JP2004049014A - Method for producing optically active substance by using enzyme presented on cell surface layer - Google Patents

Method for producing optically active substance by using enzyme presented on cell surface layer Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for more efficiently carrying out a synthetic reaction by using an enzyme presented on the cell surface layer and to find out the field of the synthetic reaction for making the utilization of the enzyme advantageous. <P>SOLUTION: A method for producing an optically active substance comprises a step of bringing a recombinant cell presenting the enzyme on the cell surface layer into contact with a racemate to be a substrate for the enzyme in a reaction liquid and forming an optically active enzymic reaction product. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、細胞表層提示酵素を用いる光学活性体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、軽油などの化石燃料に代わる燃料として、天然に存在する植物、動物、魚あるいは微生物が生産する油脂を用いる、いわゆるバイオディーゼル燃料が期待されている。これらの油脂のうち、食品製造のために用いられた油脂は環境に廃棄される場合が多く、環境問題を引き起こすので、廃油からのバイオディーゼル燃料は、大気汚染の防止と廃油の有効利用の点から、特に期待されている。
【0003】
バイオディーゼル燃料としては脂肪酸低級アルコールエステルが好ましく用いられる。油脂から脂肪酸低級アルコールエステルを製造するためには、油脂をグリセリンとそれを構成する脂肪酸とに分離し、次いで、アルコールと脂肪酸とからエステルを製造する技術が要求される。その方法の一つとして、リパーゼを用いる脂肪酸エステルの製造研究が種々行われている。
【0004】
しかし、現在行われている方法は、もっぱら、油脂を溶媒(例えば、へキサン)に溶解し、アルコールの存在下、リパーゼと反応させる方法である。この方法では、溶媒から脂肪酸エステルを分離する必要があり、溶媒を回収する操作が必要となって、プロセスが煩雑になる上、コストも上昇するという欠点に加え、爆発の危険性も含んでいる。そのため、無溶媒系での開発が検討されている。
【0005】
無溶媒系における実験例としては、JAOCS 73巻、1191〜1195頁(1996)に記載がある。この実験によれば、イソプロパノール、イソブタノール、2−ブタノールなどの分岐アルコールを用いた場合は、90%以上の脂肪酸エステルが得られるが、メタノール、エタノールなどの工業的に用いられる安価なアルコール類では、脂肪酸エステル化反応がほとんど進行しないことが記載されている。このように、無溶媒系での安価なアルコールを用いる、非エネルギー消費型のバイオディーゼル(脂肪酸エステル)の生産方法は未だ確立されていないのが現状である。
【0006】
他方で、リパーゼを用いる脂肪酸エステルの合成反応において、リパーゼを単離し、固定化して利用する方法が最もよく検討されている。しかし、この方法ではリパーゼの単離と固定化にコストと時間がかかるという問題がある。
【0007】
