JP2000511437A - A stable biocatalyst for ester hydrolysis - Google Patents

A stable biocatalyst for ester hydrolysis

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JP2000511437A JP10544106A JP54410698A JP2000511437A JP 2000511437 A JP2000511437 A JP 2000511437A JP 10544106 A JP10544106 A JP 10544106A JP 54410698 A JP54410698 A JP 54410698A JP 2000511437 A JP2000511437 A JP 2000511437A
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エイキンズ、ジョン
フォンスタイン、マイケル
フォンスタイン、ヴェロニカ
デミルジャン、デイヴィッド
カサダバン、マルコム
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サーモゲン インコーポレイテッド
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    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、特定の温度で安定のままである能力、基質特異性、及び活性のプロフィールを特徴とする、単離された安定なエステラーゼ酵素を包含する;このタンパク質を発現する発現ベクター、このタンパク質をコードする核酸、およびこのタンパク質のアミノ酸配列に相当する核酸。   (57) [Summary] The present invention includes an isolated, stable esterase enzyme characterized by the ability to remain stable at a particular temperature, substrate specificity, and activity profile; an expression vector that expresses the protein; And a nucleic acid corresponding to the amino acid sequence of this protein.

Description

【発明の詳細な説明】 エステル加水分解のための安定した生体触媒 本願は、1997年4月11日出願の特許出願08/827,810号に対す る優先権を主張し、これらの出願は全て参照することによりその全体がここに組 み込まれる。 政府の権利の記載 本願において開示される研究はサーモジェン社(ThermoGen Inc.)に対するN IH−SBIRからの認可番号:NCI1−R43−CA63876−01によ って部分的に支援されたものであり、したがって、米国政府は本発明において所 定の権利を有し得る。 発明の分野 本開示は、市販の医薬及び化学合成、エステルを加水分解する組換えタンパク 質を生成するためのDNAベクター、このようなベクターで形質転換された宿主 細胞、並びにこのようなベクター及び形質転換細胞によって生成されたエステル を加水分解する組換えタンパク質における酵素的用途に適する単離された安定な 生体触媒の分野に向けられている。 発明の背景 エステラーゼ及びリパーゼ。エステラーゼ及びリパーゼは、以下に示されるよ うに、エステル結合の加水分解を触媒してアルコール及びカルボン酸を生成する 。 エステラーゼ及びリパーゼは、異なる基質特異性、R基又は鎖長の優先度、及 び独自の阻害剤(1、2)によって特徴付けることができる。多くのエステラー ゼ及びリパーゼは、長い炭素鎖R基を有するエステルを優先的に加水分解する広 範囲のカルボキシルエステラーゼのような加水分解酵素から、コリンエステラー ゼ、及び非常に特殊な基質に対して作用するアセチルエステラーゼまでの範囲に わたる。多くの場合において、これらの加水分解酵素は、タンパク活性部位に固 有のキラル性から生じる立体選択性及び位置選択性を示すことも知られている。 この優先的な加水分解活性は、それらを、異なる位置選択性及び立体選択性を必 要とする反応、又はラセミ混合物に対する動力学的分割方法に有用なものとする 。立体選択性を示す酵素については、R*がラセミ混合物である場合、酵素触媒 加水分解の生成物R1は最も迅速に加水分解する立体異性体であり、これに対し て、R*’と名付けられた残りのエステルは残りのあらゆるR1が混合したエナ ンチオマーに富んだものとなる。その後、 これらの生成物をクロマトグラフィーによって分離して純粋なR1を得ることが できる。様々な特異性を有するエステラーゼ及びリパーゼの大プールを利用する ことができることは、特定の反応のための酵素のスクリーニング及び特定の化学 合成の最適プロトコルの開発に有用である。このプロセスの至便性は多くの有用 な医薬生成物の生産量のスケールアップを容易にする。 水性溶媒系において、エステラーゼ及びリパーゼはそれらの本来の反応:エス テル結合の加水分解を行う。イン・ビトロ(IN VITRO)において、これらの酵素 は、環状及び非環式アルコール、モノ−及びジ−エステル、並びにラクタムを含 むエステルを包含する広範囲の基質に対する反応の実施に用いることができる( 3)。水が排除されている有機溶媒中で反応を行うことにより(4、5)、エス テラーゼ及びリパーゼの反応を逆転させることができる。これらの酵素はエステ ル化又はアシル化反応を触媒してエステル結合を形成することが可能である(3 、6、7)。このプロセスも、エステルのエステル交換反応及び閉環もしくは開 環反応に用いることができる。 光学的に純粋なキラル医薬。現在、大部分の合成キラル医薬はラセミ混合物と して販売されている。しかしながら、光学的に純粋な(単一異性体の)キラル化 合物の合成における進歩により、この状況は変わりつつある(7)。ラセミ薬物 は、しばしば、治療上活性である1 種類の異性体と、最善で不活性であり、かつ最悪では潜在的に有害な副作用の主 因である他のエナンチオマーとを含む。ラセミ薬物中のこの有用ではない異性体 はますます汚染物質として見られている。実際、新薬の開発に対するFDAの施 政方針演説は、異性体の各々の薬物動力学的な概要を動物において特徴付けた後 、フェーズI薬物試験で得られた臨床的な薬物速度論的なプロフィールと比較す ることを推奨している(8)。したがって、製薬会社は、各々の新規合成薬の純 粋な異性体の各々を生成させるための合成又は分離経路を開発する必要がある。 光学的に純粋な医薬及び中間体の酵素的合成。古典的な化学合成によって特定 のキラル分子の光学的に純粋な溶液を生成させることがしばしば非常に困難であ るため、新規酵素的生体触媒がこの試みにおいて主要な役割を果たす。幾つかの 場合には、酵素は、危険な化学合成手順をより環境になじむ生物学的合成プロセ スと置き換えることが可能である。また、酵素が幾つかの化学的保護及び脱保護 工程を同時に取り除く場合には、医薬中間体を酵素的に生成させることは経費上 より有効であり得る(7)。幾つかの詳細な総説(3、7)に記述されるように 、酵素の6つの主要クラス(酸化還元酵素、転移酵素、加水分解酵素、脱離酵素 、異性化酵素、及び連結酵素)は光学的に純粋な化合物の合成において有用であ る。加水分解酵素は、加水分解酵素の量の多さ、それらに関 する情報、補因子からのそれらの独立性、及びそれらが受容可能な基質の多様性 により、最も有用な酵素群であることが立証されている。 文献を調査することにより、化学合成又はキラル分解において用いられる中温 性加水分解酵素、特にエステラーゼ及びリパーゼの多くの例が示される。これら には、ブタ(9、10)及びウマ(3)の肝臓に由来するエステラーゼ並びにア スペルギルス種(11)、カンジダ種(12−16)、シュードモナス種(17 −19)、リゾプス種(20)等に由来する様々なリパーゼが含まれる。幾つか のリパーゼがプロパノロール、狭心症及び高血圧症の治療において用いられるβ −アドレナリン作動性遮断薬の合成において用いられている(7)。イブプロフ ェン、非ステロイド系抗炎症薬は、カルボキシエステラーゼを用いるそのメチル エステルの立体選択的加水分解によって合成されている(7)。これらの酵素が 化学合成における生体触媒の有用性を示し始めてはいるものの、様々な基質特異 性、位置選択性、及び立体選択性を有する様々なエステラーゼ及びリパーゼに対 する大きな必要性が依然として存在する。加えて、これらの酵素は大規模な産業 装置で用いる必要があるため、それらは増加した安定性、より高い熱耐性、及び より長期の「貯蔵寿命」を有する必要がある。 熱安定性酵素。好熱性微生物が、高温で反応を触媒し、かつより長期間安定で ある有用なタンパク質の豊富なソ ース源を既にもたらしている(21、22)。一例が、サームス・アクアチクス (Thermus aquaticus)に由来するDNAボリメラーゼI及びポリメラーゼ連鎖 反応(PCR)におけるその使用である(23、24)。好熱性酵素は、その長 期間の安定性及び使用の容易さから、産業において最も商業的に成功している酵 素になっている。現在までに最も成功している酵素、α−アミラーゼはトウモロ コシの処理に用いられており、中程度の好熱菌B.ステアロサーモフィラス(B. stearothermophilus)から得られる(25)。別の商業的に成功している産業用 酵素はサブチリシン、同様に様々なバシラス株に見出されるセリンプロテアーゼ 、であり、洗濯用洗剤及び他の洗浄溶液において広く用いられている。 これらの酵素の商業上の成功はそれらの使用の容易さに帰結し得る。高温で機 能することに加えて、熱安定性酵素は一般に貯蔵寿命が増加しており、これは、 生化学において訓練を受けていない者が中温性酵素に用いられる特定の範囲の条 件で作業するための取り扱い条件を顕著に改善する。酵素が化学物質の大規模処 理において重要な役割を果たす場合、それらはこれらのプロセスに関連する過酷 な条件に耐えることが可能でなければならない。熱安定性酵素は取り扱いが容易 であり、より長期間持続し、かつ複数回の利用に再使用可能であるべきである適 切な固定支持体がもたらされている。 最後に、これらの酵素が高温で生存することを可能に する疎水性及び静電力は、それらが一般に有機溶媒中でより良好に機能すること をも可能にする(26−31)。ほとんどの酵素が有機溶媒中でそれらの活性の 大部分を喪失するのに対して、熱安定性酵素が多くの有機溶媒の変性条件に対し てより耐性であることを立証することができる。高度に熱安定性であるエステラ ーゼ及びリパーゼが、大スケール産業用反応におけるこれらの生体触媒の用途の 拡大に必要である。 熱安定性エステラーゼ及びリパーゼ。現在までに、1種類のエステラーゼ及び 数種類のリパーゼのみが中程度の熱安定性を有することが報告されている。Tuli nら(32)は、70℃で10分まで安定である、バシラス・ブレビス(Bacillu s brevis)にクローン化されたバシラス・ステアロサーモフィラスのエステラー ゼを報告した。Sugiharaら(33、34)は、2種類の微生物、バシラス土壌単 離体及びシュードモナス・セパシア(Pseudomonas cepacia)土壌単離体から新 規熱安定性リパーゼを単離している。前者のリパーゼは65℃で30分まで安定 であるが、この温度より上では急速に不活性化する。シュードモナス・セパシア に由来するリパーゼは75℃、pH6.5で30分間加熱した場合には安定であ ったが、この温度で検定した場合その活性の僅か10%しか有していなかった。 サーモアルカロフィリック(thermoalcalophilic)リパーゼ(35)がバシラス 種MC7から同定され、連続培養により単離されており、これは70℃ で3時間の半減期を有していた。最後に、Sigurgis1adottirら(6)は80℃に 温められたオリーブ油に対して活性のリパーゼを有する1種類のサームス株及び 2種類のバシラス株の単離を報告しているが、この研究では酵素の安定性に関す る報告はなかった。 これらの酵素は基質特異性における限られた変化及び中程度の熱安定性のプロ フィールしか提供しない。これらは、異なる基質特異性に対する必要性、経済的 に商業化し得る大規模量を生成する必要性に対処することはなく、それらの多く は全体的な安定性が制限されている。本願において、我々は、一続きの(位置選 択性、立体選択性を含む)基質特異性、高められた酵素安定性を提供し、かつ商 業的な利用のために大量に生成することが可能な一連のエステラーゼ及びリパー ゼを同定している。 発明の要約 本発明は、エステラーゼ活性によって特徴付けられ、かつ表1に開示されるデ ータに対応する商業グレードの酵素調製品の単離及び特徴付けを提供するもので ある。好ましい態様において、本発明は、エステラーゼ活性によって特徴付けら れ、かつ表1に開示されるデータに対応する特に精製されたエステラーゼの単離 及び特徴付けを提供するものである。最も好ましい態様において、本発明は、エ ステラーゼ活性を有する、組換えDNA技術によって生成したタンパク質を提供 する。本発明は、形 質転換された細胞宿主から本発明のエステルを加水分解する組換えタンパク質を 産生するのに用いられるインサート体を含むラムダファージ発現ベクターを包含 する。このラムダファージ発現ベクターに含まれるインサート体は、例えば、フ ァージ−プラスミドハイニリッド発現ベクター又は他の適切な発現ベクター、例 えば、これらに限定されるものはないが、プラスミド、YAC、コスミド、ファ ージミド等において用いることができる。好ましい態様においては、ラムダ発現 ベクターが表7において命名されているベクターか、あるいは実質的に同様の組 換えタンパク質をコードするインサート体を含むベクターの1つである。また、 本開示は、宿主細胞を形質転換することが可能であり、かつエステルを加水分解 する組換えタンパク質をコードするベクター、その形質転換宿主細胞、及びエス テルを加水分解する組換えタンパク質をも提供するものである。適切な宿主細胞 には大腸菌、バシラス属、サームス属の種等が含まれるがこれらに限定されるも のではない。このベクターによってコードされるエステルを加水分解する組換え タンパク質は5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−アセテート(X−アセ テート)を加水分解することができる。このベクターが産生するエステルを加水 分解する組換えタンパク質は、単離菌体から精製された対応するタンパク質に匹 敵する半減期安定性を特徴とする。また、このエステルを加水分解する組換えタ ンパク質は、元の単離菌体 に由来する対応タンパク質に匹敵するかもしくはそれよりも良好な、ある温度で 安定なままであるという能力により特徴付けられる。このベクターによってコー ドされるエステルを加水分解する組換えタンパク質は、以下に論じられる特定の 基質特異性によっても特徴付けられ、これは単離菌体に由来する対応する精製タ ンパク質に匹敵するものである。好ましい態様においては、このベクターは表7 又は8において命名されているベクターか、あるいは実質的に同様な組換えタン パク質をコードするインサート体を含有するベクターのうちの一つである。本発 明の好ましい態様において、特定のエステルを加水分解する組換えタンパク質を コードするベクターは、表8に命名かつ収載されているものである。 本発明は、本発明の発現ベクターから単離され新規な核酸と、これによりコー ドされたタンパク質に対するものである。特に、本発明は、前記ベクターのDN Aインサート体の核酸配列と、それから発現可能なタンパク質のアミノ酸配列と に対するものである。 図面の簡単な説明 図1.酵素の特徴。図1は、特徴付けられる活性のプロフィールの例示と本開 示の酵素とを示す。グラフ1は、相対エステラーゼ活性を温度に対してプロット した酵素の温度プロフィールを示す。グラフ2は、25℃、40℃、及び65℃ での相対残留活性を時間に対してプ ロットした収載される酵素の残留エステラーゼ活性を示す。グラフ3は、相対エ ステラーゼ活性をpHに対してプロットした収載される酵素のpHプロフィール を示す。酵素に対するデータは表1、2、および10にまとめてある。 図2.E100の動力学的分析。酵素は、a)ラインウェーバー−バーク(Li neweaver-Burke)及びb)イーディー−ホフシュティー(Eadie-Hofstee)分析 の両者で線形データを生じる正常なミカエリスカイネティクスを示し、p−NP を基質として用いて、Km=7.2×10-5M及びVmax=1.8×10-5-1 が得られる。 図3.E100の温度及びpHプロフィール。 a)E100の温度プロフィール。 p−ニトロフェニルプロプリオネートのE 100触媒加水分解を温度の関数としてプロットした。異なる温度に晒した際の 酵素活性を決定した。ニトロフェニルプロプリオネートの加水分解の初期速度を 、CH3CNに溶解した0.25mMの基質を、続けて酵素を添加し所望の温度 で平衡化した、50mMのホウ酸バッファー(pH8.5)中で決定した。40 5nmでの吸光度の変化を観察することにより速度を決定し、酵素の代わりにウ シ血清アルブミンを用いる基質の自発的加水分解に対して補正した。b)E10 0のpHプロフィール。 E100によって触媒されるp−ニトロフェニルプロ プリオネートの加水分解に対するpHの効果。酵素のpHプロフィールを、所望 の pHに適する異なるバッファーを10mMの濃度で調製することにより決定した 。CH3CNに溶解した基質(0.25M)を、続けて酵素をこのバッファー溶 液に添加することにより反応を行った。反応物を5分間インキュベートした後、 CH3CNに溶解した0.1mMのPMSFを添加することにより反応を停止さ せた。0.1Mのトリス−HClを添加することによりこの混合物のpHを8. 5に調整した。405nmでの吸光度を記録し、生成物のニトロフェノールに対 するε=17mM-1cm-1に基づいて濃度を算出した。生成物の形成を基質の自 発的加水分解に対して補正した。 図4.相対速度によって測定される、p−ニトロフェニルプロプリオネートの 加水分解の際の有機共溶媒の存在に対するE100の耐性。様々な濃度のCH3 CNの存在下でpNPの酵素触媒加水分解の初期速度を測定することにより、有 機溶媒の存在下における酵素の残留活性を決定する。活性の決定において説明さ れるように、50mMのトリス−HCl pH8.5中、37℃で反応を行う。 吸光度の変化を基質の自発的加水分解及び有機共溶媒の存在下における生成物の 吸光係数の変化に対して補正する。 図5.立体選択性及び位置選択性のスクリーニングに用いられる基質。エステ ラーゼは、4つの型に収まる基質構造が立体選択性及び位置選択性に介在し得る という意味で融通が利く生体触媒である。収載される化合物 は、化学中間体産業にとって潜在的に重要な通常の基質において遭遇する異なる 構造的な特徴の範囲を示す。これらの基質のうちの幾つかはエナンチオ的にもし くはジアステレオメリック的に純粋な形態で購入することが可能であり、本文に おいて説明される定性的スクリーニング手法で用いることができる。キラル中心 を分割するための加水分解生体触媒に最も一般的に関連する基質の4つのクラス が考慮されている。A)タイプIの基質では、所望の生成物は生成物のカルボン 酸側に置かれており、これに対して、タイプIIの化合物ではアルコールが必要と される機能性を含むことになる。B)タイプIII及びタイプIVの基質はタイプI 及び・のサブセットと考えることができるが、それらの独自の特性によりそれら を別々に分類することとなる。タイプIIIの分子は酵素がプロキラル基質を区別 することを必要とするが、これに対してタイプIVの化合物はメソ構造である。こ れらの最後の2つの基質タイプは、これらのタイプの化合物は他の化学的手段に よっては選択的に操作することが非常に困難であるため、分割法に基づく生体触 媒がもつ合成上の重要性を示すこととなる。 図6.核酸配列及び翻訳されたタンパク質のアミノ酸配列。本発明の酵素をコ ードする遺伝子の単離とクローニングによりDNAセグメントが得られ、このセ グメントには翻訳されたタンパク質のアミノ酸配列に対応するオープンリーディ ングフレーム(ORF)を見出すこ とができる。代わりの開始コドンが当該技術分野において認められてはいるが、 コードされたタンパク質は少なくともコアとなるタンパク質のORFを含む。図 6Aは、E001酵素のORFに対応する単離された核酸配列、及び翻訳された アミノ酸配列であり、代わりの開始コドンには下線が付されている。図6Bは、 E009酵素のORFに対応する単離された核酸配列、及び翻訳されたアミノ酸 配列であり、代わりの開始コドンには下線が付されている。図6Cは、E011 酵素のORFに対応する単離された核酸配列、及び翻訳されたアミノ酸配列であ り、代わりの開始コドンには下線が付されている。図6Dは、E101酵素のO RFに対応する単離された核酸配列、及び翻訳されたアミノ酸配列であり、代わ りの開始コドンには下線が付されている。図6Eは、E019酵素のORFに対 応する単離された核酸配列、及び翻訳されたアミノ酸配列であり、代わりの開始 コドンには下線が付されている。図6Fは、E005酵素のORFに対応する単 離された核酸配列、及び翻訳されたアミノ酸配列であり、代わりの開始コドンに は下線が付されている。図6Gは、E004のORFを含むクローン化され単離 された核酸配列であり、代わりの開始コドンには下線が付されている。図6Hは 、E006のORFを含むクローン化され単離された核酸配列であり、代わりの 開始コドンには下線が付されている。図61は、E008のORFを含むクロー ン化され単離された核酸配列で あり、代わりの開始コドンには下線が付されている。図6Jは、E010のOR Fを含むクローン化され単離された核酸配列であり、代わりの開始コドンには下 線が付されている。図6Kは、E013のORFを含むクローン化され単離され た核酸配列であり、代わりの開始コドンには下線が付されている。図6Lは、E 015のORFを含むクローン化され単離された核酸配列であり、代わりの開始 コドンには下線が付されている。図6Mは、E016のORFを含むクローン化 され単離された核酸配列であり、代わりの開始コドンには下線が付されている。 図6Nは、E017のORFを含むクローン化され単離された核酸配列であり、 代わりの開始コドンには下線が付されている。図60は、E020のORFを含 むクローン化され単離された核酸配列であり、代わりの開始コドンには下線が付 されている。図6Pは、E027のORFを含むクローン化され単離された核酸 配列であり、代わりの開始コドンには下線が付されている。図6Q、6R、6S 、6T、および6Uは部分配列である。 図7.基質の鎖長特異性。 図7Aは、ビス−p−ニトロフェニル−カーボネ ートを基質として行われたエステラーゼ比色分析からのデータのグラフである。 図7Bは、p−ニトロフェニル−アセテートを基質として行われたエステラーゼ 比色分析からのデータである。図7Cは、ビス−p−ニトロフェニル−プロピオ ネート基質である。図7Dは、ビス−p−ニトロフェニル−ブチレー ト基質である。図7Eは、ビス−p−ニトロフェニル−カプロエート基質である 。図7Fは、ビス−p−ニトロフェニル−カプリレート基質である。図7Gは、 ビス−p−ニトロフェニル−ラウレート基質である。B、C、D、およびFにお いて、E009は他の酵素に比べて80倍に希釈した。 図8.エナンチオマー基質特異性。図8Aはエナンチオマー特異性についての 比色エステラーゼ活性分析の結果がまとめられている。図8B−Dは、検出でき る色変化に対して必要とされる時間(分)により表した定量的比色分析データを 報告している。 図9.パラ−ニトロアニリド化合物に対しての酵素活性。種々の基質に対する 酵素活性の分析の結果を表に示した。データは規格化したODの読みにより報告 している。 発明の詳細な説明 本発明は、酵素活性について選択され、見かけの分子量、pH、及び温度安定 性によって特徴付けられている、熱安定性細菌に由来する単離された商業的に有 用なタンパク質調製品を提供する。本開示の単離タンパク質は、生体触媒作用を 行うための酵素として機能的に用いる他に、類似する酵素を見出すための分子量 マーカーとして用いることができる。特定のラセミ生成物の商業的な化学品合成 にはしばしばこのような単離された酵素調製品 の使用が必要となる。 特徴付けの検定の結果は、記述されるエステラーゼ酵素が一続きの最適パラメ ータを有することを示す。例えば、E100及びE101は極度の好熱菌から単 離される酵素に一致する70℃を上回る至適作用温度を有し、E001−E02 1はそこまでは極端ではない好熱性微生物から単離される酵素に一致する40− 50℃の範囲の至適商業的利用温度を有する。しかしながら、両群は、好熱菌に 由来する他の公知のエステラーゼと比較して安定性及び機能性が追加されている 。E001−E021は極端ではない温度範囲で作業することを願う化学者に最 適の温度環境をもたらし、室温でも十分に機能する。また、これらの結果は、記 述される酵素が実験条件下において明確な優位性を示さないものを含めて種々の 至適pHを有しているが、大部分のタンパク質は中性に近いか、もしくはそれを 僅かに下回る至適pHを有するというものであることを示している。 以下の例は、本発明の特定の態様と同様に、説明としてのものであることが意 図されており、限定を意図するものではない。当該技術分野における通常の技術 を有する者は、本発明に対する多くの等価物が日常的な実験の範囲を越えること なくなし得ることを理解するであろう。 実施例1.好熱性微生物の単離及び増殖 株−サームスT351種(ATCC31674)はアメリカン・タイプ・カル チャー・センター(ATCC)から入手可能である。全ての単離株及び培養物は TT培地(36)で増殖させる。この培地は(リットル当たり)、BBLポリペ プトン(8gm)、ディフコ・イースト・イクストラク(Difco Yeast Extract )(4gm)、及びNaCl(2gm)からなる。スクリーニングのための小規 模培養物は、65℃、250−300rpmで、1リットルの培地を用いて2リ ットルフラスコ内で増殖させる。酵素精製のためのより大規模な細胞の産生は、 17リットルの発酵槽(LHファーメンテーション(LH Fermentation)、モデ ル2000シリーズ1)内で増殖させる。これらの発酵槽は15リットルの有効 容積を有し、培養物はTTプロス中において、250rpm、0.3ないし0. 5vvm(空気容積/培地容積毎分)、65℃で増殖させた。温度は、28リッ トルの65℃貯水槽から撹拌ジャー内の中空バッフルを通して56℃の水を循環 させることにより維持する。大腸菌株は(37)に記述される通りに増殖させる 。 新たに単離された好熱菌の富化手順−有機物質を含んでなる多数の沈殿及び土 壌試料の流れを新規株の単離に用いる。これらの試料は中西部から南東部の範囲 の多くの土地から採集する。試料(〜1gm)を2mlのTTブロスに懸濁させ 、これらの試料の50−100μ lを通常の量の2倍の寒天(3%)を含むTT寒天プレートに塗布する。固体培 地には、寒天は通常1.5%の最終濃度まで添加される。これにより、非常に運 動性の高い微生物が他の微生物を犠牲にしてプレートを混雑するのを防止する。 プレートを55℃ないし65℃で1ないし2日間インキュベートして単離し、次 いで、単一のコロニーを単離するために新鮮なプレートに多数回再画線すること により精製する。分別の最初の基準は色、コロニーの形態、顕微鏡検査、増殖温 度、並びにリパーゼ及びエステラーゼ活性である。まず、数百の株を単離した。 65の異なる微生物をさらなる研究のために選択した。 実施例2.エステラーゼの同定及び検定方法 エステラーゼプレート検定−微生物をTT培地を用いる液体培養において55 ℃もしくは65℃のいずれかで増殖させる。細胞を遠心(3,000RPMで2 0分間)によりペレット化し、上清を試験のために保存する。ペレットを2容積 の10mMトリスHCl pH8.0で3回洗浄した後、それらの細胞ペレット を新鮮なトリスバッファーに再懸濁させて超音波処理により破壊する。細胞残滓 を遠心により除去し、その粗製抽出物をエステラーゼスクリーニングプレート上 でエステラーゼ活性について試験した。簡単に述べると、50μlの細胞 抽出物を、0.7%のアガロースと0.1Mのトリス−HCl pH8.0中に 懸濁させた0.1mg/mlの5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルアセテ ートもしくはブチレートのいずれか(エステラーゼ活性のため)を含むマイクロ タイタープレートのウェルに移した。対照ウェルは、バッファーか、20Uの子 ブタ肝エステラーゼ(PLE)もしくは20Uのブタ膵リパーゼ(PPL)を添 加したものである。プレートを対照ウェルが完全に色が発現するのに充分な時間 、通常37℃で約20分間インキュベートした。濃い色のウェルはポジティブな 活性を示している。 細胞抽出物及び培養上清の両者をこの方法によりエステラーゼ活性について試 験する。細胞抽出物のみが有意のエステラーゼ活性を示した。 エステラーゼ液体検定及び比活性の決定−濃度が決定されているウシ血清アル ブミンを標準として用いるピアス(Pierce)BCA検定により、タンパク質濃度 を決定する。タンパク質濃度は試料溶液の562nmでの較正済吸光度から得、 タンパク質のミリグラムとして表す。エステラーゼ活性は、40℃で平衡化した 50mMリン酸ナトリウムバッファーpH7.0中でp−ニトロフェニルプロプ リオネート(CH3CNに溶解した10mMの原液からの0.5M)の加水分解 の速度を、346nm(酸/カルボキシレート対の等吸収点 ε=480 0)で観察することにより決定するルーチン的に測定を行った。比活性は、全タ ンパク質のミリグラム当たりの毎分毎に産生するp−ニトロフェノールのマイク ロモルでの量として定義する。 極度に安定なエステラーゼの同定−通常の(変性していない)10%ポリアク リルアミドゲルに粗製抽出物をかける。電気泳動後、ゲルをpH7.6のトリズ マ(Trizma)バッファー中で平衡化し、次いで0.15%のX−アセテート(い ずれでもよい)で活性について染色する。次いで、ゲルを55℃で30分間イン キュベートする。これらのゲルは、5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルア セテート(X−アセテート)、5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルブチレ ート(X−ブチレート)又は5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルカプリレ ート(X−カプリレート)のどれかを含むエステラーゼ活性染色液で染色し、イ ンディゴ沈殿を生成させることができる。サームスの粗製抽出物ではそれらのレ ーンに2つの主要バンドが明確に認められた。大腸菌対照レーンでは活性の単一 の小バンドが見られる。エステラーゼが、サームスT351種及び幾つかの新規 な単離体から同定された。これらの微生物から見出される活性を表1にまとめる 。実施例3.エステラーゼ活性を精製して均一なものにする手順 タンパク質の単離−実施例1に説明される方法により大バッチの細胞培養物を 増殖させ、細胞ペーストを遠心によって収集して−80℃で保存する。100g の細胞ペーストを、200mMのKClと0.1mMのEDTAとを含むpH7 .5の50mMリン酸バッファーから構成された200mlの撹拌溶液中で解凍 する。溶解したら、この懸濁液を室温に暖め、次いでリゾチーム(0.1mg/ ml)で2時間処理する。次に、その溶液を超音波処理して細胞を完全に破壊す る。標準の1/4”ホーンを備える375ワットのソニクス&マテリアルズ・ビ ブラ・セル(Sonics & Materials Vibra Cell)超音波処理器で用いた設定は、 50%パルス比で破壊度8の出力設定で5分間であった。細胞の破壊の代替方法 には、フレンチプレス、ゴーレン(Gaullen)ホモジナイザー、マイクロフルュ イダイザー又は他のホモジナイザーによる細胞の処理が含まれ得る。細胞残滓を 遠心により除去し、60%飽和までのNH4SO4分画分離によりタンパク質を沈 殿させることができる。沈殿したタンパク質を遠心し、1mMのβ−メルカプト エタノール(BME)を含む最小容量の50mMリン酸塩pH6.5に再懸濁さ せる。 DEAE精製−タンパク質溶液を、10Kdボアサイズ透析管を用いて、再懸 濁バッファーに対して3回透析する。得られたタンパク質溶液をこのバッファで 2倍に希釈し、同じバッファーで平衡化した100mlのベッド容量のDEAE カラムにかける。このカラムを200mlの平衡化バッファーで洗浄した後、0 から0.5MのNaClの直線勾配で溶出する。 Qレジン精製−DEAE精製により単離された活性画分をプールして、平衡化 バッファーに対してこのバッファーを3回交換しながら透析し、その透析物を上 記バッファーで平衡化した50mlのベッド容量のセファロースQレジンにかけ た。このカラムを0.1MのKCl及び1mMのBMEを含む100mlの50 mM リン酸塩pH6.5で洗浄し、次いで上記バッファーに添加した0.1M から0.6MのKCl勾配150mlで溶出する。 限外濾過濃縮−活性画分をプールし、30kdカットオフメンブランを取り付 けたアミコン(Amicon)ウルトラフィルトレーション・システムを用いて濃縮す る。 分取SDS−PAGE−濃縮したタンパク質溶液を、標準のSDSロード用バ ッファーを用いて、試料を煮沸することなしに、分取用10%SDS−PAGE ゲ ルにかける。展開した後、0.1Mのリン酸塩pH7.5及び0.1mg/ml の5−ブロモ−4−クロロ−インドリルアセテートを含む0.7%のアガロース でゲルを処理する。得られた青色バンドをゲルから切り出して透析管に入れ、0 .05MのトリスバッファーpH8.5中で1時間の電気溶出によりタンパク質 を回収する。クーマシーもしくは銀染色のいずれかで染色されたネイティブな− 、およびSDS−PAGEとの両者によって観察されるように、この段階でタン パク質は均一に精製されている。タンパク質は将来使用するために4℃で保存す ることができる。 ゲル濾過−さらなる精製工程又は別の精製工程としてゲル濾過カラムを用いる こともできる。 実施例4.単離されたエステラーゼの商業グレードの精製方法 多くの産業用途では、生産コストを考慮して、完全に精製された酵素調製品が 必要とされることも、望まれることもない。意味のあるエステラーゼ活性を伴う タンパク質を含むように単離された形態で関心のあるタンパク質を得る迅速で安 価なプロトコルが望まれる。そのような半精製手順の1つをここに記述する。5 0gの細胞ペーストを0.1MのNaCl及び0.01mMのEDTAを含む1 00mlの50mMトリスHClバッファー pH7.5中で解凍する。超音波処理により細胞を破壊し、遠心により細胞残滓 を除去する。この粗製細胞溶解物を50mMのトリス−HCl pH7.5で3 倍に希釈し、この材料を希釈バッファーで平衡化したDEAEセルロースカラム (ベッド容量60ml)にかける。このカラムを3カラム容量の希釈バッファー 、次いで4カラム容量以上の0−0.5MのNaClの塩勾配で洗浄する。活性 画分はこのイオン交換樹脂から0.25−0.35Mの塩勾配ウィンドウ内に溶 出した。画分を比活性の決定において記述される通りに活性について検定し、最 高の活性を示すものをプールして、10Kd分子量カットオフメンブランを用い て限外濾過により濃縮した。濃縮した酵素試料を将来使用するために4℃で保存 する。場合によっては、未変性のPAGEで分離したタンパク質の基質アガロー スオーバーレイへの長期間の露出の下で依然として2つ以上のエステル加水分解 活性が検出されることがあり、これは、大部分の産業用途にとっては妨げとなる ことはないごく少量の第2のエステラーゼ活性を示す。必要であれば、さらなる 精製(例えば、硫酸アンモニウム沈殿、ゲル濾過、又は実施例3に説明される他 の方法)を適用することができる。このプロセスは所望に応じてスケールアップ することも、スケールダウンすることも可能である。 実施例5.温度のプロフィールを決定するための方法 エステラーゼタンパク質の至適温度のプロフィールは、それぞれ30℃、35 ℃、45℃、55℃及び65℃で5分間平衡化した0.1Mのリン酸ナトリウム バッファーpH7.0中での希釈したエステラーゼの活性を測定することにより 行った。次いで、実施例2において比活性の測定について説明される反応条件下 (この例において用いられる様々な温度で改変した)で平衡化された溶液に添加 されたp−ニトロフェニルプロプリオネートの加水分解の速度を測定することに より、温度のプロフィールを決定する。基質の温度依存性自己加水分解の補正を 可能にするため、エステラーゼ酵素の代わりにウシ血清アルブミンを用いる対照 反応を使用する。その後、そのデータを反応温度に対して相対活性としてプロッ トする。 実施例6.酵素の安定性を決定するための方法 エステラーゼ酵素の長期間の酵素としての安定性を、様々な温度に晒した後に 残留する活性を試験することにより評価する。酵素原液の溶液を0.1Mのリン 酸ナトリウムバッファーpH7.0で希釈し、蒸発による濃度の影響を回避する ために密封した条件下で、それぞれ25℃、40℃又は60℃に平衡化した温度 浴に入れる。その後、アリコートを規則的な間隔で取り出して上述のようにp− ニトロフェニル−プロプリオネートの加水分解の速度を測定することにより、残 留する活性を決定す る。結果を、相対活性として、時間に対してプロットする。これらの結果は、4 0℃を含めてそこまでの温度に晒した場合、テストした全ての酵素が少なくとも 48時間は初期活性の大部分を保持することを示す。活性は、特に55℃近傍の 至適増殖温度を有する微生物から単離した酵素については、60℃で減少しない 。図4は得られた典型的なデータの例である。酵素についてのデータは表1、2 および10にまとめた。 実施例7.pHのプロフィールを決定するための方法 エステラーゼのpHのプロフィールは以下のように決定する。実施例2で比活 性の決定について説明されるものに類似する反応条件下において、少なくとも1 つのデータ点と重複する広範で有用なpHウィンドウを有するバッファーを用い て、p−ニトロフェニルプロプリオネートの加水分解の速度を決定する。これら の実験のため、上記基準を満たす2種類のバッファー、メス(6−6.5の有用 範囲)及びビス−トリスプロパン(6.5−9範囲の有用バッファー)を選択し た。全てのpH試験は、エステラーゼの代わりにウシ血清アルブミンを用いる対 照から実験結果を差し引くことにより自発的自己加水分解について補正した。こ の対照データ処理は、7.5を超えるpHについては特に重要になる。 実施例8.エステラーゼの活性に対する溶媒の効果 生体触媒に対する産業用途では、しばしば、酵素がそれ本来のものではない苛 酷な条件下で機能することが必要とされる。温度の上昇及びpHの変動に晒すこ とは酵素の活性に対する可能性のある挑戦であり、生体触媒の基質標的として役 立ち得る多くの化合物の水溶性の欠如が工業的有機化学者に対する大きな挑戦と なる。有機共溶媒が反応において一般的に用いられ、単離酵素は比較的高い濃度 の共溶媒の条件下で生き延びることができなければならない。様々な有機溶媒、 例えば、エタノール、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、ト ルエン、ヘキサン並びにSDS、トリトンX100及びツィーン20のような洗 浄剤の存在下において実験を行う。また、その酵素がバッファーから凍結乾燥さ れるようなほぼ無水の溶媒条件での単離酵素の活性と、及び至適活性のpHとを 試験するために追加の実験も行った。 実施例9.ネイティブなPAGEでの移動によるタンパク質の特徴付けのための 方法 半精製試料の各々におけるエステラーゼ酵素の数を、タンパク質をそれらの電 荷に基づいてサイズの比に分離する、4−15%アクリルアミド勾配(バイオ− ラッド・ラボラトリーズから購入した形成済ゲル)を用いるネイティブなゲルP AGEで決定する。このゲルはインドリルアセテートを加水分解することができ る他の酵素での痕跡量の汚染を示しており、これはカラム希釈効果の ためにHPLCでは容易に検出することができないものである。このゲル実験か ら明らかなことは、大部分の試料が同様な移動特性を有する単一の主要活性のバ ンドもしくはゾーンを有するということである。 実施例10.クロマトグラフィーによる相対分子量の決定 関心のあるタンパク質の推定される本来の分子量を、ヒタチHPLC6200 に取り付けたファルマシア・スーパーデックス(Pharmacia Superdex)S200 FPLCカラムで分離することにより決定する。タンパク質を、0.1M(I)N aClを含むpH7.0の0.05Mリン酸ナトリウムバッファーによるイソク ラティック溶離により分離した。溶媒の流速は0.5ml/分に維持し、タンパ ク質は280nmでUVにより検出した。エステラーゼ活性画分は、まず5−ブ ロモ−3−クロロ−3−インドリル−アセテートプレート検定で、次いで最も活 性の画分のp−ニトロフェニルプロプリオネートの加水分解による追跡検定によ り検出した(両方法は実施例2において説明されている)。分子量は、以下のタ ンパク質:β−アミラーゼ 200Kd、アルコールデヒドロゲナーゼ 150 Kd、ウシ血清アルブミン 66Kd、炭酸脱水素酵素 29Kd、チトクロム c 12.3Kdを用いることによって生成した(分子量の対数として分で表す 時間に対してプロットした)標準的な溶出のプ ロフィールと比較することにより見積もった。 実施例11.基質特異性の特徴付け 様々なエステルに対する加水分解活性についてのエステラーゼの基質優位性は 以下のようにして決定することができる。基質の各々をCH3CNに溶解(最終 濃度0.1M)し、0.1Mのリン酸バッファー pH7.5と混合することに より、マイクロタイタープレート上に分子の格子を調製する。次いで、部分的に 精製した酵素をこれらのウェルに添加し、その反応混合物を30分間インキュベ ートする。粗製溶解物もこの方法で試験することができる。10、20及び30 分後にプレートをチェックして相対活性を決定する。無色の基質での実験につい ては、反応物をジクロロメタンで3回抽出することを除いて、有色の基質に対し て説明したものと同じ条件下で試験管内で反応を行う。有機層を合わせ、MgS O4で乾燥させて、窒素流中で0.1mlまで濃縮する。次に、この濃縮物をシ リカゲルTLCプレートにスポットし、80:20:0.01のヘキサン:エチ ルエーテル:酢酸の混合溶媒で展開する。TLCプレートをUV及びI2で可視 化する。 実施例12.迅速な基質特異性の特徴付けのための迅速スクリーニング検定 エステルの加水分解の際のプロトンの放出により系の pHが低下する酵素触媒加水分解反応の機構に基づいてエステラーゼ活性を迅速 にスクリーニングするための新たな方法を開発した。反応におけるプロトンの流 れを、酵素活性の所望のpH範囲内でpH依存性の色変化を有する指示薬染料を 用いることにより観察することができる。試験した最良の指示薬は、僅かに上昇 するpHで最適に機能する酵素についてはフェノールレッド(開始点pH8.5 )であり、より中性の条件で十分に作用する酵素についてはブロモチモールブル ー(開始点pH7.2)である。 指示薬の反応を2つの方法のうちの1つで観察する。分光学的研究は、異なる pHバッファーに5mMの濃度で溶解したフェノールレッド又はブロモチモール ブルーのいずれかの0.001%溶液のUV/Vis最大値を測定することによ り行う。次に、基質(最終濃度0.1mM)を5mMのバッファー液(ブロモチ モールブルー指示薬についてはリン酸ナトリウム pH7.2、そして、フェノ ールレッド指示薬についてはホウ酸ナトリウム pH8.5)に添加して、25 ℃の温度で5分間平衡化し、続いて0.1Uの標的の酵素を添加することにより 反応を開始させることによって加水分解反応を行った。 