JP2002306189A - アルコールデヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子、ベクター、発現系、該アルコールデヒドロゲナーゼの使用並びにアルコールの還元的製造方法 - Google Patents

アルコールデヒドロゲナーゼ、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子、ベクター、発現系、該アルコールデヒドロゲナーゼの使用並びにアルコールの還元的製造方法

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JP2002306189A JP2002068878A JP2002068878A JP2002306189A JP 2002306189 A JP2002306189 A JP 2002306189A JP 2002068878 A JP2002068878 A JP 2002068878A JP 2002068878 A JP2002068878 A JP 2002068878A JP 2002306189 A JP2002306189 A JP 2002306189A
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リーアマイアー トーマス
Uwe Bornscheuer
ボルンショイアー ウヴェ
Josef Dr Altenbuchner
アルテンブーフナー ヨーゼフ
Petra Hildebrandt
ヒルデブラント ペトラ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単に入手されることができかつ有機合成に
おいてアルコール類をケトン類に酸化するため又はケト
ン類をアルコール類に還元するために使用されることが
できるアルコールデヒドロゲナーゼ類。 【解決手段】 アミノ酸配列(配列番号1)を有する蛍
光菌(DSM 50106)由来の新規のアルコールデヒドロゲナ
ーゼ(ADHF1)、又はその対立遺伝子若しくは機能
変異体又はその機能的な部分的配列。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光菌(Pseudomon
as fluorescens)からの新規のアルコールデヒドロゲナ
ーゼ(ADH)並びにそのようなアルコールデヒドロゲ
ナーゼ類を用いることによりケトン類を相応するアルコ
ール類に選択還元する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アルコールデヒドロゲナーゼ類(EC 1.1.
1.1)は、酸化還元酵素の群に属する。アルコールデヒド
ロゲナーゼは、アルコール基質が相応するケトン類若し
くはアルデヒド類に酸化されるか又はアルデヒド若しく
はケトンからアルコールへの反対側の還元が触媒される
ような非常に多数の生物学的反応を触媒する。アルコー
ルデヒドロゲナーゼで媒介された生物学的方法は、アル
コール発酵の最終段階のように重要な反応、即ち酵母に
おけるエタノールへのグルコースの変換、網膜における
全トランス−レチノール(ビタミンA)への全トラン
ス−レチナールの還元又は肝臓における血中アルコール
の分解を含む。記載された反応は、通常可逆であり、か
つ補酵素としてニコチンアミドアデニンジヌクレオチド
(NAD/NADH)又はニコチンアミドアデニンジ
ヌクレオチドリン酸(NADP/NADPH)の存在
で行われる。
【0003】大抵のアルコールデヒドロゲナーゼ類にお
いて、基質の酸素原子が配位することができる亜鉛が触
媒中心として利用される。
【0004】生物学的方法におけるアルコールデヒドロ
ゲナーゼ類の決定的重要性とは別に、アルコール類、ケ
トン類又はアルデヒド類を製造するために、有機化学合
成のためのこれらの酵素を使用することが提案される。
技術的観点からは特に、相応するケトン類の接触還元に
よる光学活性アルコール類のエナンチオ選択合成が重要
である。これまで、とりわけウマ肝臓、酵母(YAD
H)又はThermoanaerobium brockiiからのアルコールデ
ヒドロゲナーゼ類が有機合成に使用されている。
【0005】個々のアルコールデヒドロゲナーゼ類は、
それらの基質特異性及びそれらの選択性について大いに
異なるので、新規の酵素的性質を有する別のアルコール
デヒドロゲナーゼ類を見出すことに極めて関心がある。
このために、近年、かなり多数のアルコールデヒドロゲ
ナーゼ類が、異なる生物から単離され、かつ特性決定さ
れている。
【0006】現在公知の極めて大部分のアルコールデヒ
ドロゲナーゼは酵母に由来し、かつそれらの基質特異性
は大きく変化する。現在まで同定された一部のADH類