また、微生物菌体自体を用いる場合は、細胞膜の透過性を考慮する必要が指摘され、アルコールなどの溶媒による微生物の処理が検討されている(例えば、Felixら、Anal. Biochem., 120: 211−234(1982)を参照のこと)。この溶媒処理も、処理および溶媒の回収に時間とコストを要し、かつ爆発のおそれもあるという問題がある。
【0008】
これに対して、細胞表層局在タンパク質のGPIアンカリングドメインを利用して、リパーゼを細胞表層に発現させる方法が開発されている(特開平11−290078号公報)。すなわち、GPIアンカリングドメインをコードするDNAの上流にリパーゼの構造遺伝子を配置し、さらに上流に分泌シグナル配列を配置して、N末端側が細胞の外側になるように細胞表層にリパーゼを発現している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして発現させたタンパク質は、N末端側に活性中心があるものであれば、細胞表層で十分な活性を示すことができる。しかし、リパーゼのようにC末端側に活性中心がある場合、活性中心が細胞表層に近すぎて立体障害が起こり十分な活性を示すことができないという問題がある。そのため、細胞表層に提示した酵素を用いてより効率よく合成反応を行う手段、さらには、このような酵素の利用が有利となる合成反応の分野の探索が求められている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
そこで、タンパク質を細胞表層に発現する方法を種々検討したところ、従来、必須と考えられていたGPIアンカリングドメインの機能を失わせた場合でさえも、GPIアンカータンパク質が細胞表層に保持されることを見出した。すなわち、少なくともGPIアンカータンパク質の凝集機能ドメインさえ含まれていれば、そのN末端側またはC末端側のいずれか一方に、あるいはN末端側およびC末端側の両方に、所望のタンパク質を発現させるようなプラスミドを構築することによって、所望のタンパク質を細胞表層に発現させることが可能となった。
【0011】
このような方法に従って、活性中心の位置に応じて適切に細胞表層に提示した酵素の例としてリパーゼを用い、種々のエステル交換反応について検討を重ねたところ、全く予想外に、分泌型のリパーゼと比較して、高収量かつエナンチオ選択的にエステルを生成し得ることを見出して、本発明を完成させた。
【0012】
すなわち、本発明は、光学活性体の製造方法を提供し、この方法は、酵素を細胞表層に提示する組換え細胞を、反応液中で該酵素の基質となり得るラセミ体と接触させて、光学活性な酵素反応生成物を形成させる工程を含む。
【0013】
好適な実施態様では、上記酵素反応はエステル交換反応である。
【0014】
より好適な実施態様では、上記酵素はリパーゼであり、上記ラセミ体はアルコールであり、そして上記酵素反応生成物はカルボン酸エステルである。
【0015】
さらに好適な実施態様では、上記反応液は、有機溶媒である。
【0016】
別の好適な実施態様では、上記細胞は酵母である。
【0017】
より好適な実施態様では、上記酵素は糖鎖結合タンパク質ドメインとの融合タンパク質である。
【0018】
さらに好適な実施態様では、上記融合タンパク質は、上記酵素のN末端側と上記糖鎖結合タンパク質ドメインのC末端側とを連結したタンパク質である。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明において、細胞表層に提示される酵素は、目的の合成反応に応じて適宜選択され、特に限定されない。分泌タンパク質が好適に用いられる。加水分解酵素がより好適であり、加水分解酵素としては、エステラーゼ(リパーゼを含む)、グリコシダーゼ、ペプチダーゼなどが挙げられる。本発明の方法においては、これらの酵素の基質転移反応を利用することが好適である。中でも、エステラーゼを用いる加水分解反応あるいはリパーゼを用いるエステル交換反応が特に好適である。これらの酵素の起源は限定されず、例えば、微生物由来のものが好適に用いられる。
【0020】
本発明において、細胞表層に酵素を発現させる細胞は、細菌、真菌、植物細胞など、細胞壁を有する細胞であれば、特に限定されない。好適には、酵母が使用される。
【0021】
