有目标基因的质粒。此后,通过使用含有所述质粒的溶液转化适当的大肠埃希氏菌,可以亚克隆目标基因。通过培养所得转化体,可以得到质粒DNA,例如通过碱性SDS方法,并且可以确定目标基因的碱基序列。确定碱基序列的方法是本领域的技术人员熟知的。另外,使用基于DNA片段的碱基序列合成的引物,利用聚合酶链式反应(PCR),利用例如风产液菌、Rhodothermusobamensis、嗜热脂肪芽孢杆菌、热速芽孢杆菌、热链形芽孢杆菌、热溶芽孢杆菌等的基因组DNA作为模板,可以直接扩增BE基因。
作为替代,还可以基于已知碱基序列化学合成BE基因(编码氨基酸序列例如SEQ ID NO:2,4,6,8,10,12,14,16或18的碱基序列(例如,SEQ ID NO:1,3,5,7,9,11,13,15或17的碱基序列))。
编码用于本发明方法中BE的氨基酸序列的碱基序列,与编码上述参考氨基酸序列的核苷酸序列(即参考核苷酸序列)相比,可以改变某些数目的核苷酸。这种改变可以选自缺失至少一个核苷酸、用至少一个核苷酸替换,包括转换和颠换、或者插入至少一个核苷酸。这种改变可以在参考核苷酸序列的5′端或3′端发生,或者可以在其它位置发生。碱基的改变可以是单个碱基散布或者可以几个碱基连续。
核苷酸改变可以在编码序列中产生无义、错义或移码突变,因此,可以进行由这种改变碱基序列所编码BE的改变。
当两种氨基酸序列彼此直接比较时,这些氨基酸序列优选在这些氨基酸序列之间是一致的,典型地至少约20%的氨基酸,优选至少约30%,更优选至少约40%,又更优选至少约50%,尤其优选至少约60%,约70%,约80%,约90%,约95%,约96%,约97%,约98%或约99%。
在本说明书中,使用GENETYX-WIN Ver.4.0(Genetics Co.,Ltd.)的最大匹配来计算序列的一致性百分比。这个程序比对待分析的序列数据、和待比较的序列数据,使得序列间匹配的氨基酸对最多,同时考虑替换和缺失,从而得到匹配、错配和间隙各自的评分,计算总和,输出最小总和的比对,并计算一致性(参考:Takashi,K.,and Gotoh,O.1984.Sequence Relationships among Various 4.5 S RNA Species J.Biochem.92:1173-1177)。在本说明书中,使用GENETYX-WIN Ver.4.0的最大匹配在匹配=-1;错配=1;间隙=1;*N+=2的条件下来计算序列的一致性百分比。
作为野生型酶或核酸分子,如本说明书中具体描述的(例如,SEQ ID NOS:1,2等),可以使用具有与所述BE的氨基酸序列或编码所述BE氨基酸序列的碱基序列不一致、但是同源的序列的酶或核酸分子。这种与野生型酶或核酸分子同源的酶或核酸分子,当在GENETYX-WIN Ver.4.0的最大匹配中在上述条件下比较时,对于核酸,包括但不限于包含与比较对象序列有至少30%、约35%、约40%、约45%、约50%、约55%、约60%、约65%、约70%、约75%、约80%、约85%、约90%、约95%或约99%一致性的碱基序列的核酸分子;对于酶,包括但不限于具有与比较对象序列有至少约40%、约45%、约50%、约55%、约60%、约65%、约70%、约75%、约80%、约85%、约90%、约95%或约99%一致性的氨基酸序列的酶。
与由选自序列表中所列出SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:3、SEQ IDNO:5、SEQ ID NO:7、SEQ ID NO:9、SEQ ID NO:11、SEQ ID NO:13、SEQ ID NO:15和SEQ ID NO:17的碱基序列组成的核酸分子在严谨条件下杂交的核酸分子所编码的BE可以用于本发明的方法中,只要所述BE具有合成糖原的能力。本发明的方法还可以使用由包含修饰碱基序列的核酸分子编码的BE,只要所述BE具有合成糖原的能力,其中所述修饰碱基序列通过修饰与由选自序列表中所列出SEQ ID NO:1、SEQ IDNO:3、SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:7、SEQ ID NO:9、SEQ ID NO:11、SEQ ID NO:13、SEQ ID NO:15和SEQ ID NO:17的碱基序列组成的核酸分子在严谨条件下杂交的核酸分子而得到。本领域的技术人员可以很容易地选择期望的BE基因。
如本文所用的,术语“严谨条件”是指在此条件下序列与特异性序列杂交、但不与非特异性序列杂交的条件。本领域技术人员熟知合适严谨条件的选择,并且在例如Molecular Cloning(Sambrook,et al.,supra)中描述。具体来说,所述条件例如意味着,可以使用这种条件来鉴定多核苷酸,在所述条件下,利用已经固定了来源于菌落或噬斑的滤膜在溶液中在65℃进行杂交,其中所述溶液包含50%甲酰胺、5×SSC(750mMNaCl,75mM柠檬酸三钠)、50mM磷酸钠(pH 7.6)、5×Denhardt’s溶液(0.2%BSA,0.2%Ficoll 400和0.2%聚乙烯吡咯烷酮)、10%硫酸葡聚糖和20μg/ml变性剪切的鲑精DNA,并在65℃用0.1-2倍浓度(1倍浓度的SSC溶液的组成为150mM氯化钠和15mM柠檬酸钠)的SSC(氯化钠-柠檬酸钠)溶液的条件下清洗滤膜。
用来生产本发明方法所用BE的核酸分子可以是相对于包含编码野生型BE碱基序列的核酸分子被保守性修饰的核酸分子。“相对于包含编码野生型BE碱基序列的核酸分子被保守修饰的核酸分子”是指包含编码与野生型BE氨基酸序列相同或基本相同的氨基酸序列的碱基序列的核酸分子。“与野生型BE所编码氨基酸序列基本相同的氨基酸序列”是指具有与野生型BE酶活性基本相同的酶活性的氨基酸序列。由于遗传密码的简并性,很多功能等同的碱基序列编码指定的氨基酸序列。例如,密码子GCA、GCC、GCG和GCU都编码氨基酸丙氨酸。因此,在用GCA密码子表示丙氨酸的所有位置,所述密码子可以变为GCC、GCG或GCU,而不改变所编码的丙氨酸。类似地,对于可以由多个密码子编码的氨基酸,在由密码子表示氨基酸的所有位置,所述密码子可以变为任意另一种编码所述氨基酸的密码子,而不改变所编码的具体氨基酸。碱基序列的这种变异是“沉默突变”,是一种保守性修饰突变。本发明说明书中编码多肽的所有碱基序列还包括所述核酸的所有可能的沉默突变。沉默突变包括所编码氨基酸不改变的“沉默替换”和核酸最初不编码氨基酸的情况(例如,内含子部分的突变、其它未翻译区的突变等)。当某种核酸编码氨基酸时,沉默突变与沉默替换的意义相同。在本说明书中,“沉默替换”是指在碱基序列中,用另一种编码相同氨基酸的碱基序列替换编码特定氨基酸的碱基序列。基于遗传密码中的简并性现象,在存在多个碱基序列编码特定氨基酸(例如甘氨酸等)的情况下,这种沉默替换是可能的。因此,具有由沉默替换产生的碱基序列所编码氨基酸序列的多肽与原始多肽具有相同的氨基酸序列。本领域中,应该理解,为了生成功能等同的分子,可以修饰核酸中的各个密码子(除了通常编码甲硫氨酸的唯一密码子AUG和通常编码色氨酸的唯一密码子TGG之外)。因此,编码多肽的核酸的每种沉默突变隐含地包括在每个描述的序列中。优选地,可以进行这种修饰,使得避免替换半胱氨酸,其是严重影响多肽构象的氨基酸。
用于本发明中编码BE的碱基序列可以改变为符合生物中的密码子偏好,所述生物中导入所述序列用于表达。密码子偏好反映了在所述生物中高表达的基因中的偏好。例如,打算在大肠埃希氏菌中表达时,可以根据公开的密码子偏好表使序列对在大肠埃希氏菌中表达最优化(例如,Sharp,et al.,Nucleic Acids Research 16,No.17,p.8207(1988))。
使用包含上述修饰的碱基序列的核酸分子可以制备表达载体。本领域技术人员熟知那些利用特定核酸序列制备表达载体的方法。
当本发明说明书中提到核酸分子时,“载体”是指可以将目标碱基序列转移至目标细胞中的核酸分子。这种载体的实例包括可以在目标细胞中自主复制、或者可以整合入目标细胞染色体的载体,并且在适于转录修饰碱基序列的位置具有启动子。在本说明书中,所述载体可以是质粒。
如本文所用,“表达载体”是指可以在目标细胞中表达修饰碱基序列(即编码修饰BE的碱基序列)的载体。除了修饰碱基序列之外,表达载体还包含多种调控元件如调节其表达的启动子,如果需要,还包含在目标细胞中复制和选择重组体(例如复制起始(ori),选择标记如药物抗性基因)必需的因子。在表达载体中,修饰碱基序列是可操作连接的,以便转录和翻译。调控元件包括启动子、终止子和增强子。另外,打算向细胞外分泌表达的酶时,编码分泌信号肽的碱基序列以正确的阅读框位于修饰碱基序列的上游。本领域技术人员熟知用于导入特定生物(例如细菌)的两种类型表达载体、和用于表达载体中的调控元件和其他因子的类型,可以根据目标细胞而改变。
如本文中所用,“终止子”是位于蛋白质编码区域下游的序列,并且参与终止通过将碱基序列转录为mRNA的转录,以及poly A序列。已知终止子通过参与mRNA的稳定性来影响基因的表达水平。
如本文中所用,“启动子”是指DNA上确定基因转录起始位点并且还直接调控转录频率的区域,它是RNA聚合酶结合的碱基序列,从而启动转录。由于启动子的区域在很多情况下通常是假想蛋白质编码区域的第一外显子上游约2kbp或更小的区域,当使用DNA分析软件预测基因组碱基序列中的蛋白质编码区域时,可以推断启动子区域。推断的启动子区域随着每个结构基因而变化,并且通常是在结构基因的上游,但不限于此,并且可以在结构基因的下游。优选地,推断启动子区域是第一个编码顺序翻译起始点上游约2kbp或更小的区域。
如本文中所用,“增强子”可以用来增强目标基因的表达效率。这种增强子在本领域是熟知的。可以使用多个增强子,或只使用一个增强子,或者根本不使用。
如本文中所用,“可操作连接”是指期望碱基序列置于转录和翻译调控序列(如启动子、增强子等)或影响表达(即操作)的翻译调控序列之下。为了使启动子与基因可操作连接,通常将启动子安排在基因的立即上游,但是不需要将启动子与所述基因邻接。
为了使修饰核酸序列可操作连接至前面提到的调控元件,在一些情况下应该加工目标BE基因。实例包括启动子和编码区之间距离过长、并且预期转录效率降低的情况,核糖体结合位点和翻译起始密码子之间距离不适当的情况等。加工手段的实例包括用限制酶消化、用核酸外切酶如Bal31和ExoIII消化、或者利用单链DNA如M13或PCR引入定点突变。
随后,将如上所述制备的表达载体导入细胞,从而表达BE。
如本文中使用的,酶的“表达”是指编码所述酶的碱基序列在体内或体外的转录或和翻译,以及所编码酶的生产。
导入表达载体的细胞(也称为宿主)包括原核生物和真核生物。考虑各种条件如易于表达BE、易于培养、生长速率和安全性,可以很容易地选择导入表达载体的细胞。例如,当BE用于合成糖原时,由于优选BE不合淀粉酶污染,优选使用不产生淀粉酶或只生产低水平淀粉酶的细胞。这种细胞的实例包括细菌和真菌。更优选细胞的实例包括中温性微生物(例如大肠埃希氏菌、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis))。细胞可以是微生物细胞,或者可以是植物或动物细胞。根据所使用的细胞,本发明的酶可以是经过翻译后加工的酶。
在本发明的方法中,将表达载体导入细胞的技术可以是任意本领域已知的技术。这种技术的实例包括例如转化、转导和转染。这种导入核酸分子的技术在本领域是熟知的,并且是常规技术,并且例如描述于Ausubel F.A.,et al.ed.(1988),Current Protocols in MolecularBiology,Wiley,New York,NY;Sambrook J,et al.(1987)MolecularCloning:A Laboratory Manual,2nd Ed.,Cold Spring Harbor LaboratoryPress,Cold Spring Harbor,NY,和别册实验医学《遗传子导入和发现解析实验法》羊土社,1997(Bessatsu Jikken-igaku″Idenshidounyu &Hatsugen kaiseki jikkenhou″,Yodosha,1997)。
(2.底物)
在本发明中,使用聚合度为4或更高的、主要由α-1,4-葡萄糖苷键连接的α-葡聚糖作为底物。
在本说明书中,“α-葡聚糖”是指包含D-葡萄糖作为结构单元、并且具有至少2个或更多由α-1,4-葡萄糖苷键连接的葡萄糖残基的糖。α-葡聚糖可以是直链、支链或环状分子。直链α-葡聚糖与α-1,4-葡聚糖的意义相同。直链α-葡聚糖中,葡萄糖残基仅用α-1,4-葡萄糖苷键连接。包含一个或多个α-1,6-葡萄糖苷键的α-葡聚糖是支链α-葡聚糖。α-葡聚糖优选包含某种程度的直链节段。更优选没有分支的直链α-葡聚糖。
在本说明书中,“主要用α-1,4-葡萄糖苷键连接”意味着,葡萄糖残基主要用α-1,4-葡萄糖苷键连接。术语“主要”意味着,α-1,4-葡萄糖苷键占葡萄糖残基之间键的50%或更多。除了α-1,4-葡萄糖苷键之外,葡萄糖残基之间的键可以是任意键,通常是α-1,6-葡萄糖苷键。
在一些情况下优选使用含有少量分支(即α-1,6-葡萄糖苷键的数量)的α-葡聚糖作为底物。在这种情况下,每个分子中分支数目典型地为约0-约100,优选为约0-约50,更优选为约0-约25,约0-约10,约0-约5,进一步优选为约0。
α-1,6-葡萄糖苷键可以在α-葡聚糖内随机分布,或者可以均匀分布。优选在α-葡聚糖内形成5个或更多个葡萄糖残基的直链部分的分布。
用作本发明的底物的α-葡聚糖的聚合度为4(分子量666)或更大。作为底物的α-葡聚糖可以是均匀分子量的纯物质或含有各种分子量的分子的混合物。除了底物之外,可以将含不作为底物的葡萄糖的混合物加入溶液。工业上,通常使用含有各种分子量的分子的混合物用作原糖。
反应开始前溶液中糖的Mn大于约180,优选地约181或更大,更优选约182或更大,又更优选约183或更大,甚至更优选约184或更大,进一步更优选约185或更大。反应开始前溶液中糖的数均分子量可以例如是约190或更大,约195或更大,约200或更大,约250或更大,约300或更大,约350或更大,约400或更大,约450或更大,约500或更大,约550或更大,约600或更大,约650或更大,约700或更大,约750或更大,约800或更大,约850或更大,约900或更大,约950或更大,约1,000或更大,约1,500或更大,约2,000或更大或者约2,500或更大。葡萄糖(分子量180)或聚合度为3或更小的α-葡聚糖不能作为BE的底物,但是聚合度为4或更大的α-葡聚糖可以作为BE的底物。将大量葡萄糖加入少量底物中(例如,聚合度为4的那些),混合物的Mn接近180。即使反应开始前溶液中糖类的Mn接近180,当存在聚合度为4或更大的α-葡聚糖时即能发生反应。因此,即使反应开始前溶液中糖的Mn接近180,只要溶液中包含聚合度为4或更大的α-葡聚糖,所述溶液可以在反应中使用。
本发明中用作底物的α-葡聚糖的分子量没有上限。反应开始前溶液中糖的Mn为约150,000或更小,优选约120,000或更小,更优选约100,000或更小,又更优选约80,000或更小,进一步更优选约50,000或更小,甚至更优选约20,000或更小,甚至更优选小于约8,000,最优选小于约4,000。具体而言,当含有低分子量α-葡聚糖的溶液用作底物时,其中反应开始前溶液中糖的Mn为约1,500或更大并且小于约4,000,其优势在于,可以非常容易地得到Mw为1,000,000或更大的高度分支的α-葡聚糖,其高度可溶于水,并且对支链淀粉酶和α-淀粉酶有高抗性。
在本发明中用作底物的α-葡聚糖可以仅由D-葡萄糖组成,或者可以是经过一定程度修饰的衍生物,其中BE的反应速率不降至20%或更低。α-葡聚糖优选不被修饰。
在本发明中用作底物的α-葡聚糖可以是天然直链淀粉,优选脱支淀粉,脱支糊精或酶促合成的直链淀粉。在一些情况下,天然直链淀粉含有一些分支结构。在脱支反应不充分的一些情况下,脱支淀粉和脱支糊精也含有一些分支结构。脱支淀粉可以是通过本领域已知的用异淀粉酶或支链淀粉酶降解淀粉得到的产物。用于得到脱支淀粉的淀粉的实例包括地下(underground)淀粉例如马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉和野葛淀粉;地上(above-ground)淀粉例如玉米淀粉(蜡质玉米淀粉、高直链玉米淀粉等)、小麦淀粉、大米淀粉(例如,蜡质大米淀粉、非蜡质大米淀粉),西米淀粉和豆子淀粉。脱支淀粉廉价、容易获得,因此尤其优选。还优选使用高直链玉米淀粉的α-1,6-葡萄糖苷键切割产物。
(3.其它酶)
(i.4-α-葡聚糖基转移酶)