加水分解反応を監視するための代替方法が広範なスクリーニングの適用に対し て有用である。0.001%指示薬染料と、10%未満の有機溶媒組成となるよ うなC H3CN、DMF又はDMSOに溶解した基質とを含む5mMのバッファーを、 撹拌した24ウェルのマイクロタイタートレイに加える。5分間、25℃の温度 で平衡化した後、0.1Uのエステラーゼを添加することにより反応を開始させ る。溶液の色の変化により反応の進行を監視し、色が変化した際にはNaOHの アリコートを添加して反応物の色を開始点に戻す。インキュベーションを延長し た後に、さらなる色の変化が検出されることがない場合に、反応が完了したもの と決定する。0.1MのHClで酸性化した反応物のTLC分析により生成物の 形成を確認し、酢酸エチルで抽出し、Na2SO4で乾燥し、N2流通下で濃縮す る。酵素ベースのキラル分割がスクリーニングされている基質の試験については 、キラル相HPLCにより生成物を分割、単離して、各異性体についてのピーク 面積を積算することによりエナンチオメリック純度(鏡像体純度)を決定する。 様々な加水分解活性、この場合にはエステラーゼの迅速な検定は、幾つかの異 なる酵素及び基質を用いるマイクロタイタープレートでの実験において決定され る。市販の酵素の正確な比較が、全タンパク質と通常の基質p−ニトロフェニル プロプリオネートの加水分解の初期速度とから決定される各酵素についての同一 の比活性を用いることにより保証される。データは、所定の指示薬染料に対して のpH依存性の色変化を可視化するのに必要な時間として報告される。タンパク 質源としてBSAを 用いる対照実験では指示薬の色に変化は生じず、溶液のpHの変化が酵素触媒加 水分解の結果であることが確立される。酵素及び指示薬を含み、基質を含まない 反応溶液の対照試験により、溶液の色の変化がバッファーの塩又は酵素の単独の 結果ではないことが確立された。 マイタロタイタープレートの形式が小スケールの調製化学品になじみやすいも のであるか否かを決定するために行われる研究は、以下のように行われる。ラセ ミ体のフェネチルアセテートとブタ肝エステラーゼとを用いて反応を行い、0. 1NのNaOHのアリコートで滴定して、もはや色の変化が生じなくなるまで溶 液の元の色を維持し、色の変化が生じなくなった時点で反応を停止した。生成物 を単離してTLCで試験し、添加した塩基の総量を比較して反応の程度を確認す る。フェネチルアルコールをフラッシュカラムクロマトグラフィーにより出発物 質のアセチルエステルから分離し、次いでキラル相HPLCによって分析する。 ピークの積算値から加水分解生成物のエナンチオマー過剰率を決定し、指示薬染 料が存在しない状況下で実施した同一の反応と比較する。これらの実験からの結 果は、指示薬染料を含めることがフェネチルアセテートのエステラーゼ触媒分割 の立体特異性に影響を及ぼすことがないことを示唆する。 広い基盤をもつ酵素スクリーニング法における有用性の検定を試験するため、 周囲環境内の様々な供給源から単離した7種類の微生物を、構造的に多様な化合 物の群 の加水分解を触媒する酵素を産生するそれらの能力について試験した。表2はこ れらの研究の結果を示す。 結果は指示薬の色を変化させるのに要する時間の量として報告されている。こ れらのデータは異なる周囲環境の単離菌体の間での様々な基質特異性を示す。特 に注意すべきものは、基質のエナンチオマーに対する加水分解の相対速度から決 定される立体選択性の示唆である。対照反応は、上記の市販の酵素を用いる基質 特異性の研究において説明されるものと同様なものである。 実施例13.基質特異性のさらなる特徴付け 図10に示されるものは、各酵素の活性に関して試験することができる基質の 例である。これらの分子は、それらの中間体としての重要性から、合成に関する 文献において産業用途に対する潜在能力を伴って特別に選ばれているものである 。実験は、粗製溶解物又は、その活性が基質優位性および立体化学を含む起こり 得る反応化学を迅速に判断することが知られている場合には、培地ブロスから単 離されたタンパク質を用いて行うことができる。全ての構造活性試験を、ブタ肝 エステラーゼのような標準的な中温性の生体触媒と比較する。反応をTLC分析 によって観察して、その生成物を商業的な供給源から購入した、もしくは化学的 手段(例えば、エステルの塩基触媒加水分解)によって調製した標準と比較する 。 各エステラーゼによる立体化学的優位性の研究は、2つの方法のうちの1つに より評価することができる。第1の方法においては、市販のエナンチオメリック (鏡像 体的)に純粋な基質エステルの標準的な単一の立体異性体を各酵素で加水分解し 、各エナンチオマーの加水分解の相対速度を潜在的なキラル選択性の診断用定性 的決定因子として用いる。第2の方法においては、単一の立体異性体として購入 することができない分子を動力学的分割方法(一般に50%未満の完結度で反応 を実施する)を用いてラセミ混合物として加水分解する。その反応生成物を単離 し、キラル相HPLC(ディアセル・キラルセル(Diacel Chiralcel)ODもし くはOB)又は生成物をモシャー(Mosher)誘導体(アルコール生成物)もしく はメンチル誘導体(カルボキシレート生成物)に誘導体化することにより調製さ れる対応するジアステレオマーの1H NMRによりそれらのエナンチオマー過 剰率(ee)について分析する。NMRスペクトルから決定されるジアステレオ マーの比率は対応するピークの積算値に基づくものであり、これを文献値、又は 必要であればキラルシフト試薬を用いて市販の供給源から得られる標準のいずれ かと比較する。次いで、生成物の旋光度及び絶対配置を旋光分析により決定し、 文献に見出される値又は商業的供給者より得られる標準から決定される値と比較 する。 実施例14.タンパク質E001−E021/17bの特徴付け 表1に収載される同定されたソースからの株を、実施 例1に説明されるようにTT培地において65℃で増殖させることにより単離し た(すなわち、土壌からS1等)。エステラーゼ加水分解比活性を実施例2に説 明される方法により同定し、表1に収載されるように単離されたエステラーゼタ ンパク質に識別子を割り当てた(すなわち、E001等)。酵素を調製するため 、単離菌体の15リットルの培養物を増殖させ、細胞を遠心沈殿させて実施例1 に説明されるように収集する。これらの細胞を溶解し、単離された調製品を実施 例4に概要を記す手順に従って精製した。このタンパク質を、温度のプロフィー ルを決定するためには実施例5に、タンパク質の安定性を決定するためには実施 例6に、及びpHのプロフィールを決定するためには実施例7に説明される方法 を用いて特徴付けた。それらの結果は図4に示される。このタンパタ質を実施例 9に説明されるようにネイティブな勾配のPAGEでの移動によって特徴付けた 。そのデータは図2に示される。実施例2に説明されるようにして比活性を決定 し、実施例10に説明されるようにしてクロマトグラフィーによって分子量を決 定した。それらは表1に示される。幾つかのタンパク質に対する基質特異性が説 明されており、それらは表2に示される。このように、同定され、かつ特徴付け られたエステラーゼは有用であり、かつ商業的に有用な純度で独自の活性を有す ることが示されている。明確な結果が表10にまとめられている。 実施例15.E100の特徴付け E100の精製−E100を、サームスT351種から、実施例3に説明され る一連の4工程:DEAE精製、Qレジン精製、限外濃縮、及び分取用SDS PAGEにより300倍以上に精製する。第2のエステラーゼ活性が存在してい たため(E101)、粗製溶解物において比活性を測定することはできなかった 。この第2の活性は第1のクロマトグラフィー工程の間に標的エステラーゼから 完全に除去することが可能であった。このタロマトグラフィ一工程において、第 2のエステラーゼはDEAEカラムを結合することなく通過した。様々な技術的 グレードのEIOOを精製するには、DEAE精製単独で十分であり、他のあら ゆるコンタミしている活性から実質的に精製されたE100が得られた。Qレジ ン精製及び限外濾過は、特定の用途の要求に応じてより純度の高い生成物を生成 させることを可能にする。最終SDS PAGE精製工程は、分子の特徴を決定 するためにタンパク質を均一に精製することを可能にする。 タンパク質の特徴付け−活性のバンドを分取SDS−PAGEゲルでの電気溶 出により収集し、変性条件下の10%SDS−PAGEで再度行う。これにより 、約〜45Kdの相対分子量を有する単一のバンドが示される。非煮沸試料を同 じSDS−PAGEゲルにかける ことにより、おおよそ提唱される単量体の分子量だけ増加した位置に複数のバン ドが示される。加えて、この非煮沸試料は活性について染色することが可能であ るが、二量体種から始まる多量体の形態の酵素に相当するバンドのみが活性を保 持することが見出される。精製したタンパタ質の比活性は、4−メチル−ウンベ リフェリル−ブチレート(MUB)を基質として用いて、約3.2×10-6M分-1 mg-1である。 E100の酵素活性の測定−p−ニトロフェニルプロプリオネート(pNP) 、又は幾つかの場合にはMUBの加水分解を観察することによりエステラーゼ活 性を測定する。各々の基質をアセトニトリルに溶解し、温度依存性のpHの変動 について調整された50mMのトリスHCl pH8.5を含む反応混合物に添 加する(最終濃度100μM)。反応物を37℃で5分間熱的に平衡化した後、 10μLの酵素試料を添加することにより反応を開始させ、これに対して対照反 応では等量のBSAを代わりに用いた。この反応を、pNPについては405n m ε=17mM-1cm-1で、MUBについては360nm ε=7.9mM-1 cm-1で分光光度的に観察する。 酵素触媒加水分解の速度を基質の自発的加水分解について補正する。タンパク 質濃度を、280nmでの吸光度又はローリー(Lowery)検定のいずれかにより 決定す る。大まかな活性は、マイクロタイタープレート上の0.7%寒天マトリックス に懸濁させた5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルエステルの加水分解に基 づく比色分析により決定する。このインドリル誘導体の0.1mg/mlの溶液 を最小容積のアセトニトリルに溶解し、0.1Mのリン酸バッファー pH7. 5を含む0.7%寒天の温溶液に添加する。この溶液10μLを、冷却されてい る場合、100μLもの酵素試料と共に用いることが可能なマイクロタイタープ レートに分注し、周囲温度ないし>65℃の温度でインキュベートする。 E100はトシルフロライドに晒される場合有効に阻害されるが、金属イオン 、キレート剤又は還元性分子のいずれかの存在によっては影響を受けることはな い(表3)。 反応条件は、指定されている成分を添加することを除いて、上記の一般的な実 験において説明されるものである。相対速度は、非触媒反応の自発的な加水分解 の速度に対して補正されている。 E100の基質特異性−基質特異性を実施例11によって概説されるように試 験し、E100のこの構造活性実験からの結果が表4にまとめて示されている。 E100は、多くのニトロフェニル、クマリル及びアルキルエステルの加水分解 を触媒する広範な基質特異性を示す。この酵素は、基質のカルボキシレート側の 直鎖及び芳香族部分の両者に対して加水分解活性を示すが、>C8の長鎖アルキ ル鎖のカルボキシレートR基又はナフチル脱離基を含むものは基質ではない。こ の酵素は、寒天プレート上の透明帯によって検定されるように、カゼイ ン又はミルクのいずれかに対しての有意の活性は示さない。 サームスの種から部分的に精製されたエステラーゼE100の基質活性検定。 (++)は、(a)10分未満での色形成もしくは(b)TLC上での有意の生 成物の形成によって決定される最高の活性。残りの活性の測定は、+>+/−> −>−−の順に続く。構造の略語は以下の通りである:I、クロロ−ブロモ−イ ンドリル、N、a−ナフチル、U、メチルウンベリフェリル、pN、p−ニトロ フェニル、oN、o−ニトロフェニル、PA、フェニルアセテート。 動力学的特徴の決定−動力学的特徴は、ニトロフェニルプロプリオネートの酵 素触媒加水分解の濃度依存性初期速度を測定することにより決定する。反応は、 pH8.5で、37℃に平衡化した50mMのトリス−HClバッファ中で行い 、酵素を添加することにより反応を開始する。生成物ニトロフェノールの形成に よる405nmでの吸光度の変化から速度を決定する。速度を、反応過程での基 質の自発的加水分解に対して補正する。濃度対速度のデータを二重逆数プロット とハーネス・ウォルフ(Hanes Wolff)プロットとの両者によって解析し、Km 、Vmax及びVmax/Kmを求める。加水分解反応の初期速度のプロットか ら決定されるE100の動力学的特徴が図6に示される。 E100の温度のプロフィール及び至適pHの決定− この酵素の温度のプロ フィールは図7aに示されるように決定される。酵素の活性は、反応の温度が上 昇するのに伴って70℃を上回る(基質の自己加水分解によるバックグランド信 号が非常に大きくなり、もはや補正できなくなる)分析の限界まで着実に増加す ることが観察され、これは、E100の至適活性の下限が70℃を上回ることを 示唆する。E100は、約9.0付近に観察される至適活性の下限を有する塩基 性のpHのプロフィールを示し、9.0は37℃での基質安定性の限界でもある (図7b)。 有機溶媒の存在下における酵素安定性の決定−予備の系として、極性非プロト ン性共溶媒であるアセトニトリルを用いて、有機溶媒組成物に対する耐性につい てE100を試験する。この酵素は、20容量%の有機共溶媒の溶媒混合物中で その活性の50%を保持した(図8)。 E100のN−末端配列−精製したタンパク質を10%SDS−PAGEゲル にかけた後、電気ブロッティングによりPVDFメンブランに移す。メンブラン を二重に蒸留した水を数回交換して洗浄することで残留SDS又は他の汚染物質 を除去し、次いでクーマシーブルーで染色する。次に、メンブランを50:40 :10のMeOH:H2O:AcOHを数回交換して用いて脱染色し、次いで1 0%MeOHで1回洗浄した。その後、メンブランを風乾し、次いで配列決定に 処する。E100のN−末端配列はイリノイ大学アーバナチャンパイン遺伝子工 学施設(University if Illinois Urbana Champaign genetic engineering faci lity)で決定した。 E100のN−末端は、10%SDS−PAGEで精製し、PVDF支持体に 移したポリペプチドの自動化された配列決定により決定した。得られた配列は: MKLLEWLK?EVであり、ここで各文字は標準アミノ酸一文字コードを指 し、「?」は不確定のアミノ酸を指す。 このように、E100は、商業的に有用な純度で独自の活性を有する有用なエス テラーゼであることが示されている。 実施例16.E101の特徴付け E101はサームスT351種から単離される2つのエステラーゼ活性のうち の1つである。E101は、早期精製工程において第2のエステラーゼ、E10 0、から精製することができる。 E101の精製−実施例1及び2に説明されるように調製したサームスT35 1種の上清をNH2SO4で分画し、沈殿したタンパク質を20−60%の飽和度 で収集する。ペレットを30mlのバッファー(50mMのトリス−HCl p H8.0、1mMのBME)に再溶解し、30Kdカットオフ透析管を用いて同 じバッファに対して透析する。透析物を、上記バッファーで平衡化した100m lのベッド容量のDEAE樹脂に導入し、そのカラムを150mlの平衡化バッ ファーで洗浄する。 活性タンパク質が導入及び洗浄画分に観察され、それをプールして、YM30メ ンブランを取り付けたアミコン濃縮器を用いて濃縮する。その後、濃縮したタン パク質を、上記バッファーで平衡化した25mlのベッド容量のセファロースS P樹脂に直接導入する。活性画分が導入及び洗浄画分に現れるので、それをプー ルして上記の 通り濃縮する。その後、濃縮物をセファラクリル(Sephracryl)HR200ゲル 濾過カラム(1×40cm)に導入し、2ml/時の流速で0.5mlの画分を 収集する。活性画分を集め、SDS−PAGEで分析する。N−末端の配列決定 を行うため、均一であると考えられる画分を濃縮し、タンパク質配列決定サービ スセンターに提出する。この酵素を将来使用するために4℃で保存する。 E101はこれらの方法により35倍以上に精製することが可能であり、この 株から単離される別のエステラーゼであるE100とは劇的に異なる特徴を有す る。イオン交換クロマトグラフィーを用いる試みでは負の精製が生じた。これは 、タンパク質が保持される事実がなかったためである。調べた樹脂には、pH6 .0から9.0まで変化し、トリス(Tris)及びヘペス(Hepes)を含むリン酸 塩からホウ酸塩までのバッファーでの条件下で、DEAE、Qセファロース、C Mセルロース、SPセファロース及びヒドロキシアパタイトが含まれる。2つの イオン交換工程の後、ゲル濾過クロマトグラフィーによりタンパク質を精製して 均一にされたが、しかしながら、分子量が示唆するものよりも保持がかなり長い ことから、このタンパク質はカラムと相互作用しているように思われる。それぞ れネイティブ(未変性)及び変性SDS−PAGEからの測定で、このタンパク 質の分子量は約135Kdであり、〜35Kdの単量体質量を有するもの と思われる。 E101の特徴−この酵素の比活性は、4−メチル−ウンベリフェリルブチレ ート(MUB)を基質として用いて、E100について観察されるものよりも1 0倍高い。E101はPMSFによって阻害されるが、金属イオン又は金属イオ ンキレート剤には非感受性である。精製タンパク質の比活性は3.2×10-5モ ル分-1mg-1であることが見出されており、これはメチルウンベリフェリルブチ レートを基質として用いる加水分解の初期速度から決定された。表5はE100 の活性に対する様々な基質の阻害効果の概要を示すものである。 反応条件は、指定される化合物を添加することを除いて、上記の一般的な実験 で説明されるものである。相対速度は非触媒反応の加水分解の自発的な速度に対 して補正されている。 E101の基質特異性−E101の基質特異性は実施例11に説明される通り に決定した。このE101についての構造活性実験からの結果が表6に示されて いる。この酵素の加水分解活性はE100について観察されるものに類似し、ミ ルク又はカゼインに対する観察可能なプロテアーゼ活性を有していない。 サームスの種から部分的に精製されたエステラーゼE101の基質活性検定。 (++)は、(a)10分未満での色形成又は(b)TLC上での有意な生成物 の形成によって決定された最高の活性。残りの活性の測定は、+>+/−>−> −−の順に続く。構造の略語は以下の通りである:I、クロロ−ブロモ−インド リル、N、a−ナフチル、U、メチルウンベリフェリル、pN、p−ニトロフェ ニル、oN,o−ニトロフェニル、PA、フェニルアセテート。 このように、E101は商業的に有用な純度で独自の活性を有する有用なエス テラーゼであることが示されて いる。 実施例17.エステラーゼのクローニング 一般的なクローン化の方策−ストラタジーンTM(StratageneTM)からのλZA Pクローニングシステムをライブラリーの構築及びエステラーゼ活性の検出に用 いることができる。他のクローニングシステムを用いて同様の結果を得ることが できる。λベクターにおけるクローニングの通常の効率はクローン化DNAのm g当たり105から107個のハイブリッドクローンまで変化し、これは便利な量 のサイズ選別された染色体DNA断片を表す遺伝子ライブラリーを得るのに十分 なものである。我々は、ファージプラークにおけるエステラーゼ活性の検出が、 細菌コロニーとは反対に、酵素に対して基質がより接近し易いためにより効率的 であることを見出している。ファージは、一般に、クローン化タンパク質の毒性 作用に対する感受性に劣り、70℃までの温度で生存することも可能である。温 度の上昇及びクローン化タンパク質の潜在的な毒性に耐えるクローニングシステ ムの能力は、本明細書に記述されるエステラーゼのような好熱性タンパク質の活 性の検出に必要である。 遺伝子バンクを構築するためのDNAの単離−実施例1に説明されるように、 関心のあるエステラーゼを含む適切な株の培養物からゲノムDNAを調製する。 異 なる株の細胞を、100mlのTTブロス(リットル当たりポリペプトン(BB L11910)8g、酵母抽出物4g、NaCl 2g)において、55℃又は 65℃で一晩、250RPMで振盪しながら、後期対数期まで増殖させる。細胞 を遠心により回収し、そのペレットを5mlの溶解バッファー(10mMのトリ ス−HCl、pH7.0、1mMのEDTA、及び10mMのNaCl)に再懸 濁させる。リゾチームを2mg/mlの最終濃度まで添加する。細胞を37℃で 15分間インキュベートした後、SDSを1%まで添加する。その溶解物をフェ ノール/クロロホルム/イソアミルアルコール(25/24/1)で穏やかに3 回抽出し、その水相の上に95%エタノールを重層することによりDNAを巻き 取る。 通常の技術を有する者は、当該技術分野において公知の他のDNAの調製方法 を見出すであろう(37)。例えば、関心のあるエステラーゼを含む株の新鮮な コロニーを250mlの三角フラスコ内のTT培地50mlに接種し、ニュー・ ブランスウィック・エンビロウンメンタル・シェーカー(New Brunswick Enviro nmental Shakcr)内において、55℃で24時間、200rpmでインキュベー トする。3000gで15分間遠心することにより細胞を回収し、5mlのGT Eバッファー(50mMのグルコース、25mMのトリス−HCl pH8、1 0mMのEDTA)に再懸濁させて2mg/mlのリ ゾチームを用いて37℃で10分間処理する。リゾチーム産生スフェロプラスト を1%SDSを添加することにより溶解し、100μg/mlのプロテイナーゼ Kを添加し、24℃で10分間部分的に除タンパク質化を行う。フェノール/ク ロロホルムで3回抽出することにより染色体DNAをさらに精製し、2.5容積 のエタノールで沈殿させ、20mlの75%エタノールで洗浄した後、1mlの TE(10mMのトリス pH8.0;1mMのEDTA)に再懸濁させる。抽 出した画分は50kbより大きなDNA断片からなり、その濃度は、0.7%ア ガロースゲルを用いて10V/cmで4時間のゲル電気泳動による検出で約0. 5ng/μlである。 遺伝子ライブラリーの構築−ゲノムDNAを制限酵素Sau3Aで部分的に消 化した後、予め消化したラムダZAPエクスプレス(Lambda ZAP Express)(ス トラタジーン・クローニング・システム、Stratagene Cloning System)にライ ゲートする。ライゲーション反応の生成物を、プロメガ(Promega)から購入し たλパッケージング抽出物を用いて、イン・ビトロでパッケージングする。この ベクターは長さが12kbまでのDNAを収容し、T3及びT7プロモーターの 発現と、プラークへのプローブハイブリダイゼーションとの両者によるクローン の同定を可能にする。このライブラリーを保持し、エステラーゼ活性についてス クリーニングする。ゲノム DNAライブラリーを得る他の方法も当該技術分野で公知である。 上述の通りに調製した株の各々の染色体DNA、10μgの5つの試料を、異 なる濃度のSau3A制限エンドヌクレアーゼ(ニュー・イングランド・バイオ ラブス、New England BioLabs)を用いて、製造者の指示に従い、各々50μl の容積で37℃、30分間処理する。Sau3Aの濃度は、別々の管で、0.1 uから0.002u/消化されるDNAのμg、で変化させる。エンドヌクレア ーゼを70℃で10分間加熱不活性化することにより反応を停止させ、10V/ cmで4時間の0.7%アガロースゲル上でのゲル電気泳動により分析する(典 型的な消化パターンが得られる、データは示さず)。5kbの平均的断片サイズ を有する画分をクローン化のために選択する。E001、E002、E003、 E006、E007、E008、E009、E010、E012、E016、E 020を含むネイティブ株については、約0.02u/DNAμgの濃度のSa u3Aで消化した染色体DNAの5つの試料の第2番目のものであった。残りの 株については、0.1u/DNAμgのSau3Aを用いた第1番目の試験管内 で適当な程度の部分的消化を達成する。50ngの染色体DNA断片を、5μl 中の1単位のリガーゼ(ニュー・イングランド・バイオラブス)を用い、等モル 量のラムダZAPファージベクター(ストラタジーン)の脱リン酸化BamHI −アー ムにライゲートする。ライゲーション反応は18℃で8時間行い、70℃で10 分間の加熱不活性化により停止させる。約10ngのDNAインサートを含むこ のライゲーション反応物1μlを、10μlのラムダプロヘッド(プロメガ社製 )を用いるイン・ビトロ・パッケージングに用いる。パッケージイング反応を2 8℃で90分間行い、大腸菌XL1ブルーの一晩培養物100μlと合わせ、プ レート当たり2mlの0.7%上層寒天(0.8%NaCl、10mMのMgS O4)を用い、LB培地を収容する5個の90mmペトリ皿に塗布する。クロー ン化効率を決定するためにこのパッケージング混合物の連続希釈を行う。クロー ン化効率は、一般には、約1.0×107個ハイブリッドファージ/クローン化 DNAμgである。個々の株に対するクローン化効率は変動し、生成するライブ ラリーのサイズは0.5ないし2.5×105の範囲内にあった。ここから2な いし12個の陽性クローンを分析した(データは示さず)。増幅したライブラリ ーを収集するためにプレートの1つからハイブリッドファージを回収し、25% グリセロールを含む3mlのLB培地に保存する。他の4つの一次プレートを、 以下に説明されるように5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−アセテート (X−アセテート)を含む指示寒天で処理し、エステラーゼ遺伝子を有するハイ ブリッドプラークを見出す。 遺伝子バンクのエステラーゼ活性についてのスクリーニング−上記パッケージ ング反応の生成物を大腸菌XL1ブルーMRF(ストラタジーン)に感染させる 。非増幅遺伝子ライブラリーの一次プラークを、それらのプレートをX−アセテ ートを含む上層寒天を用いて65℃で30分間覆うことにより、酵素活性につい てスクリーニングする。この指示オーバーレイ中の基質の濃度は、エタノール又 はN,N−ジメチルホルムアミド中の4%の貯蔵原液から最終溶液中では一般に 0.1ないし1%(一般には約0.4%が用いられる)の濃度の間に希釈する。 他の適切な基質をこの手順において代わりに用いることが可能であり、これには 、5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−ブチレート(X−ブチレート)、 5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−プロプリオネート(X−プロプリオ ネート)、5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−ステアレート(X−ステ アレート)、4−メチルウンベリフェリル−アセテート(MUA)、4−メチル ウンベリフェリル−ブチレート(MUB)、4−メチルウンベリフェリル−プロ プリオネート(MUP)、又は合成したものでもシグマケミカル社のような商業 的供給元から購入したものでもよい他の5−プロモ−4−クロロ−3−インドリ ル−もしくは4−メチルウンベリフェリル−エステルが含まれるがこれらに限定 されるものではない。大腸菌に由来するバックグランドの外来性エステラーゼ活 性を不活性化するため、プ レートを65℃で20分間予備加熱する。この手順を生き延びたハイブリッドフ ァージを拾い上げ、3回再スクリーニングする。次に、その抽出物を、ネイティ ブのタンパク質と同じ移動度を有するタンパク質バンドの存在について、以下に 説明されるように分析する。ラムダZAPクローニングシステムは、より小さな プラスミドベクターを切り出してインサートの特徴付けを簡潔にすることを可能 にする。エステラーゼ活性についての遺伝子バンクのスクリーニング、すなわち 、タンパク質の単離、精製、及びN−末端の配列決定;N−末端配列からの減成 ヌクレオチドプローブの作製;減成プローブを用いる遺伝子バンクのスクリーニ ングに他の方法を用いることも可能ではあるが、有望なクローンの単離のために はこの方法が効率的であり、かつ比類なく適する。 特には、上述のクローン化の間に生成したファージコロニーを有する4つのプ レートを、幾らかの潜在的な大腸菌のエステラーゼ活性を不活性化するため、6 5℃で30分間インキュベートする。約1mg/mlの比色エステラーゼ基質X −アセテート又は他の基質(X−ブチレート、X−プロプリオネート、X−ステ アレート、及び4−メチルウンベリフェリルに基づく基質を含むがこれらに限定 されるものではない)を含む0.7%上層寒天(0.8%NaCl、10mMの MgSO4)約2mlを各々のプレートに重畳する。クローン化エステラーゼの 発現はファージコロニーの周囲の青色ハロー(又は、 4−メチルウンベリフェリル基質の場合には蛍光ハロー)によって検出すること ができる。このプロセスの典型的な結果では、ハイブリッドファージに対して1 :3000の陽性コロニーの比で生じ得る。 一般に2ないし12の一次陽性ファージプラークをプレートの各組から拾い上 げて50μLのLB培地に再懸濁させ、無菌の紙片を用いて大腸菌XL1ブルー のローン上に画線する。次に、これらの精製ファージプラークを前述のようにX −アセテートを含む指示寒天で覆い、陽性プラークを一次スクリーニング実験と 同様に選択した。一般には、このような再画線による精製を3回行うことで、エ ステラーゼ活性を発現する純粋なハイブリッドクローンを得るには十分である。 これらのクローン候補は、全て、X−アセテートプレート検定において有意なエ ステラーゼ活性を示す。各々が単一の一次ファージプラークの子孫を表している 、各々の株からの幾つかのクローン候補をさらなる分析のために選択する。 ファージクローンが産生するタンパク質のプロフィールの試験−これらのファ ージクローンからのタンパク質の産生及び分析を以下の通りに行うが、代替法も 可能である。各々のクローンに由来する単一のプラークを(10mMのMgSO4 の存在下のLB培地中で増殖させた)大腸菌XL1ブルーの一晩培養物20μ lに再懸濁させ、96ウェルマイクロタイタープレートのウェルの 1つの中で24℃、20分間インキュベートして吸着させ、2mlのLBを収容 する15ml試験管に移し、約300rpmに設定したニュー・ブランスウィッ ク・エンビロウンメンタル・シェイキング・インキュベーターにおいて37℃で 一晩増殖させる。細胞残滓は12,000gで10分間遠心することにより除去 することができる。次に、元の微生物から精製したネイティブなタンパク質と比 較するため、クローンからのファージ溶解物を4−15%勾配のネイティブなポ リアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)にかける。成形済勾配ゲルをバイオ ラッド・ラボラトリーズ(カタログ番号161−0902)から購入し、ネイテ ィブゲルについての製造者の指示に従って使用した。HPLCによって単一のタ ンパク質バンドにまで精製された、元の株からのエステラーゼ調製品を、同じゲ ル上で対照として用いる。あるいは、均一には精製されていないが単一のエステ ラーゼ活性にまでは精製されているネイティブなタンパク質調製品を対照として 用いることができる。エステラーゼ活性を有するタンパク質バンドは、X−アセ テートのオーバーレイを適用し、室温で5−20分間インキュベートすることに より検出することができる。クローン候補の相対移動度をネイティブのエステラ ーゼタンパク質と比較することができる。 20の株に由来する107個のハイブリッドクローン候補について得られたデ ータが表7にまとめられており、 宿主株と比較した、ラムダクローンにおいて検出されるエステラーゼ活性の典型 的な比較の結果が示されている。スクリーニングした遺伝子ライブラリーの各々 に、元の株から精製されたタンパク質の移動度を有するエステラーゼタンパタ質 を発現するクローン候補が少なくとも1つ存在する。幾つかのλクローン候補は 、元の株から精製されるエステラーゼ検体の主要成分とは異なる移動度を有する エステラーゼ活性を発現する。エステラーゼ活性を有する同様のサイズのバンド がネイティブな微生物において少数成分として観察される(データは示さず)。 これらのクローン化エステルの加水分解活性には表7に示される名称が与えられ ている。 ファージからのプラスミドベクターの切り出し−ラムダZAPベクターは、フ ァージクローンが都合よくプラスミドベクターに変換して、DNAインサート体 の良好な物理的特徴付け及びクローン化された遺伝子の制御された発現が可能に なるようにする。ヘルパーファージと共に同時感染させることでM13−特異的 複製を導入することにより、クローン化インサート体を有する多数のコピープラ スミドの切り出しが生じる。ラムダハイブリッドのファージの原液(約107コ ロニー形成単位(CFU)を有する)10μlとエクサシスト(Exassist)M1 3ヘルパーファージ(約1010CFU)1μlとを用いて、LB中で増殖させた 大腸菌XL1ブルーの 一晩培養物20μlを感染させた。24℃で20分後、細胞懸濁液を96ウェル マイクロタイタープレートのウェルの1つから15ml培養管に移し、2mlの LBで希釈し、37℃及び300rpmで一晩増殖させ、65℃で10分間加熱 し、3000gで20分間遠心することにより清澄化する。M13粒子にパック された、切り出されたプラスミドを、M13ヘルパーファージの発育を許容しな いラムダ耐性株XLOLRに形質導入する。切り出されたファージの溶解物10 μlを96マイクロタイタープレートのウェルの1つにおいて大腸菌XLOLR 株の一晩培養物30μlと混合し、37℃で20分間インキュベートして吸着さ せ、100μlのLBで希釈し、37℃で40分間インキュベートしてプラスミ ドのカナマイシン(Km)耐性マーカー(neo)を発現させる。細胞を、40 mg/mlのKmを補充した2枚のLBプレートに塗布する。これらのプレート のうちの1枚には50μlの4%X−アセテート原液溶液も含ませる。 プレートを37℃で増殖させることによって予備実験を行い、クローン化好熱 性エステラーゼを発現する形質導入体の大腸菌コロニーで有意の表現型の分離が 生じることを示す。CE020株の極端な場合においては、どのようなエステラ ーゼ活性をも発現しないコロニーは、活発にエステラーゼ活性を発現する一次形 質転換体コロニーから再画線することはほとんどできなかった。この 分離と活性クローンを含むプラスミドの明らかな不安定性のため、大部分のエス テラーゼクローンを操作するためのプロトコルは、ストラタジーンによって推奨 されるプラスミドの切り出しの標準プロトコルと比較して、改変が必要であった 。この不安定性は細胞内で発現するクローン化されたタンパク質の機能によるも のである可能性があり、したがって、これらのエステラーゼが好熱性微生物に由 来するものであり、かつ低温では活性ではない可能性があることから、増殖温度 を下げることによりこの分離の問題が克服されるものと仮定された。 したがって、エステラーゼ含有プラスミドの活性による不安定性の問題を克服 するため、好熱性エステラーゼを有する大腸菌細胞の培養を28℃及び30℃で 行ない、その結果有効な表現型の分離は減少することとなった。このように、ク ローン化好熱性エステラーゼの活性が宿主細胞にとって致命的であり、あるいは 部分的に致命的である場合には、その株の増殖温度を30℃、又は室温にさえも 低下させるべきである。活性なエステラーゼタンパク質を有するプラスミドを宿 す組換え株は、X−アセテート上でエステラーゼ活性の表現型の分離を示した。 この分離は、仮にエステラーゼ活性が細胞に対して毒性を有しているならば、プ ラスミドもしくはインサート体の喪失によるものである。これを回避するために 、細胞をより低い温度(たぶん、クローン化された好熱性エステラーゼの活性を 減少させる)で増殖させる。このよう な株は28℃および37℃でX−アセテートを用いて塗布する。より早く増殖す る分離体の黄色のコロニーは、両者の温度で認められるが、37℃における対抗 する選別ではずっと強烈である。温度がクローンの表現型の安定性を大きく相違 させることを決定した後、全てのプラスミドに基づくクローンを塗布することに よりさらなる実験を26℃で、一般には48時間行う。X−アセテートを含む培 地に大腸菌細胞を塗布し、そのプラスミドによるクローン化エステラーゼの発現 、及びそれらのもしくは一次コロニー間の分離の程度を検出する。このように、 クローン化エステラーゼの活性を低下させる温度での形質転換細胞の増殖は産生 的なプラスミドの有効な単離に重要である。 特定の場合において、各々のファージクローンから誘導される8つの細菌コロ ニーをX−アセテートを含まないプレートから拾い上げ、96ウェルプレート内 で40mg/mlのKmを補充した100mlのLBに移し、一晩増殖させる。 これらのコロニーの子孫を、X−アセテート含有寒天を用いるスポット試験によ って分析する。明るい青色ハロー及び最低量のエステラーゼ−分離個体を生じる ものを拾い上げることにより、各々のファージから誘導されるプラスミドクロー ンの幾つかをさらなる研究のために選択する。 安定なプラスミド変種の選択−エステラーゼ遺伝 子を有するプラスミドに基づくベクターがしばしば不安定であることが決定され ているため、これらのプラスミドの安定な変種を単離する。このような単離のた めの方法の1つは以下のようなものである。切り出されたプラスミドを有する大 腸菌細胞を、Km及び限られた量のX−アセテートを補充したLBプレートを用 いて精製し、比色反応のある程度致命的であるインドール生成物の生成によるあ らゆる潜在的なマイナス増殖の衝撃を低減する。コロニーを(一般には、穏やか な増殖速度及び強い青色を付与する)それらの表現型によって選択し、Kmを含 む2mlのLB中、15ml試験内において48時間、約0.1のOD600に到 達するまで増殖させ、12,000gで1分間遠心することにより回収する。細 胞ペレットを500mlの0.1Mのリン酸バッファーpH7.0に再懸濁させ 、ソニクス&マテリアルズ・ビブラ・セル375ワット超音波処理器を用いて4 ℃で超音波処理する。超音波処理は、マイクロチップ、最大容量40%、45秒 間の50%時間パルスを用いて行う。溶解物を12,000gで5分間遠心し、 その相対エステラーゼ活性について試験する。最高の活性を有する変種を次回の 増殖及び分析のために選択する。塗布、次いで液体培地中での増殖と活性検定と を3回行い、クローンの安定性を確認する。 この手順により、同じプラスミド系統に由来する変種間のエステラーゼ比活性 の偏りを100を超える因子か ら3の因子まで減少させることができる。活性の安定化は、一般に、安定化の初 回に検出される最高活性値に相当するレベルで生じる。これは、クローン化毒性 遺伝子の活性を単に抑制するのではなく、むしろクローン化タンパク質のより高 い耐性を可能にする大腸菌宿主の突然変異が選択されていることを示す可能性が あった。 プラスミドクローンの物理的特徴付け−標準アルカリ溶解法、又は当該技術分 野において公知の他の手順(37)により、大腸菌からプラスミドDNAを抽出 する。このDNAを一連の制限エンドヌクレアーゼ、例えば、EcoRI、Ba mHI、HindIII、PstI、EcoRV、及びXbaIで消化し、そのク ローンの消化パターンを確立し、かつクローン化DNA断片のサイズを決定する 。得られたクローンに対する物理的地図パターンを決定した。このデータから各 々のクローンのインサート体のサイズを算出し、それを表8にまとめた。 インサート体を含むエステラーゼのPCR同定のためのタグ配列の生成 エステラーゼ遺伝子を坦持するインサート断片の末端のDNA配列は、クロー ン化DNAの独自のタグを生成するための標準T7及びS6プライマーを用いて インサートの末端を配列決定することにより決定することができる。配列分析は 、クローン及び宿主微生物の両者からDNAインサート体を独自に増幅すること が可能なPCRプライマーを設計して行うことができる。これらのタグは、研究 される微生物の染色体からRPC技術を用いてこのDNA断片を生成するのに潜 在的に用いることができる。 オリゴヌクレオチドプローブを用いるコスミドライブラリーのスクリーニング −活性によりクローン化することができない酵素のクローン化には他の方法が用 いられる。タンパク質のN−末端に対する減成プローブを調製し、組換えファー ジバンクに由来するプラークとハイブリダイズさせる。あるいは、N−末端配列 あるいは酵素のタンパク分解性消化の後に得られる内部タンパク質断片のN−末 端から得られる配列を用いて、減成PCR増幅プローブを作製することができる 。これらの配列を用いて、このN−末端と内部断片との間、又は2つの内部断片 配列との間の増幅領域からプローブを作製して、関心のある酵素をコードするD NAを坦持するクローン を同定することができる。 実施例18.エステラーゼの過剰産生及び過剰発現 組換えエステラーゼの産生−用いた産生株が表8に収載されている。クローン 化酵素は大腸菌XLOLR株から産生される。あるいは、あらゆる適切な大腸菌 宿主を用いることが可能であり、これには、HB101、C600、TG1及び XL1−ブルーが含まれるがこれらに限定されるものではない。 数種類の培地をクローン化エステラーゼの産生に用いることができる。LB( 10gm/lのトリプトン、5gm/lの酵母抽出物及び10gm/lのNaC l)及びテリフィック(Terrific)ブロス(オートクレーブ処理の後の、0.1 7MのKH2PO4、0.72MのK2HPO4の無菌溶液100mlを補充した、 12gm/lのトリプトン、24gm/lの酵母抽出物及び4gm/lのグリセ ロール)が試験されており、産生株に最適の増殖条件からの結果が下記表9に収 載されている。各々の培地には10−50μg/mlカナマイシンを補充する。 最適産生培地は、培地のコスト及び得られたタンパク質の比活性を含む多くの 因子に依存する。TB培地はより豊かな培地であり、したがって、より高価であ る。例えば、CE009の場合、単一の発酵作業でより多くの総単位を産生する ものの、この培地のより高いコストを正当化するのに十分なものは生成しない。 加えて、比活 性はLB培地の調製品がより高い。 発酵産生は、17L発酵槽(15L有効容積/LH発酵)内において、30℃ 、600RPM、及び0.5vvmの気流中で行う。種となる手順は以下のよう に確立する。輪一杯の凍結生成培養物を用いて250ml三角フラスコ内の産生 培地50mlに接種する。このフラスコを30℃で2日間(250RPM)イン キュベートし、次いで、産生培地250mlの入った1リットルフラスコに接種 する。このフラスコを30℃及び250RPMで1日インキュベートする。この 1リットルフラスコを用いて発酵槽に接種する。 組換え酵素を産生する株の細胞ペーストからの実質的に精製された調製品の産 生は、実施例4に説明される方法、及び実施例14−34においてネイティブな タンパク質について説明される特定のプロトコルと同様に行う。 エステラーゼ産生の最適化−エステラーゼの産生のさらなる最適化は、振盪フ ラスコにおける培地の研究、次いで1リットルから20リットルスケールでのさ らなる最適化によって行う。酵素に応じて、最終発酵条件はフェッドバッチ(fe d-batch)又は連続発酵プロセスのどちらも包含し得る。分析するエステラーゼ 活性が細胞内のものであるため、TT培地のような明確な、もしくは定義された 培地を用いることが必要である。関心のある微生物を増殖させ、細胞ペレットを 遠心により収集する。ペレットを超音波処理により破壊し、実施例3及び4に説 明されるイオン交換及びゲル浸透クロマトグラフィーの標準技術を用いて酵素を 精製することができる。