細胞表層に酵素を提示する一般的な方法について説明する。細胞表層に酵素を提示する方法としては、(a)細胞表層局在タンパク質のGPIアンカーを介して酵素を細胞表層に提示する方法、および(b)細胞表層局在タンパク質の糖鎖結合タンパク質ドメインを介して酵素を細胞表層に提示する方法がある。
【0022】
用いられ得る細胞表層局在タンパク質としては、酵母の性凝集タンパク質であるα−またはa−アグルチニン、FLOタンパク質(例えば、FLO1、FLO2、FLO4、FLO5、FLO9、FLO10、およびFLO11)、アルカリホスファターゼなどが挙げられる。
【0023】
(a)GPIアンカーを利用する方法
GPIアンカーにより細胞表層に局在するタンパク質をコードする遺伝子は、N末端側から順に、分泌シグナル配列、細胞表層局在タンパク質(糖鎖結合タンパク質ドメイン)、およびGPIアンカー付着認識シグナル配列をそれぞれコードする遺伝子を有している。細胞内でこの遺伝子から発現された細胞表層局在タンパク質(糖鎖結合タンパク質)は、分泌シグナルにより細胞膜外へ導かれ、その際、GPIアンカー付着認識シグナル配列は、選択的に切断されたC末端部分を介して細胞膜のGPIアンカーと結合して細胞膜に固定される。その後、PI−PLCにより、GPIアンカーの根元部が切断され、細胞壁に組み込まれて細胞表層に固定され、細胞表層に提示される。
【0024】
ここで、GPIアンカーとは、グリコシルホスファチジルイノシトール (GPI)と呼ばれるエタノールアミンリン酸−6マンノースα1−2マンノースα1−6マンノースα1−4グルコサミンα1−6イノシトールリン脂質を基本構造とする糖脂質をいい、PI−PLCとは、ホスファチジルイノシトール依存性ホスホリパーゼCをいう。
【0025】
GPIアンカー付着認識シグナル配列とは、GPIアンカーが細胞表層局在タンパク質と結合する際に認識される配列であり、通常、細胞表層局在タンパク質のC末端あるいはその近傍に位置する。GPIアンカー付着シグナル配列としては、例えば酵母のα−アグルチニンのC末端部分の配列が好適に用いられる。上記α−アグルチニンのC末端から320アミノ酸の配列のC末端側には、GPIアンカー付着認識シグナル配列が含まれるので、上記方法に使用する遺伝子としては、このC末端から320アミノ酸の配列をコードするDNA配列が特に有用である。
【0026】
したがって、例えば、分泌シグナル配列をコードするDNA−細胞表層局在タンパク質をコードする構造遺伝子−GPIアンカー付着認識シグナルをコードするDNA配列を有する配列において、この細胞表層局在タンパク質をコードする構造遺伝子の全部または一部の配列を、目的とする酵素の構造遺伝子の配列に置換することにより、GPIアンカーを介して目的の酵素を細胞表層に提示する組換えDNAが得られる。細胞表層局在タンパク質がα−アグルチニンである場合、上記α−アグルチニンのC末端から320アミノ酸の配列をコードする配列を残すように、目的の酵素遺伝子を導入することが好ましい。
【0027】
この目的とする酵素の構造遺伝子として、例えば、リパーゼ遺伝子を用いると、GPIアンカーを介して細胞表層にリパーゼを提示する組換えDNAが得られる。このようにして細胞表層に提示されたリパーゼは、そのC末端側が表層に固定されている。
【0028】
(b)糖鎖結合タンパク質ドメインを利用する方法
細胞表層局在タンパク質が糖鎖結合タンパク質である場合、その糖鎖結合タンパク質ドメインは、複数の糖鎖を有し、この糖鎖が細胞壁中の糖鎖と相互作用または絡み合うことによって、細胞表層に留まることが可能である。例えば、レクチン、レクチン様タンパク質などの糖鎖結合部位などが挙げられる。代表的には、GPIアンカータンパク質の凝集機能ドメインが挙げられる。GPIアンカータンパク質の凝集機能ドメインとは、GPIアンカリングドメインよりもN末端側にあり、複数の糖鎖を有し、凝集に関与していると考えられているドメインをいう。
【0029】
この細胞表層局在タンパク質(凝集機能ドメイン)と目的の酵素とを結合することにより、細胞表層に酵素が提示される。目的の酵素の種類により、細胞表層局在タンパク質(凝集機能ドメイン)の(1)N末端側に酵素を結合させる、(2)C末端側に酵素を結合させる、および(3)N末端側およびC末端側の両方に、同一または異なる酵素を結合させることができる。
【0030】
したがって、例えば、