本发明的生产方法可以进一步包括这种步骤:使4-α-葡聚糖基转移酶在溶液中作用于聚合物度为2或更高的α-葡聚糖,其中反应开始前溶液中糖的Mn大于180并且小于1,500,从而生产所述底物。
本发明的生产方法中,4-α-葡聚糖基转移酶可以与BE共存。
可用于本发明的4-α-葡聚糖基转移酶是将葡萄糖基或由两个或多个葡萄糖组成的单元从供体分子的非还原端转移至受体分子的非还原端。因此,这种酶反应导致最初提供的麦芽寡糖的聚合度不均匀。当供体分子和受体分子相同时,引起分子内转移,结果是得到具有环状结构的产物。基于它们的一级结构将4-α-葡聚糖基转移酶分为下面的6种类型:类型I、II、III、IV、V和其它(Takaha,T.and Smith,S.M.Biotechnol.Genet.Eng.Rev.Vol.16,pp.257-280(1999))。类型I称为环糊精葡聚糖基转移酶(在下文中称为CGTase,CGT酶)(EC 2.4.1.19)。类型II也称为歧化酶、D-酶、淀粉麦芽糖酶等(EC 2.4.1.25)(在下文中称为MalQ)。类型III是糖原脱支酶,也就是同时具有4-α-葡聚糖基转移酶活性和淀粉-1,6-葡萄糖苷酶活性的酶(EC 3.2.1.33+EC 2.4.1.25)。来源于嗜高温细菌的4-α-葡聚糖基转移酶被分类为类型IV和V。一些没有得到一级结构信息、但是报道了4-α-葡聚糖基转移酶活性的酶分类为“其它”。4-α-葡聚糖基转移酶活性可以基于Terada et al.(Applied and EnvironmentalMicrobiology,Vol.65,pp.910-915(1999))来确定。根据4-α-葡聚糖基转移酶的特性,可以调节测量的反应温度、反应pH等。
4-α-葡聚糖基转移酶存在于微生物和植物中。产生4-α-葡聚糖基转移酶的微生物的实例包括风产液菌、肺炎链球菌(Streptococcuspneumoniae)、贝氏梭菌(Clostridium butylicum)、耐放射异常球菌(Deinococcus radiodurans)、流感嗜血菌(Haemophilus influenzae)、结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)、Thermococcus litralis、海栖热袍菌(Thermotoga maritime)、那不勒斯栖热袍菌(Thermotoga neapolitana)、鹦鹉热衣原体(Chlamydia psittaci)、火球菌属(Pyrococcus sp.)、嗜热网球菌(Dictyoglomus thermophilum)、布氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)、集胞蓝细菌物种(Synechosystis sp.)、大肠埃希氏菌(E.coli)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、水生栖热菌、嗜热栖热菌(Thermusthermophilus)等。产生4-α-葡聚糖基转移酶的植物的实例包括块茎和块根植物例如马铃薯、甘薯、山药和木薯;谷类例如玉米、大米和小麦以及豆类例如豌豆和大豆。产生4-α-葡聚糖基转移酶的生物不限于这些。4-α-葡聚糖基转移酶可以商业获得或者可以通过本领域已知的方法从这些生物中制备,或者可以使用这些生物的脱支酶基因用基因重组方法制备。可以使用任意本领域已知的4-α-葡聚糖基转移酶。
CGT酶(EC 2.4.1.19)也是一种4-α-葡聚糖基转移酶,并且可以用在本发明的生产方法中。可以用在本发明中的CGT酶是能够催化麦芽寡糖的糖基转移反应(歧化反应)的酶。CGT酶是一种酶,其识别供体分子的非还原端6-8个葡萄糖的链并且影响转移反应使得这个部分环化,从而形成聚合度为6-8的环糊精和无环的极限糊精。
作为CGT酶,可以使用熟知的来源于微生物的CGT酶或者市售的CGT酶。优选地,可以使用来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的商品CGT酶((株)林原生物化学研究所,冈山)、来源于浸麻芽孢杆菌(Bacillusmacerans)的CGT酶(商品名:Contizyme,Amano Pharmaceutical Co.,Ltd.,Nagoya)或者来源于嗜碱芽孢杆菌种(Alkalophilic Bacillus sp.)A2-5a的CGT酶。更优选地,可以使用来源于嗜碱芽孢杆菌种A2-5a的CGT酶。嗜碱芽孢杆菌种A2-5a是日本特许公开No.7-107972公开的在碱性范围具有高活性的生产CGT酶的菌株,并且申请人已经在日本产业技术研究院、日本国家生物科学与人类科技研究所以保藏号No.FERMP-13864保藏。产生CGT酶的生物不限于这些。CGT酶可以是市售产品,或者可以通过本领域已知的方法从这些生物制备,或者可以使用这些生物的CGT酶基因用基因重组方法制备。可以使用任意本领域已知的CGT酶。在本发明的生产方法中,优选使用CGT酶以外的4-α-葡聚糖基转移酶。当CGT酶以外的4-α-葡聚糖基转移酶与BE共存时,与CGT酶与BE共存的情况相比,糖原的产率显著改善。
4-α-葡聚糖基转移酶优选与BE一起加入。然而,4-α-葡聚糖基转移酶可以在加入BE之前或之后加入,只要不对所产生糖原的分子量和产率有不利影响。当4-α-葡聚糖基转移酶与BE共存时,与单独使用BE的情况相比,糖原的产率显著改善。
(ii.Mn大于180并且小于1,500的α-葡聚糖)
当Mn大于180并且小于1,500的α-葡聚糖是单一物质时,所述α-葡聚糖的实例包括聚合度为2-9的麦芽寡糖。所述α-葡聚糖优选聚合度为3-8的麦芽寡糖,更优选聚合度为3-7的麦芽寡糖,又更优选聚合度为4-6的麦芽寡糖,尤其优选聚合度为4-5的麦芽寡糖,最优选聚合度为4的麦芽寡糖。
当Mn大于180并且小于1,500的α-葡聚糖是混合物时,所述混合物的实例包括包含聚合度为4-12的麦芽寡糖的混合物。除了聚合度为4-12的麦芽寡糖之外,Mn大于180并且小于1,500的α-葡聚糖可以包含低分子量糖例如葡萄糖。Mn大于180并且小于1,500的α-葡聚糖优选包含聚合度为4-7的麦芽寡糖,并且更优选是聚合度为4-7的麦芽寡糖。聚合度为4-7的麦芽寡糖还可以分别称为麦芽四糖、麦芽五糖、麦芽六糖和麦芽七糖。
(iii.脱支酶)
本发明的生产方法还可以包括使脱支酶作用于Mn为500或更高的低分支α-葡聚糖的步骤,从而生产底物。脱支酶是可以切割α-1,6-葡萄糖苷键的酶。脱支酶分为两种,异淀粉酶(EC 3.2.1.68)和α-糊精-内-1,6-α-葡糖苷酶(也称为支链淀粉酶)(EC3.2.1.41),所述异淀粉酶良好地作用于支链淀粉和糖原,所述α-糊精内-1,6-α-葡糖苷酶良好地作用于支链淀粉(pullulan)。本发明的方法中既可以使用异淀粉酶也可以使用支链淀粉酶。脱支酶可以用于从廉价材料例如淀粉来生产主要由α-1,4-葡萄糖苷键连接的、聚合度为4或更高的α-葡聚糖。脱支酶活性可以基于Yokobayashiet al.(Biochim.Biophys.Acta,vol.212,pp.458-469(1970))来确定。根据脱支酶的特性,可以调节测量的反应温度、反应pH等。
脱支酶存在于微生物、原核生物和植物中。产生脱支酶的微生物的实例包括酿酒酵母和衣藻属(Chlamydomonas sp.)。产生脱支酶的原核生物的实例包括短芽孢杆菌(Bacillus brevis)、酸性普鲁蓝芽饱杆菌(Bacillus acidopullulyticus)、浸麻芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、环状芽孢杆菌(Bacillus circulans)、水生栖热菌、肺炎克雷伯氏菌(Klebsiellapneumoniae)、嗜温高温放线菌(Thermoactinomyces thalpophilus)、产乙醇热厌氧杆菌(Thermoanaerobacter ethanolicus)、介支淀粉假单胞菌(Pseudomonas amyloderamosa)、气味黄杆菌(Flavobacterium odoratum)、黄杆菌种(Falvobacterium sp.)、噬纤维菌种(Cytophaga sp.)、大肠埃希氏菌、嗜酸热硫化叶菌(Sulfolobus acidocaldarius)、Sulfolobus tokodaii、硫磺矿硫化叶菌(Sulfolobus solfataricus)、Metallosphaera hakonensis。产生脱支酶的植物的实例包括马铃薯、甘薯、玉米、大米、小麦、大麦、燕麦和甜菜。产生脱支酶的生物不限于这些。脱支酶可以是市售的或者可以通过本领域已知的方法从这些生物制备,或者可以使用这些生物的脱支酶基因用基因重组方法制备。可以使用任意本领域已知的脱支酶。
脱支酶优选在加入BE之前加入反应溶液。
(iv.Mn为500或更大的低分支α-葡聚糖)
Mn为500或更大的低分支α-葡聚糖可以是天然α-葡聚糖。在本说明书中,“低分支”是指分支的频率低。低分支α-葡聚糖可以不含分支。在低分支α-葡聚糖中,假定α-1,6-葡萄糖苷键为1,α-1,4-葡萄糖苷键的数目相对于α-1,6-葡萄糖苷键的数目的比率优选为约10-约10000,更优选为10-约5000,进一步优选约15-约1000,进一步优选约20-约600。Mn为约500或更大的低分支α-葡聚糖的实例包括淀粉、直链淀粉、支链淀粉和它们的衍生物,或者它们的部分降解产物。淀粉的实例包括地下淀粉例如马铃薯淀粉、木薯淀粉、甘薯淀粉和野葛淀粉和地上淀粉例如玉米淀粉(蜡质玉米淀粉、高直链玉米淀粉等)、小麦淀粉、大米淀粉(例如,蜡质大米淀粉、非蜡质大米淀粉),西米淀粉和豆子淀粉。直链淀粉的实例包括从这些淀粉分离的直链淀粉。支链淀粉包括从这些淀粉分离的支链淀粉。Mn为500或更大的低分支α-葡聚糖在本领域是已知的并且易于得到。
(4.生产糖原的方法)
在本发明的生产方法中,例如,使用具有合成糖原能力的BE、底物(即,主要由α-1,4-葡萄糖苷键连接的、聚合度为4或更高的α-葡聚糖)、缓冲剂和溶解它们的溶剂作为主要材料。所有这些材料通常在反应开始时加入,但是在这些材料中,可以在反应期间另外加入任意材料。如上所述,在本发明的生产方法中,必要时可以使用Mn大于180并且小于1,500的α-葡聚糖和4-α-葡聚糖基转移酶。在本发明的生产方法中,还可以使用Mn为500或更大的低分支α-葡聚糖和脱支酶。
本领域的技术人员很容易理解,可以通过适当选择本发明的生产方法中使用的底物量、酶量、反应时间等来得到具有期望分子量的α-葡聚糖。
相对于反应开始时溶液中的α-葡聚糖,反应开始时溶液中含有的BE量典型地为约100U/g底物或更高,优选约500U/g底物或更高,更优选约1,000U/g底物或更高。相对于反应开始时溶液中的α-葡聚糖,反应开始时溶液中含有的BE量典型地为约500,000U/g底物或更低,优选约100,000U/g底物或更低,更优选约80,000U/g底物或更低。如果使用的BE量过多,在反应期间变性的酶可能很容易聚集。如果使用的BE量过少,可能降低α-葡聚糖的产率。
使用的BE量与BE作用于底物(即α-葡聚糖)的时间有关。这是因为,如果使用的BE量少时,随反应时间增加而反应进行;如果使用的BE量大时,即使反应时间较短反应仍可以进行。因此,酶量与反应时间的乘积对反应产物的生产有显著影响。在本发明的方法中,优选调节BE用量和反应时间,使得BE用量和反应时间的乘积为约150,000U·小时/g底物或更高。在本说明书中,“U·小时/g底物”是指每g底物所用的酶量(U/g底物)和反应时间(小时)的乘积。BE用量和反应时间的乘积更优选为约160,000U·小时/g底物或更高,甚至更优选为约170,000U·小时/g底物或更高,甚至更优选为约180,000U·小时/g底物或更高,甚至更优选为约200,000U·小时/g底物或更高,甚至更优选为约250,000U·小时/g底物或更高,甚至更优选为约300,000U·小时/g底物或更高,和甚至更优选为约350,000U·小时/g底物或更高。即使BE以如下的量和时间作用于底物,仍然可以得到优选的结果:约400,000U·小时/g底物或更高,约500,000U·小时/g底物或更高,约600,000U·小时/g底物或更高,约700,000U·小时/g底物或更高,或者约800,000U·小时/g底物或更高。BE可以以很大量或者很长时间作用于底物,从而生产糖原。对于BE作用量和时间的乘积没有具体上限,但是太大量BE作用很长时间会使生产成本太高。BE作用量和时间的乘积例如可以为约10,000,000U·小时/g底物或更低,约8,000,000U·小时/g底物或更低,约50,000,000U·小时/g底物或更低,约10,000,000U·小时/g底物或更低,约8,000,000U·小时/g底物或更低,约5,000,000U·小时/g底物或更低,约1,000,000U·小时/g底物或更低等。
酶量和反应时间的乘积的优选范围根据反应开始前溶液中糖的Mn而变化。一般来说,反应开始前溶液中糖的Mn较低时,即使酶量和反应时间的乘积在任意范围内仍可以得到高分子量产物,并且所得产物的溶解度高。反应开始前溶液中糖的Mn越高,获得高溶解度和高分子量产物所需要的酶量和反应时间的乘积越高。
反应开始前溶液中糖的Mn低于约4,000时,本发明的方法中不特别限制BE用量和反应时间的乘积。例如,当该乘积为约25,000U·小时/g底物或更高时,可以得到高分子量产物。该乘积优选为约35,000U·小时/g底物或更高,更优选为约100,000U·小时/g底物或更高,最优选为约150,000U·小时/g底物或更高。
反应开始前溶液中糖的Mn为约4,000或更高并且小于约8,000时,BE用量和反应时间的乘积优选为约25,000U·小时/g底物或更高,更优选为约50,000U·小时/g底物或更高,最优选为约100,000U·小时/g底物或更高。
反应开始前溶液中糖的Mn为约8,000或更高并且小于约100,000时,BE用量和反应时间的乘积优选为约40,000U·小时/g物或更高,更优选为约100,000U·小时/g底物或更高,最优选为约150,000U·小时/g底物或更高。
反应开始前溶液中糖的Mn为约100,000或更高并且小于约150,000时,BE用量和反应时间的乘积优选为约150,000U·小时/g底物或更高,更优选为约200,000U·小时/g底物或更高,最优选为约300,000U·小时/g底物或更高。
用于本发明的方法中的溶剂可以是任意溶剂,只要所述溶剂不破坏BE的酶活性。
只要产生糖原的反应可以进行,所用溶剂不必要完全溶解根据本发明的方法中使用的材料。例如,用固体载体负载酶时,所述酶不必要溶解在溶剂中。另外,不必要所有的反应材料如α-葡聚糖被溶解,部分材料溶解就足够了,只要使反应可以进行即可。
代表性的溶剂是水。溶剂可以是细胞裂解物中的水,在制备上述BE时其伴随BE。
在包含具有合成糖原能力的BE和底物(即主要由α-1,4-葡萄糖苷键连接的、并且Mn大于180但不超过150,000的α-葡聚糖)的溶液中可以含有任意其它物质,只要其不妨碍BE和α-葡聚糖磷酸化酶之间的相互作用。这种物质的实例包括缓冲剂、产生BE的微生物(例如细菌、真菌)的成分、盐、和培养基成分。
这些待使用的材料的量是已知的,本领域的技术人员可以适当地选择。
在根据本发明的生产方法中,首先制备反应溶液。例如可以通过将具有合成糖原能力的BE和底物(即主要由α-1,4-葡萄糖苷键连接的、并且Mn大于180但不超过150,000的α-葡聚糖)加入适当的溶剂中来制备反应溶液。作为替代,反应溶液可以通过混合分别包含BE和底物(即主要由α-1,4-葡萄糖苷键连接的、并且Mn大于180但不超过150,000的α-葡聚糖)的溶液来制备。如果必要,可以向这种反应溶液中加入任意用于调节pH的缓冲剂,只要其不抑制酶反应。可以适当的选择反应溶液的pH,只要所用的BE可以在所述pH下表现出活性。反应溶液的pH优选地接近所用BE的最佳pH。反应溶液的pH典型地为约2或更高,优选为约3或更高,又更优选为约4或更高,尤其优选为约5或更高,进一步更优选为约6或更高,最优选为约7或更高。反应溶液的pH典型地为约13或更低,优选地为12或更低,更优选地为11或更低,又更优选地为10或更低,尤其优选地为9或更低,最优选地为8或更低。在一个实施方案中,反应溶液的pH典型地在3±所用BE最佳pH的范围内,优选在2±最佳pH范围内,更优选在1±最佳pH范围内,最优选在0.5±最佳pH范围内。
如果需要,可以向这种反应溶液中加入4-α-葡聚糖基转移酶和脱支酶。