は、Pseudomonas種に由来し、例えばShen、G. J.他(Che
m. Soc.、Chem. Commun. 9、677-679;1990)により記載
され、僅かな基質許容性を有する株ATCC49688由来の特
異性デヒドロゲナーゼ、アリル型アルコールに変換する
Pseudomonas putida ADH(Malone、V. F.、Appl. Env
ironm. Microbiol. 1999、65、2622-2630)又はBradsha
w、C. W.他(J. Org. Chem. 57、1526-1532;1992)により
記載され、幅広い基質受容性を有する相対的に非特異性
のデヒドロゲナーゼである。しかしながら、これまで、
公知のPseudomonas種 ADH類をクローニングすること
は不可能であり、ひいては有機合成目的のための幅広い
用途に利用不可能である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、簡単に入手されることができかつ有機合成において
アルコール類をケトン類に酸化するため又はケトン類を
アルコール類に還元するために使用されることができる
新規のアルコールデヒドロゲナーゼ類を提供することで
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、次のアミノ酸
配列(配列番号1):
【0009】
【表1】
【0010】を有する蛍光菌(DSM 50106)由来の新規の
アルコールデヒドロゲナーゼ(ADHF1)、又はその
対立遺伝子若しくは機能変異体又はその機能的な部分的
配列に関する。
【0011】本発明による機能変異体は、60%を上回
り、好ましくは80%を上回る配列相同を有するアミノ
酸配列を含むアルコールデヒドロゲナーゼを意味する。
加えて、機能的な部分的配列は好ましくは、少なくとも
50個のアミノ酸、特に好ましくは100個を上回るア
ミノ酸からなるアミノ酸断片を含むアルコールデヒドロ
ゲナーゼ類を意味するが、しかし100個までのアミノ
酸、好ましくは50個までのアミノ酸の欠失を有する機
能変異体も、“機能的な部分的配列”の用語のもとに含
まれる。
【0012】加えて、本発明のアルコールデヒドロゲナ
ーゼは、翻訳後修飾、例えば糖鎖形成又はリン酸化を有
していてよい。
【0013】本発明は更に、本発明のアルコールデヒド
ロゲナーゼ類のためにコードする核酸、又はその対立遺
伝子若しくは機能変異体又はその部分的配列、又はコー
ドする核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイ
ズするそれらの核酸配列と相補性であるDNA断片に関
する。
【0014】蛍光菌(DSM 50106)由来のアルコールデヒ
ドロゲナーゼ遺伝子は、次のコードする核酸配列(配列
番号2):
【0015】
【表2】
【0016】を含む。
【0017】本発明の好ましい核酸は、配列番号2及び
50%を上回り、好ましくは75%を上回り、特に好ま
しくは90%を上回り相同であるか又はその部分的配列
であり、好ましくは少なくとも150個のヌクレオチ
ド、特に好ましくは少なくとも300個のヌクレオチド
からなるその対立遺伝子若しくは機能変異体、又はコー
ドする核酸配列番号2又はその対立遺伝子若しくは機能
変異体又は部分的配列とストリンジェントな条件下でハ
イブリダイズするそれらの核酸配列と相補性であるDN
A断片を含む。このために、共通のハイブリダイゼーシ
ョン条件、例えば、60℃、0.1xSSC、0.1%
SDSを利用することが可能である。
【0018】配列番号2からの情報は、例えば他のPseu
domonas種株におけるPCRを用いて直接に対立遺伝子
の形を同定しかつクローニングするために、プライマー
類を生じさせるのに利用されうる。加えて、配列情報の
ために、更にadhF1遺伝子の天然の機能変異体、ひ
いては相応するエンコードされた酵素変異体を見つけ出
すためのプローブを使用することも可能である。配列番
号2又は、それに対する対立遺伝子若しくは天然の機能
変異体から出発して、例えば、欠陥のあるDNAポリメ
ラーゼを用いることにより、PCRを経て人工的に生じ
た機能的酵素変異体のバンクを得ることも可能である。
【0019】コードするDNA配列は、常用のベクター
類中へクローニングされてよく、かつそのようなベクタ
ー類で宿主細胞をトランスフェクションした後に、細胞
培養中で発現されることができる。適した発現ベクター
類の例は、大腸菌用のpUC、pGEX又はpJOEで
あるが、しかし他の原核単細胞生物の発現ベクター類を
使用することも可能である。酵母に適していることが実
証されている発現ベクターの例は、pREPベクター及