培地の組成、pH、及び温度を含む増殖条件は、小スケ ール(例えば、振盪フラスコ、及び1リットル発酵槽)で最高の酵素量を保持し ながら最高の細胞密度をもたらすように最適化する。 高産生変異体の単離−幾つかの単純な変異誘発スキームを用いて、関心のある 活性が異なって高い生産性の変異体に取り組み、かつ単離する。これらには、U V光での変異誘発及びエチルメタンスルファノアート(EMS)又はN−メチル −N’−ニトロ−N−ニトロソグアニジン(MNNG)のような化学的変異誘発 が含まれる。Miller(38)に記述される方法に従い、細胞を様々な濃度の変異 原(又はUV光への露出時間を様々に変 えて)で処理する。異なる微生物での異なる変異原の最適濃度は変化する。一般 には、EMSについては80%の生存、MNNGについては約50%の生存、又 はUV光については10−50%の生存を可能にする死滅濃度が望ましい。次い で、変異誘発した培養物を増殖させ、変異原を洗い流して固体培地に塗布する。 細胞にエステラーゼプレート・スクリーニングを適用することにより変異体を 同定する。エステラーゼのスクリーニングに関する例については、5−ブロモ− 4−クロロ−3−インドリルアセテート又は4−メチルウンベリフェリルアセテ ートのような比色もしくは蛍光発生基質を含む寒天オーバーレイを適用する。基 質の加水分解による活性の有意の増加を示すコロニーを同定する。 次に、候補変異体をネイティブなポリアクリルアミドゲル電気泳動によって分 析し、親株と比較する。次いで、実施例2に説明される標準検定方法又は実施例 12に説明される迅速エステラーゼ/リパーゼ・スクリーニング法により、酵素 活性の量の相違を同定することができる。産生レベルの増加が大きい場合には、 クーマシー染色の後にネイティブなもしくはSDSポリアクリルアミドゲルのい ずれかでバンドの増加が見られることがある。複数の活性を有する株もこの方法 で区別し、その増加が関心のある酵素におけるものであることを確認することが できる。次に、それらの変異体が親酵素と同じ動力学性質及び基質特性を有する ことを確認する。このアプロー チによって同定される変異体の大部分は、プロモーター領域、リプレッサー分子 、又は他の制御要素のいずれかにおいて単離することが可能な発現変異体である 。酵素構造遺伝子における突然変異の大部分はその酵素を不活性化するようであ るが、高められた活性を単離することもできる。突然変異が所望のタンパク質バ ンドの活性を増加させるもののクーマシー染色ゲル上のバンドの強度は増加させ ないことが明らかである場合、その変異体を再度特徴付けしてそれがより効率的 な生体触媒であるのかどうかを決定する。 実施例19.エステラーゼ・スクリーニングキット 一度に多数の酵素を容易に分析するため、酵素の大きなサブセットをパッケー ジして使いやすいスクリーニングキットにすることができる。これらのキットは できる限り多くの潜在的な誤差を排除するように構成され、各々の酵素は、可能 であれば、その最適バッファー及び反応条件に近い凍結乾燥形態で提供される。 一連のガラスバイアルから異なるプラスチック材料で構成される様々なサイズ のマイクロタイタープレートまで、多くの異なるキットの形式が可能である。取 り扱い及び操作の容易さから、マイクロタイタープレートが好ましい。大部分の マイクロタイタープレートはポリスチレンで作製されるが、これは大部分の有機 溶媒に対して耐性がない。水性溶媒を用いる実験に対しては、ポリス チレンに問題はない。ポリプロピレンのような他のより耐性の高いプラスチック を利用することが可能であり、このキットには理想的である。3mlの試料を検 定することを可能にする(これは、多重TLC又はHPLC分析に十分な試料を 許容する)大きなサイズの24ウェルマイクロタイタープレートが開発されてい る。他の形式も異なる用途に有用であり得る。 撹拌棒、バッファー(0.1Mのリン酸Na pH7.0)及び1Uの各酵素 を24ウェルのポリプロピレントレイ(トムテック(Tomtec))の各ウェルに添 加することにより各キットを調製する。酵素は、比較のために等量の活性が提供 されることを保証できるように、設定された量で各ウェル又はバイアルに等分さ れる。その後、キット全体を凍結乾燥し、加熱密封ホイル(3M)で密封してラ ベルを貼る。別々の実験により、ガラスをプラスチックと比較するそれ以前の実 験によって示唆されるように、このキットのトレイ内でタンパク質を凍結乾燥し ても酵素活性が大きく損なわれることはないことが見出された。酵素に加えて、 キットの各々は6−9のpHのバッファーを含んでなる4つの対照ウェルを含む 。これは、試験した基質の中には緩衝化された溶液中で不安定になる傾向を有す るものがあり、それが陽性の反応と自己加水分解とを混同させる可能性があるこ とが見出されたためである。キットの残りは取扱説明書、データシート、試料調 製バイアル、ガラス製点眼装置及びプラス チック製点眼装置である。このキットは、溶媒及び基質を各ウエルに添加するこ とだけが必要であるように構成される。実施例12に説明される迅速スクリーニ ング指示薬染料法を各ウェル又はバイアルに含めることも可能である。これによ り、酵素の有効性の予備的な定性測定が簡潔かつ迅速になる。 実施例20.組換えタンパク質のクローニング及び特徴付け ネイティブな単離タンパク質(表1に収載される)を産生する菌株単離体に由 来する組換えタンパク質のクローニング及び特徴付けを実施例37に説明される ように行った。ラムダ発現ベクターは上述の通りに単離した(命名された具体的 な単離体が表7に示されている)。切り出されたハイブリッド・ファージ−プラ スミドを有する大腸菌クローンを表7にまとめられるように誘導し、引き続くス クリーニングにより最終的にエステラーゼ活性について選択して、3回の安定化 手順を経た後、得られた総細胞タンパク質のmg当たりの活性単位を概算した。 組換えタンパク質について陽性のファージライブラリー候補をスクリーニングす るのに用いたエステラーゼ活性染色ゲルが、同様に、別の組換えタンパク質の同 定をも可能にした。組換えタンパク質の産生は、培地にTBを用い、かつ実施例 4においてネイティブ(非組換え)なタンパク質について説明されるように酵素 を精製 して、上記に説明されるように行う。 実施例21.組換えタンパク質の配列決定 本発明の酵素をコードする遺伝子を単離及びクローニングすることによりDN Aセグメントが得られ、そのDNAセグメントに、翻訳されたタンパク質アミノ 酸配列に対応するオープンリーディングフレーム(ORF)を見出すことができ る。このタンパク質酵素をコードする対応核酸配列を含むDNAインサート体の 配列決定は、マニュアルでも、あるいは自動化装置のどちらでも用いることがで きる通常の方法によって行うことができる。 ひとたび得られたら、その核酸配列を分析することにより代替開始コドンの存 在、これは当該技術分野において認められている現象であるが、この存在を明ら かにすることができ、コードされたタンパク質酵素は最低でもコアタンパク質の ORFを含んでいる。図6Aは、単離された核酸配列と、E001酵素のORF に相当する翻訳されたアミノ酸配列とを示し、代替開始コドンには下線が付され ている。図6Bは、単離された核酸配列と、E009酵素のORFに相当する翻 訳されたアミノ酸配列とを示し、代替開始コドンには下線が付されている。図6 Cは、クローン化され単離されたE011のORFを含む核酸配列を示し、代替 開始コドンには下線が付されている。図6Dは、クローン化され単離されたE1 01のORFを含む核酸配列を示し、代替開始コドンには 下線が付されている。図6Eは、クローン化され単離されたE019のORFを 含む核酸配列を示し、代替開始コドンには下線が付されている。図6Fは、クロ ーン化され単離されたE005のORFを含む核酸配列を示し、代替開始コドン には下線が付されている。図6Gは、クローン化され単離されたE004のOR Fを含む核酸配列を示し、代替開始コドンには下線が付されている。図6Hは、 クローン化され単離されたE006のORFを含む核酸配列を示し、代替開始コ ドンには下線が付されている。図61は、クローン化され単離されたE008の ORFを含む核酸配列を示し、代替開始コドンには下線が付されている。図6J は、クローン化され単離されたE010のORFを含む核酸配列を示し、代替開 始コドンには下線が付されている。図6Kは、クローン化され単離されたE01 3のORFを含む核酸配列を示し、代替開始コドンには下線が付されている。図 6Lは、クローン化され単離されたE015のORFを含む核酸配列を示し、代 替開始コドンには下線が付されている。図6Mは、クローン化され単離されたE 016のORFを含む核酸配列を示し、代替開始コドンには下線が付されている 。図6Nは、クローン化され単離されたE017のORFを含む核酸配列を示し 、代替開始コドンには下線が付されている。図60は、クローン化され単離され たE020のORFを含む核酸配列を示し、代替開始コドンには下線が付されて いる。図6Pは、クローン化さ れ単離されたE027のORFを含む核酸配列を示し、代替開始コドンには下線 が付されている。図6Qは、E003を含むインサート体の5’末端の核酸配列 を含み、図6Rは、E003を含むインサート体の3’末端の核酸配列を含んで いる。図6Sは、E004のORFを含むインサート体の5’末端の核酸配列を 含み、図6Tは、E004のOFRを含むインサート体の3’末端の核酸配列を 含んでいる。図6Uは、E014のORFを含むインサート体の3’末端の核酸 配列を含んでいる。これらの核酸配列は、当業者がルーチン的な方法を用いて、 インサート体の全長核酸配列の特徴付けをすること、ハイブリダイゼーションを 介してクローンを検出すること、検出のための増幅プライマーを作り出すこと、 全長の相同性遺伝子を増幅し、産出することを可能とする。実施例22.エステル鎖長特異性の特徴付け 本発明の酵素は、異なる鎖長のエステル基質に対する酵素特異性を試験するこ とによってさらに特徴づけられる。このようなアッセイは、上記で述べられた方 法を用い、適切な基質を選択することにより行うことができる。図7は、種々の 酵素の比色エステラーゼ活性検定の結果を示す。反応条件が500μg/mlの 基質を用い、約0.1U/1mlの反応と見積もられるグラフ化したデータが得 られた。ここで、1単位(U)とは、各々の酵素原液標品に対してエステラーゼ 活性に関連して計算されるもので、1単位は1分あたり約1μモルのp−ニトロ フェニルプロプリオネートを加水分解するのに必要な酵素の量である。データは 、インキュベーションの間のおおよその最大OD410nmとして報告した。 図7Aはビス−p−ニトロフェニル−カーボネートを基質に用いたデータをグ ラフ化したものである。最大の活性が酵素E019で見いだされ、これは4時間 のインキュベーションの後に0.30のOD410nmを示した。図7Bはp−ニト ロフェニル−アセテートを基質に用いたデータを図示したものである。最大の活 性が酵素E020で見いだされ、これは400秒のインキュベーションの後に3 .571のOD410nmを示した。図7Cはビス−p−ニトロフェニル−プロピオ ネートを基質に用いたデータを図示したものである。最大の活性が酵素E003 で見いだされ、これは600秒のインキュベーションの 後に1.4のOD410nmを示した。図7Dはビス−p−ニトロフェニル−ブチレ ートを基質に用いたデータを図示したものである。最大の活性が酵素E020で 見いだされ、これは160秒のインキュベーションの後に1.19のOD410nm を示した。図7Eはビス−p−ニトロフェニル−カプロエートを基質に用いたデ ータを図示したものである。最大の活性が酵素EOO9で見いだされ、これは5 60秒のインキュベーションの後に0.37のOD410nmを示した。図7Fはビ ス−p−ニトロフェニル−カプリレートを基質に用いたデータを図示したもので ある。最大の活性が酵素E003で見いだされ、これは360秒のインキュベー ションの後に0.07のOD410nmを示した。図7Gはビス−p−ニトロフェニ ル−ラウレートを基質に用いたデータを図示したものである。最大の活性が酵素 E016で見いだされ、これは480秒のインキュベーションの後に0.11の OD410nmを示した。 実施例23.エナンチオマーエステラーゼ特異性に対するpH依存性検定 本発明の酵素は、異なるキラル構造を有する特定のエナンチオマーの基質エス テルに対する酵素特異性を試験することによりさらに特徴付けることができる。 このような検定は、上記に説明された方法を用いて、適切な基質を選択すること により行われる。スクリーニングの結果を図8に示す。図8Aは、エナンチオマ ー特異性につ いて比色エステラーゼ活性検定の結果をまとめたものである。図8Bは、pHの 変化を示す検知可能な色の変化に対して必要な時間を分で表した定量的比色分析 のデータを示している。数値は酵素を添加した後の時間を分で報告したものであ る。加水分解しない(no hydrolysis)を示すNHは3日後に検出したもので、o /nは、一昼夜のインキュベーション後(約6−15時間)に加水分解が起こらな かったことを示している。基質1、2、4、6、8、および9は、〜0.005 %のブロモチモールブルーを含む25mMのKPiバッファー、pH=7.4中 に40mMの濃度で溶解したものである。基質3、5、および7は、〜0.00 5%のプロモチモールブルーと共溶媒として10%までのMeCNとを含む5m MのKPiバッファー、pH=7.4中に10mMの濃度で溶解したものである 。試験したエステラーゼは、PNP−プロピオネートの加水分解により決定され るのと同様に、ウェルあたり1Uの量で添加した。対照反応物は酵素を加えない 基質溶液であった。 実施例24.p−ニトロアニリド化合物に対する酵素活性の特徴付け 本発明の酵素は、エステルに類似した別の基質に対する酵素特異性を試験する ことにより、さらに特徴付けることができる。このような検定は、上記に説明し た方法を用いて、適切な基質を選択することにより行うことが できる。本発明の酵素は、下記に収載されているアニリドおよびエステルに対し て特徴付けられるもので、結果を図9に示した。検定は一般式に従い行った: 試験反応は、総量100μl中で各反応物を用いマイクロタイタープレートで 行った。各反応物は約75μlのリン酸バッファー、5μlの5mMの基質、お よび50U/ml(ここで、1Uは1分間に1μMのp−ニトロフェニル−プロ ピオネートを加水分解するのに必要なおおよその量である)に調製した酵素20 μlから構成されていた。最終的な反応混合物は各ウェルごとに1Uの酵素と0 .25mMの基質とを含んでいた。反応物を約2.5時間37℃でインキュベー トした。酵素を欠く対照反応を隣接したウェル中で行った。基質を含まない対照 も各プレート上で行った。インキュベーションの後で、プレートをBIORAD モデル3350マイクロタイターリーダーで405nmで読みとった。対照の値 を試験したウェルの値から差し引き、真の活性を決定した。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION         A stable biocatalyst for ester hydrolysis   This application is based on the patent application Ser. No. 08 / 827,810 filed on Apr. 11, 1997. All of these applications are hereby incorporated by reference in their entirety. Be impregnated. State of government rights   The work disclosed in this application was made by ThermoGen Inc. Approval number from IH-SBIR: According to NCI1-R43-CA63876-01 Was partially supported by the U.S. Government, and May have certain rights. Field of the invention   The present disclosure relates to commercially available pharmaceutical and chemical synthesis, recombinant proteins that hydrolyze esters. DNA vector for producing a protein, a host transformed with such a vector Cells and esters produced by such vectors and transformed cells Isolated stable suitable for enzymatic use in recombinant proteins that hydrolyze It is directed to the field of biocatalysis. Background of the Invention   Esterases and lipases. Esterases and lipases are listed below. Catalyze the hydrolysis of ester bonds to produce alcohols and carboxylic acids .   Esterases and lipases have different substrate specificities, R group or chain length preferences, and And unique inhibitors (1, 2). Many estelar And lipases preferentially hydrolyze esters with long carbon chain R groups. From a range of hydrolases such as carboxylesterases, cholinesterers And acetylesterases that act on very specific substrates Across. In many cases, these hydrolases are fixed at the protein active site. It is also known to exhibit stereoselectivity and regioselectivity arising from its chirality. This preferential hydrolysis activity requires them to have different regioselectivities and stereoselectivities. Useful for required reactions or kinetic resolution methods for racemic mixtures . For enzymes that exhibit stereoselectivity, when R * is a racemic mixture, the enzyme catalyst The hydrolysis product R1 is the most rapidly hydrolyzing stereoisomer, whereas And the remaining esters, named R * ', are any remaining R1 mixed ena Enriched in enantiomers. afterwards, Separation of these products by chromatography to give pure R1 it can. Utilizes a large pool of esterases and lipases with various specificities What we can do is screen enzymes for specific reactions and Useful for developing optimal protocols for synthesis. The convenience of this process is many useful Facilitates scale-up of the production of new pharmaceutical products.   In aqueous solvent systems, esterases and lipases react in their natural reaction: Hydrolyze the tell bond. In vitro, these enzymes Include cyclic and acyclic alcohols, mono- and di-esters, and lactams. Can be used to perform reactions on a wide range of substrates, including esters. 3). By conducting the reaction in an organic solvent from which water has been excluded (4, 5), The reaction of terases and lipases can be reversed. These enzymes are It is possible to form an ester bond by catalyzing an acylation or acylation reaction (3 , 6, 7). This process also involves transesterification of the ester and ring closure or opening. It can be used for ring reactions.   Optically pure chiral drug. Currently, most synthetic chiral drugs are racemic mixtures And sold. However, optically pure (single isomer) chiralization This situation is changing with advances in compound synthesis (7). Racemic drug Is often a therapeutically active one The main types of isomers and the best, inert and, at worst, potentially harmful side effects And other enantiomers that are responsible for this. This unusual isomer in racemic drugs Is increasingly seen as a pollutant. In fact, the FDA has The policy speech was to characterize the pharmacokinetic profile of each of the isomers in animals Compared to clinical pharmacokinetic profiles obtained in Phase I drug trials (8). Therefore, the pharmaceutical company must There is a need to develop synthetic or separation routes to produce each of the smart isomers.   Enzymatic synthesis of optically pure drugs and intermediates. Identified by classical chemical synthesis It is often very difficult to produce optically pure solutions of chiral molecules of Therefore, novel enzymatic biocatalysts play a major role in this effort. some In some cases, enzymes may be used in biological synthesis processes to make dangerous chemical synthesis procedures more environmentally friendly. Can be replaced with Also, the enzyme has some chemical protection and deprotection Enzymatic production of a pharmaceutical intermediate is costly if steps are eliminated simultaneously. May be more effective (7). As described in some detailed reviews (3,7) , Six major classes of enzymes (oxidoreductases, transferases, hydrolases, lyases) , Isomerases and ligation enzymes) are useful in the synthesis of optically pure compounds. You. Hydrolases are large amounts of hydrolases and Information, their independence from cofactors, and the diversity of substrates they accept Has proved to be the most useful group of enzymes.   By examining the literature, the medium temperatures used in chemical synthesis or chiral decomposition Many examples of sex hydrolases, especially esterases and lipases, are given. these Esterases derived from pig (9, 10) and horse (3) liver and Spergillus species (11), Candida species (12-16), Pseudomonas species (17 -19), various lipases derived from Rhizopus species (20) and the like. Some Lipase is used in the treatment of propanolol, angina and hypertension -Used in the synthesis of adrenergic blockers (7). Ibuprof Non-steroidal anti-inflammatory drugs are It has been synthesized by the stereoselective hydrolysis of esters (7). These enzymes Despite beginning to show the usefulness of biocatalysts in chemical synthesis, various substrate specificities Against various esterases and lipases with sexual, regioselective, and stereoselective properties There is still a great need to do so. In addition, these enzymes are Because they need to be used in equipment, they have increased stability, higher thermal resistance, and It needs to have a longer "shelf life".   Thermostable enzyme. Thermophilic microorganisms catalyze reactions at high temperatures and are more stable A rich source of useful proteins Sources have already been obtained (21, 22). One example is Therms Aquatics DNA polymerase and polymerase chain from (Thermus aquaticus) Its use in reactions (PCR) (23, 24). Thermophilic enzymes have their length The most commercially successful enzymes in the industry due to the stability of the period and the ease of use I am plain. The most successful enzyme to date, α-amylase, is corn Medium thermophile B. Stearothermophilus (B. stearothermophilus) (25). Another commercially successful industrial The enzyme is subtilisin, a serine protease also found in various Bacillus strains And are widely used in laundry detergents and other cleaning solutions.   The commercial success of these enzymes may result in their ease of use. Machine at high temperature In addition to functioning, thermostable enzymes generally have an increased shelf life, A specific range of articles used by methanogens for those untrained in biochemistry Significantly improve the handling conditions for working in the case. Enzymes are a large source of chemicals If they play a significant role in the It must be able to withstand various conditions. Thermostable enzymes are easy to handle Should be longer-lasting and reusable for multiple uses. A sharp fixed support is provided.   Finally, enable these enzymes to survive at elevated temperatures Hydrophobicity and electrostatic forces make them generally work better in organic solvents (26-31). Most enzymes do not show their activity in organic solvents. While most are lost, thermostable enzymes are more resistant to denaturing conditions in many organic solvents. Can prove more resistant. Estella is highly thermostable Enzymes and lipases are the key to the use of these biocatalysts in large-scale industrial reactions. Necessary for expansion.   Thermostable esterases and lipases. To date, one esterase and Only a few lipases have been reported to have moderate thermostability. Tuli n et al. (32) reported that Bacillus brevis (Bacillu s brevis) Bacillus stearothermophilus asteriser Ze reported. Sugihara et al. (33, 34) describe two microorganisms, Bacillus soil alone. New from isolated and Pseudomonas cepacia soil isolates A thermostable lipase has been isolated. The former lipase is stable at 65 ° C for up to 30 minutes , But rapidly inactivates above this temperature. Pseudomonas cepacia Is stable when heated at 75 ° C. and pH 6.5 for 30 minutes. However, it had only 10% of its activity when assayed at this temperature. Thermoalcalophilic lipase (35) is Bacillus Species identified as MC7 and isolated by continuous culture at 70 ° C. Had a half-life of 3 hours. Finally, Sigurgis1adottir et al. (6) One type of therms strain having a lipase active against warmed olive oil; and Although two Bacillus strains have been isolated, this study does not address the stability of the enzyme. There were no reports.   These enzymes have limited changes in substrate specificity and moderate thermostability Offers only the feel. These are the need for different substrate specificities, economical Does not address the need to produce large quantities that can be commercialized in Has limited overall stability. In this application, we use a series of Provide substrate specificity (including selectivity, stereoselectivity), enhanced enzyme stability and A series of esterases and lippers that can be produced in large quantities for industrial use Has been identified. Summary of the Invention   The invention is characterized by the esterase activity and the data disclosed in Table 1. Provides the isolation and characterization of commercial grade enzyme preparations is there. In a preferred embodiment, the invention is characterized by an esterase activity. Isolation of a specifically purified esterase corresponding to the data disclosed in Table 1 And characterization. In a most preferred embodiment, the present invention provides Provide protein produced by recombinant DNA technology having sterase activity I do. The invention is shaped A recombinant protein that hydrolyzes the ester of the present invention from a transformed cell host. Includes lambda phage expression vector containing insert used to produce I do. The insert contained in this lambda phage expression vector is, for example, Phage-plasmid hinilid expression vector or other suitable expression vector, e.g. Examples include, but are not limited to, plasmids, YACs, cosmids, It can be used in zimid and the like. In a preferred embodiment, lambda expression The vector is a vector named in Table 7, or a substantially similar set This is one of the vectors containing the insert encoding the replacement protein. Also, The present disclosure is capable of transforming host cells and hydrolyzing esters. Encoding recombinant proteins, transformed host cells, and Also provided are recombinant proteins that hydrolyze ter. Suitable host cells Include, but are not limited to, Escherichia coli, Bacillus, Thermus species, etc. Not. Recombinant to hydrolyze the ester encoded by this vector The protein was 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-acetate (X-acetate). Tate) can be hydrolyzed. The ester produced by this vector is hydrolyzed Degraded recombinant protein is comparable to the corresponding protein purified from isolated cells. It is characterized by a comparable half-life stability. Also, a recombinant tag that hydrolyzes this ester The protein is the original isolated cells At a temperature comparable to or better than the corresponding protein from Characterized by the ability to remain stable. This vector Recombinant proteins that hydrolyze the ester being esterified are specific to the specific proteins discussed below. It is also characterized by its substrate specificity, which is the corresponding purified protein from the isolated cells. It is comparable to protein. In a preferred embodiment, the vector is Or the vector designated in 8 or a substantially similar recombinant protein. This is one of the vectors containing the insert encoding the protein. Departure In certain preferred embodiments, recombinant proteins that hydrolyze certain esters are The encoding vectors are those named and listed in Table 8.   The present invention provides a novel nucleic acid isolated from the expression vector of the present invention, and For the loaded protein. In particular, the present invention relates to the DN of said vector. The nucleic acid sequence of the A insert and the amino acid sequence of a protein that can be expressed therefrom Is for BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. Features of the enzyme. FIG. 1 provides an illustration of the profile of activity to be characterized and The following enzymes are shown. Graph 1 plots relative esterase activity versus temperature. 