基于反应开始时溶液中的α-葡聚糖,反应开始时溶液中所含4-α-葡聚糖基转移酶的量典型地为约0.1U/g底物或更高,优选为约0.5U/g底物或更高,更优选为约1U/g底物或更高。反应开始时溶液中所含4-α-葡聚糖基转移酶的量没有特定的上限,典型地为约50,000U/g底物或更低,优选为约10,000U/g底物或更低,更优选为约8,000U/g底物或更低,这是基于反应开始时溶液中的α-葡聚糖。如果所用4-α-葡聚糖基转移酶的量过高,反应期间变性的酶可以很容易聚集。如果所用4-α-葡聚糖基转移酶的量过小,可能降低α-葡聚糖的产率。
反应开始时溶液中所含脱支酶的量典型地为约10U/g底物或更高,优选为约50U/g底物或更高,更优选为约100U/g底物或更高,这是基于反应开始时溶液中的α-葡聚糖。反应开始时溶液中所含脱支酶的量没有特定的上限,典型地为约500,000U/g底物或更低,优选不高于约100,000U/g底物或更低,更优选为约80,000U/g底物或更低,这是基于反应开始时溶液中的α-葡聚糖。如果使用的脱支酶量过高,反应期间变性的酶可以很容易聚集。如果使用的脱支酶量过小,可能降低α-葡聚糖的产率。
如果需要,随后通过本领域已知的方法将反应溶液加热来开始反应。反应温度可以是任意温度,只要能得到本发明的效果。反应开始时反应溶液中BE活性为最佳反应条件下所确定活性的约5%-约100%时,反应温度可以典型地为约20℃或更高和约100℃或更低。优选这个反应步骤中的溶液温度使得在预定反应时间之后该活性保留反应开始前溶液中所含BE活性的约50%或更高,更优选约80%或更高。这个反应温度优选为约30℃或更高,更优选约40℃或更高,又更优选约50℃或更高,甚至更优选约55℃或更高,尤其优选约60℃或更高,最优选65℃或更高。这个反应温度为约90℃或更低,优选约85℃或更低,更优选约80℃或更低,甚至更优选约75℃或更低,尤其优选约70℃或更低,最优选约65℃或更低。
可以考虑反应温度、反应产生的α-葡聚糖的分子量和酶的剩余活性来选择反应时间。反应时间典型地是约1小时或更高,更优选约2小时或更高,又更优选约4小时或更高,最优选约6小时或更高。反应时间没有特定的上限,优选为约100小时或更低,更优选为约72小时或更低,又更优选约36小时或更低,最优选约24小时或更低。
在本发明的生产方法中,优选既不使用α-葡聚糖磷酸化酶也不使用糖原合成酶。
以此方式生产含糖原的溶液。通过本发明方法生产的糖原的Mw优选为约1,000,000(Da)或更高,更优选约2,000,000(Da)或更高,又更优选约5,000,000(Da)或更高,最优选约10,000,000(Da)或更高。通过本发明生产方法生产的糖原的Mw没有特定上限,例如可以合成Mw高达约50,000,000(Da)、高达约100,000,000(Da)或高达约1,000,000,000(Da)的糖原以实现极好的产率。可以通过本领域已知的方法确认得到的糖原的Mw。例如可以通过下列方法测量糖原的Mw。
首先,将合成的α-葡聚糖完全溶解在1N氢氧化钠中,并且用适量盐酸中和,随后含有约1μg-约300μgα-葡聚糖的溶液进行一起利用示示折光计和多角度激光光散射检测器的凝胶过滤色谱法来确定平均分子量。
具体而言,使用柱Shodex OH-Pack SB806MHQ(内径8mm,长度300mm,由Showa Denko K.K.制造)和保护柱Shodex OH-Pack SB-G(内径6mm,长度50mm,由Showa Denko K.K.制造),将多角度激光光散射检测器(DAWN-DSP,由Wyatt Technology制造)和示差折光计(Shodex RI-71,由Showa Denko K.K.制造)按照这个顺序连接并且用作检测器。将柱保持在40℃,使用0.1M硝酸钠溶液作为洗脱剂,流速为1mL/分钟。分子量为约10,000或更高的α-葡聚糖在11分钟内从HPLC系统内洗脱,其中调节管道,使得Shodex制造的支链淀粉P-50(包含在GFC(水基GPC)的标准样品STANDARD P-82内)的峰在9.3分钟时洗脱出。具体而言,选择从洗脱开始至11分钟时的所有峰,使得包含示差折光计和多角度激光光散射检测器检出的峰作为数据,并且使用数据分析软件(商品名:STRA,由Wyatt Technology制造)收集数据,并用该软件分析确定Mw。这种方法在下文中称为MALLS方法。在这种分析方法中,不收集上述信号之后的信号,因此排除了分子量为约10,000或更低的葡聚糖。因此本发明中,根据MALLS方法确定的Mw不是反应溶液中所有葡聚糖的Mw,而是分子量为约10,000或更高的葡聚糖的Mw。另外,当HPLC柱和检测器之间管路的长度、内径等改变时,分子量为约10,000或更高的葡聚糖的洗脱时间可能改变。在这种情况下,本领域的技术人员可以适当地选择洗脱时间,使之适于通过根据本发明方法的MALLS方法利用上述支链淀粉P-50来确定Mw。
通过本发明方法生产的糖原与天然糖原类似,具有几乎不被支链淀粉和α-淀粉酶降解的特性。因此,通过本发明的方法生产的糖原可以与天然糖原相同的方式使用。
通过本发明的方法生产的糖原具有高溶解度的特性。根据本领域已知的方法可以确定所述溶解度。例如,将预定量的α-葡聚糖加入水中,搅拌预定的时间并且用过滤器过滤,得到滤出液,确定溶解在滤出液中的α-葡聚糖的量来计算加入的α-葡聚糖量与滤出液中溶解的α-葡聚糖量的比率,从而可以确定溶解度。也就是说,溶解度(%)={(滤出液中α-葡聚糖的量)/(过滤前溶液中α-葡聚糖的量)}×100。所产生的α-葡聚糖被干燥,在20℃时加入蒸馏水中至2mg/mL,在室温搅拌30秒,并且通过0.45-μm的过滤器过滤,在此条件下其溶解度优选为约20%或更高,更优选约30%或更高,又更优选约40%或更高,进一步更优选约50%或更高。
(糖原的用途)
通过本发明方法生产的糖原与常规的糖原类似,可以在例如免疫刺激剂、健康食品材料、化妆品材料、食品材料(调味料)和其它工业材料的应用中使用。
实施例
在下面的实施例中,使用生产实施例1、2、4、5、7和8中生产的各种BE作为BE。使用来源于介支淀粉假单胞菌的异淀粉酶(由林原生物化学研究所制造)作为脱支酶。基于Yokobayashi et al.(Biochim.Biophys.Acta,vol.212,pp.458-469(1970))确定脱支酶的活性。使用来源于水生栖热菌的MalQ(TaqMalQ)作为4-α-葡聚糖基转移酶。基于Terada et al.(Applied and Environmental Microbiology,vol.65,pp.910-915(1999))确定4-α-葡聚糖基转移酶的酶活性。
(生产实施例1:重组生产来源于风产液菌VF5的BE)
(A)制备风产液菌VF5 BE基因
化学合成编码SEQ ID NO:2的氨基酸序列的基因(SEQ ID NO:1)。将SD序列加在所述基因的翻译起始密码子的上游,并且在SD序列上游提供BamHI位点。在翻译终止密码子下游提供EcoRI位点。用BamHI和EcoRI切割这个合成基因来制备基因片段,随后利用T4-DNA连接酶将其连接入事先用BamHI和EcoRI切割的pUC19(由宝酒造株式会社制造),得到质粒pAQBE1。
(B)风产液菌BE基因在大肠埃希氏菌中的表达
用这种质粒转化大肠埃希氏菌TG-1,将转化体稀释并且在含氨苄青霉素的LB琼脂培养基(100μg/ml氨苄青霉素,1%Difco制造的胰蛋白胨,0.5%Difco制造的酵母提取物,0.5%NaCl,1.5%琼脂,pH 7.3)上铺平板,以便得到独立的菌落,随后在37℃过夜培养。在这种含氨苄青霉素的LB琼脂培养基上增殖的大肠埃希氏菌具有所导入的质粒。可以用这种方式制造表达BE的大肠埃希氏菌。
在0.2升含终浓度为100μg/ml氨苄青霉素的L培养基(1%胰蛋白胨(Difco),0.5%酵母提取物(Difco),1%NaCl,pH 7.5)中在37℃培养用重组质粒pAQBE1转化的大肠埃希氏菌TG-1菌株,直到中对数生长期(约3小时),随后加入最终浓度为0.1mM的IPTG(异丙基-β-D-硫代半乳糖吡喃糖苷)。在37℃继续培养21小时,然后通过离心收集细胞。将这样得到的细胞用50ml缓冲液A(10mM磷酸钠缓冲液(pH 7.5))清洗,随后分散在20ml缓冲液A中,通过超声破碎细胞。将无细胞提取物在70℃加热30分钟使来源于大肠埃希氏菌的蛋白质变性,并用作BE酶溶液。这种BE酶溶液、与通过上述相同方式处理无pAQBE1大肠埃希氏菌得到的液体经过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,比较它们的模式。结果是,证实了转化的大肠埃希氏菌TG-1菌株表达BE基因,并且产生由该基因编码的蛋白质。
(生产实施例2:重组生产来源于嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE 14的BE)
通过非专利文献12中显示的方法由这个文献中所显示的携带质粒pUBE821的大肠埃希氏菌TG-1菌株来重组生产来源于嗜热脂肪芽孢杆菌TRBE 14的BE。
(生产实施例3:重组生产来源于水生栖热菌的MalQ(在下文中称为TaqMalQ))
通过Terada et al.(Applied and Environmental Microbillogy,vol.65,pp.910-915(1999))中显示的方法由这个文献中显示的携带质粒pFGQ8的大肠埃希氏菌MC1061菌株来重组生产TaqMalQ。
(生产实施例4:重组生产来源于大肠埃希氏菌的BE并测试其生产糖原的能力)
(操作)
用大肠埃希氏菌W3110菌株的染色体DNA作为模板,使用下列引物扩增大肠埃希氏菌BE基因。参考Hilden,I.et al.(2000)Eur JBiochem 267,2150-2155)设计引物,以便扩增全长大肠埃希氏菌BE结构基因。下面的表1A示出了设计的引物序列。
(表1A)
引物1(N-端侧) | ECBEN-NCO | GAACCATGGCCGATCGTATCGATAGAGACG(SEQ ID NO:21)NcoI位点 |
引物2(C-端侧) | ECBEC-HIN | CCCAAGCTTCATTCTGCCTCCCGAACC(SEQ ID NO:22)HindIII位点 |
使用宝生物公司制造的DNA聚合酶PyroBest根据推荐的方案进行PCR。将扩增片段插入pGEM-T Easy(由Promega制造)的TA克隆位点,所得质粒命名为pEBE1。用限制酶NcoI和HindIII处理pEBE1得到片段。将所得片段连接入事先用相同酶(NcoI和HindIII)处理的pTrc99A,在含有这种连接产物的溶液中转化大肠埃希氏菌TG-1。从转化的大肠埃希氏菌TG-1中分离质粒,所得质粒命名为pEBE2-1。
将携带pEBE2-1的大肠埃希氏菌TG-1在含有50μg/mL氨苄青霉素的培养基中37℃振荡培养,在晚对数期加入终浓度为0.1mM的IPTG,将转化体在37℃过夜培养。
通过离心收集细胞,将所得细胞沉淀物悬浮在10mM磷酸钾缓冲液(pH 7.5)中,通过超声破碎得到液体。离心这种液体,得到上清液,将上清液用作粗制酶液体。
制备用Q-Sepharose Fast Flow(Amersham-Pharmacia)填充的柱,用20mM Tris-HCl(pH 7)平衡树脂。将所述粗制酶液体施加到柱上,以便将粗制酶液体吸附到树脂上,随后用含0.1M NaCl的相同缓冲液,即含0.1M NaCl的20mM Tris-HCl(pH 7)洗涤树脂。用含0.2M NaCl的相同缓冲液(即含0.2M NaCl的20mM Tris-HCl(pH 7))洗脱BE活性。
将硫酸铵加入具有BE活性的洗脱液中至最终浓度0.3M,然后将其以下面的方式经过疏水色谱法来纯化BE酶。首先,制备用Phenyl-Toyopearl 650M(Tosoh Corporation)填充的柱,并且用含0.3M硫酸铵的20mM Tris-HCl(pH 7)平衡。将酶吸附到这种树脂上,随后用20mM Tris-HCl(pH 7)洗涤树脂。蒸馏水流过柱子来回收所述酶。以这种方式得到纯化的酶。
(测试合成糖原能力)
将直链淀粉A(Mn 2900,由Nacalai Tesque制造)或直链淀粉AS10(Mw 10,000(Mn 9100),由Ajinoki Co.,Ltd.制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,所得混合物在30℃反应24小时。反应溶液的组成:来源于大肠埃希氏菌的BE,40,000U/g底物;底物浓度,0.5wt%;磷酸钾浓度,20mM;pH 7.5。通过MALLS方法检验反应溶液中合成葡聚糖的平均分子量和它的产率。下面的表1B示出结果。
(表1B)
结果是,发现来源于大肠埃希氏菌的BE具有合成Mw为1000kDa或更高的糖原的能力。
(生产实施例5:重组生产来源于Rhodothermus obamensis的BE)
从Bio Resource Center(RIKEN,独立行政法人,日本)得到Rhodothermus obamensis JCM9785. 这种菌株在Marine Broth 2216(由Difco制造)中70℃液体培养,并且从培养细胞中提取染色体DNA。
利用上述染色体DNA作为模板和下列引物扩增Rhodothermusobamensis BE基因。参考非专利文献11中公布的碱基序列信息设计这些引物,以便扩增全长Rhodothermus obamensis BE结构基因。下面的表1C示出设计的引物序列。
(表1C)
引物1(N-端侧) | ROBEN-ECO | AATCCAACCTTCGAATTCAGCTGGCTCACGGAAGAAGACA(SEQ ID NO:23)EcoRI位点 |
引物2(C-端侧) | ROBEC-PST | AATCAATCAATCAACTGCAGACGGTTACCCGTGCTCCGGC(SEQ ID NO:24)PstI位点 |
使用Toyobo Co.,Ltd.制造的DNA聚合酶KOD-Plus,在包含下列组成的反应溶液中在下列条件下进行PCR:
染色体DNA(约0.5μg/μL) | 2μL |
引物1(10pmol/μL) | 3μL |
引物2(10pmol/μL) | 3μL |
x10 KOD-Plus缓冲液 | 10μL |
2mM dNTP | 10μL |
25mM MgSO4 | 4μL |
KOD-Plus | 2μL |
蒸馏水(DW) | 70μL |
条件:在94℃加热2分钟,随后在94℃加热15秒、55℃加热13秒、68℃加热2.5分钟进行30个循环。
用限制酶EcoRI和PstI处理得到的DNA片段,随后连接入事先用相同酶(EcoRI和PstI)处理的pTrc99A,在含有连接产物的溶液中转化大肠埃希氏菌TG-1。从转化的大肠埃希氏菌TG-1中分离质粒,得到的质粒命名为pRBE1。
将携带pRBE1的大肠埃希氏菌TG-1在含有50μg/mL氨苄青霉素的培养基中37℃振荡培养,在晚对数期加入最终浓度为0.1mM的IPTG,将转化体在37℃过夜培养。
通过离心收集细胞,将得到的细胞沉淀物悬浮在20mM Tris-HCl缓冲液(pH 7)中,通过超声破碎得到液体。离心这种液体,得到上清液,随后在70℃将上清液加热30分钟并且离心来回收上清液,得到的上清液用作粗制酶液体。
制备用Q-Sepharose Fast Flow(Amersham-Pharmacia)填充的柱,用20mM Tris-HCl(pH 7)平衡树脂。将所述粗制酶液体施加到柱上,以便将粗制酶液体吸附到树脂上,随后用含0.1M NaCl的相同缓冲液洗涤树脂。用含0.5M NaCl的相同缓冲液洗脱BE活性。对20mM Tris-HCl(pH 7)透析所述洗脱液,得到纯化的BE。如下面的实施例8所示,得到的纯化BE具有合成Mw为1000kDa或更高的糖原的能力。
(生产实施例6:重组生产来源于四季豆的BE并且测试其合成高分子量葡聚糖的能力)
作为来源于四季豆(Phaseolus vulugarisL.)的BE,使用Nozaki,K.et al.(2001)Biosci.Biotechnol.Biochem.65,1141-1148中描述的KBE2。
(测试合成糖原能力)
将直链淀粉A(Mn 2900,由Nacalai Tesque制造)或直链淀粉AS10(Mw 10,000(Mn 9100),由Ajinoki Co.,Ltd.制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,所得混合物在30℃反应24小时。反应溶液的组成:KBE2的量,40,000U/g底物;底物浓度,0.5wt%;磷酸钾浓度,20mM;pH 7.5。通过MALLS方法检验反应溶液中合成的葡聚糖的平均分子量和它的产率。下面的表1D示出结果。
(表1D)
结果发现当使用KBE2时,不能合成1000kDa或更大的糖原。