びpINTベクターである。昆虫細胞中での発現に適し
た例は、EP-B1-0127839又はEP-B1-0549721に開示されて
いるようなバキュロウイルスベクターであり、かつほ乳
動物細胞中での発現に適した例は、一般的に入手可能な
SV40ベクターである。特にpGEX、pJOE、p
REP及びpINTからなる群からの単細胞の原核生物
及び真核生物のための発現ベクター類が特に好ましい。
【0020】通常のマーカー、例えばアンピシリン耐性
とは別に、ベクター類は、ADH遺伝子及び/又はレポ
ーター遺伝子の発現を調節するため、特にリプレッショ
ンする又は誘導するための別の機能的ヌクレオチド配列
を含んでいてよい。好ましくは使用されるプロモーター
類は、誘導性プロモーター類、例えば、rhaプロモー
ター又はnmt1プロモーター、又は強いプロモーター
類、例えばlac、ara、λ、pL、T7又はT3プ
ロモーターである。コードするDNA断片は、プロモー
ターで出発するベクター類中に転写可能でなければなら
ない。更に、証明されたプロモーターの例は、昆虫細胞
中の発現のためのバキュロウイルスpolyhedrinプロモー
ター(例えば、EP-B1-0127839参照)又は初期SV40プ
ロモーター又は、例えばMMTV(Mouse Mammary Tumor
Virus;Lee他(1981) Nature、214、228)のLTRプロモ
ーター類である。
【0021】本発明の発現ベクター類は、別の機能的配
列領域、例えば、複製開始点、オペレーター又は終止コ
ドンを含んでいてよい。
【0022】記載されたベクター類は、常用の方法、例
えば、PEG/DMSO方法によるか又は電気穿孔法に
より、宿主細胞を形質転換するのに使用されてよい。
【0023】結果として、本発明は更に、ちょうど記載
されたベクター系でトランスフェクションされる宿主細
胞又は宿主細胞培養を含む発現系に関する。好ましい宿
主は、単細胞の原核生物、特に大腸菌である。本発明の
真核adh遺伝子を発現するために、例えば、真核生物
に典型的な翻訳後修飾をadh遺伝子産物に導入するた
めに、真核発現系を使用することも有利でありうる。特
に適した真核宿主細胞は酵母である。
【0024】好ましい発現系は、大腸菌中での発現に適
したベクター、例えば、pJOE2775ベクター中
に、配列番号2によるアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝
子又はその対立遺伝子若しくは機能変異体若しくは部分
的配列を含み、かつデヒドロゲナーゼ遺伝子は、転写可
能であるように、前記ベクター中へクローニングされな
ければならない。特に好ましい1実施態様において、導
入されたadh遺伝子は更に、ベクターにより供給され
るヒスチジンタグに固定される。転写がベクター中に存
在するラムノース−誘導性プロモーターの調節下にある
ようにして、導入されるadh遺伝子をpJOE277
5ベクター中へクローニングすることが好ましい。
【0025】発現系は、当業者に公知の標準のプロトコ
ルを用いて培養されることができる。転写調節及び使用
されるベクターに応じて、発現系中に導入される遺伝子
の発現は、例えば、ラムノースを添加しながら発現プラ
スミドとしてpJOE2775を用いるような場合に、
構成性であってよいか又は調節されてよい。本発明のア
ルコールデヒドロゲナーゼの発現に続いて、例えばアフ
ィニティークロマトグラフィー又は遠心分離を用いてそ
の精製が行われる。こうして精製された酵素だけではな
く粗抽出物又は遠心分離の上澄み又は画分を、接触反応
を実施するのに直接に使用することも可能である。
【0026】意外なことに、本発明の発現可能なタンパ
ク質が酵素的アルコールデヒドロゲナーゼ活性を有する
ことが示された。本発明のアルコールデヒドロゲナーゼ
は、特に環式、芳香族、脂肪族のケトン類及びケト酸類
を、それぞれ相応する環式、芳香族、脂肪族のアルコー
ル類及びヒドロキシカルボン酸類に還元する。
【0027】更に、特許の保護が請求されたアルコール
デヒドロゲナーゼは、それらの卓越した立体選択率によ
り区別される。従って、例えば、アセトフェノンは、事
実上専ら、95%収量で、(R)−α−フェニルエタノ
ールに変換される(>99%ee、GC分析により測
定)(これに関して第1表も参照)。従って、更に本発
明は、アルコール類又はケトン類、好ましくは脂肪族、
脂肪族-環式又はアリール脂肪族のアルコール類又はケ
トン類の接触製造のための本発明のアルコールデヒドロ
ゲナーゼ類の使用に関する。
【0028】本発明のアルコールデヒドロゲナーゼ類の
ために特に好ましい基質は、環式(C〜C10)−ア
ルカノン類、(C〜C40)−ケト酸類及びアセトフ
ェノン誘導体であり、その際芳香環が、H、(C〜C