2 shows the temperature profile of the enzyme performed. Graph 2 shows 25 ° C., 40 ° C., and 65 ° C. The relative residual activity at Figure 4 shows the residual esterase activity of the listed enzymes as lots. Graph 3 shows the relative energy PH profile of listed enzymes plotting sterase activity against pH Is shown. The data for the enzymes are summarized in Tables 1, 2, and 10.   FIG. Kinetic analysis of E100. The enzymes are: a) Line Weber-Bourke (Li neweaver-Burke) and b) Eadie-Hofstee analysis Shows normal Michaelis kinetics producing linear data in both, p-NP Using as a substrate, Km = 7.2 × 10-FiveM and Vmax = 1.8 × 10-FiveMinute-1 Is obtained.   FIG. Temperature and pH profile of E100. a) Temperature profile of E100. E of p-nitrophenylproprionate 100 catalyzed hydrolysis was plotted as a function of temperature. When exposed to different temperatures Enzyme activity was determined. The initial rate of hydrolysis of nitrophenylproprionate , CHThree0.25 mM substrate dissolved in CN is added to the enzyme at the desired temperature. Determined in 50 mM borate buffer, pH 8.5, equilibrated in. 40 The rate was determined by observing the change in absorbance at 5 nm, and the Correction was made for spontaneous hydrolysis of the substrate using sera albumin. b) E10 PH profile of 0. P-Nitrophenylpro catalyzed by E100 Effect of pH on prionate hydrolysis. Enzyme pH profile of Determined by preparing different buffers suitable for pH at a concentration of 10 mM . CHThreeSubstrate (0.25M) dissolved in CN, followed by the enzyme in this buffer The reaction was performed by adding to the solution. After incubating the reaction for 5 minutes, CHThreeThe reaction was stopped by adding 0.1 mM PMSF dissolved in CN. I let you. 7. The pH of the mixture is increased by adding 0.1 M Tris-HCl. Adjusted to 5. Record the absorbance at 405 nm and confirm the product against nitrophenol. Ε = 17 mM-1cm-1The concentration was calculated based on. Product formation Corrected for spontaneous hydrolysis.   FIG. P-Nitrophenylproprionate, as measured by relative velocity E100 resistance to the presence of organic co-solvents during hydrolysis. Various concentrations of CHThree By measuring the initial rate of enzyme-catalyzed hydrolysis of pNP in the presence of CN, The residual activity of the enzyme in the presence of an organic solvent is determined. Explained in the determination of activity The reaction is performed at 37 ° C. in 50 mM Tris-HCl pH 8.5, as described. The change in absorbance is determined by spontaneous hydrolysis of the substrate and the product in the presence of an organic co-solvent. Correct for changes in extinction coefficient.   FIG. Substrates used for stereoselectivity and regioselectivity screening. Beauty treatment Lase may have four types of substrate structures that mediate stereoselectivity and regioselectivity In this sense, it is a flexible biocatalyst. Listed compounds Are different from those encountered in common substrates that are potentially important to the chemical intermediates industry Indicates the range of structural features. Some of these substrates are enantiomerically Can be purchased in diastereomerically pure form. Can be used in the qualitative screening technique described in Chiral center Classes of substrates most commonly associated with hydrolyzing biocatalysts for splitting Is taken into account. A) For Type I substrates, the desired product is the product carboxyl. On the acid side, whereas Type II compounds require alcohol It will include the functionality that is performed. B) Type III and Type IV substrates are Type I Can be considered as a subset of Will be classified separately. Type III molecules distinguish prochiral substrates by enzymes In contrast, type IV compounds have a meso structure. This The last two of these substrate types show that these types of compounds can be exposed to other chemical means. Therefore, it is very difficult to perform selective operation. This indicates the importance of the medium in the synthesis.   FIG. Nucleic acid sequence and amino acid sequence of translated protein. The enzyme of the present invention Isolation and cloning of the gene to be encoded yields a DNA segment, Open readies corresponding to the amino acid sequence of the translated protein To find a moving frame (ORF) Can be. Although alternative start codons are recognized in the art, The encoded protein contains at least the core protein ORF. Figure 6A is an isolated nucleic acid sequence corresponding to the ORF of the E001 enzyme, and Amino acid sequence, alternative start codons are underlined. FIG. 6B Isolated nucleic acid sequence corresponding to the ORF of E009 enzyme and translated amino acids Sequence, alternative start codons are underlined. FIG. 6C shows E011. An isolated nucleic acid sequence corresponding to the ORF of the enzyme, and a translated amino acid sequence. And the alternative start codon is underlined. FIG. 6D shows O101 of the E101 enzyme. An isolated nucleic acid sequence corresponding to RF, and a translated amino acid sequence; The start codon is underlined. FIG. 6E shows the ORF of the E019 enzyme. The corresponding isolated nucleic acid sequence, and the translated amino acid sequence, Codons are underlined. FIG. 6F shows a simple pattern corresponding to the ORF of the E005 enzyme. Isolated nucleic acid sequence, and translated amino acid sequence, with an alternative start codon Is underlined. FIG. 6G shows a cloned and isolated containing the E004 ORF. The alternative start codon is underlined. FIG. 6H , A cloned and isolated nucleic acid sequence containing the ORF of E006, The start codon is underlined. FIG. 61 shows a claw containing the ORF of E008. And isolated nucleic acid sequences Yes, and alternative start codons are underlined. FIG. 6J shows the OR of E010. F is a cloned and isolated nucleic acid sequence containing F, with alternative start codons Lines are attached. FIG. 6K shows a cloned and isolated clone containing the E013 ORF. And the alternative start codon is underlined. FIG. 155 is a cloned and isolated nucleic acid sequence containing the ORF of 015; Codons are underlined. FIG. 6M shows cloning containing the E016 ORF. And isolated nucleic acid sequences, with the alternative start codon underlined. FIG. 6N is a cloned and isolated nucleic acid sequence containing the ORF of E017, Alternative start codons are underlined. FIG. 60 includes the ORF of E020. Cloned and isolated nucleic acid sequence, with alternative start codons underlined Have been. FIG. 6P shows the cloned and isolated nucleic acid containing the E027 ORF. Sequence, alternative start codons are underlined. 6Q, 6R, 6S , 6T, and 6U are subsequences.   FIG. Substrate chain length specificity. FIG. 7A shows bis-p-nitrophenyl-carbonate. Figure 4 is a graph of data from an esterase colorimetric assay performed with the substrate as a substrate. FIG. 7B shows esterase performed using p-nitrophenyl-acetate as a substrate. It is data from colorimetric analysis. FIG. 7C shows bis-p-nitrophenyl-propio. Nate substrate. FIG. 7D shows bis-p-nitrophenyl-butylene. Substrate. FIG. 7E is a bis-p-nitrophenyl-caproate substrate. . FIG. 7F is a bis-p-nitrophenyl-caprylate substrate. FIG. 7G Bis-p-nitrophenyl-laurate substrate. B, C, D, and F Thus, E009 was diluted 80-fold compared to other enzymes.   FIG. Enantiomeric substrate specificity. FIG. 8A shows enantiomeric specificity. The results of the colorimetric esterase activity assay are summarized. FIG. 8B-D can not be detected. Colorimetric data expressed in time (minutes) required for the color change Reporting.   FIG. Enzyme activity on para-nitroanilide compounds. For various substrates The results of the enzyme activity analysis are shown in the table. Data is reported by standardized OD reading are doing. Detailed description of the invention   The present invention has been selected for enzyme activity and has apparent molecular weight, pH, and temperature stability. Isolated and commercially available from thermostable bacteria characterized by To provide a protein preparation for use. The isolated protein of the present disclosure has a biocatalytic effect. Molecular weight to find similar enzymes, as well as functionally use as enzymes to perform It can be used as a marker. Commercial chemical synthesis of specific racemic products Often such isolated enzyme preparations Need to be used.   The results of the characterization assay indicate that the esterase enzyme described is a series of optimal parameters. Data. For example, E100 and E101 are simply from extremely thermophilic bacteria. Having an optimal working temperature above 70 ° C. consistent with the enzyme to be released, 1 corresponds to an enzyme isolated from a less extreme thermophilic microorganism. It has an optimal commercial use temperature in the range of 50 ° C. However, both groups suffered from thermophilic bacteria. Additional stability and functionality compared to other known esterases from . E001-E021 is ideal for chemists wishing to work in a non-extreme temperature range. It provides a suitable temperature environment and works well at room temperature. In addition, these results Various enzymes, including those for which the described enzymes do not show a distinct advantage under experimental conditions, Although it has an optimal pH, most proteins are near neutral or It shows that it has an optimal pH slightly below.   The following examples are intended to be illustrative, as are certain aspects of the present invention. It is illustrated and is not intended to be limiting. Normal techniques in the art Have many equivalents to the invention beyond the scope of routine experimentation. You will understand what can be done. Embodiment 1 FIG. Isolation and propagation of thermophilic microorganisms   Strain-Therms T351 (ATCC 31677) is American Type Cal Available from the Char Center (ATCC). All isolates and cultures Grow in TT medium (36). This medium (per liter) is Puton (8gm), Difco Yeast Extract ) (4 gm), and NaCl (2 gm). Small rules for screening The mock cultures were grown at 65 ° C, 250-300 rpm, using 2 liters of 1 liter medium. Grow in a flask. Larger cell production for enzyme purification 17 liter fermenter (LH Fermentation, model Propagate in the Le 2000 series 1). These fermenters are 15 liters effective The cultures have a volume of 250 rpm, 0.3 to 0. Growing at 65 ° C., 5 vvm (air volume / medium volume per minute). The temperature is 28 lit. Circulating 56 ° C water from the 65 ° C water storage tank through a hollow baffle in a stirring jar To be maintained. E. coli strains are grown as described in (37) .   Enrichment procedure for freshly isolated thermophiles-multiple sediments and soil comprising organic matter The stream of the soil sample is used for the isolation of the new strain. These samples range from the Midwest to the Southeast. Gather from many lands. The sample (〜1 gm) was suspended in 2 ml of TT broth , 50-100μ of these samples 1 is spread on a TT agar plate containing twice the usual amount of agar (3%). Solid culture Agar is usually added to the ground to a final concentration of 1.5%. This makes it very lucky It prevents highly mobile microorganisms from crowding the plate at the expense of other microorganisms. Plates were isolated by incubation at 55 ° C. to 65 ° C. for 1-2 days. Multiple streaks on fresh plates to isolate single colonies To purify. Initial criteria for sorting are color, colony morphology, microscopy, growth temperature And lipase and esterase activity. First, several hundred strains were isolated. Sixty-five different microorganisms were selected for further study. Embodiment 2. FIG. Esterase identification and assay method   Esterase plate assay-microbes were cultured in liquid culture using TT medium Grow at either ° C or 65 ° C. Centrifuge cells (3,000 RPM at 2 0 min) and save the supernatant for testing. 2 volumes of pellets Of the cell pellet after washing three times with 10 mM Tris HCl pH 8.0. Is resuspended in fresh Tris buffer and disrupted by sonication. Cell debris Is removed by centrifugation and the crude extract is placed on an esterase screening plate. Was tested for esterase activity. Briefly, 50 μl of cells The extract is taken up in 0.7% agarose and 0.1 M Tris-HCl pH 8.0 0.1 mg / ml suspended 5-bromo-4-chloro-3-indolylacetate Micros containing either phosphate or butyrate (for esterase activity) Transferred to wells of titer plate. Control wells are either buffer or 20 U pups. Add porcine liver esterase (PLE) or 20 U porcine pancreatic lipase (PPL) It has been added. Allow the plate to sit for enough time for the control wells to fully develop color. , Usually at 37 ° C for about 20 minutes. Dark wells are positive It shows activity.   Both cell extracts and culture supernatants were tested for esterase activity by this method. Test. Only cell extracts showed significant esterase activity.   Esterase liquid assay and determination of specific activity-bovine serum algal concentration is determined Protein concentration was determined by the Pierce BCA assay using Bumin as a standard. To determine. The protein concentration is obtained from the calibrated absorbance at 562 nm of the sample solution, Expressed as milligrams of protein. Esterase activity was equilibrated at 40 ° C. P-Nitrophenylpropane in 50 mM sodium phosphate buffer pH 7.0 Lionate (CHThree0.5 M) hydrolysis from a 10 mM stock solution in CN Of 346 nm (iso-absorption point of acid / carboxylate pair ε = 480) Measurements were made routinely as determined by observation in 0). Specific activity is Microphone of p-nitrophenol produced every minute per milligram of protein Defined as romole.   Identification of extremely stable esterases-normal (non-denatured) 10% polyacylase Run the crude extract on a rilamide gel. After electrophoresis, the gel was washed with Tris pH 7.6. Equilibrate in Trizma buffer and then 0.15% X-acetate (May be shifted) for activity. The gel was then loaded at 55 ° C for 30 minutes. Cubate. These gels are available as 5-bromo-4-chloro-3-indolyl alcohols. Acetate (X-acetate), 5-bromo-4-chloro-3-indolylbutyle (X-butyrate) or 5-bromo-4-chloro-3-indolylcapryle Stain with an esterase activity stain containing any of the Ndigo precipitation can be produced. The Sams crude extract Two major bands were clearly visible in the Single activity in E. coli control lane A small band can be seen. Esterases have been identified as Therms T351 species and some new Identified from various isolates. The activities found from these microorganisms are summarized in Table 1. .Embodiment 3 FIG. Procedure for purifying and homogenizing esterase activity   Protein isolation-large batches of cell culture were prepared by the method described in Example 1. Grow and collect cell paste by centrifugation and store at -80 <0> C. 100g Cell paste at pH 7 containing 200 mM KCl and 0.1 mM EDTA. . Thaw in 200 ml of stirring solution composed of 5 mM phosphate buffer I do. Once dissolved, the suspension was warmed to room temperature and then lysozyme (0.1 mg / ml) for 2 hours. Next, the solution is sonicated to completely destroy the cells. You. 375-watt Sonics & Materials B with standard 1/4 "horn The settings used for the Sonics & Materials Vibra Cell sonicator are: It was 5 minutes with an output setting of a destruction degree of 8 at a 50% pulse ratio. Alternative methods of cell destruction Includes a French press, Gaullen homogenizer, microfluidic Treatment of the cells with an idizer or other homogenizer may be included. Cell debris Removed by centrifugation and NH to 60% saturationFourSOFourPrecipitation of proteins by fractionation Can be The precipitated protein is centrifuged and 1 mM β-mercapto Resuspend in a minimum volume of 50 mM phosphate pH 6.5 containing ethanol (BME) Let   DEAE purification-The protein solution was resuspended using 10 Kd bore size dialysis tubing. Dialyze three times against turbidity buffer. The obtained protein solution is 100 ml bed volume of DEAE diluted 2-fold and equilibrated with the same buffer Apply to the column. After washing the column with 200 ml of equilibration buffer, Eluting with a linear gradient of to 0.5 M NaCl.   Active fractions isolated by Q resin purification-DEAE purification are pooled and equilibrated Dialyze the buffer against three changes of this buffer, and Apply 50 ml bed volume of Sepharose Q resin equilibrated with the above buffer. Was. The column was filled with 100 ml of 50 containing 0.1 M KCl and 1 mM BME. mM phosphate, pH 6.5, then 0.1M Elute with a 150 ml 0.6M KCl gradient.   Ultrafiltration concentration-pool the active fractions and attach a 30 kd cut-off membrane Enrich using the Amicon Ultrafiltration System You.   The preparative SDS-PAGE-concentrated protein solution is transferred to a standard SDS loading buffer. 10% SDS-PAGE for fractionation without boiling the sample using a buffer Get Hang on After developing, 0.1 M phosphate pH 7.5 and 0.1 mg / ml 0.7% agarose containing 5-bromo-4-chloro-indolyl acetate Treat the gel with. The resulting blue band was cut out of the gel, placed in a dialysis tube, and . Protein elution by electroelution for 1 hour in 05M Tris buffer pH 8.5 Collect. Native-stained with either Coomassie or silver stain , And SDS-PAGE, as observed by both The protein is uniformly purified. Store protein at 4 ° C for future use Can be   Gel filtration-using a gel filtration column as a further or separate purification step You can also. Embodiment 4. FIG. Commercial grade purification of isolated esterases   In many industrial applications, fully purified enzyme preparations are considered due to production costs. Neither needed nor desired. With significant esterase activity Fast and inexpensive to obtain the protein of interest in isolated form to contain the protein A costly protocol is desired. One such semi-purification procedure is described herein. 5 0 g of the cell paste was added to 1 containing 0.1 M NaCl and 0.01 mM EDTA. 00 ml of 50 mM Tris HCl buffer Thaw in pH 7.5. Crush cells by sonication and centrifuge for cell debris Is removed. The crude cell lysate was diluted with 50 mM Tris-HCl pH 7.5 for 3 hours. DEAE cellulose column diluted 2-fold and this material equilibrated with dilution buffer (Bed capacity 60 ml). Use this column with 3 column volumes of dilution buffer Then, wash with a salt gradient of 0-0.5 M NaCl over 4 column volumes. Activity Fractions were dissolved from this ion exchange resin in a 0.25-0.35 M salt gradient window. Issued. Fractions are assayed for activity as described in the determination of specific activity and Those showing a high activity are pooled and a 10Kd molecular weight cut-off membrane is used. And concentrated by ultrafiltration. Store concentrated enzyme samples at 4 ° C for future use I do. In some cases, substrate agarose of protein separated by native PAGE Two or more ester hydrolysis still under prolonged exposure to overlay Activity may be detected, which hinders most industrial applications Nevertheless shows only a small amount of second esterase activity. If necessary, additional Purification (eg, ammonium sulfate precipitation, gel filtration, or other as described in Example 3) Method) can be applied. This process can be scaled up if desired And scale it down. Embodiment 5 FIG. Method for determining the temperature profile   The optimal temperature profiles of the esterase protein are 30 ° C and 35 ° C, respectively. 