(生产实施例7:重组生产来源于热速芽孢杆菌的BE)
除了使用编码来源于热速芽孢杆菌的BE的基因(SEQ ID NO:9)代替编码来源于风产液菌的BE的基因并且加热温度为60℃之外,用与生产实施例1相同的方式重组生产来源于热速芽孢杆菌的BE。
(生产实施例8:重组生产来源于热溶芽孢杆菌的BE)
除了使用编码来源于热溶芽孢杆菌的BE的基因(SEQ ID NO:9)代替编码来源于风产液菌的BE的基因并且加热温度为60℃之外,用与生产实施例1相同的方式重组生产来源于热溶芽孢杆菌的BE。
(测量实施例1:测量来源于风产液菌VF5的BE的降低支链淀粉分子量活性)
首先,将100μl蒸馏水加入50mg蜡质玉米淀粉(WCS,由SanwaCorn Starch Co.,Ltd.制造)中,并且充分搅拌。随后向其中加入900μl二甲基亚砜(DMSO),搅拌并且在沸水浴中加热20分钟。向其中加入8.9ml蒸馏水,充分搅拌并且在沸水浴中再加热10分钟。向其中加入100μl 1M磷酸盐缓冲液(pH 7.5),搅拌并用作底物溶液。
将所述底物溶液分配为800μL/管的体积。也就是说,每管含有4mg WCS。向各管中分别加入66.7、83.3、100、116.7、133.3或150μL含有通过与生产实施例1相同的方法生产的来源于风产液菌VF5的BE的溶液(BE活性:2.4 U/mL),和133.3、116.7、100、83.3、66.7或50μL稀释剂,来调节反应溶液的体积至1000μL,随后在70℃反应16小时。所述稀释剂是含0.05%Triton X-100的10mM磷酸钾缓冲液(pH 7.5)。当反应时间达到16小时,加入1N HCl将反应溶液的pH从3降至4,在100℃另外加热反应溶液10分钟来终止反应。
反应终止之后,用0.45-μm的过滤器过滤反应溶液,通过MALLS方法测量反应溶液中所含产物的Mw。下面的“测量所产生葡聚糖的重均分子量(Mw)的方法”中详细描述了MALLS方法。
在纵轴(y-轴)上标出计算Mw(kDa)的对数,而在水平轴(x-轴)上标出酶的用量(μL),使用Microsoft Corporation制造的软件MS-Excel绘制幂近似曲线。图12中示出这个图表。近似曲线的方程表达为y=24,090x-1.340(R2=0.9896)。从以上方程算出将4mg WCS底物的Mw降至400kDa所需的酶量V1(μL)为119μL。通过转换酶量/1g底物,计算1U分子量降低活性所需的酶量V2(mE)(=(119μL/1000)×(1000mg/4mg)=29.75(mL))。酶溶液的分子量降低活性E1是单位分子量降低活性的倒数(E1=1/V2=1/29.75=0.0336)(U/mL)。因此,BE活性/分子量降低活性=(2.4(U/mL)/0.0336(U/mL))=71。
(测量实施例2:测量来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的BE的降低支链淀粉分子量活性)
除了使用生产实施例1中生产的来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的BE代替来源于风产液菌VF5的BE并且反应温度为50℃之外,用与测量实施例1相同的方式确定BE活性/分子量降低活性。结果是,BE活性/分子量降低活性为270。
(测量实施例3:测量来源于Rhodothermus obamensis的BE的降低支链淀粉分子量活性)
除了使用生产实施例5中生产的来源于Rhodothermus obamensis的BE代替来源于风产液菌VF5的BE并且反应温度为65℃之外,用与测量实施例1相同的方式确定BE活性/分子量降低活性。结果是,BE活性/分子量降低活性为35。
(测量实施例4:测量来源于大肠埃希氏菌的BE的降低支链淀粉分子量活性)
除了使用生产实施例4中生产的来源于大肠埃希氏菌的BE代替来源于风产液菌VF5的BE并且反应温度为30℃之外,用与测量实施例1相同的方式确定BE活性/分子量降低活性。结果是,BE活性/分子量降低活性为273。
(测量实施例5:测量来源于蜡质芽孢杆菌的BE的降低支链淀粉分子量活性)
除了使用根据非专利文献9所述方法中生产的来源于蜡质芽孢杆菌的BE代替来源于风产液菌VF5的BE并且反应温度为30℃之外,用与测量实施例1相同的方式确定BE活性/分子量降低活性。结果是,BE活性/分子量降低活性为1086。
(测量实施例6:测量来源于四季豆的BE的降低支链淀粉分子量活性)
除了使用生产实施例6中生产的来源于四季豆的BE代替来源于风产液菌VF5的BE并且反应温度为30℃之外,用与测量实施例1相同的方式确定BE活性/分子量降低活性。结果是,BE活性/分子量降低活性为130069。
(测量实施例7:测量来源于热速芽孢杆菌的BE的降低支链淀粉分子量活性)
除了使用生产实施例7中生产的来源于热速芽孢杆菌的BE代替来源于风产液菌VF5的BE并且反应温度为50℃之外,用与测量实施例1相同的方式确定BE活性/分子量降低活性。结果是,BE活性/分子量降低活性为466。
(测量实施例8:测量来源于热溶芽孢杆菌的BE的降低支链淀粉分子量活性)
除了使用生产实施例8中生产的来源于热溶芽孢杆菌的BE代替来源于风产液菌VF5的BE并且反应温度为50℃之外,用与测量实施例1相同的方式确定BE活性/分子量降低活性。结果是,BE活性/分子量降低活性为402。
下面的表1E总结了通过这些实施例测量的BE活性/分子量降低活性和糖原合成能力。
(表1E)
来源 | BE活性/分子量降低活性 | 合成糖原能力 | 特性 |
四季豆 | 130069 | 无 | 中温性 |
蜡状芽孢杆菌 | 1086 | 无 | 中温性 |
热速芽孢杆菌 | 466 | 有 | 耐热性 |
热溶芽孢杆菌 | 402 | 有 | 耐热性 |
大肠埃希氏菌 | 273 | 有 | 中温性 |
嗜热脂肪芽孢杆菌 | 270 | 有 | 耐热性 |
风产液菌 | 71 | 有 | 耐热性 |
Rhodothermusobamensis | 35 | 有 | 耐热性 |
(测量所产生葡聚糖的重均分子量(Mw)和产率的方法)
通过MALLS方法按照下面的方式测量所产生葡聚糖的Mw:使用柱Shodex OH-Pack SB806MHQ(内径8mm,长度300mm,由ShowaDenko K.K.制造)和保护柱Shodex OH-Pack SB-G(内径6mm,长度50mm,由Showa Denko K.K.制造),将多角度激光光散射检测器(DAWN-DSP,由Wyatt Technology制造)和示差折光计(Shodex RI-71,由Showa Denko K.K.制造)按照这个顺序连接并用作检测器。将所述柱保持在40℃,使用0.1M硝酸钠溶液作为洗脱液,流速为1mL/分钟。分子量为约10,000或更高的α-葡聚糖在前11分钟内从HPLC系统内洗脱出,其中调节管路,使得Shodex制造的支链淀粉P-50(包含在GFC(水基GPC)的标准样品STANDARD P-82内)的峰在9.3分钟时洗出。具体而言,选择从洗脱开始至11分钟的所有峰,使得包含示差折光计和多角度激光光散射检测器检出的峰作为数据,并且使用数据分析软件(商品名:STRA,由Wyatt Technology制造)收集数据,并用该软件分析来确定Mw。在这些条件下排除了分子量为约10,000或更低的葡聚糖。作为葡聚糖的dn/dc(固有折光指数的增量)使用0.145mL/g。
测量示差折光计的峰面积,并且用这个峰面积除以dn/dc值,由此计算洗脱出的高分子量葡聚糖的量(g)。洗脱出的高分子量葡聚糖的量除以合成所用的底物量(其在计算公式中是底物浓度和HPLC上样体积的乘积),并乘以100来确定产率(%)。也就是说,根据下面的等式计算产率:产率(%)={(洗脱出的高分子量葡聚糖的量(g))÷[(底物浓度(g/mL))×(HPLC上样体积(mL))]}×100
利用分子量为1,000,000或更高的高分子量葡聚糖的量,可以确定糖原的产率。
(实施例1:由低分子量直链淀粉生产糖原)
(1-1:由直链淀粉A生产)
将直链淀粉A(Mn 2900,由Nacalai Tesque制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,并且所得混合物在70℃反应17小时。反应溶液的组成:来源于风产液菌的BE的量,10,000、20,000或40,000U/g底物;底物浓度,2wt%;磷酸钾浓度,20mM;pH 7.5。
图2中示出了由低分子量α-葡聚糖生产糖原的示意图。反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在表1和图3中。在表1中,葡聚糖的产率表示分子量为10,000或更高的葡聚糖的总产率,糖原的产率(%)表示分子量为1,000,000或更高(即糖原)的葡聚糖的产率。结果是,证实了当使用10,000-40,000U/g底物的量的BE时,由Mn为2900的直链淀粉A产生Mw为1,000,000或更高的糖原,并且几乎所有由直链淀粉A生产的葡聚糖都是糖原。
(1-2:由各种分子量的底物生产糖原)
分别使用直链淀粉AS-5、AS-10、AS-30、AS-70或AS-110(Mw分别为5000、10000、30000、70000和110000,由Ajinoki Co.,Ltd.制造)作为底物。由于它们的Mw/Mn几乎为1.1,它们的Mn分别为4,500、9,100、27,000、64,000和100,000。
将各种直链淀粉溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,并且所得混合物在70℃反应16小时。反应溶液的组成:来源于风产液菌的BE的量,10,000U/g底物;底物浓度,2wt%;磷酸钾浓度,40mM;pH 7.5。
反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在表1和图4中。在表1中,来源于风产液菌的BE用Aq表示。
结果发现,甚至从Mn为100,000的直链淀粉产生了糖原。反应开始前溶液中糖的Mn大于9100时,产物的分子量分成两个峰。存在分裂的峰时,只测量较高分子量的那个峰。有这种趋势,反应开始前溶液中糖的Mn越大,产物的Mw越小,且产率越高。
(1-3:由各种浓度的底物生产糖原)
作为底物,将直链淀粉A(Mn 2900,由Nacalai Tesque制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,并且所得混合物在70℃反应17小时。反应溶液的组成:来源于风产液菌的BE的量,10,000或40,000U/g底物;底物浓度,2、4、8或12wt%;磷酸钾浓度,40mM;pH 7.5。
反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在表1-2中。在表1-2中,糖原的产率(%)表示分子量为1,000,000或更高(即糖原)的葡聚糖的产率。
结果发现,至少在底物浓度高达约12%时产生了糖原。有这种趋势,底物浓度越高,产物的Mw越小。
(表1-2)
Aq:来源于风产液菌的分支酶
Mw:重均分子量
Mn:数均分子量
(实施例2:由淀粉生产糖原)
(2-1:由玉米淀粉生产糖原)
将玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)(2wt%)悬浮在水中,并在100℃加热30分钟,由此使玉米淀粉糊化。将混合物冷却至40℃,向其中加入异淀粉酶(缩写为IAM,5000或50000U/g底物,由(株)林原生物化学研究所制造)并且在40℃反应4小时、6小时、8小时或20小时,由此产生直链淀粉。之后,用5mM磷酸钾缓冲液调节溶液至pH7.5,向其中加入来源于风产液菌的BE得到混合物,其中底物浓度为2wt%,BE的量为10000、20000、40000或60000U/g底物,随后在55℃、65℃、70℃或75℃反应20小时。
图5示出用脱支酶降解淀粉来得到直链淀粉、随后所述直链淀粉与BE反应来产生糖原的示意图。反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在表2和图6中,图6是标出结果的图表,其中IAM的量为5000U/g底物,BE的量为10000、20000、40000或60000U/g底物。在表2中,糖原的产率(%)表示分子量为1,000,000或更高的葡聚糖(即糖原)的产率。
(表2)
IAM量(U/g底物) | IAM的反应温度(℃) | IAM的反应时间(小时) | BE量(U/g底物) | BE的反应温度(℃) | BE的反应时间(小时) | 产物的Mw(kDa) | 产物的Mn(kDa) | Mw/Mn | 糖原的产率(%) |
5000 | 40 | 20 | 10000 | 70 | 20 | 4866 | 3637 | 1.34 | 35.4 |
50000 | 40 | 20 | 10000 | 70 | 20 | 5076 | 3047 | 1.67 | 33.4 |
5000 | 40 | 20 | 20000 | 70 | 20 | 4078 | 3298 | 1.24 | 40.6 |
50000 | 40 | 20 | 20000 | 70 | 20 | 5431 | 3015 | 1.80 | 33.6 |
5000 | 40 | 20 | 40000 | 70 | 20 | 5215 | 3779 | 1.38 | 38.4 |
50000 | 40 | 20 | 40000 | 70 | 20 | 5481 | 3407 | 1.61 | 33.6 |
5000 | 40 | 20 | 60000 | 70 | 20 | 4367 | 2970 | 1.47 | 31.9 |
50000 | 40 | 20 | 60000 | 70 | 20 | 4782 | 2930 | 1.63 | 30.4 |
5000 | 40 | 4 | 20000 | 55 | 20 | 6579 | 5787 | 1.14 | 42.7 |
5000 | 40 | 4 | 20000 | 65 | 20 | 4998 | 4255 | 1.17 | 42.5 |
5000 | 40 | 4 | 20000 | 75 | 20 | 4632 | 3534 | 1.31 | 40.7 |
5000 | 40 | 6 | 20000 | 55 | 20 | 5710 | 4947 | 1.15 | 46.4 |
5000 | 40 | 6 | 20000 | 65 | 20 | 7302 | 5437 | 1.34 | 39.5 |
5000 | 40 | 6 | 20000 | 75 | 20 | 4873 | 3781 | 1.29 | 40.1 |
5000 | 40 | 8 | 20000 | 55 | 20 | 6583 | 5587 | 1.18 | 42.1 |
5000 | 40 | 8 | 20000 | 65 | 20 | 6676 | 5057 | 1.32 | 40.7 |
5000 | 40 | 8 | 20000 | 75 | 20 | 5950 | 3550 | 1.68 | 38.8 |
5000 | 40 | 20 | 20000 | 55 | 20 | 7044 | 5979 | 1.18 | 36.8 |
5000 | 40 | 20 | 20000 | 65 | 20 | 6028 | 4905 | 1.23 | 37.2 |
5000 | 40 | 20 | 20000 | 75 | 20 | 5284 | 4053 | 1.30 | 36.8 |
BE:来源于风产液菌的分支酶
IAM:来源于介支淀粉假单胞菌的异淀粉酶
Mw:重均分子量
Mn:数均分子量
结果发现,由玉米淀粉的异淀粉酶降解产物产生了糖原。几乎与异淀粉酶的量和BE的量无关,所得Mw为约5,000,000的糖原的产率为约30%或更高。异淀粉酶的反应时间为4小时或更高时,产生了糖原。在55℃、65℃、70℃或75℃的任意BE反应温度下产生了糖原。
(2-2:由各种淀粉生产糖原)
将玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)、蜡质玉米淀粉(由Roquette制造)、小麦淀粉(由和光纯药工业(株)制造)、马铃薯淀粉(由和光纯药工业(株)制造)或木薯淀粉(由VEDAN ENTERPRISE Co.,Ltd.制造)(2wt%)悬浮在水中并且在100℃加热30分钟,由此使玉米淀粉糊化。将混合物冷却至40℃,向其中加入异淀粉酶(5000U/g底物,由(株)林原生物化学研究所制造)并且在40℃反应20小时,由此产生直链淀粉。之后,用5mM磷酸钾缓冲液调节溶液至pH 7.5,向其中加入来源于风产液菌的BE得到混合物,其中底物浓度为2wt%,BE的量为20000U/g底物,随后在55℃、65℃或75℃反应20小时。