12)−アルキル、(C〜C12)−アルキルO、
F、Cl、Br、I、NR、COOHからなる群から
の置換基を、好ましくは2、3及び/又は4位に有して
いてよく、その際置換基Rは、互いに独立してH、(C
〜C10)−アルキル又は(C〜C10)−アリー
ルである。
【0029】更に本発明は、本発明のアルコールデヒド
ロゲナーゼを用いてケトンを酵素的変換しながらアルコ
ール類を製造する方法に関する。
【0030】還元は、好ましくは−10℃と45℃の
間、特に好ましくは5℃と25℃の間で行われる(これ
に関して図3参照)。ここで、ADHF1が10〜25
℃の温度で基質アセトフェノンで最も高い収量を達成す
ることは意外であるけれども、蛍光菌は、中温性生物で
ある。選択率は、温度範囲に亘り極めて高く、かつ基質
アセトフェノンについて最も高い選択率は、5℃〜12
℃及び37℃〜42℃で達成される。本発明のアルコー
ルデヒドロゲナーゼ類を用いる環式又は芳香族のケトン
類の酵素的に触媒された還元のために好ましいpHは、
pH5.5とpH10の間、特に好ましくはpH7とp
H9の間である(これに関して図4参照)。
【0031】本発明のアルコールデヒドロゲナーゼを用
いて、ケトン類を相応するアルコール類に還元するのを
実施するために、還元工程を支持する補酵素、例えばN
ADPH又は好ましくはNADHを反応混合物に添加す
ることが有利である。例えば、NADHを再循環させる
デヒドロゲナーゼの添加は、変換の間に遊離されるNA
を変換してNADHへと戻すことも可能である。
【0032】使用されてもよい溶剤は、水及び有機溶剤
又はそれらの混合物であってよい。好ましい溶剤の例
は、水に加えて、アルコール類、例えばエタノール、又
はアセトンである。NADH又はNADPHを再生する
ために、該工程でアセトンに酸化されるイソプロパノー
ルを反応混合物に添加することが有利である。2〜35
%(v/v)、特に好ましくは10〜25%の出発イソ
プロパノール含量が好ましい。
【0033】
【実施例】蛍光菌(DSM 50106)由来のアルコールデヒド
ロゲナーゼのクローニング及び発現。
【0034】一般的な注釈:DNAプラスミド類での形
質転換のための宿主は、大腸菌JM109株(Yanish-Perron
他、Gene 33、103-119(1985))であり、かつλRESフ
ァージでの形質転換の為に使用される宿主は、大腸菌H
B101 F′lac[Tn1739tnpR]株(Alte
nbuchner、J.、Gene 123、63-68 (1993))であった。こ
れらの株は、LB液体培地中又はLB寒天プレート上で
37℃で培養される。アンピシリン100μg/ml又
はカナマイシン50μg/mlは、プラスミドを有する
宿主細胞を選択するために培地に添加される。DNA配
列のクローニングに使用されるベクターは、プラスミド
pIC20H(Marsh他、Gene 32、481-485(1984))であ
り、かつ大腸菌JM109中のADHF1のラムノース
−誘導性発現のために使用されるベクターは、rhaB
ADプロモーターを含むプラスミドpJOE2775で
ある(Stumpp他、BIOspectrum 6、33-36 (2000))。
【0035】adhF1遺伝子の発見、塩基配列決定及
びクローニング:λRESIIIファージ中の蛍光菌(D
SM 50106)のゲノムライブラリーの構成及び大腸菌中の
エステラーゼ活性を示すpJOE2967プラスミドの
単離は、Khalameyzer他;Appl. Environm. Microbiol. 6
5、477-482(1999)に記載されている。オープンリーディ
ングフレームDNA配列(シクロヘキサノン一酸素添加
酵素類と相同性を有するORF1;図1)を補足するた
めに、150bpにわたり重なっているApaI断片は
クローニングされ、その際、エステラーゼ活性(est
F1)を示したベクターpJOE2967の3.2kB
MunI/BamHI断片から出発する。意外なこと
に、他のオープンリーディングフレーム(OFR3;図
1)は、示されうるように、新規のアルコールデヒドロ
ゲナーゼのためにコードするApaI制限断片に関して
見いだされた。図1は、蛍光菌(DSM 50106)のORF3
を含む4360bp物理的地図を略示的に示す。
【0036】図1に示されている蛍光菌(DSM 50106)ゲ
ノム領域は、Sangerにより塩基配列決定され、その際、
2つの戦略を追跡した。最初に、NaeI及びMscI
制限断片は、pIC20Hへとサブクローニングされ
た。更に、pFIS5プラスミド及びその欠失誘導体
は、Cy5-ラベルしたM13普遍的及び逆(UP及び
RP)プライマー類及びALFexpress AutoRead sequenci