0.1 M sodium phosphate equilibrated at 45 ° C, 45 ° C, 55 ° C and 65 ° C for 5 minutes By measuring the activity of the diluted esterase in buffer pH 7.0 went. Then the reaction conditions described in Example 2 for the measurement of the specific activity Add to solution equilibrated in (modified at various temperatures used in this example) Measuring the rate of hydrolysis of the added p-nitrophenylproprionate Thus, a temperature profile is determined. Compensate for temperature-dependent autohydrolysis of substrate Control using bovine serum albumin instead of esterase enzyme to enable Use the reaction. The data is then plotted as relative activity to the reaction temperature. To Embodiment 6 FIG. Methods for determining enzyme stability   The long-term stability of the esterase enzyme as an enzyme after exposure to various temperatures Evaluate by testing for residual activity. The solution of the enzyme stock solution was Dilute with sodium acid buffer pH 7.0 to avoid concentration effects due to evaporation Temperatures equilibrated to 25 ° C, 40 ° C or 60 ° C, respectively, under sealed conditions for Put in the bath. Thereafter, aliquots were removed at regular intervals and p- By measuring the rate of hydrolysis of the nitrophenyl-proprionate, The activity to be retained You. The results are plotted as a relative activity versus time. These results are 4 When exposed to temperatures up to and including 0 ° C, all enzymes tested 48 hours indicates that most of the initial activity is retained. The activity is particularly near 55 ° C. For enzymes isolated from microorganisms with optimal growth temperature, does not decrease at 60 ° C . FIG. 4 is an example of typical data obtained. Tables 1 and 2 for data on enzymes And 10. Embodiment 7 FIG. Method for determining pH profile   The esterase pH profile is determined as follows. Specific activity in Example 2 Under reaction conditions similar to those described for determining sex, at least one Using a buffer with a broad and useful pH window that overlaps with two data points To determine the rate of hydrolysis of p-nitrophenyl proprionate. these For two experiments, two types of buffers satisfying the above criteria, female (6-6.5 useful Range) and bis-trispropane (useful buffers in the 6.5-9 range). Was. All pH tests were performed using bovine serum albumin instead of esterase. Correction for spontaneous autohydrolysis was obtained by subtracting the experimental results from the control. This Is especially important for pH above 7.5. Embodiment 8 FIG. Effect of solvent on esterase activity.   In industrial applications for biocatalysts, enzymes are often not It is required to function under severe conditions. Exposure to temperature rise and pH fluctuations Is a potential challenge to the activity of enzymes and serves as a substrate target for biocatalysts. Lack of water solubility of many viable compounds poses a major challenge for industrial organic chemists Become. Organic co-solvents are commonly used in reactions, and isolated enzymes Must be able to survive under the conditions of the co-solvent. Various organic solvents, For example, ethanol, acetonitrile, dimethylformamide, dioxane, toluene Washing such as Ruen, Hexane and SDS, Triton X100 and Tween 20 The experiment is performed in the presence of a cleaning agent. Also, the enzyme is lyophilized from the buffer. Between the activity of the isolated enzyme under almost anhydrous solvent conditions and the pH of the optimal activity. Additional experiments were also performed to test. Embodiment 9 FIG. For protein characterization by migration on native PAGE Method   The number of esterase enzymes in each of the semi-purified samples was determined by 4-15% acrylamide gradient (Bio- Native gel P using preformed gel purchased from Rad Laboratories Determine by AGE. This gel can hydrolyze indolyl acetate Trace enzyme contamination with other enzymes, which is Therefore, it cannot be easily detected by HPLC. This gel experiment It is clear that most samples have a single major activity buffer with similar migration characteristics. Has a zone or zone. Embodiment 10 FIG. Determination of relative molecular weight by chromatography   The estimated native molecular weight of the protein of interest was determined by Hitachi HPLC 6200 Superdex S200 attached to the car Determined by separation on an FPLC column. The protein was converted to 0.1 M (I) N Isolation with 0.05M sodium phosphate buffer at pH 7.0 containing aCl Separated by latic elution. The flow rate of the solvent was maintained at 0.5 ml / min. The quality was detected by UV at 280 nm. The esterase activity fraction was first The Lomo-3-chloro-3-indolyl-acetate plate assay was the second most active Follow-up assay by hydrolysis of the p-nitrophenylproprionate fraction (Both methods are described in Example 2). The molecular weight is Protein: β-amylase 200Kd, alcohol dehydrogenase 150 Kd, bovine serum albumin 66Kd, carbonic anhydrase 29Kd, cytochrome c Generated by using 12.3 Kd (expressed in minutes as logarithm of molecular weight Standard elution profile (plotted against time) Estimated by comparing to Lofil. Embodiment 11 FIG. Characterization of substrate specificity   The substrate advantage of esterases for their hydrolytic activity on various esters It can be determined as follows. Each of the substrates is CHThreeDissolve in CN (final Concentration 0.1M) and mix with 0.1M phosphate buffer pH 7.5 Thus, a molecular lattice is prepared on a microtiter plate. Then, partially The purified enzyme is added to these wells and the reaction mixture is incubated for 30 minutes. To Crude lysates can also be tested in this way. 10, 20, and 30 Check the plate after one minute to determine the relative activity. About experiments on colorless substrates For the colored substrate, except for extracting the reaction with dichloromethane three times, The reaction is carried out in a test tube under the same conditions as described above. Combine the organic layers and add MgS OFourAnd concentrated to 0.1 ml in a stream of nitrogen. The concentrate is then Spot on a Ricagel TLC plate, 80: 20: 0.01 hexane: ethyl The mixture is developed with a mixed solvent of toluene and acetic acid. UV and I TLC platesTwoVisible in Become Embodiment 12 FIG. Rapid screening assays for rapid substrate specificity characterization   The release of protons during the hydrolysis of the ester results in Rapid esterase activity based on the mechanism of pH-reducing enzyme-catalyzed hydrolysis A new method for screening was developed. Proton flow in reactions An indicator dye having a pH-dependent color change within the desired pH range of the enzyme activity It can be observed by using. The best indicators tested are slightly elevated Phenol red (starting point pH 8.5) ) And bromothymol blue for enzymes that work well in more neutral conditions. -(Starting point pH 7.2).   The response of the indicator is observed in one of two ways. Spectroscopic studies are different Phenol red or bromothymol dissolved at a concentration of 5 mM in a pH buffer By measuring the UV / Vis maximum of any 0.001% solution of blue Do. Next, the substrate (final concentration 0.1 mM) was added to a 5 mM buffer solution (bromothiocyanate). Sodium phosphate pH 7.2 for Mohr Blue indicator and pheno Elured indicator, added to sodium borate pH 8.5) By equilibrating at a temperature of 5 ° C. for 5 minutes, followed by addition of 0.1 U of target enzyme. The hydrolysis reaction was performed by starting the reaction.   Alternative Methods for Monitoring Hydrolysis Reactions Are Applicable to Broad Screening Applications And useful. 0.001% indicator dye and less than 10% organic solvent composition Una C HThree5 mM buffer containing CN, DMF or substrate dissolved in DMSO Add to agitated 24-well microtiter trays. 5 minutes, 25 ° C temperature After equilibration, the reaction was started by adding 0.1 U of esterase. You. The progress of the reaction is monitored by the color change of the solution. An aliquot is added to return the reaction color to the starting point. Extend the incubation The reaction is complete if no further color change is detected after Is determined. The product was determined by TLC analysis of the reaction acidified with 0.1 M HCl. Confirm formation, extract with ethyl acetate,TwoSOFourDry with NTwoConcentrate under distribution You. For testing of substrates for which enzyme-based chiral resolution is being screened The product was resolved and isolated by chiral phase HPLC and the peak for each isomer The enantiomeric purity (enantiomeric purity) is determined by integrating the areas.   The rapid assay for different hydrolysis activities, in this case esterases, is Determined in experiments in microtiter plates using different enzymes and substrates You. An accurate comparison of the commercially available enzymes is based on the total protein versus the normal substrate p-nitrophenyl. Identical for each enzyme determined from the initial rate of hydrolysis of propionate Is guaranteed by using the specific activity of Data is for a given indicator dye Is reported as the time required to visualize the pH-dependent color change of Protein BSA as a quality source In the control experiment used, the color of the indicator did not change, and the change in It is established that it is the result of water splitting. Contains enzymes and indicators, no substrates A control test of the reaction solution indicates that the color change of the solution It was established that the result was not.   The format of the mitaro titer plate is easy to adapt to small-scale prepared chemicals The research performed to determine whether or not this is done is as follows. Race The reaction was carried out using mycotic phenethyl acetate and porcine liver esterase. Titrate with an aliquot of 1N NaOH and dissolve until no more color change occurs. The original color of the solution was maintained, and the reaction was stopped when no color change occurred. Product Is isolated and tested by TLC to determine the extent of the reaction by comparing the total amount of base added. You. Phenethyl alcohol as starting material by flash column chromatography And separated by chiral phase HPLC. Determine the enantiomeric excess of the hydrolysis product from the integrated value of the peaks, Compared to the same reaction performed in the absence of charge. The conclusions from these experiments The result is an esterase-catalyzed splitting of phenethyl acetate that can include an indicator dye. Does not affect the stereospecificity of   To test for utility in broad-based enzyme screening methods, Seven types of microorganisms isolated from various sources in the surrounding environment were Group of things Were tested for their ability to produce enzymes that catalyze the hydrolysis of. Table 2 The results of these studies are shown.  The results are reported as the amount of time required to change the color of the indicator. This These data indicate different substrate specificities among the isolated cells in different ambient environments. Special Note that the relative rate of hydrolysis of the substrate to the enantiomer is important. It is an indication of the stereoselectivity to be determined. The control reaction is a substrate using the above commercially available enzyme. Similar to that described in specificity studies. Embodiment 13 FIG. Further characterization of substrate specificity   Shown in FIG. 10 are the substrates that can be tested for the activity of each enzyme. It is an example. Because of their importance as intermediates, these molecules are Specially selected in the literature with the potential for industrial use . Experiments were performed on the crude lysate or on its activity including substrate dominance and If it is known to quickly determine the reaction chemistry to be obtained, simply This can be done using the isolated protein. All structure-activity tests were performed on pig liver Compare with standard mesophilic biocatalysts such as esterases. TLC analysis of the reaction The product was purchased from commercial sources or was chemically Compare to standards prepared by means (eg, base-catalyzed hydrolysis of esters) .   The study of stereochemical dominance by each esterase is one of two approaches. Can be evaluated more. In the first method, commercially available enantiomers (Mirror image Hydrolysis of the standard single stereoisomer of the (sterically) pure substrate ester with each enzyme Diagnostic diagnostic qualities of potential chiral selectivity, relative rates of hydrolysis of each enantiomer Use as a determinant. In the second method, purchased as a single stereoisomer Kinetic resolution methods (typically less than 50% complete) As a racemic mixture. Isolate the reaction product And chiral phase HPLC (Diacel Chiralcel) OD Or OB) or the product as a Mosher derivative (alcohol product) or Is prepared by derivatization to a menthyl derivative (carboxylate product) Of the corresponding diastereomer11 H NMR shows their enantiomeric excess. The remainder (ee) is analyzed. Diastereomers determined from NMR spectra The ratio of the mer is based on the integrated value of the corresponding peak, which is Any of the standards obtained from commercial sources using chiral shift reagents if necessary Compare with The optical rotation and absolute configuration of the product are then determined by optical rotation analysis, Compare with values found in the literature or determined from standards obtained from commercial suppliers I do. Embodiment 14 FIG. Characterization of protein E001-E021 / 17b   Perform strains from identified sources listed in Table 1. Isolated by growing at 65 ° C. in TT medium as described in Example 1. (Ie, S1 from soil). Esterase hydrolysis specific activity is described in Example 2. Esterase starch identified by the methods described and isolated as listed in Table 1. An identifier was assigned to the protein (ie, E001, etc.). To prepare enzymes Example 1 A 15 liter culture of the isolated cells was grown and the cells were spun down. Collect as described in. Lyse these cells and perform an isolated preparation Purified according to the procedure outlined in Example 4. This protein is Example 5 to determine protein stability and Example to determine protein stability The method described in Example 6 and Example 7 for determining the pH profile Was characterized using The results are shown in FIG. Example of this protein Characterized by migration on a native gradient PAGE as described in 9 . The data is shown in FIG. Determine specific activity as described in Example 2 The molecular weight was determined by chromatography as described in Example 10. Specified. They are shown in Table 1. Substrate specificity for some proteins And they are shown in Table 2. Thus, identified and characterized Esterase is useful and has unique activity in commercially useful purity Is shown. The definitive results are summarized in Table 10. Embodiment 15 FIG. Characterization of E100   Purification of E100-E100 was described in Example 3 from Therms species T351. A series of four steps: DEAE purification, Q resin purification, ultraconcentration, and preparative SDS Purify 300 times or more by PAGE. A second esterase activity is present Therefore, the specific activity could not be measured in the crude lysate (E101). . This second activity is released from the target esterase during the first chromatography step. It was possible to completely remove it. In this taromatography process, Two esterases passed through the DEAE column without binding. Various technical DEAE purification alone is sufficient to purify grade EOOO, Substantially purified E100 was obtained from any contaminating activity. Q cash register Purification and ultrafiltration produce purer products depending on the requirements of a particular application Make it possible. Final SDS PAGE purification step determines molecular characteristics To purify the protein homogeneously.   Protein characterization-active bands were electrophoresed on preparative SDS-PAGE gels Collect by evacuation and run again on 10% SDS-PAGE under denaturing conditions. This , A single band with a relative molecular weight of about 4545 Kd is shown. Unboiled sample Run on SDS-PAGE gel As a result, multiple bumps can be placed at positions that have been increased by approximately the molecular weight of the proposed monomer. Is shown. In addition, this unboiled sample can be stained for activity. However, only the band corresponding to the multimeric form of the enzyme starting from the dimeric species retains its activity. Is found to have. The specific activity of the purified protein is 4-methyl-umbe. Using referyl-butyrate (MUB) as a substrate, about 3.2 × 10-6M minutes-1 mg-1It is.   Measurement of enzyme activity of E100-p-nitrophenylproprionate (pNP) Or, in some cases, the esterase activity by observing the hydrolysis of MUB. Measure gender. Dissolve each substrate in acetonitrile, temperature-dependent pH fluctuation To a reaction mixture containing 50 mM Tris HCl pH 8.5 adjusted for (Final concentration 100 μM). After thermally equilibrating the reaction at 37 ° C. for 5 minutes, The reaction was started by adding 10 μL of enzyme sample, whereas the control was In the reaction, an equivalent amount of BSA was used instead. This reaction was performed for 405 nPNP. m ε = 17 mM-1cm-1For MUB, 360 nm ε = 7.9 mM-1 cm-1And observe spectrophotometrically.   The rate of enzyme-catalyzed hydrolysis is corrected for spontaneous hydrolysis of the substrate. Protein Concentration was determined by either absorbance at 280 nm or the Lowry assay. Decide You. Approximate activity was determined using a 0.7% agar matrix on a microtiter plate. Hydrolysis of 5-bromo-4-chloro-3-indolyl ester suspended in Determined by colorimetry. 0.1mg / ml solution of this indolyl derivative In a minimum volume of acetonitrile and 0.1 M phosphate buffer pH7. 5 to a warm solution of 0.7% agar. 10 μL of this solution is cooled Microtiter plates that can be used with 100 μL of enzyme samples Aliquot into rates and incubate at ambient temperature to a temperature of> 65 ° C.   E100 is effectively inhibited when exposed to tosyl fluoride, Are not affected by the presence of any chelating agents or reducing molecules. (Table 3).   The reaction conditions were the same as those described above except for the addition of the specified components. It is explained in the experiment. Relative rate is the spontaneous hydrolysis of non-catalytic reactions Is corrected for speed.   Substrate specificity of E100-Substrate specificity was tested as outlined by Example 11. The results from this structure activity study of E100 are summarized in Table 4. E100 is used to hydrolyze many nitrophenyl, cumaryl and alkyl esters Shows a broad substrate specificity that catalyzes This enzyme is located on the carboxylate side of the substrate. Shows hydrolytic activity for both linear and aromatic moieties, but> C8 long chain alkyl Those containing a carboxylate R group or a naphthyl leaving group on the ruthenium chain are not substrates. This Enzyme is assayed by casei as assayed by the zona pellucida on the agar plate. It does not show significant activity on either milk or milk.   