(1)分泌シグナル配列をコードするDNA−目的とする酵素の構造遺伝子−細胞表層局在タンパク質(凝集機能ドメイン)をコードする構造遺伝子、
(2)分泌シグナル配列をコードするDNA−細胞表層局在タンパク質(凝集機能ドメイン)をコードする構造遺伝子−目的とする酵素の構造遺伝子、
(3)分泌シグナル配列をコードするDNA−目的とする酵素の構造遺伝子−細胞表層局在タンパク質(凝集機能ドメイン)をコードする構造遺伝子−目的とする酵素の構造遺伝子、などのDNA配列を作成することにより、細胞表層に目的の酵素を提示する組換えDNAが得られる。凝集機能ドメインを利用する場合、GPIアンカーは細胞表層の提示には関与しないので、組換えDNA中に、GPIアンカー付着認識シグナル配列をコードするDNA配列は、存在してもよいし、存在しなくてもよい。
【0031】
この目的とする酵素の構造遺伝子として、例えば、リパーゼ遺伝子を用いると、糖鎖結合タンパク質を利用して、細胞表層にリパーゼを提示する組換えDNAが得られる。このようにして細胞表層に提示されたリパーゼは、そのN末端側またはC末端側が表層に固定される。
【0032】
上記組換えDNAに用いられる分泌シグナル配列は、細胞表層局在タンパク質の分泌シグナル配列を用いてもよいし、発現した酵素を細胞外へ導くことができる他の分泌シグナル配列を用いてもよい。例えば、グルコアミラーゼの分泌シグナル配列、酵母のα−またはa−アグルチニンの分泌シグナル配列、リパーゼの分泌シグナル配列が好適に用いられる。酵素活性に影響を及ぼさなければ、細胞表層提示後に分泌シグナル配列およびプロ配列の一部または全部がN末端に残ってもよい。
【0033】
本発明に使用される細胞は、目的とする酵素を細胞表層に提示するようにDNAを導入して、形質転換された細胞である。導入されるDNAは、少なくとも、分泌シグナル配列、糖鎖結合タンパク質ドメイン、および目的とする酵素をコードする配列を含む。さらに、もう1つ別の酵素またはタンパク質をコードする配列を含んでいてもよい。
【0034】
上記の各種配列を含むDNAの合成および結合は、当業者が通常用い得る技術で行われ得る。
【0035】
上記DNAはプラスミドの形態であることが望ましい。DNAの取得の簡易化の点からは、大腸菌とのシャトルベクターであることが好ましい。このDNAの出発材料は、例えば、酵母の2μmプラスミドの複製起点(Ori)とColE1の複製起点とを有しており、また、酵母選択マーカー(例えば、薬剤耐性遺伝子、TRP、LEU2など)および大腸菌の選択マーカー(薬剤耐性遺伝子など)を有することがさらに好ましい。また、酵素の構造遺伝子を発現させるために、この遺伝子の発現を調節するオペレーター、プロモーター、ターミネーター、エンハンサーなどのいわゆる調節配列をも含んでいることが望ましい。例えば、GAPDH(グリセルアルデヒド3’−リン酸デヒドロゲナーゼ)プロモーターおよびGAPDHターミネーターが挙げられる。このような出発材料のプラスミドの例としては、GAPDH(グリセルアルデヒド3’−リン酸デヒドロゲナーゼ)プロモーター配列およびGAPDHターミネーター配列を含むプラスミドpYGA2270またはpYE22m、あるいはUPR−ICL(イソクエン酸リアーゼ上流領域)配列とTerm−ICL(イソクエン酸リアーゼのターミネーター領域)配列とを含むプラスミドpWI3などが挙げられる。
【0036】
好適には、プラスミドpYGA2270またはpYE22mのGAPDHプロモーター配列とGAPDHターミネーター配列との間、あるいはプラスミドpWI3のUPR−ICLの配列とTerm−ICLの配列との間に、所望の酵素をコードするDNAを挿入すれば、酵母に導入するために使用されるプラスミドが製造される。本発明においては、好適には、マルチコピー型のプラスミドpWIFSまたはpWIFLが用いられ、例えば、pWIFSpmROLまたはpWIFLpmROLが製造される。
【0037】
宿主の酵母としては、どのような酵母を用いてもよいが、凝集性の酵母が、反応後の分離が簡単である点で、あるいは簡単に固定できるため連続反応を行い得る点で好ましい。あるいは、糖鎖結合タンパク質ドメインとして、凝集機能ドメインを使用する場合は、どのような酵母にも強い凝集性を付与することができる。
【0038】