ng kit(Amersham Pharmacia Biotech)を用いて塩基配列
決定された。プライマー歩行は、MWG Biotech、Ebersbe
rgからのオリゴヌクレオチド類及びCy5-dATP-ラ
ベルしたヌクレオチドを用い、ALFexpress AutoRead se
quencing kit(Amersham Pharmacia Biotech)を用いて実
施された。反応生成物は、ALFexpress DNAシーケン
サー中5.5% Hydrolink Long Rangerゲルマトリック
ス中で、55℃及び800Vで0.5x TBE緩衝液
中に12時間に亘り分画される。ヌクレオチド配列は、
GCGプログラム(Devereux他、Nucleic Acid Res. 1
2、387-395、(1984)、version 8.01)を用いて測定され
た。配列番号2で表される核酸配列は、adhF1遺伝
子のために得られた。緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)
由来の推定の酸化還元酵素(Stover他、Nature 406、959
-964、(2000));遺伝子銀行受入番号H83452と6
0%相同でありかつPseudomonas paucimobilis由来のC
α-デヒドロゲナーゼと29%相同である(Masai他、Bi
osci. Biotechnol. Biochem. 57、1655-1659(1993))D
NA配列は、データベース検索を介して見出された。
【0037】Sambrook他、Molecular cloning: a labor
atory manual、NY: Cold Spring Harbor(1989)に記載さ
れた標準方法は、制限分析及びクローニング実験に使用
された。プラスミドDNAは、Kieser、T.、Plasmid 1
2、19-36 (1984)に類似して単離される。そのために使
用される制限酵素及びDNAを修飾する酵素は、Boehri
nger Mannheimからのものであった。
【0038】大腸菌は、Chung他、Proc. Natl. Acad. S
ci. USA 86、2172-2175(1989)に従って形質変換され
る。
【0039】ORF3によりエンコードされたDNA配
列(以下にadhF1遺伝子と呼ぶ)を濃縮するため
に、PCR増幅は、adhF1遺伝子を含むプラスミド
から出発して、かつ次のPCRプライマー類:
【0040】
【表3】
【0041】を用いて実施される。
【0042】PCR増幅は、プラスミドDNA 1n
g、プライマー30pmol、0.2mM dNTP混
合物、10% DMSO、1x 反応緩衝液(100μ
l)中のPwoポリメラーゼ2.5単位の懸濁液中で実
施される。このために、DNAは、最初に100℃で2
分間加熱され、ついでMinicycler(Biozym Diagnostics
GmbH)中で30サイクルで94℃で1分間の変性を含む
温度プログラム、プライマーの溶融温度を5℃下回る温
度でのプライマーの1.5分間のアニーリング、72℃
での1.5分間の重合を用いて増幅される。
【0043】このようにして得られた増幅断片中へ、N
del制限切断個所は、ATG開始コドンの前に直接に
導入され、かつBamHI制限切断個所は、終止コドン
の前に直接に導入された。こうして修飾された増幅配列
のNdeI及びBamHI消化後、得られたDNA断片
は、同様にNdeI及びBamHIを消化させたL-ラ
ムノース−誘導性発現ベクターpJOE3075(Stump
p他、BIOspectrum 6、33-36(2000))中へクローニングさ
れる。この点について、adhF1遺伝子領域をエンコ
ードするC−終止末端は、ベクターに6個のヒスチジン
をエンコードするタグが固定される。引き続き、大腸菌
JM109株は、生じるプラスミドpJOE4016で
形質変換され、かつOD600=0.5〜0.6での早
期指数相に達するまでアンピシリン100μg/mlを
含む500ml LB培地中で37℃で培養される。
【0044】ADHF1の発現:ADHF1発現は、
0.2%(最終濃度)ラムノースを培地に添加されるこ
とにより誘導され、かつ細胞培養は、約37℃で5時間
培養される。得られた細胞は、遠心分離され(Heraeus
Labfuge 400R、4000xg、10分、4℃)、かつリ
ン酸ナトリウム緩衝液(50mM、pH7.5、4℃)
で2回洗浄される。このようにして精製された細胞は、
氷上での12分間の超音波処理(50%エネルギーで5
0%パルス、Bandelin HD 2070、MS73、Berlin、German
y)で分断される。細胞成分は、遠心分離により除去さ
れ、かつ上澄みは、還元反応を実施されるために直接に