反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在下面的表3中。
结果发现,可以使用各种淀粉作为异淀粉酶底物来生产糖原。
(2-3:使用来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的BE由淀粉生产糖原)
将玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)(2wt%)悬浮在水中并且在100℃加热30分钟,由此使玉米淀粉糊化。将混合物冷却至40℃,向其中加入异淀粉酶(5000U/g底物,由(株)林原生物化学研究所制造)并且在40℃反应20小时,由此产生直链淀粉。之后,用40mM磷酸钾缓冲液调节溶液至pH 7.5,向其中加入来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的BE得到混合物,其中底物浓度为2wt%,BE的量为20000U/g底物,随后在55℃反应20小时。
反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在下面的表3中。在表3中,葡聚糖的产率表示分子量为10,000或更高的葡聚糖的总产率,糖原的产率(%)表示分子量为1,000,000或更高的葡聚糖(即糖原)的产率。
结果发现,甚至使用来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的BE可以产生糖原。
(2-3:使用异淀粉酶和BE一起生产糖原)
将玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)(1wt%)悬浮在水中并且在100℃加热30分钟,由此使玉米淀粉糊化。将混合物冷却至65℃,向其中加入异淀粉酶(500000U/g底物,由(株)林原生物化学研究所制造)和来源于风产液菌的BE(60000U/g底物),用40mM磷酸钾缓冲液调节溶液至pH 7.5并且在65℃反应16小时。
反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果发现,甚至通过异淀粉酶和BE一起作用于淀粉可以产生糖原。
(实施例3A:通过使4-α-葡聚糖基转移酶和BE一起作用于短糖链直链淀粉来生产糖原)
(3-1:利用来源于风产液菌的BE和TaqMalQ生产糖原)
将底物(麦芽五糖(G5)、麦芽六糖(G6)或麦芽七糖(G7))溶解在水中,并且向底物溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,并且所得混合物在65℃反应17小时。反应溶液的组成:来源于风产液菌的BE的量,40000、80000或160000U/g底物;TaqMalQ,10U/g底物;底物浓度,1%;磷酸钾浓度,10mM;pH 7.5。
图7示出通过4-α-葡聚糖基转移酶由麦芽五糖生产直链淀粉、以及通过BE由直链淀粉生产糖原的示意图。反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在表4和图8中。图8示出Mw,其中BE用量为80000U/g底物。存在分离的峰时,只测量分子量较高的峰。
结果发现,从G5、G6和G7利用4-α-葡聚糖基转移酶一起以高度有效的方式产生糖原。
(3-2:利用来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的BE和TaqMalQ生产糖原)
将底物(麦芽七糖(G7))溶解在水中,并且向底物溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,并且所得混合物在50℃反应17小时。反应溶液的组成:来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的BE的量,160000U/g底物;TaqMalQ的量,2.3U/g底物;底物浓度,0.5%;磷酸钾浓度,5mM;pH 7.5。
反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在下面的表4中。在表4中,葡聚糖的产率表示分子量为10,000或更高的葡聚糖的总产率,糖原的产率表示分子量为1,000,000或更高的葡聚糖(即糖原)的产率。
结果发现,甚至使用来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的BE时,可以由G7利用4-α-葡聚糖基转移酶一起以高度有效的方式产生糖原。
(实施例4:在相对低温的条件下生产糖原)
将直链淀粉A(Mn2900,由Nacalai Tesque制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,所得混合物在30℃反应16小时。反应溶液的组成:来源于风产液菌或嗜热脂肪芽孢杆菌的BE的量,80,000U/g底物;底物浓度,2wt%;磷酸钾浓度,20mM;pH 7.5。
反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在表5中。在表5中,葡聚糖的产率表示分子量为10,000或更高的葡聚糖的总产率,糖原的产率表示分子量为1,000,000或更高的葡聚糖(即糖原)的产率。
结果证实,甚至使用其中任一种热稳定BE而且反应温度为30℃时,可以由直链淀粉A产生Mw为1,000,000或更高的糖原。从这个结果看出,糖原的产生不是由于高温反应条件,而是由于热稳定BE的特性。
(比较实施例1:利用来源于蜡质芽孢杆菌的BE生产α-葡聚糖)
将直链淀粉A、或酶促合成的直链淀粉(AS-10(Mw10000;Mn9100)或AS-320(Mw320000;Mn290000))溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,所得混合物在30℃反应24小时。反应溶液的组成:来源于蜡质芽孢杆菌的BE的量,40,000U/g底物;底物浓度,0.5wt%;磷酸钾浓度,20mM;pH 7.5。根据非专利文献9中描述的方法制备来源于蜡质芽孢杆菌的BE。
反应之后,通过在沸水浴中加热10分钟来终止所述反应,通过MALLS方法分析得到的α-葡聚糖。结果显示在表6中。在表6中,葡聚糖的产率表示分子量为10,000或更高的葡聚糖的总产率,糖原的产率表示分子量为1,000,000或更高的葡聚糖(即糖原)的产率。
当使用直链淀粉A作为底物时,不能检测到高分子量α-葡聚糖。无论使用哪种酶促合成的直链淀粉,分子量为10,000-500,000的葡聚糖几乎占产物的100%,不能检测到分子量为1,000,000或更高的葡聚糖。当使用Mn为9100的底物时,产物的Mw为86900,当使用Mn为290000的底物时,产物的Mw为61900。当使用高分子量底物时,发生底物转换为小分子化合物。
另外,蜡质芽孢杆菌BE相似地作用于Mn为4500-290000的各种大小的直链淀粉,通过凝胶过滤分析所述产物,显示主要组分的分子量与上述试验中的几乎相同。也就是说,在任何情况下不能得到分子量大于1,000,000的高分子量α-葡聚糖。
(实施例3B:通过BE单独作用于短糖链直链淀粉来生产α-葡聚糖)
将底物(麦芽四糖(G4)、麦芽五糖(G5)、麦芽六糖(G6)或麦芽七糖(G7))溶解在水中,加入来源于风产液菌的BE,调节反应溶液使之具有下面表7中显示的底物浓度和BE量,用10mM磷酸钾缓冲液调节pH至7.5并且在下面表7中显示的温度下反应17小时。
反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在下面的表7中。在表7中,糖原的产率(%)表示分子量为1,000,000或更高的葡聚糖(即糖原)的产率。
结果发现,使用低分子量底物G4-G7时,可以合成糖原。
(实施例5:BE和支链淀粉酶作用于淀粉来生产糖原)
将玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)(2wt%)悬浮在水中并且在100℃加热30分钟,由此使玉米淀粉糊化。将混合物冷却至60℃,向其中加入支链淀粉酶(5U/g底物;Kleistase,由大和化成(株)制造)并且在60℃反应20小时,由此产生直链淀粉,随后在100℃加热10分钟来终止反应。之后,用10mM磷酸钾缓冲液调节溶液至pH 7.5,加入20000U/g底物的量的来源于风产液菌的BE,并且在65℃反应20小时。
反应之后,测量产生的α-葡聚糖的分子量。结果显示在下面的表8中。在表8中,糖原的产率(%)表示分子量为1,000,000或更高的葡聚糖(即糖原)的产率。结果是,与用异淀粉酶脱支的玉米淀粉类似,用支链淀粉酶脱支的玉米淀粉可以产生糖原。
(表5)
Aq:来源于风产液菌的分支酶
Bst:来源于嗜热脂肪芽孢杆菌的分支酶
Mw:重均分子量
Mn:数均分子量
(表6)
(表7)
Aq:来源于风产液菌的分支酶
Mw:重均分子量
Mn:数均分子量
(表8)
(评价实施例1:对用支链淀粉酶降解的抗性)
据报导,使用现有技术,通过BE作用于直链淀粉得到的α-葡聚糖与天然糖原不同,这种差异在于它容易被支链淀粉酶降解(非专利文献10)。
检验通过本发明的方法生产的糖原是否与天然糖原类似,对用支链淀粉酶降解有抗性。
将玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)(1wt%)悬浮在水中并且蒸汽加压锅中糊化。将产物冷却至40℃,加入异淀粉酶(40000U/g底物,由(株)林原生物化学研究所制造)并且在40℃反应6小时来形成直链淀粉。之后,用3mM磷酸钾缓冲液(pH 7.0)和5N NaOH调节溶液至pH7.5,加入来源于风产液菌的BE至浓度为20000U/g底物并且在65℃反应19小时来产生重均分子量为9719 kDa的糖原。将这种糖原、来源于牡蛎的试剂糖原(由和光纯药工业(株)制造)、蜡质玉米淀粉(由Roquette制造)或玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)溶解在1N NaOH中并且用HCl中和。之后立即加入来源于短芽孢杆菌的支链淀粉酶(由大和化成(株)制造),调节反应溶液至底物浓度为0.5wt%和支链淀粉酶(0、2、4、16、64、256U/g底物),并用10mM醋酸钠缓冲液(pH 5.0)调节溶液至pH 5.0,随后在60℃反应30分钟。
反应之后,测量产物的分子量。结果显示在图9中。
结果发现,淀粉迅速降解,但是来源于牡蛎的试剂糖原(由和光纯药工业(株)制造)和根据本发明的生产方法生产的糖原几乎不被支链淀粉酶降解。因此,证实了根据本发明的生产方法生产的糖原与天然糖原具有相同的性质并且可以称为真正的糖原。
(评价实施例2:对用α-淀粉酶降解的抗性)
已知糖原几乎不被支链淀粉酶降解,并且根据本发明人的试验发现对α-淀粉酶降解有极端的抗性。例如,通过用300U/g人唾液α-淀粉酶处理30分钟,蜡质玉米淀粉和常规玉米淀粉被降解至分子量为10,000或更低,但是在相同条件下来源于牡蛎的试剂糖原几乎不被降解。
检验通过本发明的方法生产的糖原是否与天然糖原类似,对用α-淀粉酶降解有抗性。
将在评价实施例1中制备的糖原、来源于牡蛎的试剂糖原(由和光纯药工业(株)制造)、蜡质玉米淀粉(由Roquette制造)或玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)溶解在1N NaOH中并且用HCl中和。之后立即加入来源于人唾液的α-淀粉酶(XIII-A型,由Sigma制造),调节反应溶液至底物浓度为0.5wt%和α-淀粉酶(0、5、37.5、75、150、300U/g底物),用20mM磷酸钾缓冲液(pH 7.0)调节溶液至pH 7.0,随后在37℃反应30分钟。
反应之后,测量产物的分子量。结果显示在图10中。当α-淀粉酶的量为0、5或37.5U/g底物时,因为产物不能过滤,所以不能测量淀粉的分子量。
结果发现,淀粉迅速降解,但是来源于牡蛎的试剂糖原(由和光纯药工业(株)制造)和根据本发明的生产方法生产的糖原几乎不被α-淀粉酶降解。因此,证实了根据本发明的生产方法生产的糖原与天然糖原具有相同的性质并且可以称为真正的糖原。
(实施例6:证实糖原的溶解度)
将直链淀粉A(Mn2900,由Nacalai Tesque制造)或直链淀粉AS10(Mw10,000(Mn9100),由Ajinoki Co.,Ltd.制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,所得混合物在70℃反应24小时。反应溶液的组成:来源于风产液菌的BE的量,34,000U/g底物;底物浓度,0.5wt%;磷酸钾浓度,20mM;pH 7.5。通过这个反应得到的糖原的产率(%)为10.1%(使用直链淀粉A作为底物时)或者59.0%(使用直链淀粉AS10作为底物时)。
通过下面的方法确定溶解度。将得到的糖原通过乙醇沉淀回收,干燥,在室温(约20℃)加入蒸馏水得到2mg/mL混合物。在室温下用漩涡混合器将混合物搅拌30秒,用0.45μm过滤器过滤。通过MALLS方法测量滤出液中溶解糖原的量。
另外,通过下面的方法确定支链淀粉酶抗性和α-淀粉酶抗性。首先,将通过乙醇沉淀回收的糖原悬浮在水中,通过100℃加热使之完全溶解。支链淀粉酶处理中以量为256 U/g底物的Kleistase(由大和化成(株)制造)在60℃处理30分钟。α-淀粉酶处理中以量为300U/g底物的XIII-A型(由Sigma制造)在37℃处理30分钟。反应终止之后,通过MALLS方法计算葡聚糖的Mw。通过根据下面方程确定的比率来评估对支链淀粉酶和α-淀粉酶的抗性。即
支链淀粉酶抗性(%)
={(Mw支链淀粉酶处理后)/(Mw处理前)}×100,和
α-淀粉酶抗性(%)
={(Mwα-淀粉酶处理后)/(Mw处理前)}×100
结果显示在下面的表9中。
(表9)
结果发现,通过本发明的方法可以得到具有高溶解度、对支链淀粉酶和α-淀粉酶有高抗性的糖原。
(实施例7:通过结合使用来源于风产液菌VF5的BE和来源于水生栖热菌的4-α-葡聚糖基转移酶(TaqMalQ)来改善糖原的产率)
(实施例7-1:通过TaqMalQ和来源于风产液菌的BE作用于直链淀粉A来生产糖原)
将直链淀粉A(Mn 2900,由Nacalai Tesque制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,所得混合物在65℃反应20小时。反应溶液的组成:来源于风产液菌的BE的量,5000或20000U/g底物;TaqMalQ的量,5、10或20U/g底物;底物浓度,2wt%;磷酸钾浓度,20mM;pH 7.5。下面的表10显示反应条件和产物的分析结果。
(表10)
底物:直链淀粉A
BE:来源于风产液菌的BE
Ma1Q:来源于水生栖热菌的4-α-葡聚糖基转移酶
因此发现,可以使用来源于风产液菌的BE和TaqMalQ来生产Mw为1000kDa或更高的糖原。这表明,通过加入TaqMalQ可以显著提高糖原的产率。
实施例7-2:通过TaqMalQ和来源于风产液菌的BE作用于玉米淀粉来生产糖原
将玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)(2wt%)悬浮在水中并且在100℃加热30分钟,由此使玉米淀粉糊化。将混合物冷却至40℃,向其中加入量为5000U/g底物的异淀粉酶(由(株)林原生物化学研究所制造)并且在40℃反应20小时来生产直链淀粉。之后用5mM磷酸钾缓冲液调节溶液至pH 7.5,并加入来源于风产液菌的BE(20000U/g底物)和TaqMalQ(0.1、0.5、1、2、3、4、5、10或20U/g底物)并且在65℃反应20小时。下面的表11显示反应条件和产物的分析结果。
因此发现,在异淀粉酶作用于玉米淀粉之后,可以利用来源于风产液菌的BE和TaqMalQ以高度有效的方式生产Mw为1000kDa或更高的糖原。
(实施例7-3:通过TaqMalQ和来源于风产液菌的BE作用于作为底物的液化脱支玉米淀粉来生产糖原)
将玉米淀粉(由和光纯药工业(株)制造)(2wt%)以6wt%的浓度悬浮在水中并且在100℃用α-淀粉酶(由大和化成(株)制造)液化至DE12。反应终止之后,向其中加入异淀粉酶(5000U/g底物,由(株)林原生物化学研究所制造)并且在40℃反应20小时来实现脱支。脱支产物的Mn为约600。用5mM磷酸钾缓冲液调节溶液至pH 7.5,加入来源于风产液菌的BE(5000U/g底物)和TaqMalQ(1U/g底物)并且在65℃反应20小时,由此得到Mw为11360kDa的糖原。