Substrate activity assay for esterase E100 partially purified from the species of Therms. (++) indicates (a) color formation in less than 10 minutes or (b) significant production on TLC The highest activity determined by the formation of the product. The measurement of the remaining activity is +> +/−> −> −−. Structure abbreviations are as follows: I, chloro-bromo-i N, a-naphthyl, U, methylumbelliferyl, pN, p-nitro Phenyl, oN, o-nitrophenyl, PA, phenylacetate.   Determination of the kinetic characteristics-The kinetic characteristics are based on the enzyme nitrophenylproprionate. Determined by measuring the concentration dependent initial rate of elemental catalyzed hydrolysis. The reaction is Performed in 50 mM Tris-HCl buffer equilibrated to 37 ° C. at pH 8.5 The reaction is started by adding the enzyme. For the formation of product nitrophenol The rate is determined from the change in absorbance at 405 nm. The rate is determined by the Correct for spontaneous hydrolysis of quality. Double reciprocal plot of concentration versus velocity data And Km, analyzed by both the and Harness Wolff plots. , Vmax and Vmax / Km. A plot of the initial rate of the hydrolysis reaction? The kinetic characteristics of E100 determined from this are shown in FIG.   E100 temperature profile and determination of optimal pH-temperature profile of this enzyme The feel is determined as shown in FIG. 7a. The activity of the enzyme depends on the temperature of the reaction. As the temperature rises, it exceeds 70 ° C (background signal due to autohydrolysis of the substrate) Signal becomes very large and can no longer be corrected) Steady increase to the limit of analysis Which indicates that the lower limit of the optimal activity of E100 is above 70 ° C. Suggest. E100 is a base with a lower limit of optimal activity observed around 9.0. PH profile, 9.0 is also the limit for substrate stability at 37 ° C. (FIG. 7b).   Determination of enzyme stability in the presence of organic solvents-polar nonprototype Acetonitrile, an acidic co-solvent, is used to evaluate the resistance to organic solvent compositions. To test E100. This enzyme is prepared in a solvent mixture of 20% by volume of organic co-solvent. Retained 50% of its activity (FIG. 8).   N-terminal sequence of E100-purified protein on 10% SDS-PAGE gel And transfer to PVDF membrane by electroblotting. Membrane Washing with several changes of double distilled water to remove residual SDS or other pollutants And then stained with Coomassie blue. Next, put the membrane at 50:40 : 10: MeOH: HTwoDestain using O: AcOH with several changes, then Washed once with 0% MeOH. The membrane is then air-dried and then sequenced. Process. The N-terminal sequence of E100 is from the University of Illinois at Urbana-Champine Gene Engineering University (University if Illinois Urbana Champaign genetic engineering faci lity).   The N-terminus of E100 was purified by 10% SDS-PAGE and applied to a PVDF support. The transferred polypeptide was determined by automated sequencing. The resulting sequence is: MKLLEWLK? EV, where each letter refers to the standard amino acid one letter code And “?” Indicates an undefined amino acid. Thus, E100 is a useful ester having unique activity with commercially useful purity. It has been shown to be a Terase. Embodiment 16 FIG. Characterization of E101   E101 is one of the two esterase activities isolated from Thermus T351. It is one of. E101 is the second esterase, E10, in the early purification step. 0 can be purified.   Purification of E101-Therms T35 prepared as described in Examples 1 and 2 One kind of supernatant is NHTwoSOFourAnd the precipitated protein is subjected to 20-60% saturation. To collect. The pellet is washed with 30 ml of buffer (50 mM Tris-HCl p H8.0, 1 mM BME) and reconstituted using a 30 Kd cut-off dialysis tube. Dialyze against the same buffer. The dialysate was 100m equilibrated with the above buffer. 1 bed volume of DEAE resin and the column is loaded with a 150 ml equilibration buffer. Wash with fur. Active protein is observed in the loaded and washed fractions, which are pooled and Concentrate using an Amicon concentrator fitted with a membrane. Then the concentrated tan The protein was washed with a 25 ml bed volume of Sepharose S equilibrated with the above buffer. Introduced directly into P resin. The active fraction appears in the loading and washing fractions. Above Concentrate as described. Then, concentrate the concentrate to Sephaacryl HR200 gel It is introduced into a filtration column (1 × 40 cm) and 0.5 ml fractions are collected at a flow rate of 2 ml / h. collect. Active fractions are collected and analyzed by SDS-PAGE. N-terminal sequencing Fractions that are considered to be homogeneous Submit to the center. Store this enzyme at 4 ° C. for future use.   E101 can be purified 35 times or more by these methods. Has dramatically different characteristics from E100, another esterase isolated from the strain You. Attempts to use ion exchange chromatography resulted in negative purification. this is This is because there was no fact that the protein was retained. The tested resin had a pH of 6 . Phosphate varying from 0 to 9.0, including Tris and Hepes Under conditions with buffer from salt to borate, DEAE, Q Sepharose, C M cellulose, SP Sepharose and hydroxyapatite. Two After the ion exchange step, the protein is purified by gel filtration chromatography. Homogenized, but retention is much longer than suggested by molecular weight Thus, it appears that this protein is interacting with the column. Each This protein was determined from native (native) and denatured SDS-PAGE. Having a molecular weight of about 135 Kd and a monomer mass of ~ 35 Kd I think that the.   Characteristics of E101-Specific activity of this enzyme is 4-methyl-umbelliferyl butyrate Plate (MUB) as the substrate, which is 1% higher than that observed for E100. 0 times higher. E101 is inhibited by PMSF; Insensitive to chelating agents. The specific activity of the purified protein is 3.2 × 10-FiveMo Le minutes-1mg-1Which is a methyl umbelliferyl butyrate Determined from the initial rate of hydrolysis using the rate as a substrate. Table 5 shows E100 1 provides a summary of the inhibitory effects of various substrates on the activity of s.  The reaction conditions were as described in the general experiment above, except that the specified compounds were added. It is explained in. Relative rates are relative to the spontaneous rate of uncatalyzed hydrolysis. It has been corrected.   Substrate specificity of E101-The substrate specificity of E101 is as described in Example 11. Was decided. The results from the structure activity experiments for this E101 are shown in Table 6. I have. The hydrolysis activity of this enzyme is similar to that observed for E100, It has no observable protease activity on luc or casein.  Substrate activity assay for esterase E101 partially purified from the species of Therms. (++) indicates (a) color formation in less than 10 minutes or (b) significant product on TLC The highest activity determined by the formation of. The measurement of the remaining activity is +> +/->-> -Followed in order. Structure abbreviations are as follows: I, chloro-bromo-indo Ryl, N, a-naphthyl, U, methylumbelliferyl, pN, p-nitrofe Nil, oN, o-nitrophenyl, PA, phenylacetate.   Thus, E101 is a useful ester having unique activity with commercially useful purity. Shown to be Terase I have. Embodiment 17 FIG. Esterase cloning   General cloning strategy-StratageneTM(StratageneTMΛZA from) P cloning system for library construction and detection of esterase activity Can be. Similar results can be obtained with other cloning systems. it can. The usual efficiency of cloning in a lambda vector is 10 per gFiveFrom 107Up to a single hybrid clone, a convenient amount Sufficient to obtain a gene library representing the size-selected chromosomal DNA fragments of It is something. We found that the detection of esterase activity in phage plaques More efficient because the substrate is more accessible to the enzyme as opposed to bacterial colonies Is found. Phages generally contain the toxicity of the cloned protein. It is less sensitive to action and can survive at temperatures up to 70 ° C. Warm A cloning system that withstands increased levels and the potential toxicity of the cloned protein The ability of the protein is dependent on the activity of thermophilic proteins, such as the esterases described herein. Necessary for gender detection.   Isolation of DNA to construct a gene bank-as described in Example 1 Genomic DNA is prepared from a culture of the appropriate strain containing the esterase of interest. Different Cells of 100 ml of TT broth (polypeptone per liter (BB) L11910) 8 g, yeast extract 4 g, NaCl 2 g) at 55 ° C. or Grow to late log phase at 65 ° C. overnight with shaking at 250 RPM. cell Is collected by centrifugation and the pellet is washed with 5 ml of lysis buffer (10 mM -HCl, pH 7.0, 1 mM EDTA, and 10 mM NaCl). Cloudy. Lysozyme is added to a final concentration of 2 mg / ml. Cells at 37 ° C After incubation for 15 minutes, SDS is added to 1%. Dissolve the melt Gently with ethanol / chloroform / isoamyl alcohol (25/24/1) The DNA is wound by extracting once and overlaying the aqueous phase with 95% ethanol. take.   Those of ordinary skill in the art will appreciate other methods for preparing DNA known in the art. (37). For example, fresh strains containing esterases of interest The colonies were inoculated into 50 ml of TT medium in a 250 ml Erlenmeyer flask, and New Brunswick Enviro Incubate at 200 rpm for 24 hours at 55 ° C in the nmental Shakcr). To The cells were collected by centrifugation at 3000 g for 15 minutes and 5 ml of GT E buffer (50 mM glucose, 25 mM Tris-HCl pH 8, 1 0 mM EDTA) and resuspend at 2 mg / ml. Treat with zozyme at 37 ° C. for 10 minutes. Lysozyme-producing spheroplast Was dissolved by adding 1% SDS, and 100 μg / ml of proteinase was dissolved. Add K and partially deproteinize at 24 ° C. for 10 minutes. Phenol / k The chromosomal DNA was further purified by three extractions with loroform, 2.5 volumes Of ethanol, washed with 20 ml of 75% ethanol, and then washed with 1 ml of ethanol. Resuspend in TE (10 mM Tris pH 8.0; 1 mM EDTA). Lottery The eluted fractions consist of DNA fragments larger than 50 kb and have a concentration of 0.7% Detection by gel electrophoresis at 10 V / cm for 4 hours using a garose gel resulted in approx. 5 ng / μl.   Construction of gene library-Genomic DNA is partially digested with restriction enzyme Sau3A Lambda ZAP Express (digested) Licensed to the Stratagene Cloning System Gate. The product of the ligation reaction was purchased from Promega. In vitro packaging using the obtained λ packaging extract. this The vector contains DNA up to 12 kb in length and contains T3 and T7 promoters. Clones by both expression and probe hybridization to plaques Enables the identification of Keep this library and scan for esterase activity. Clean. genome Other methods for obtaining DNA libraries are known in the art.   Five samples of 10 μg of each chromosomal DNA of the strain prepared as described above were Different concentrations of Sau3A restriction endonuclease (New England Bio Labs, New England BioLabs) according to the manufacturer's instructions, 50 μl each. For 30 minutes at 37 ° C. The concentration of Sau3A was 0.1 ml in a separate tube. from 0.002 u / μg of DNA to be digested. Endonuclea The reaction was stopped by heating and inactivating the enzyme at 70 ° C. for 10 minutes. Analyze by gel electrophoresis on a 0.7% agarose gel for 4 hours at 100 cm. A typical digestion pattern is obtained, data not shown). Average fragment size of 5 kb Are selected for cloning. E001, E002, E003, E006, E007, E008, E009, E010, E012, E016, E For the native strain containing 020, a concentration of about 0.02 u / μg DNA Sa It was the second of five samples of chromosomal DNA digested with u3A. Remaining For the strain, the first in vitro tube with 0.1 u / μg Sau3A To achieve an appropriate degree of partial digestion. 5 ng of 50 ng chromosomal DNA fragment 1 unit of ligase (New England Biolabs) in equimolar Amount of Lambda ZAP Phage Vector (Stratagene) Dephosphorylated BamHI − To the right. The ligation reaction was performed at 18 ° C. for 8 hours and at 70 ° C. for 10 hours. Stop by heat inactivation for 1 minute. Contains about 10 ng of DNA insert Of ligation reaction was added to 10 μl of lambda prohead (Promega ) For in vitro packaging. Packaging reaction 2 Perform at 90 ° C for 90 minutes, combine with 100 μl of an overnight culture of E. coli XL1 blue, 2 ml per rate of 0.7% top agar (0.8% NaCl, 10 mM MgS OFour) Is applied to five 90 mm Petri dishes containing LB medium. Claw A serial dilution of this packaging mixture is performed to determine the packaging efficiency. Claw The conversion efficiency is generally about 1.0 × 107Single hybrid phage / cloning DNA μg. Cloning efficiency for individual strains fluctuates and the live Rally size 0.5 ~ 2.5 × 10FiveWas within the range. 2 from here 12 positive clones were analyzed (data not shown). Amplified library Collect hybrid phage from one of the plates to collect Store in 3 ml LB medium containing glycerol. The other four primary plates, 5-Bromo-4-chloro-3-indolyl-acetate as described below (X-acetate), and treated with indicator agar containing esterase gene. Find bridging plaque.   Gene bank screening for esterase activity-above package Infection product into E. coli XL1 blue MRF (Stratagene) . Primary plaques of the unamplified gene library were placed on the plates using X-acetate. Enzyme activity was measured by covering with agar-containing upper agar at 65 ° C for 30 minutes. Screening. Substrate concentration in this indicator overlay may be ethanol or From a stock solution of 4% in N, N-dimethylformamide to a Dilute between 0.1 and 1% (typically about 0.4% is used). Other suitable substrates can be used instead in this procedure, including , 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-butyrate (X-butyrate), 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-proprionate (X-proprio ), 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-stearate (X-stelate) Allate), 4-methylumbelliferyl-acetate (MUA), 4-methyl Umbelliferyl-butyrate (MUB), 4-methylumbelliferyl-pro Prionate (MUP) or a synthetic product such as Sigma Chemical 5-Promo-4-chloro-3-indoris, which may be purchased from a commercial source Or 4-methylumbelliferyl esters, including but not limited to It is not something to be done. Background exogenous esterase activity from Escherichia coli To inactivate Preheat the rate at 65 ° C. for 20 minutes. The hybrid fan that survived this procedure Pick up and rescreen three times. Next, the extract is The presence of a protein band with the same mobility as the Analyze as described. Lambda ZAP cloning system is smaller Cut out plasmid vectors to simplify insert characterization To Screening of gene banks for esterase activity, ie , Protein isolation, purification, and N-terminal sequencing; degradation from N-terminal sequences Preparation of nucleotide probe; Screening of gene bank using degradation probe Although other methods can be used for cloning, isolation of promising clones This method is efficient and uniquely suitable.   In particular, four plates with phage colonies generated during the cloning described above Rate to inactivate some potential E. coli esterase activity. Incubate at 5 ° C for 30 minutes. About 1 mg / ml of colorimetric esterase substrate X -Acetate or other substrates (X-butyrate, X-proprionate, X-stelate) Including but not limited to allates, and substrates based on 4-methylumbelliferyl 0.7% top agar (0.8% NaCl, 10 mM) MgSOFour) Overlay about 2 ml on each plate. Of cloned esterase Expression is based on the blue halo around the phage colony (or Fluorescence halo in the case of 4-methylumbelliferyl substrate) Can be. A typical result of this process is that 1 : 3000 positive colonies.   Generally, 2 to 12 primary positive phage plaques are picked from each set of plates. And resuspended in 50 μL of LB medium. Streaks on the loan. Next, these purified phage plaques were transformed as described above with X -Cover with indicator agar containing acetate and screen positive plaques for primary screening experiments Selected similarly. In general, such purification by re-streaking is performed three times to obtain It is sufficient to obtain a pure hybrid clone expressing the sterase activity. All of these clone candidates were significant in the X-acetate plate test. Shows sterase activity. Each represents the progeny of a single primary phage plaque Several clone candidates from each strain are selected for further analysis.   Examination of the protein profile produced by the phage clone-these files The production and analysis of proteins from clones is performed as follows, but alternatives are also available. It is possible. A single plaque from each clone (10 mM MgSO4)Four E. coli XL1 blue overnight culture (grown in LB medium in the presence of and resuspend in wells of a 96-well microtiter plate. Incubate for 20 minutes at 24 ° C in one and adsorb, containing 2 ml of LB Transfer to a 15 ml test tube and set to about 300 rpm. At 37 ° C in a Qu Environmental Shaking Incubator Grow overnight. Cell debris is removed by centrifugation at 12,000 g for 10 minutes can do. Next, compare with native protein purified from the original microorganism. For comparison, a phage lysate from the clone was used on a 4-15% gradient of native port. Apply to acrylamide gel electrophoresis (PAGE). Bio molded gradient gel Purchased from Rad Laboratories (Catalog No. 161-0902) Used according to manufacturer's instructions for Ivgel. A single tag by HPLC An esterase preparation from the original strain, purified to a protein band, Serve as a control on the device. Alternatively, a single ester that is not homogeneously purified but Using native protein preparations that have been purified down to the enzyme activity Can be used. The protein band having esterase activity was identified as X-acetate. Apply a Tate overlay and incubate at room temperature for 5-20 minutes. More detectable. Clone candidate relative mobility Protein.   Data obtained for 107 hybrid clone candidates from 20 strains Data are summarized in Table 7, Typical of esterase activity detected in lambda clones compared to host strain The results of a typical comparison are shown. Each of the screened gene libraries An esterase protein having the mobility of a protein purified from the original strain Is present in at least one candidate clone. Some λ clone candidates are Has a different mobility than the main components of the esterase sample purified from the original strain Expresses esterase activity. A similar size band with esterase activity Is observed as a minor component in native microorganisms (data not shown). The hydrolytic activity of these cloned esters is given the name shown in Table 7. ing.   