利用されるか又は凍結乾燥され、かつ4℃で貯蔵され
る。タンパク質含量は、タンパク質標準としてウシ血清
アルブミンを有するbicinchoninic acidキット(Pierc
e、Rockford、IL、USA)を用いて測定される。凍結乾燥
された抽出物450μgタンパク質/mgは、上澄み中
に検出される。
【0045】ADHF1発現は、SDS-PAGE分析
(図2a、レーン1〜3)を用いて及びNi−NTA−
AP接合アッセイ(図2a、レーン4〜6)を用いてチ
ェックされた。詳細には、図2aは、次のように示され
る:レーン1:標準(Sigma)、レーン2及び4:ADH
F1粗抽出物10μg、レーン3及び5:ADHF1粗
抽出物5μg、レーン6:Sigmaマーカー(炭酸脱水酵
素、29kDa、これはNi-NTA接合体と反応す
る)。図2bは、組換型ADHF1(296 aa、3
1.997kDa)の生産のための他のSDS-PAG
E発現分析の結果を示し;レーンMは、低分子量用のマ
ーカー、Sigmaを示し、レーン1、2及び3はそれぞれ
発現を誘導する前、誘導1時間後及び培養完了後の分画
された細胞培養画分を示し、レーン4、5及び6は、濃
縮された上澄み、1回洗浄された上澄み及び2回洗浄さ
れた上澄み(遠心分離)を示し、レーン7及び8は、そ
れぞれ細胞ペレット画分を示す。SDS-PAGEゲル
中のタンパク質は、クーマシーブリリアントブルーで直
接に染色されるか又はゲル−電気泳動的に、半乾式ブロ
ッティング系(Panther、半乾式エレクトロブロッター、
Model HEP-1、Peqlab、Erlangen)を用いて1mA/cm
で1hに亘りニトロセルロース膜上にブロッティング
された。ヒスチジン−ラベルしたタンパク質は、製造業
者の使用説明書に従って、ニトロセルロース上で検出さ
れる(QIApress検出系、Ni−NTAアルカリ性ホスフ
ェート接合体、Qiagen、Hilden)。炭酸脱水酵素(29
kDa)は、Ni-NTA接合体-結合質量標準(レーン
3、図2a)として使用される。
【0046】ケトン類の還元のための発現されたアルコ
ールデヒドロゲナーゼの使用:凍結乾燥したアルコール
デヒドロゲナーゼの活性は、モデル基質としてアセトフ
ェノンを用いて測定される。標準化された反応混合物
(250μl)は、イソプロパノール中に溶解した基質
6.4μmol、0.1M Tris緩衝液(pH8.
0)及び20%(v/v)イソプロパノール中の酵素
(粗抽出物)1.25mgを基質としてNADHを再循
環させるデヒドロゲナーゼのために含有する。反応は、
他に明示して述べられていない限り、室温で実施され
る。全ての値は3回測定された。反応が完了した後に、
反応混合物は、クロロホルムの2倍量で抽出され、つい
で有機相は、硫酸ナトリウム上で乾燥される。反応生成
物は、キラルカラム(ヘプタキス(2,6−O−メチル
−3−O−ペンチル)−β−シクロデキストリン、25mx
0.25mm ID、Macherey & Nagel、Dueren)を用いて、12
0℃でGC測定により等温的に分析された(Shimadzu GC
14A、Tokyo、水素炎イオン化検出器、積分器C5RA)。保
持時間は、アセトフェノンでは1.55分、(R)−α
−フェニルエタノールでは2.77分及び(S)−α−
フェニルエタノールでは2.99分である。絶対配置
は、商用の標準を用いることにより測定された。更にG
C分析は、5℃/分の速度で90℃から120℃に上昇
する温度で実施された。ここで保持時間は、シクロペン
タノンでは0.95分、シクロペンタノールでは1.3
7分、シクロヘプタノンでは2.85分、シクロヘプタ
ノールでは4.29分、シクロヘキサノンでは1.42
分及びシクロヘキサノールでは2.12分であった。
【0047】変換の結果は、第1表に挙げられている。
【0048】第1表:
【0049】
【表4】
【0050】コントロールとして、組換型ADH遺伝子
を含まない大腸菌株の粗抽出物が同様に試験された。こ
れらの抽出物は、相応する酵素活性を示さない。
【0051】第2表は、上記のプロトコルに従って変換
される別の反応混合物の結果を示す(これに関してダイ
アグラム1も参照):
【0052】
【表5】
【0053】120℃(2分)から出発し、引き続き1
0℃/分だけ150℃まで加熱する温度プログラムに
は、次の保持時間が得られる:2−メトキシアセトフェ
ノン3、3.68分、2-メトキシ−α−(R)−フェ
ニルエタノール4.90分、3−メトキシアセトフェノ
ン4、3.98分、(R)−3−メトキシ−α−フェニ
ルエタノール4a、5.61分、(S)−4a、5.8
6分;4−フルオロアセトフェノン6、1.58分、
(R)−フルオロ−α−フェニルエタノール6a、3.