(实施例8:使用来源于Rhodothermus obamensis的BE生产糖原)
使来源于Rhodothermus obamensis的BE作用于直链淀粉A和AS-10来生产糖原。具体而言,将直链淀粉A(Mn2900,由Nacalai Tesque制造)或AS-10(Mn9100,由Ajinoki Co.,Ltd.制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,所得混合物在65℃反应17小时。反应溶液的组成:来源于Rhodothermus obamensis的BE,40,000U/g底物;底物浓度,2wt%;醋酸钠浓度,40mM;pH 6.0。下面的表12显示反应条件和产物的分析结果。
(表12)
BE:来源于Rhodothermus obamensis的BE
因此发现,使用来源于Rhodothermus obamensis的BE可以以高度有效的方式生产Mw为1000kDa或更高的糖原。
(实施例9:使用来源于热速芽孢杆菌的BE生产糖原)
使来源于热速芽孢杆菌的BE作用于直链淀粉A和AS-10来生产糖原。具体而言,将直链淀粉A(Mn2900,由Nacalai Tesque制造)或AS-10(Mn9100,由Ajinoki Co.,Ltd.制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,所得混合物在55℃反应16小时。反应溶液的组成:来源于热速芽孢杆菌的BE的量,20,000U/g底物;底物浓度,2wt%;Tris浓度,20mM;pH 7.0。下面的表13显示反应条件和产物的分析结果。
(表13)
BE:来源于热速芽孢杆菌的BE
因此发现,使用来源于热速芽孢杆菌的BE可以以高度有效的方式生产Mw为1000kDa或更高的糖原。
(实施例10:使用来源于热溶芽孢杆菌的BE生产糖原)
使来源于热溶芽孢杆菌的BE作用于直链淀粉A和AS-10来生产糖原。具体而言,将直链淀粉A(Mn2900,由Nacalai Tesque制造)或AS-10(Mn9100,由Ajinoki Co.,Ltd.制造)溶解在1N NaOH中,随后用HCl中和。之后立即向直链淀粉溶液中加入水、酶溶液和缓冲液,使得反应溶液具有下面的组成,所得混合物在45℃反应16小时。反应溶液的组成:来源于热溶芽孢杆菌的BE的量,20,000U/g底物;底物浓度,2wt%;Tris浓度,20mM;pH 7.0。下面的表14显示反应条件和产物的分析结果。
(表14)
BE:来源于热溶芽孢杆菌的BE
因此发现,使用来源于热溶芽孢杆菌的BE可以生产Mw为1000kDa或更高的糖原。
已经参考上述本发明的优选实施方案描述了本发明,但是不应认为本发明限于这些实施方案。应该理解,本发明的范围应该只通过权利要求来解释。应该理解,通过对本发明的具体优选实施方案的描述,本领域的技术人员可以基于本发明的描述和公知技术实现等同的范围。应该理解,本说明书中引用的专利、专利申请和文献的公开内容通过引用以其整体并入本文,就像在本说明书中具体描述一样。
工业实用性
根据本发明,提供了廉价地生产具有与天然糖原相同性质的高度分支和高分子量的α-葡聚糖的方法。通过本发明的方法生产的糖原与常见的天然糖原类似,可以在广泛范围内应用。天然糖原在多种工业领域中应用。例如,可以预期根据本发明方法生产的糖原可以用作免疫刺激剂、健康食品材料等。还可以预期通过本发明方法生产的糖原可以用于化妆品材料、食品材料(调味料)和其它工业材料中。通过本发明方法生产的糖原的用途还包括,例如微生物感染的治疗剂、湿润剂(例如有效改善皮肤保湿性的化妆品、防止嘴唇粗糙的化妆品)、复合调味料(例如具有扇贝(眼)味道的复合调味料)、抗肿瘤剂、形成发酵乳的促进剂、胶体颗粒聚集体、影响头发易梳性和光泽的改善头发表面摩擦阻力的物质、细胞活化剂(表皮细胞活化剂、成纤维细胞增殖剂等)、ATP生成促进剂、皮肤老化症状例如皱纹的改善剂、皮肤粗糙的改善剂、荧光颗粒表面处理剂和环状四糖(CTS;cyclo{→6}-α-D-glcp-(1→3)-α-D-glcp-(1→6)-α-D-glcp-(1→3)-α-D-glcp-(1→})合成的底物。本发明的方法中生产的糖原可以用作皮肤的外用制剂(例如化妆水、乳液、霜、精华素、生发剂、育发剂、面膜、唇膏、护唇霜、化妆粉底液、化妆粉底霜、粉底、眼影、腮红、香波、润丝、发用液剂、头发滋补剂、长效卷发剂、染发剂、处理(剂)、浴用剂、护手霜、护腿霜、护颈霜、爽身水等)、或眼用溶液等中。
根据本发明的方法,可以得到(类似于天然糖原)具有高溶解度以及直链淀粉酶和α-淀粉酶低降解性的糖原。这被认为是由于具有合成糖原能力的BE(尤其是热稳定BE)的特异性质。
所得糖原对上述酶的低消化性是很重要的,例如,对于显示所述糖原的免疫刺激活性,因此本发明尤其有用。
序列表
<110>江崎格力高株式会社
<120>生产糖原的方法
<130>EG017PCT
<140>PCT/JP2005/017900
<141>2005-09-28
<150>JP 2004-289337
<151>2004-09-30
<160>24
<170>PatentIn version 3.3
<210>1
<211>1893
<212>DNA
<213>风产热菌
<220>
<221>CDS
<222>(1)..(1893)
<400>1
atg aag aag ttc agt ctc atc agt gat tac gac gtt tac ctc ttt aag 48
Met Lys Lys Phe Ser Leu Ile Ser Asp Tyr Asp Val Tyr Leu Phe Lys
1 5 10 15
gag gga acg cac acg aga ctt tac gat aaa ctt ggc tcc cac gtt ata 96
Glu Gly Thr His Thr Arg Leu Tyr Asp Lys Leu Gly Ser His Val Ile
20 25 30
gaa cta aac ggg aaa agg tat acc ttc ttt gcg gtt tgg gca ccc cac 144
Glu Leu Asn Gly Lys Arg Tyr Thr Phe Phe Ala Val Trp Ala Pro His
35 40 45
gcg gat tac gta tca ctt ata ggc gat ttt aac gaa tgg gat aaa ggt 192
Ala Asp Tyr Val Ser Leu Ile Gly Asp Phe Asn Glu Trp Asp Lys Gly
50 55 60
tct act ccc atg gta aag agg gag gac ggc tcc gga ata tgg gag gtt 240
Ser Thr Pro Met Val Lys Arg Glu Asp Gly Ser Gly Ile Trp Glu Val
65 70 75 80
tta ctt gaa gga gac ctg act ggt tca aag tac aag tac ttt ata aag 288
Leu Leu Glu Gly Asp Leu Thr Gly Ser Lys Tyr Lys Tyr Phe Ile Lys
85 90 95
aac ggg aat tac gaa gtt gat aag tcc gat ccc ttc gca ttt ttc tgt 336
Asn Gly Asn Tyr Glu Val Asp Lys Ser Asp Pro Phe Ala Phe Phe Cys
100 105 110
gag caa ccc ccc gga aac gct tcc gta gtg tgg aag ctc aat tac agg 384
Glu Gln Pro Pro Gly Asn Ala Ser Val ValTrp Lys Leu Asn Tyr Arg
115 120 125
tgg aac gac tcc gaa tac atg aaa aag agg aaa aga gta aac tca cac 432
Trp Asn Asp Ser Glu Tyr Met Lys Lys Arg Lys Arg Val Asn Ser His
130 135 140
gac tcg cct ata tcc ata tac gaa gtt cac gtg ggt tct tgg agg aga 480
Asp Ser Pro Ile Ser Ile Tyr Glu Val His Val Gly Ser Trp Arg Arg
145 150 155 160
gtt cca gaa gag gga aac aga ttt ttg agc tat agg gaa ctt gcc gaa 528
Val Pro Glu Glu Gly Asn Arg Phe Leu Ser Tyr Arg Glu Leu Ala Glu
165 170 175
tac ctc cca tac tac gta aaa gag atg gga ttt act cac gtt gag ttc 576
Tyr Leu Pro Tyr Tyr Val Lys Glu Met Gly Phe Thr His Val Glu Phe
180 185 190
tta ccc gtt atg gaa cat ccc ttt tac ggc tct tgg ggc tac cag ata 624
Leu Pro Val Met Glu His Pro Phe Tyr Gly Ser Trp Gly Tyr Gln Ile
195 200 205
acg ggc tac ttc gct ccg act tcc aga tac gga act cct cag gac ttt 672
Thr Gly Tyr Phe Ala Pro Thr Ser Arg Tyr Gly Thr Pro Gln Asp Phe
210 215 220
atg tac tta ata gac aaa ctt cat caa gaa ggg ata ggt gtg ata cta 720
Met Tyr Leu Ile Asp Lys Leu His Gln Glu Gly Ile Gly Val Ile Leu
225 230 235 240
gac tgg gtt ccc tct cac ttt ccc acc gat gcc cac ggg ctc gca tac 768
Asp Trp Val Pro Ser His Phe Pro Thr Asp Ala His Gly Leu Ala Tyr
245 250 255
ttt gac ggg act cac ctt tac gag tac gag gac tgg aga aag agg tgg 816
Phe Asp Gly Thr His Leu Tyr Glu Tyr Glu Asp Trp Arg Lys Arg Trp
260 265 270
cat ccc gac tgg aac agc ttt gtt ttt gat tac gga aaa ccg gaa gtt 864
His Pro Asp Trp Asn Ser Phe Val Phe Asp Tyr Gly Lys Pro Glu Val
275 280 285
cgc tcc ttt ctc ctg agt tct gcc cac ttc tgg ctc gac aag tac cac 912
Arg Ser Phe Leu Leu Ser Ser Ala His Phe Trp Leu Asp Lys Tyr His
290 295 300
gca gac ggt ctc aga gtg gat gca gtt gct tca atg ctt tac cta gat 960
Ala Asp Gly Leu Arg Val Asp Ala Val Ala Ser Met Leu Tyr Leu Asp
305 310 315 320
tac tct agg aaa gaa tgg gtt cca aac ata tac gga ggg aaa gaa aac 1008
Tyr Ser Arg Lys Glu Trp Val Pro Asn Ile Tyr Gly Gly Lys Glu Asn
325 330 335
ctc gag gct ata gaa ttc ctc agg aag ttt aac gaa agc gtt tac aga 1056
Leu Glu Ala Ile Glu Phe Leu Arg Lys Phe Asn Glu Ser Val Tyr Arg
340 345 350
aat ttt cca gac gtc cag aca ata gcg gag gaa tca aca gcc tgg cct 1104
Asn Phe Pro Asp Val Gln Thr Ile Ala Glu Glu Ser Thr Ala Trp Pro
355 360 365
atg gtg tcc aga cct aca tac gtg ggg gga ctg gga ttt gga atg aag 1152
Met Val Ser Arg Pro Thr Tyr Val Gly Gly Leu Gly Phe Gly Met Lys
370 375 380
tgg aat atg ggt tgg atg aac gac aca ctc ttt tac ttt tca aag gat 1200
Trp Asn Met Gly Trp Met Asn Asp Thr Leu Phe Tyr Phe Ser Lys Asp
385 390 395 400
ccc atc tac agg aag tac cac cat gaa gtc ctc act ttc agt ata tgg 1248
Pro Ile Tyr Arg Lys Tyr His His Glu Val Leu Thr Phe Ser Ile Trp
405 410 415
tac gct ttt tcc gag aac ttc gtc ctt cca cta tcc cac gat gaa gtt 1296
Tyr Ala Phe Ser Glu Asn Phe Val Leu Pro Leu Ser His Asp Glu Val
420 425 430
gtt cac gga aag ggt tct ctg ata ggg aag atg cca gga gat tac tgg 1344
Val His Gly Lys Gly Ser Leu Ile Gly Lys Met Pro Gly Asp Tyr Trp
435 440 445
cag aag ttt gca aac ctt aga gcc ctt ttc gga tac atg tgg gca cac 1392
Gln Lys Phe Ala Asn Leu Arg Ala Leu Phe Gly Tyr Met Trp Ala His
450 455 460
cca ggg aaa aaa ctc ctc ttt atg ggg gga gag ttc gga cag ttt aag 1440
Pro Gly Lys Lys Leu Leu Phe Met Gly Gly Glu Phe Gly Gln Phe Lys
465 470 475 480
gaa tgg gat cac gaa acg agt ctc gac tgg cac ctc ttg gaa tac cct 1488
Glu Trp Asp His Glu Thr Ser Leu Asp Trp His Leu Leu Glu Tyr Pro
485 490 495
tct cac aga ggt att cag aga tta gtt aag gac tta aac gaa gtt tac 1536
Ser His Arg Gly Ile Gln Arg Leu Val Lys Asp Leu Asn Glu Val Tyr
500 505 510
agg agg gaa aag gct ttg cac gaa acg gat ttt tca cct gag ggc ttt 1584
Arg Arg Glu Lys Ala Leu His Glu Thr Asp Phe Ser Pro Glu Gly Phe
515 520 525
gag tgg gta gac ttc cac gac tgg gaa aag agc gtt ata tcc ttc ttg 1632