Excision of plasmid vector from phage-Lambda ZAP vector The large clone is conveniently converted to a plasmid vector and the DNA insert Physical characterization and controlled expression of cloned genes To be. M13-specific by co-infection with helper phage By introducing replication, multiple copy plasmids with cloned inserts can be Cutting out of the sumid occurs. Stock solution of phage of lambda hybrid (about 107Ko 10 μl (with Ronnie forming units (CFU)) and Exassist M1 3 helper phages (about 10Ten(CFU) and grown in LB with 1 μl Escherichia coli XL1 Blue 20 μl of the overnight culture were infected. After 20 minutes at 24 ° C., the cell suspension is Transfer from one of the wells of the microtiter plate to a 15 ml culture tube and add 2 ml Dilute in LB, grow overnight at 37 ° C. and 300 rpm, heat at 65 ° C. for 10 minutes And clarified by centrifugation at 3000 g for 20 minutes. Packed in M13 particles The excised plasmid thus obtained was not allowed to grow M13 helper phage. Transfect a lambda-resistant strain XLOLR. Lysate of excised phage 10 μl in one of the wells of a 96 microtiter plate in E. coli XLOLR. Mix with 30 μl of overnight culture of the strain and incubate at 37 ° C. for 20 minutes to absorb. Diluted with 100 μl of LB and incubated for 40 minutes at 37 ° C. To express the kanamycin (Km) resistance marker (neo). Cells to 40 Apply to two LB plates supplemented with mg / ml Km. These plates One of the plates also contains 50 μl of a 4% X-acetate stock solution.   Preliminary experiments were performed by growing the plates at 37 ° C. Significant Phenotype Separation in Escherichia coli Colonies of Transductants Expressing Sexual Esterase Indicates that it will occur. In the extreme case of CE020 strain, what Estella Colonies that do not express any protease activity are primary forms that actively express esterase activity. It was almost impossible to re-streak from transgenic colonies. this Due to the apparent instability of the plasmid containing the isolation and active clones, most Protocol for working with Terase clones recommended by Stratagene Modification required compared to standard protocol for plasmid excision . This instability is due to the function of the cloned protein expressed in the cell. Therefore, these esterases may be released by thermophilic microorganisms. Growth temperature, since it may come in and may not be active at low temperatures. It was hypothesized that reducing this would overcome this separation problem.   Thus, overcoming the instability problem due to the activity of the esterase-containing plasmid To culture E. coli cells with thermophilic esterase at 28 ° C and 30 ° C As a result, effective segregation of phenotypes was reduced. In this way, The activity of the loaned thermophilic esterase is lethal to the host cell, or If partially lethal, raise the growth temperature of the strain to 30 ° C, or even room temperature. Should be lowered. Contains plasmid containing active esterase protein The recombinant strain showed a phenotypic separation of esterase activity on X-acetate. This separation is useful if the esterase activity is toxic to the cells. This is due to the loss of the lathmid or insert. To avoid this If the cells are cooled to lower temperatures (probably the activity of the cloned thermophilic esterase (Reduce). like this The strains are spread with X-acetate at 28 ° C and 37 ° C. Proliferate faster Yellow colonies of the isolates were observed at both temperatures, but were counteracted at 37 ° C. It is much more intense in sorting. Temperature greatly differs in phenotypic stability of clones After deciding to let it go, apply all the plasmid-based clones. Further experiments are performed at 26 ° C., generally for 48 hours. Medium containing X-acetate Escherichia coli cells are spread on the ground, and the cloned esterase is expressed by the plasmid. And the degree of separation between these or primary colonies. in this way, Growth of transformed cells at temperatures that reduce the activity of cloned esterases produces Is important for the effective isolation of a specific plasmid.   In a particular case, eight bacterial colonies derived from each phage clone were Pick up knee from plate without X-acetate and place in 96-well plate Transfer to 100 ml LB supplemented with 40 mg / ml Km and grow overnight. The progeny of these colonies were spot-tested using X-acetate-containing agar. To analyze. Light blue halo and minimal amount of esterase-yields segregants By picking up the plasmid clones derived from each phage Some of the options are selected for further study.   Selection of stable plasmid variants-esterase inheritance It has been determined that vectors based on plasmids with offspring are often unstable. Therefore, stable variants of these plasmids are isolated. Such isolation One of the methods is as follows. Large with excised plasmid Enterococci cells were used on LB plates supplemented with Km and a limited amount of X-acetate. To produce the indole product, which is somewhat lethal for the colorimetric reaction. Reduces any potential negative growth impact. Colonies (generally gentle Selected by their phenotype, which contains Km. OD of about 0.1 for 48 hours in a 15 ml test in 2 ml LB600Reached Grow to reach and collect by centrifugation at 12,000 g for 1 minute. Fine The cell pellet was resuspended in 500 ml of 0.1 M phosphate buffer pH 7.0. SONICS & MATERIALS VIBRA CELL 4 using a 375 watt sonicator Sonicate at ° C. Ultrasonic treatment, microchip, maximum capacity 40%, 45 seconds This is done with a 50% time pulse between. The lysate is centrifuged at 12,000 g for 5 minutes, Test for its relative esterase activity. The next variant with the highest activity Select for growth and analysis. Application, then growth in liquid medium and activity assay Is performed three times to confirm the stability of the clone.   This procedure allows specific esterase activity between variants from the same plasmid line. Factor of more than 100 To a factor of three. Activity stabilization is generally the first It occurs at a level corresponding to the highest activity value detected at any one time. This is a cloning toxicity Rather than simply silencing the activity of the gene, May indicate that a mutation in the E. coli host that allows for greater resistance has been selected. there were.   Physical characterization of plasmid clones-standard alkaline lysis method, or Extract plasmid DNA from E. coli by other procedures known in the field (37). I do. This DNA is transformed into a series of restriction endonucleases such as EcoRI, Ba Digest with mHI, HindIII, PstI, EcoRV, and XbaI. Establish the digestion pattern of the loan and determine the size of the cloned DNA fragment . The physical map pattern for the resulting clone was determined. From this data The size of the insert for each clone was calculated and summarized in Table 8.   Generation of tag sequence for PCR identification of esterase containing insert   The DNA sequence at the end of the insert fragment carrying the esterase gene was cloned. Using standard T7 and S6 primers to generate unique tags for It can be determined by sequencing the ends of the insert. Sequence analysis Independently amplifying DNA inserts from both, clone and host microorganisms Can be performed by designing a PCR primer capable of These tags are for research To generate this DNA fragment from the chromosome of the target microorganism using RPC technology. Can be used locally.   Screening of cosmid libraries using oligonucleotide probes -Other methods may be used to clone enzymes that cannot be cloned due to activity. Can be. A degradation probe for the N-terminus of the protein was prepared and Hybridize with plaque from Dibank. Alternatively, the N-terminal sequence Alternatively, the N-terminal of the internal protein fragment obtained after proteolytic digestion of the enzyme Degraded PCR amplification probes can be made using sequences obtained from the ends . Using these sequences, between this N-terminus and the internal fragment, or two internal fragments A probe is made from the amplified region between the sequence and the D coding for the enzyme of interest. A clone carrying NA Can be identified. Embodiment 18 FIG. Overproduction and overexpression of esterases   Production of Recombinant Esterase-The producing strains used are listed in Table 8. clone The enzyme is produced from E. coli strain XLOLR. Alternatively, any suitable E. coli Hosts can be used, including HB101, C600, TG1 and XL1-Blue, but is not limited to these.   Several types of media can be used for the production of cloned esterases. LB ( 10 gm / l tryptone, 5 gm / l yeast extract and 10 gm / l NaC l) and Terrific broth (0.1 after autoclaving) 7M KHTwoPOFour, 0.72M KTwoHPOFour100 ml of a sterile solution of 12 gm / l tryptone, 24 gm / l yeast extract and 4 gm / l glyce Rolls) have been tested and the results from the optimal growth conditions for the producing strains are listed in Table 9 below. It is listed. Each medium is supplemented with 10-50 μg / ml kanamycin.   Optimal production media are many, including the cost of the media and the specific activity of the resulting protein. Depends on factors. TB medium is a richer medium and therefore more expensive. You. For example, in the case of CE009, a single fermentation operation produces more total units However, it does not produce enough to justify the higher cost of this medium. In addition, The sex is higher in the preparation of LB medium.   Fermentation production is performed at 30 ° C. in a 17 L fermenter (15 L effective volume / LH fermentation). , 600 RPM, and 0.5 vvm airflow. The seeding steps are as follows To establish. Production in 250 ml Erlenmeyer flasks using a full cup of frozen product culture Inoculate 50 ml of medium. The flask was introduced at 30 ° C. for 2 days (250 RPM). Cuvate and then inoculate a 1 liter flask containing 250 ml of production medium I do. The flask is incubated at 30 ° C. and 250 RPM for 1 day. this The fermenter is inoculated using a 1 liter flask.   Production of a substantially purified preparation from the cell paste of a recombinant enzyme producing strain Raw is the method described in Example 4 and native in Examples 14-34. Perform similar to the specific protocol described for proteins.  Optimization of Esterase Production-Further optimization of esterase production can be achieved by shaking Studies of media in Lasco, then on a 1 to 20 liter scale This is done by further optimization. Depending on the enzyme, the final fermentation conditions are fed batch (fe d-batch) or a continuous fermentation process. Esterase to be analyzed Because the activity is intracellular, a well-defined or defined, such as TT medium It is necessary to use a medium. Grow the microorganism of interest and remove the cell pellet. Collect by centrifugation. The pellet was broken by sonication and described in Examples 3 and 4. Enzymes can be purified using standard ion exchange and gel permeation chromatography techniques. It can be purified. Growth conditions, including medium composition, pH, and temperature, are (Eg, shake flasks and 1 liter fermenters) to maintain the highest enzyme loading While optimizing for the highest cell density.   Isolation of high producing mutants-using some simple mutagenesis schemes, Work on and isolate mutants with different activities and high productivity. These include U Mutagenesis with V light and ethyl methanesulfanoate (EMS) or N-methyl Chemical mutagenesis such as -N'-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG) Is included. Following the method described by Miller (38), cells were mutated at various concentrations. Varying the exposure time to the original (or UV light) ). The optimal concentration of different mutagens in different microorganisms will vary. General 80% survived for EMS, about 50% survived for MNNG, For UV light, a kill concentration that allows 10-50% survival is desirable. Next Then, the mutagenized culture is grown, and the mutagen is washed away and applied to a solid medium.   Mutants by applying esterase plate screening to cells Identify. For examples relating to esterase screening, see 5-bromo- 4-chloro-3-indolyl acetate or 4-methylumbelliferyl acetate An agar overlay containing a colorimetric or fluorogenic substrate such as a plate is applied. Base Colonies that show a significant increase in activity due to quality hydrolysis are identified.   Next, candidate variants were separated by native polyacrylamide gel electrophoresis. Analyze and compare with parent strain. Then, the standard assay method described in Example 2 or Example By the rapid esterase / lipase screening method described in Differences in the amount of activity can be identified. If the increase in production level is large, Native or SDS polyacrylamide gel after Coomassie staining In some cases, an increase in bands may be seen. This method can also be used for strains with multiple activities. To confirm that the increase is in the enzyme of interest. it can. Second, those variants have the same kinetic and substrate properties as the parent enzyme Make sure that This approach Most of the mutants identified by H Or an expression variant that can be isolated in any of the other regulatory elements . Most mutations in an enzyme structural gene appear to inactivate the enzyme. Alternatively, enhanced activity can be isolated. The mutation in the desired protein Band activity on the Coomassie stained gel If not, re-characterize the variant and make it more efficient To determine if it is a biocatalyst. Embodiment 19 FIG. Esterase screening kit   Package large subsets of enzymes for easy analysis of many enzymes at once. To make an easy-to-use screening kit. These kits Configured to eliminate as many potential errors as possible, each enzyme If so, it is provided in a lyophilized form close to its optimal buffer and reaction conditions.   Various sizes composed of different plastic materials from a series of glass vials Many different kit formats are possible, up to a microtiter plate. Taking Microtiter plates are preferred because of their ease of handling and operation. Most The microtiter plate is made of polystyrene, which is Not resistant to solvents. For experiments with aqueous solvents, police There is no problem with styrene. Other more resistant plastics such as polypropylene It is ideal for this kit. Detect 3 ml sample (This provides enough sample for multiplex TLC or HPLC analysis) Large size 24-well microtiter plates have been developed You. Other formats may be useful for different applications.   Stir bar, buffer (0.1 M Na phosphate pH 7.0) and 1 U of each enzyme To each well of a 24-well polypropylene tray (Tomtec) Each kit is prepared by adding. Enzymes provide equal activity for comparison Aliquots into each well or vial in a set amount to ensure that It is. Thereafter, the entire kit is freeze-dried, sealed with a heat-sealed foil (3M), and sealed. Attach the bell. In separate experiments, earlier experiments comparing glass to plastic Lyophilize the protein in the tray of this kit as suggested by It was found that the enzyme activity was not significantly impaired. In addition to enzymes, Each of the kits contains four control wells comprising a buffer at a pH of 6-9 . This tends to be unstable in buffered solutions for some of the substrates tested That may confuse a positive reaction with autohydrolysis. Is found. Instruction manual, data sheet, sample preparation Vials, glass eye drops and Plus It is an eye drop device made by Chick. This kit allows the addition of solvent and substrate to each well. And only be configured as needed. Rapid screenini described in Example 12. It is also possible to include the indicator dye method in each well or vial. This Preliminary qualitative determination of enzyme efficacy is simple and fast. Embodiment 20 FIG. Cloning and characterization of recombinant proteins   Due to strain isolates producing native isolated proteins (listed in Table 1) Cloning and characterization of the resulting recombinant protein is described in Example 37. Went like so. The lambda expression vector was isolated as described above (the named specific Are listed in Table 7). Excised hybrid phage-pla E. coli clones containing the Smid were induced as summarized in Table 7 and Final selection of esterase activity by cleaning, 3 stabilizations After the procedure, the activity units per mg of the total cell protein obtained were estimated. Screen positive phage library candidates for recombinant proteins The esterase activity stained gel used to obtain the same Also made possible. Production of recombinant protein was performed using TB in the medium and 4. Enzymes as described for native (non-recombinant) proteins Purify Then, as described above. Embodiment 21 FIG. Sequencing of recombinant proteins   By isolating and cloning the gene encoding the enzyme of the present invention, DN An A segment is obtained, and the translated protein amino acid is added to the DNA segment. Open reading frame (ORF) corresponding to acid sequence can be found You. Of the DNA insert containing the corresponding nucleic acid sequence encoding this protein enzyme Sequencing can be performed either manually or using automated equipment. It can be performed by a usual method.   Once obtained, the presence of alternative start codons can be determined by analyzing the nucleic acid sequence. At present, this is a recognized phenomenon in the art, but its existence is not clear. And the encoded protein enzyme is at least Contains ORF. FIG. 6A shows the isolated nucleic acid sequence and the ORF of the E001 enzyme. And the translated start amino acid sequence is underlined. ing. FIG. 6B shows the isolated nucleic acid sequence and the translation corresponding to the ORF of the E009 enzyme. The translated amino acid sequence is shown, with alternative start codons underlined. FIG. C shows the nucleic acid sequence containing the cloned and isolated E011 ORF, The start codon is underlined. FIG. 6D shows the cloned and isolated E1. 1 shows a nucleic acid sequence containing the ORF of 01, with alternative start codons Underlined. FIG. 6E shows the cloned and isolated E019 ORF. 4 shows the nucleic acid sequence comprising the alternative start codons are underlined. FIG. 3 shows the nucleic acid sequence containing the isolated and isolated E005 ORF, and alternative start codons. Is underlined. FIG. 6G shows the OR of E004 cloned and isolated. Figure 4 shows the nucleic acid sequence containing F, with alternative start codons underlined. FIG. 6H FIG. 3 shows the nucleic acid sequence containing the cloned and isolated E006 ORF, Don is underlined. FIG. 61 shows the cloned and isolated E008 Figure 3 shows the nucleic acid sequence containing the ORF, with alternative start codons underlined. FIG. 6J Indicates the nucleic acid sequence containing the cloned and isolated E010 ORF, The start codon is underlined. FIG. 6K shows the cloned and isolated E01. 