03分、(S)−6a、3.28分。
【0054】90℃(1分)から出発し、引き続き5℃
/分だけ120℃まで加熱する温度プログラムには、次
の保持時間が得られる:4−クロロアセトフェノン7、
3.62分、(R)−4−クロロ−α−フェニルエタノ
ール7a、5.52分、(S)−7a、5.90分;4
−メチルアセトフェノン2、2.63分、(R)−4−
メチル−α−フェニルエタノール2a、3.40分、
(S)−2a、3.76分;4-メトキシアセトフェノ
ン5、4.94分、(R)−4−メトキシ−α−フェニ
ルエタノール5a、5.52分、(S)−5a、5.7
4分。70℃での等温GC分析は、次の保持時間を生じ
る:メチル3−オキソブチラート8、2.20分、メチ
ル(R)−3−ヒドロキシブチラート8a、3.84
分、(S)−8a、3.99分。
【0055】1a及び8aの絶対配置は、商用の(R)
アルコール類を経て確かめられ、かつアセトフェノン類
似体の溶離が、α−フェニルエタノールのそれと同じ順
序(Sの前にR)であると思われる。
【0056】ADHF1活性に関する溶剤効果の測定:
このために、イソプロパノール、アセトン又はエタノー
ルは、反応混合物に10%(v/v)の最終濃度で添加
された。付加的に、アセトン反応混合物のイソプロパノ
ール割合は、変化された。使用された基質は、アセトフ
ェノンであった。測定は、20℃で実施され、かつ他の
反応条件は、上記のプロトコルから採用された。結果
は、図5にグラフで示される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアルコールデヒドロゲナーゼ(ORF
3)のコードする領域を含む、蛍光菌(DSM 50106)ゲノ
ムの部分領域の物理的地図の略示図。
【図2a】蛍光菌(DSM 50106)由来の本発明のアルコー
ルデヒドロゲナーゼの成功した発現を検出するためのS
DS-PAGE分析(レーン1〜3)及びNi-NTA-
AP接合分析(レーン4〜6)を示す電気泳動写真。
【図2b】組換型ADHF1(296 aa、31.9
97kDa)の生産のためのSDS-PAGE発現分析
を示し、その際レーンMは、低分子量用マーカー、Sigm
aを示し、レーン1は発現を誘導する前の分画された細
胞培養画分を示し、レーン2は発現を誘導した1時間後
のそのような画分を示し、かつレーン3は、培養が完了
した後の相応する画分を示し、レーン4は、濃縮された
上澄み(遠心分離)を示し、レーン5は、1回洗浄した
上澄みを示し、レーン6は2回洗浄した上澄みを示し、
レーン7及び8は、細胞ペレット画分を示す電気泳動写
真。
【図3】a)アセトフェノン(▲)及びシクロヘキサノ
ン(■)の収量について及びb)アセトフェノンの収量
(▲)及び選択率(■)について選択された基質をベー
スとするADHF1活性への温度効果を示すグラフ。
【図4】基質アセトフェノンをベースとするADHF1
の酵素活性へのpH効果を示すグラフ。
【図5】イソプロパノール濃度の関数として、基質アセ
トフェノンが(R)−α−フェニルエタノールに還元す
るのをベースとするADHF1活性への溶剤効果を示す
グラフ(図5a:収量:斜線、鏡像異性体過剰率:白
色;図5b:収量(▲)及び選択率(■))。
【配列表】
【外1】
【外2】
【外3】
───────────────────────────────────────────────────── 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 9/04 C12N 15/00 ZNAA C12R 1:39) (72)発明者 ヨーゼフ アルテンブーフナー ドイツ連邦共和国 ヌフリンゲン ヒンデ ンブルクシュトラーセ 6 (72)発明者 ペトラ ヒルデブラント ドイツ連邦共和国 ヴァイテンハーゲン アム シェパーホフ 8 Fターム(参考) 4B024 AA03 BA08 CA04 DA06 DA12 EA04 GA11 HA03 4B050 CC01 CC03 DD02 LL05 4B064 AC01 CA21 CB18 CC06 CC07 CD06 CD12 DA16 4B065 AA26X AA43Y AA72X AB01 AC14 BA01 CA28 CA60

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配列番号1で表されるアミノ酸配列を有
    している蛍光菌(Pseudomonas fluorescens)(DSM 50106)
    由来のアルコールデヒドロゲナーゼ(ADHF1)、又
    はその対立遺伝子若しくは機能変異体又はその機能的な
    部分的配列。