Glu Trp Val Asp Phe His Asp Trp Glu Lys Ser Val Ile Ser Phe Leu
530 535 540
aga aag gac aaa agc ggt aag gaa att ata ctc gta gtt tgc aac ttc 1680
Arg Lys Asp Lys Ser Gly Lys Glu Ile Ile Leu Val Val Cys Asn Phe
545 550 555 560
aca ccc gtt ccg aga tac gat tac agg gta ggt gta ccg aaa ggc gga 1728
Thr Pro Val Pro Arg Tyr Asp Tyr Arg Val Gly Val Pro Lys Gly Gly
565 570 575
tac tgg agg gag ata atg aat acc gat gca aag gag tac tgg ggc tcc 1776
Tyr Trp Arg Glu Ile Met Asn Thr Asp Ala Lys Glu Tyr Trp Gly Ser
580 585 590
gga atg gga aat ctg ggt gga aaa gag gct gat aaa atc ccg tgg cac 1824
Gly Met Gly Asn Leu Gly Gly Lys Glu Ala Asp Lys Ile Pro Trp His
595 600 605
gga aga aaa ttc tca ctt tca ctt acc ctg cct ccc ctt tcc gtg atc 1872
Gly Arg Lys Phe Ser Leu Ser Leu Thr Leu Pro Pro Leu Ser Val Ile
610 615 620
tat tta aag cac gaa gga tga 1893
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<210>2
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<213>风产热菌
<400>2
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Glu Leu Asn Gly Lys Arg Tyr Thr Phe Phe Ala ValTrp Ala Pro His
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50 55 60
Ser Thr Pro Met Val Lys Arg Glu Asp Gly Ser Gly Ile Trp Glu Val
65 70 75 80
Leu Leu Glu Gly Asp Leu Thr Gly Ser Lys Tyr Lys Tyr Phe Ile Lys
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Asn Gly Asn Tyr Glu Val Asp Lys Ser Asp Pro Phe Ala Phe Phe Cys
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Glu Gln Pro Pro Gly Asn Ala Ser Val Val Trp Lys Leu Asn Tyr Arg
115 120 125
Trp Asn Asp Ser Glu Tyr Met Lys Lys Arg Lys Arg Val Asn Ser His
130 135 140
Asp Ser Pro Ile Ser Ile Tyr Glu Val His Val Gly Ser Trp Arg Arg
145 150 155 160
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245 250 255
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260 265 270
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275 280 285
Arg Ser Phe Leu Leu Ser Ser Ala His Phe Trp Leu Asp Lys Tyr His
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cct gaa aac tta gaa ggg cat tta tat aaa tac gaa att acg acg aac 288
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115 120 125
Ala Asp Thr Met Asp Gly Val Thr Gly Thr Arg Phe Ser Val Trp Ala
130 135 140
Pro Asn Ala Arg Arg Val Ser Val Val Gly Gln Phe Asn Tyr Trp Asp
145 150 155 160
Gly Arg Arg His Pro Met Arg Leu Arg Lys Glu Ser Gly Ile Trp Glu
165 170 175
Leu Phe Ile Pro Gly Ala His Asn Gly Gln Leu Tyr Lys Tyr Glu Met
180 185 190
Ile Asp Ala Asn Gly Asn Leu Arg Leu Lys Ser Asp Pro Tyr Ala Phe
195 200 205
Glu Ala Gln Met Arg Pro Glu Thr Ala Ser Leu Ile Cys Gly Leu Pro
210 215 220
Glu Lys Val Val Gln Thr Glu Glu Arg Lys Lys Ala Asn Gln Phe Asp
225 230 235 240
Ala Pro Ile Ser Ile Tyr Glu Val His Leu Gly Ser Trp Arg Arg His
245 250 255
Thr Asp Asn Asn Phe Trp Leu Ser Tyr Arg Glu Leu Ala Asp Gln Leu
260 265 270
Val Pro Tyr Ala Lys Trp Met Gly Phe Thr His Leu Glu Leu Leu Pro
275 280 285
Ile Asn Glu His Pro Phe Asp Gly Ser Trp Gly Tyr Gln Pro Thr Gly
290 295 300
Leu Tyr Ala Pro Thr Arg Arg Phe Gly Thr Arg Asp Asp Phe Arg Tyr
305 310 315 320
Phe Ile Asp Ala Ala His Ala Ala Gly Leu Asn Val Ile Leu Asp Trp
325 330 335
Val Pro Gly His Phe Pro Thr Asp Asp Phe Ala Leu Ala Glu Phe Asp
340 345 350
Gly Thr Asn Leu Tyr Glu His Ser Asp Pro Arg Glu Gly Tyr His Gln
355 360 365
Asp Trp Asn Thr Leu Ile Tyr Asn Tyr Gly Arg Arg Glu Val Ser Asn
370 375 380
Phe Leu Val Gly Asn Ala Leu Tyr Trp Ile Glu Arg Phe Gly Ile Asp
385 390 395 400
Ala Leu Arg Val Asp Ala Val Ala Ser Met Ile Tyr Arg Asp Tyr Ser
405 410 415
Arg Lys Glu Gly Glu Trp Ile Pro Asn Glu Phe Gly Gly Arg Glu Asn
420 425 430
Leu Glu Ala Ile Glu Phe Leu Arg Asn Thr Asn Arg Ile Leu Gly Glu
435 440 445
Gln Val Ser Gly Ala Val Thr Met Ala Glu Glu Ser Thr Asp Phe Pro
450 455 460
Gly Val Ser Arg Pro Gln Asp Met Gly Gly Leu Gly Phe Trp Tyr Lys
465 470 475 480
Trp Asn Leu Gly Trp Met His Asp Thr Leu Asp Tyr Met Lys Leu Asp
485 490 495
Pro Val Tyr Arg Gln Tyr His His Asp Lys Leu Thr Phe Gly Ile Leu
500 505 510
Tyr Asn Tyr Thr Glu Asn Phe Val Leu Pro Leu Ser His Asp Glu Val
515 520 525
Val His Gly Lys Lys Ser Ile Leu Asp Arg Met Pro Gly Asp Ala Trp
530 535 540
Gln Lys Phe Ala Asn Leu Arg Ala Tyr Tyr Gly Trp Met Trp Ala Phe
545 550 555 560
Pro Gly Lys Lys Leu Leu Phe Met Gly Asn Glu Phe Ala Gln Gly Arg
565 570 575
Glu Trp Asn His Asp Ala Ser Leu Asp Trp His Leu Leu Glu Gly Gly
580 585 590
Asp Asn Trp His His Gly Val Gln Arg Leu Val Arg Asp Leu Asn Leu
595 600 605
Thr Tyr Arg His His Lys Ala Met His Glu Leu Asp Phe Asp Pro Tyr
610 615 620
Gly Phe Glu Trp Leu Val Val Asp Asp Lys Glu Arg Ser Val Leu Ile
625 630 635 640
Phe Val Arg Arg Asp Lys Glu Gly Asn Glu Ile Ile Val Ala Ser Asn
645 650 655
Phe Thr Pro Val Pro Arg His Asp Tyr Arg Phe Gly Ile Asn Gln Pro
660 665 670
Gly Lys Trp Arg Glu Ile Leu Asn Thr Asp Ser Met His Tyr His Gly
675 680 685
Ser Asn Ala Gly Asn Gly Gly Thr Val His Ser Asp Glu Ile Ala Ser
690 695 700
His Gly Arg Gln His Ser Leu Ser Leu Thr Leu Pro Pro Leu Ala Thr
705 710 715 720
Ile Trp Leu Val Arg Glu Ala Glu
725
<210>19
<211>1503
<212>DNA
<213>水生栖热菌Taq MalQ
<220>
<221>CDS
<222>(1)..(1503)
<400>19
atg gag ctt ccc cgc gct ttc ggt ctg ctt ctc cac ccc acg agc ctc 48
Met Glu Leu Pro Arg Ala Phe Gly Leu Leu Leu His Pro Thr Ser Leu
1 5 10 15
ccc ggc ccc tac ggc gtc ggc gtc ctg ggc cgg gag gcc cgg gac ttc 96
Pro Gly Pro Tyr Gly Val Gly Val Leu Gly Arg Glu Ala Arg Asp Phe
20 25 30
ctc cgc ttc ctc aag gag gcg ggg ggg cgg tac tgg cag gtc ctc ccc 144
Leu Arg Phe Leu Lys Glu Ala Gly Gly Arg Tyr Trp Gln Val Leu Pro
35 40 45
ttg ggc ccc acg ggc tat ggc gac tcc ccc tac cag tcc ttc agc gcc 192
Leu Gly Pro Thr Gly Tyr Gly Asp Ser Pro Tyr Gln Ser Phe Ser Ala
50 55 60
ttc gcc gga aac ccc tac ctc ata gac ctg agg ccc ctc gcg gaa agg 240
Phe Ala Gly Asn Pro Tyr Leu Ile Asp Leu Arg Pro Leu Ala Glu Arg
65 70 75 80
ggc tac gtg cgc ctg gag gac ccc ggc ttc ccc caa ggc cgg gtg gac 288
Gly Tyr Val Arg Leu Glu Asp Pro Gly Phe Pro Gln Gly Arg Val Asp
85 90 95
tac ggc ctc ctc tac gcc tgg aag tgg ccc gcc ctg aag gag gcc ttc 336
Tyr Gly Leu Leu Tyr Ala Trp Lys Trp Pro Ala Leu Lys Glu Ala Phe
100 105 110
cgg ggc ttc aag gaa aag gcc tcc ccg gag gag cgg gag gcc ttc gcc 384
Arg Gly Phe Lys Glu Lys Ala Ser Pro Glu Glu Arg Glu Ala Phe Ala
115 120 125
gcc ttc cgg gag agg gag gcc tgg tgg ctc gag gac tac gcc ctc ttc 432
Ala Phe Arg Glu Arg Glu Ala Trp Trp Leu Glu Asp Tyr Ala Leu Phe
130 135 140
atg gcc ctg aag ggg gcg cac ggg ggg ctt ccc tgg aac cgg tgg ccc 480
Met Ala Leu Lys Gly Ala His Gly Gly Leu Pro Trp Asn Arg Trp Pro
145 150 155 160
ctt ccc ctg cgg aag cgg gaa gag aag gcc ctt agg gag gcg aaa agc 528
Leu Pro Leu Arg Lys Arg Glu Glu Lys Ala Leu Arg Glu Ala Lys Ser
165 170 175
gcc ttg gcc gag gag gtg gcc ttc cac gcc ttc acc cag tgg ctc ttc 576
Ala Leu Ala Glu Glu Val Ala Phe His Ala Phe Thr Gln Trp Leu Phe
180 185 190
ttc cgc cag tgg ggg gcc ttg aag gcg gag gcc gag gcg ttg ggc atc 624
Phe Arg Gln Trp Gly Ala Leu Lys Ala Glu Ala Glu Ala Leu Gly Ile
195 200 205
cgg atc atc ggg gac atg ccc atc ttc gtg gcc gag gac tcc gcc gag 672
Arg Ile Ile Gly Asp Met Pro Ile Phe ValAla Glu Asp Ser Ala Glu
210 215 220
gtc tgg gcc cac ccc gag tgg ttt cac ctg gac gag gag ggc cgc ccc 720
Val Trp Ala His Pro Glu Trp Phe His Leu Asp Glu Glu Gly Arg Pro
225 230 235 240