3 shows a nucleic acid sequence containing 3 ORFs, with alternative start codons underlined. Figure 6L indicates the nucleic acid sequence containing the ORF of E015 cloned and isolated, The replacement start codon is underlined. FIG. 6M shows the cloned and isolated E Figure 16 shows nucleic acid sequence containing ORF of 016, with alternative start codons underlined . FIG. 6N shows the cloned and isolated nucleic acid sequence containing the E017 ORF. , The alternative start codon is underlined. FIG. 60 shows the cloned and isolated Nucleic acid sequence containing the ORF of E020, with the alternative start codons underlined I have. FIG. 6P shows the cloned 3 shows the isolated and isolated nucleic acid sequence containing the ORF of E027, with the alternative start codon underlined Is attached. FIG. 6Q shows the nucleic acid sequence at the 5 ′ end of the insert containing E003. Figure 6R contains the nucleic acid sequence at the 3 'end of the insert comprising E003. I have. FIG. 6S shows the nucleic acid sequence at the 5 'end of the insert containing the ORF of E004. FIG. 6T shows the nucleic acid sequence at the 3 'end of the insert containing the OFR of E004. Contains. Fig. 6U shows the nucleic acid at the 3 'end of the insert containing the ORF of E014. Contains an array. These nucleic acid sequences can be prepared by those skilled in the art using routine methods. Characterization of the full-length nucleic acid sequence of the insert, hybridization Detecting clones through, creating amplification primers for detection, It allows amplification and production of full-length homologous genes.Embodiment 22 FIG. Characterization of ester chain length specificity   The enzymes of the present invention can be tested for enzyme specificity for ester substrates of different chain lengths. And further characterized by: Such assays are based on the methods described above. The method can be carried out by using a method and selecting an appropriate substrate. FIG. The results of an enzyme colorimetric esterase activity assay are shown. Reaction conditions are 500 μg / ml Using the substrate, graphed data estimated to be about 0.1 U / 1 ml reaction was obtained. Was done. Here, 1 unit (U) means esterase for each enzyme stock solution. Calculated in relation to activity, one unit is about 1 μmol p-nitroper minute It is the amount of enzyme required to hydrolyze phenylproprionate. Data is , Approximate maximum OD during incubation410nmAs reported.   FIG. 7A shows data using bis-p-nitrophenyl-carbonate as a substrate. It is a rough one. Maximum activity was found with enzyme E019, which was 4 hours OD of 0.30 after incubation410nmshowed that. FIG. 7B shows p-nitto FIG. 3 illustrates data using rophenyl-acetate as a substrate. The greatest activity Sex was found with the enzyme E020, which was 3 hours after 400 seconds incubation. . 571 OD410nmshowed that. FIG. 7C shows bis-p-nitrophenyl-propio. FIG. 3 is a diagram showing data using nate as a substrate. Maximum activity is enzyme E003 In the 600 second incubation. Later, 1.4 OD410nmshowed that. FIG. 7D shows bis-p-nitrophenyl-butyle. 2 is a diagram illustrating data using a sheet as a substrate. Maximum activity is with enzyme E020 Which was found to be 1.19 OD after 160 seconds incubation.410nm showed that. FIG. 7E shows the data using bis-p-nitrophenyl-caproate as a substrate. FIG. The greatest activity is found with the enzyme EOO9, which is 5 OD of 0.37 after 60 seconds incubation410nmshowed that. FIG. FIG. 4 shows data using sp-nitrophenyl-caprylate as a substrate. is there. Maximum activity was found with enzyme E003, which was incubated for 360 seconds. OD of 0.07 after the410nmshowed that. FIG. 7G shows bis-p-nitrophenyl. 2 is a diagram illustrating data using lu-laurate as a substrate. Maximum activity is enzyme E016, which is 0.11 after 480 seconds of incubation. OD410nmshowed that. Embodiment 23 FIG. PH-dependent assay for enantiomeric esterase specificity   The enzyme of the present invention is a substrate for specific enantiomers having different chiral structures. It can be further characterized by testing the enzyme specificity for tell. Such assays involve selecting the appropriate substrate using the methods described above. It is performed by FIG. 8 shows the results of the screening. FIG. 8A shows enantiomers. ー About specificity It summarizes the results of a colorimetric esterase activity assay. FIG. 8B shows the pH Quantitative colorimetric analysis in minutes of the time required for a detectable color change indicating a change Shows the data. Values are reported in minutes after enzyme addition. You. NH showing no hydrolysis was detected after 3 days, and o / n indicates that no hydrolysis occurs after overnight incubation (about 6-15 hours). It indicates that it was. Substrates 1, 2, 4, 6, 8, and 9 have ~ 0.005 % Bromothymol blue in 25 mM KPi buffer, pH = 7.4 At a concentration of 40 mM. Substrates 3, 5, and 7 have 〜0.00 5m with 5% promothymol blue and up to 10% MeCN as co-solvent M KPi buffer, dissolved at a concentration of 10 mM in pH = 7.4 . The esterases tested were determined by hydrolysis of PNP-propionate. As before, 1 U was added per well. Control reactions do not add enzyme It was a substrate solution. Embodiment 24 FIG. Characterization of enzyme activity on p-nitroanilide compounds   The enzymes of the present invention test enzyme specificity for another substrate similar to an ester This can be further characterized. Such a test is described above. By selecting the appropriate substrate using it can. The enzyme of the present invention is applicable to the anilide and ester listed below. The results are shown in FIG. The test was performed according to the general formula:  Test reactions were performed in microtiter plates using each reaction in a total volume of 100 μl. went. Each reaction contained approximately 75 μl of phosphate buffer, 5 μl of 5 mM substrate, And 50 U / ml (where 1 U is 1 μM p-nitrophenyl-pro Enzyme 20 prepared in an approximate amount necessary to hydrolyze the pionate) μl. The final reaction mixture contains 1 U enzyme and 0 U per well. . 25 mM substrate. Incubate the reaction for about 2.5 hours at 37 ° C. I did it. Control reactions lacking the enzyme were performed in adjacent wells. Control without substrate Was also performed on each plate. After the incubation, the plate is Read at 405 nm on a Model 3350 microtiter reader. Control value Was subtracted from the values in the tested wells to determine the true activity.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 9/18 C12N 5/00 A //(C12N 15/09 ZNA C12R 1:01) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR, NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,L S,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL ,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR, BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,E E,ES,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU ,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,M D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL ,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK, SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,V N,YU,ZW (72)発明者 フォンスタイン、マイケル アメリカ合衆国 60615 イリノイ州 シ カゴ エス.コーネル アヴェニュー 4926―エイチ (72)発明者 フォンスタイン、ヴェロニカ アメリカ合衆国 60615 イリノイ州 シ カゴ エス.コーネル アヴェニュー 4926―エイチ (72)発明者 デミルジャン、デイヴィッド アメリカ合衆国 60610 イリノイ州 シ カゴ エヌ.キングズベリー ドライブ ナンバー311 550 (72)発明者 カサダバン、マルコム アメリカ合衆国 60615 イリノイ州 シ カゴ エス.キンバーク アヴェニュー 5227──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C12N 9/18 C12N 5/00 A // (C12N 15/09 ZNA C12R 1:01) (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY) , KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, D K, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, GW, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU , LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventor Fonstein, Michael United States 60615 Chicago, Illinois. Cornell Avenue 4926-H. (72) Inventor Von Stein, Veronica United States 60615 Chicago, Illinois. Cornell Avenue 4926-H. (72) Inventor Demiljan, David United States 60610 Shikago, IL. Kingsbury Drive Number 311 550 (72) Inventor Casadavan, Malcolm United States 60615 Shikago S., Illinois. Kinberg Avenue 5227

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1. 図6E(E019)の核酸配列を有する単離された核酸。 2. 請求項1記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレーム の核酸配列を有する核酸セグメント。 3. 請求項2記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸インサ ート体を有する発現ベクター核酸構築体。 4. 請求項3記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 5. 請求項3記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 6. 図6F(E005)の核酸配列を有する単離された核酸。 7. 請求項6記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレーム の核酸配列を有する核酸セグメント。 8. 請求項7記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸インサ ート体を有する発現ベクター核酸構築体。 9. 請求項8記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 10. 請求項8記載の発現ベクター構築体により発現 されたタンパク質。 11. 図6G(E004)の核酸配列を有する単離された核酸。 12. 請求項11記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 13. 請求項12記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 14. 請求項13記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 15. 請求項13記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 16. 図6H(E006)の核酸配列を有する単離された核酸。 17. 請求項16記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 18. 請求項17記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 19. 請求項18記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 20. 請求項18記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 21. 図6I(E008)の核酸配列を有する単離された核酸。 22. 請求項21記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 23. 請求項22記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 24. 請求項23記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 25. 請求項23記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 26. 図6J(E010)の核酸配列を有する単離された核酸。 27. 請求項26記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 28. 請求項27記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 29. 請求項28記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 30. 請求項28記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 31. 図6K(E013)の核酸配列を有する単離さ れた核酸。 32. 請求項31記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 33. 請求項32記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 34. 請求項33記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 35. 請求項33記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 36. 図6L(E015)の核酸配列を有する単離された核酸。 37. 請求項36記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 38. 請求項37記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 39. 請求項38記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 40. 請求項38記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 41. 図6M(E016)の核酸配列を有する単離された核酸。 42. 請求項41記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 43. 請求項42記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 44. 請求項43記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 45. 請求項43記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 46. 図6N(E017)の核酸配列を有する単離された核酸。 47. 請求項46記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 48. 請求項47記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 49. 請求項48記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 50. 請求項48記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 51. 図6O(E020)の核酸配列を有する単離された核酸。 52. 請求項51記載の核酸によってコードされるオ ープンリーディングフレームの核酸配列を有する核酸セグメント。 53. 請求項52記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 54. 請求項53記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 55. 請求項53記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 56. 図6P(E027)の核酸配列を有する単離された核酸。 57. 請求項56記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 58. 請求項57記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 59. 請求項58記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 60. 請求項58記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 61. 切れ目なく隣接する核酸分子の、5’末端で図6Q(E003−5’) の核酸配列を有し、かつ3’末端で図6R(E003−3’)の核酸配列を有す るものであって、介在する核酸により分断されている、単離さ れた核酸。 62. 請求項61記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 63. 請求項62記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 64. 請求項63記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 65. 請求項63記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。 66. 切れ目なく隣接する核酸分子の、5’末端で図6S(E004−5’) の核酸配列を有し、かつ3’末端で図6T(E004−3’)の核酸配列を有す るものであって、介在する核酸により分断されている、単離された核酸。 67. 請求項66記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 68. 請求項67記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 69. 請求項68記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 70. 請求項68記載の発現ベクター構築体により発 現されたタンパク質。 71. 分子の3’末端で図6U(E014−3’)の核酸配列を有する単離さ れた核酸。 72. 請求項71記載の核酸によってコードされるオープンリーディングフレ ームの核酸配列を有する核酸セグメント。 73. 請求項72記載の核酸であって、作用可能に結合し、発現可能な核酸イ ンサート体を有する発現ベクター核酸構築体。 74. 請求項73記載の発現ベクター構築体により形質転換された宿主細胞。 75. 請求項73記載の発現ベクター構築体により発現されたタンパク質。[Claims] 1. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6E (E019). 2. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 1. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of 3. 3. The nucleic acid according to claim 2, wherein the nucleic acid is operably linked and expressible. An expression vector nucleic acid construct having a target body. 4. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 3. 5. A protein expressed by the expression vector construct according to claim 3. 6. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6F (E005). 7. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 6. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of 8. 8. The nucleic acid according to claim 7, which is operably linked and expressible. An expression vector nucleic acid construct having a target body. 9. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 8. 10. Expression by the expression vector construct according to claim 8. Protein. 11. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6G (E004). 12. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 11. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 13. 13. The nucleic acid according to claim 12, wherein said nucleic acid is operably linked and expressible. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 14. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 13. 15. A protein expressed by the expression vector construct according to claim 13. 16. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6H (E006). 17. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 16. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 18. 18. The nucleic acid of claim 17, wherein said nucleic acid is operably linked and expressable. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 19. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 18. 20. A protein expressed by the expression vector construct of claim 18. 21. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6I (E008). 22. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 21. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 23. 23. The nucleic acid of claim 22, operably linked to and capable of being expressed. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 24. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 23. 25. A protein expressed by the expression vector construct according to claim 23. 26. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6J (E010). 27. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 26. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 28. 28. A nucleic acid according to claim 27, operably linked and expressible. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 29. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 28. 30. A protein expressed by the expression vector construct according to claim 28. 31. 6K (E013). Nucleic acid. 32. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 31. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 33. 33. The nucleic acid of claim 32, wherein said nucleic acid is operably linked to and can be expressed. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 34. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 33. 35. A protein expressed by the expression vector construct of claim 33. 36. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6L (E015). 37. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 36. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 38. 38. The nucleic acid according to claim 37, wherein the nucleic acid is operably linked and expressible. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 39. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 38. 40. A protein expressed by the expression vector construct of claim 38. 41. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6M (E016). 42. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 41. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 43. 43. The nucleic acid of claim 42, wherein said nucleic acid is operably linked and expressable. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 44. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 43. 45. A protein expressed by the expression vector construct of claim 43. 46. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6N (E017). 47. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 46. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 48. 48. The nucleic acid according to claim 47, wherein the nucleic acid is operably linked and expressible. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 49. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 48. 50. A protein expressed by the expression vector construct of claim 48. 51. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 60 (E020). 52. An o-encoded by the nucleic acid of claim 51. A nucleic acid segment having a nucleic acid sequence of an open reading frame. 53. 53. The nucleic acid of claim 52, wherein said nucleic acid is operably linked to and can be expressed. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 54. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 53. 55. 54. A protein expressed by the expression vector construct of claim 53. 56. An isolated nucleic acid having the nucleic acid sequence of FIG. 6P (E027). 57. An open reading frame encoded by the nucleic acid according to claim 56. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 58. 58. The nucleic acid of claim 57, wherein said nucleic acid is operably linked to and expressable. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 59. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 58. 60. A protein expressed by the expression vector construct of claim 58. 61. Figure 6Q (E003-5 ') at the 5' end of a nucleic acid molecule that is seamlessly adjacent And at the 3 'end the nucleic acid sequence of Figure 6R (E003-3'). Isolated by an intervening nucleic acid, Nucleic acid. 62. 62. An open reading frame encoded by the nucleic acid of claim 61. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 63. 63. The nucleic acid of claim 62, wherein the nucleic acid is operably linked to and can be expressed. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 64. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 63. 65. A protein expressed by the expression vector construct according to claim 63. 66. Figure 6S (E004-5 ') at the 5' end of a nucleic acid molecule that is seamlessly adjacent And at the 3 'end the nucleic acid sequence of FIG. 6T (E004-3'). Isolated nucleic acid, which is interrupted by an intervening nucleic acid. 67. 67. An open reading frame encoded by the nucleic acid of claim 66. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 68. 78. The nucleic acid of claim 67, wherein said nucleic acid is operably linked and expressable. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 69. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 68. 70. 69. The expression vector construct of claim 68. The revealed protein. 71. Isolated with the nucleic acid sequence of Figure 6U (E014-3 ') at the 3' end of the molecule Nucleic acid. 72. 72. An open reading frame encoded by the nucleic acid of claim 71. A nucleic acid segment having the nucleic acid sequence of a genome. 73. 73. The nucleic acid according to claim 72, wherein the nucleic acid is operably linked and expressible. An expression vector nucleic acid construct having an insert body. 74. A host cell transformed with the expression vector construct of claim 73. 75. A protein expressed by the expression vector construct of claim 73.
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