  2. 【請求項2】 配列番号1と60%を上回り相同である
    アミノ酸配列を含む、請求項1記載のアルコールデヒド
    ロゲナーゼ。
  3. 【請求項3】 配列番号1と80%を上回り相同である
    アミノ酸配列を含む、請求項1記載のアルコールデヒド
    ロゲナーゼ。
  4. 【請求項4】 少なくとも50個のアミノ酸からなり、
    配列番号1又はその対立遺伝子若しくは機能変異体から
    の部分的配列を含んでいる、請求項1記載のアルコール
    デヒドロゲナーゼ。
  5. 【請求項5】 100個までのアミノ酸の欠失を有して
    おり、配列番号1又はその対立遺伝子若しくは機能変異
    体からの部分的配列を含んでいる、請求項1記載のアル
    コールデヒドロゲナーゼ。
  6. 【請求項6】 配列番号2で表されるコードする核酸配
    列及び50%を上回り相同であるその対立遺伝子若しく
    は機能変異体又はその部分的配列を有している蛍光菌(D
    SM 50106)由来のアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子。
  7. 【請求項7】 配列番号2と75%を上回り相同である
    核酸配列を含む、請求項6記載のアルコールデヒドロゲ
    ナーゼ遺伝子。
  8. 【請求項8】 少なくとも150個のヌクレオチドを有
    する配列番号2の部分的配列を含む、請求項6又は7記
    載のアルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子。
  9. 【請求項9】 配列番号2で表されるコードする核酸又
    はその対立遺伝子若しくは機能変異体若しくは部分的配
    列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするそ
    れらの核酸配列と相補性である核酸配列を含む、請求項
    6から8までのいずれか1項記載のアルコールデヒドロ
    ゲナーゼ遺伝子。
  10. 【請求項10】 請求項6から9までのいずれか1項記
    載の核酸配列を含むベクター。
  11. 【請求項11】 宿主細胞及び請求項10記載の少なく
    とも1つのベクターを含む発現系。
  12. 【請求項12】 宿主生物が酵母又は原核生物である発
    現系。
  13. 【請求項13】 ケトン類を相応するアルコール類に酵
    素的に還元するための、請求項1から5までのいずれか
    1項記載のアルコールデヒドロゲナーゼ類の使用。
  14. 【請求項14】 ケトン類からアルコール類を還元的に
    製造する方法において、ケトンを、請求項1から5まで
    のいずれか1項記載のアルコールデヒドロゲナーゼを用
    いて変換することを特徴とする、ケトン類からのアルコ
    ール類の還元的製造方法。
  15. 【請求項15】 変換を-10℃と45℃の間で実施す
    る、請求項14記載の方法。
  16. 【請求項16】 変換をpH5.5と10の間で実施す
    る、請求項14又は15記載の方法。
  17. 【請求項17】 更に助剤物質を反応混合物に添加す
    る、請求項14から16までのいずれか1項記載の方
    法。
  18. 【請求項18】 添加した助剤物質がNADH及び/又
    はNADPHである、請求項17記載の方法。
  19. 【請求項19】 NADH及び/又はNADPHを再循
    環するデヒドロゲナーゼを反応混合物に添加する、請求
    項18記載の方法。
  20. 【請求項20】 2%と35%(v/v)の間のイソプ
    ロパノールを、反応混合物に添加する、請求項19記載
    の方法。
  21. 【請求項21】 使用される基質が、脂肪族、環式、芳
    香族、芳香−脂肪族のケトン又はケト酸である、請求項
    14から20までのいずれか1項記載の方法。
  22. 【請求項22】 使用される基質が、環式(C〜C
    10)−アルカノン、(C〜C40)−ケト酸及びア
    セトフェノン誘導体であり、その際、芳香環が、H、
    (C〜C12)−アルキル、(C〜C12)−アル
    キルO、F、Cl、Br、I、COOH、NRからな
    る群からの置換基を有し、その際置換基Rが、互いに独
    立してH、(C〜C10)−アルキル又は(C〜C
    10)−アリールであってよい、請求項14から21ま
    でのいずれか1項記載の方法。
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