acg gtg gtg gcg ggg gtg ccc ccc gac tacttc tcg gag acg ggc cag 768
Thr Val Val Ala Gly Val Pro Pro Asp Tyr Phe Ser Glu Thr Gly Gln
245 250 255
cgc tgg ggt aac ccc ctt tac cgc tgg gac gtt ttg gag cgg gag ggg 816
Arg Trp Gly Asn Pro Leu Tyr Arg Trp Asp Val Leu Glu Arg Glu Gly
260 265 270
ttc tcc ttc tgg atc cgc cgt ctg gag aag gcc ctg gag ctc ttc cac 864
Phe Ser Phe Trp Ile Arg Arg Leu Glu Lys Ala Leu Glu Leu Phe His
275 280 285
ctg gtg cgc ata gac cac ttc cgc ggc ttt gag gcc tac tgg gag atc 912
Leu Val Arg Ile Asp His Phe Arg Gly Phe Glu Ala Tyr Trp Glu Ile
290 295 300
ccc gca agc tgc ccc acg gcg gtg gag ggg cgc tgg gtc aag gcc ccg 960
Pro Ala Ser Cys Pro Thr Ala Val Glu Gly Arg Trp ValLys Ala Pro
305 310 315 320
ggg gag aag ctc ttc cag aag atc cag gag gtc ttc ggc gag gtc ccc 1008
Gly Glu Lys Leu Phe Gln Lys Ile Gln Glu Val Phe Gly Glu Val Pro
325 330 335
gtc ctc gcc gag gac ctg ggg gtc atc acc ccc gag gtg gag gcc ctg 1056
Val Leu Ala Glu Asp Leu Gly Val Ile Thr Pro Glu Val Glu Ala Leu
340 345 350
cgc gac cgc ttc ggc ctt ccc ggg atg aag gtc ctg cag ttc gcc ttt 1104
Arg Asp Arg Phe Gly Leu Pro Gly Met Lys Val Leu Gln Phe Ala Phe
355 360 365
gac gac ggg atg gaa aac ccc ttc ctc ccc cac aac tac cct gcc cac 1152
Asp Asp Gly Met Glu Asn Pro Phe Leu Pro His Asn Tyr Pro Ala His
370 375 380
ggc cgg gtg gtg gtc tac acc ggc acc cac gac aac gac acc acc ctg 1200
Gly Arg Val Val ValTyr Thr Gly Thr His Asp Asn Asp Thr Thr Leu
385 390 395 400
ggc tgg tac cgc acg gcc acc ccc cac gag aag gcc ttc atg gcg cgg 1248
Gly Trp Tyr Arg Thr Ala Thr Pro His Glu Lys Ala Phe Met Ala Arg
405 410 415
tac ctg gcg gac tgg ggg atc acc ttc cgg gaa gag gag gag gtg ccc 1296
Tyr Leu Ala Asp Trp Gly Ile Thr Phe Arg Glu Glu Glu Glu Val Pro
420 425 430
tgg gcc ctg atg cac ctg ggg atg aag tcc gtg gcc cgg ctc gcc gtc 1344
Trp Ala Leu Met His Leu Gly Met Lys Ser Val Ala Arg Leu Ala Val
435 440 445
tac ccg gtg cag gac gtc ctg gcc ctg ggc agc gag gcc cgg atg aac 1392
Tyr Pro Val Gln Asp Val Leu Ala Leu Gly Ser Glu Ala Arg Met Asn
450 455 460
tac ccg gga agg ccc tcg ggg aac tgg gcc tgg cgg ctc ctc ccg ggg 1440
Tyr Pro Gly Arg Pro Ser Gly Asn Trp Ala Trp Arg Leu Leu Pro Gly
465 470 475 480
gag ctt tcc ccg gag cac ggg gcg agg ctt agg gcc atg gcc gag gcc 1488
Glu Leu Ser Pro Glu His Gly Ala Arg Leu Arg Ala Met Ala Glu Ala
485 490 495
acg gaa cgg ctc tag 1503
Thr Glu Arg Leu
500
<210>20
<211>500
<212>PRT
<213>水生栖热菌Taq MalQ
<400>20
Met Glu Leu Pro Arg Ala Phe Gly Leu Leu Leu His Pro Thr Ser Leu
1 5 10 15
Pro Gly Pro Tyr Gly Val Gly Val Leu Gly Arg Glu Ala Arg Asp Phe
20 25 30
Leu Arg Phe Leu Lys Glu Ala Gly Gly Arg Tyr Trp Gln Val Leu Pro
35 40 45
Leu Gly Pro Thr Gly Tyr Gly Asp Ser Pro Tyr Gln Ser Phe Ser Ala
50 55 60
Phe Ala Gly Asn Pro Tyr Leu Ile Asp Leu Arg Pro Leu Ala Glu Arg
65 70 75 80
Gly Tyr Val Arg Leu Glu Asp Pro Gly Phe Pro Gln Gly Arg Val Asp
85 90 95
Tyr Gly Leu Leu Tyr Ala Trp Lys Trp Pro Ala Leu Lys Glu Ala Phe
100 105 110
Arg Gly Phe Lys Glu Lys Ala Ser Pro Glu Glu Arg Glu Ala Phe Ala
115 120 125
Ala Phe Arg Glu Arg Glu Ala Trp Trp Leu Glu Asp Tyr Ala Leu Phe
130 135 140
Met Ala Leu Lys Gly Ala His Gly Gly Leu Pro Trp Asn Arg Trp Pro
145 150 155 160
Leu Pro Leu Arg Lys Arg Glu Glu Lys Ala Leu Arg Glu Ala Lys Ser
165 170 175
Ala Leu Ala Glu Glu Val Ala Phe His Ala Phe Thr Gln Trp Leu Phe
180 185 190
Phe Arg Gln Trp Gly Ala Leu Lys Ala Glu Ala Glu Ala Leu Gly Ile
195 200 205
Arg Ile Ile Gly Asp Met Pro Ile Phe Val Ala Glu Asp Ser Ala Glu
210 215 220
Val Trp Ala His Pro Glu Trp Phe His Leu Asp Glu Glu Gly Arg Pro
225 230 235 240
Thr Val Val Ala Gly Val Pro Pro Asp Tyr Phe Ser Glu Thr Gly Gln
245 250 255
Arg Trp Gly Asn Pro Leu Tyr Arg Trp Asp Val Leu Glu Arg Glu Gly
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Phe Ser Phe Trp Ile Arg Arg Leu Glu Lys Ala Leu Glu Leu Phe His
275 280 285
Leu Val Arg Ile Asp His Phe Arg Gly Phe Glu Ala Tyr Trp Glu Ile
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Pro Ala Ser Cys Pro Thr Ala Val Glu Gly Arg Trp Val Lys Ala Pro
305 310 315 320
Gly Glu Lys Leu Phe Gln Lys Ile Gln Glu Val Phe Gly Glu Val Pro
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Arg Asp Arg Phe Gly Leu Pro Gly Met Lys Val Leu Gln Phe Ala Phe
355 360 365
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Gly Arg Val Val Val Tyr Thr Gly Thr His Asp Asn Asp Thr Thr Leu
385 390 395 400
Gly Trp Tyr Arg Thr Ala Thr Pro His Glu Lys Ala Phe Met Ala Arg
405 410 415
Tyr Leu Ala Asp Trp Gly Ile Thr Phe Arg Glu Glu Glu Glu Val Pro
420 425 430
Trp Ala Leu Met His Leu Gly Met Lys Ser Val Ala Arg Leu Ala Val
435 440 445
Tyr Pro Val Gln Asp Val Leu Ala Leu Gly Ser Glu Ala Arg Met Asn
450 455 460
Tyr Pro Gly Arg Pro Ser Gly Asn Trp Ala Trp Arg Leu Leu Pro Gly
465 470 475 480
Glu Leu Ser Pro Glu His Gly Ala Arg Leu Arg Ala Met Ala Glu Ala
485 490 495
Thr Glu Arg Leu
500
<210>21
<211>30
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>引物ECBEN-NCO
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<223>引物ECBEC-HIN
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cccaagcttc attctgcctc ccgaacc 27
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<220>
<223>引物ROBEN-ECO
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aatccaacct tcgaattcag ctggctcacg gaagaagaca 40
<210>24
<211>40
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<223>引物ROBEC-PST
<400>24
aatcaatcaa tcaactgcag acggttaccc gtgctccggc 40
Claims (19)
1.一种生产糖原的方法,其包括以下步骤:
使具有合成糖原能力的分支酶在溶液中作用于底物,由此生产糖原,其中所述底物是主要由α-1,4-葡萄糖苷键连接并且聚合度为4或更大的α-葡聚糖,而且开始反应前溶液中糖的数均分子量大于180但不超过150,000。
2.根据权利要求1的方法,其中(分支酶的分支酶活性)/(分支酶的分子量降低活性)是500或更低。
3.根据权利要求1的方法,其中所述分支酶是热稳定分支酶。
4.根据权利要求1的方法,其中所述分支酶来源于嗜热菌或中温性菌。
5.根据权利要求1的方法,其中所述分支酶来源于属于选自产液菌属(Aquifex)、红嗜热盐菌属(Rhodothermus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、嗜热聚球蓝细菌属(Thermosynechococcus)和埃希氏菌属(Escherichia)之中属的细菌。
6.根据权利要求1的方法,其中所述分支酶来源于选自风产液菌、嗜火产液菌(Aquifex pyrophilus)、Rhodothermus obamensis、海洋红嗜热盐菌(Rhodothermus marinus)、嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillusstearothermophilus)、热速芽孢杆菌(Bacillus caldovelox)、热链形芽孢杆菌(Bacillus thermocatenulatus)、热溶芽孢杆菌(Bacilluscaldolyticus)、黄热芽孢杆菌(Bacillus flavothermus)、酸热芽孢杆菌(Bacillus acidocaldarius)、热坚芽孢杆菌(Bacillus caldotenax)、史氏芽孢杆菌(Bacillus smithii)、Thermosynechococcus elongatus和大肠埃希氏菌(Escherichia coli)的细菌。
7.根据权利要求1的方法,其中所述分支酶来源于选自风产液菌、Rhodothermus obamensis、嗜热脂肪芽孢杆菌、热速芽孢杆菌、热链形芽孢杆菌、热溶芽孢杆菌和大肠埃希氏菌的细菌。
8.根据权利要求1的方法,其中所述分支酶的最佳反应温度不低于45℃并且不超过90℃。
9.根据权利要求1的方法,其中开始反应前溶液中的所述糖是脱支淀粉、脱支糊精或酶促合成的直链淀粉。
10.根据权利要求1的方法,其中开始反应前溶液中所述糖的数均分子量大于180并且小于4,000。
11.根据权利要求1的方法,其中开始反应前溶液中所述糖的数均分子量为4,000或更大,但小于8,000,并且调节所述分支酶用量和反应时间,使得分支酶用量和反应时间的乘积为25,000U·小时/g底物或更高。
12.根据权利要求1的方法,其中开始反应前溶液中所述糖的数均分子量为8,000或更大,但小于100,000,并且调节所述分支酶用量和反应时间,使得分支酶用量和反应时间的乘积为40,000U·小时/g底物或更高。
13.根据权利要求1的方法,其中开始反应前溶液中所述糖的数均分子量为100,000或更大,并且是150,000或更小,调节所述分支酶用量和反应时间,使得分支酶用量和反应时间的乘积为150,000U·小时/g底物或更高。
14.根据权利要求1的方法,其进一步包括使4-α-葡聚糖基转移酶作用于数均分子量大于180并小于1,500的α-葡聚糖以产生所述底物的步骤。
15.根据权利要求14的方法,其中所述4-α-葡聚糖基转移酶是来源于水生栖热菌(Thermus aquaticus)的淀粉麦芽糖酶。
16.根据权利要求1的方法,其中所述数均分子量大于180并小于1,500的α-葡聚糖包含聚合度为4-7的麦芽寡糖。
17.根据权利要求1的方法,其进一步包括使脱支酶作用于数均分子量为500或更大的低分支α-葡聚糖以产生所述底物的步骤。
18.根据权利要求1的方法,其中所述4-α-葡聚糖基转移酶与所述分支酶共存。
19.根据权利要求18的方法,其中所述4-α-葡聚糖基转移酶是来源于水生栖热菌的淀粉麦芽糖酶。
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