本発明の方法で用いられる細胞は、上記DNAを細胞に導入することにより得られる。DNAの導入とは、細胞の中にDNAを導入し、発現させることを意味する。DNAの導入の方法には、形質転換、形質導入、トランスフェクション、コトランスフェクション、エレクトロポレーションなどの方法があり、具体的には、酢酸リチウムを用いる方法、プロトプラスト法などがある。
【0039】
導入されるDNAは、前述のようなプラスミドの形態であってもよく、あるいは宿主の遺伝子に挿入して、または宿主の遺伝子と相同組換えを起こして染色体に取り込まれてもよい。
【0040】
DNAが導入された細胞は、選択マーカー(例えば、TRP)で選択され、発現された酵素の活性を測定することにより選択される。酵素が細胞表層に固定されていることは、この酵素に対する抗タンパク質抗体とFITC標識抗IgG抗体とを用いる免疫抗体法によって確認できる。
【0041】
上記のようにして得られた酵素を細胞表層に提示する組換え細胞は、この細胞を維持し得る培地を含む懸濁液中で低温保存または凍結保存され得るか、あるいは低温乾燥または凍結乾燥して保存され得る。
【0042】
本発明で用いられる組換え細胞は、担体に固定化されていてもよい。本明細書において、担体とは、細胞を固定化することができる物質を意味し、好ましくは、水またはある特定の溶媒に対して不溶性の物質である。本発明に用い得る担体の材質としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ポリアクリルアミド、ポリビニルフォルマール樹脂多孔質体、シリコンフォーム、セルロース多孔質体などの発泡体あるいは樹脂が好ましい。増殖および活性が低下した細胞あるいは死滅した細胞の脱落などを考慮すると、多孔質の担体が好ましい。多孔質体の開口部の大きさは細胞によっても異なるが、細胞が十分に入り込めて、増殖できる大きさが適当である。50μm〜1,000μmが好適であるが、これに限定されない。
【0043】
本発明の光学活性体の製造方法は、上記の酵素を細胞表層に提示した細胞を、適切な反応液中でこの酵素の基質となり得るラセミ体と接触させて、光学活性な酵素反応生成物を形成する工程を含む。
【0044】
本発明においては、酵素およびその基質の組み合わせは、目的に応じて任意に選択され得る。以下、本発明の光学活性体の製造方法を、酵素としてリパーゼを用いるエステル交換反応の場合を例に挙げて、具体的に説明する。
【0045】
まず、細胞表層局在タンパク質のGPIアンカーあるいは糖鎖結合タンパク質ドメインを介してリパーゼを細胞表層に提示させた細胞(例えば、酵母)を得る。リパーゼの場合は、上記のように糖鎖結合タンパク質ドメインのC末端側とリパーゼのN末端側とが連結された融合タンパク質として細胞表層に提示されることが、高い活性を維持できる点で好ましい。次いで、例えば、基質としてカルボン酸エステル(RCOOR’)とラセミ体のアルコール(R”OH)とを含有する反応液中で上記細胞をインキュベートして、アルコキシル基(R’O−およびR”O−)の交換反応を触媒させることによって、R”についてエナンチオ選択的にカルボン酸エステル(RCOOR”)を形成することができる。
【0046】
上記エステル交換反応の基質であるラセミ体のアルコールは、ラセミ体であれば、どのようなアルコールでもよい。1価アルコールであっても、多価アルコールであってもよい。また、第一級アルコール、第二級アルコール、および第三級アルコールのいずれであってもよい。最も好ましくは、1価の第二級アルコールである。ラセミ体のアルコールとしては、例えば、(R,S)−1−フェニルエタノール(α−メチルベンジルアルコール)、(R,S)−1−フェニル−1−プロパノール、(R,S)−1−フェニル−2−プロパノール、(R,S)−3−メチル−2−ブタノール、イソヒドロベンゾイン、(R,S)−2−テトラロールなどが挙げられる。
【0047】
上記エステル交換反応の基質であるカルボン酸エステルは、一塩基酸のエステルであってもよく、二塩基酸以上の酸のエステルであってもよい。二塩基酸以上の酸のエステルの場合は、中性エステルであることが好ましい。カルボン酸エステルとしては、例えば、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、コハク酸エステル、マレイン酸エステル、安息香酸エステルなどが挙げられる。
【0048】
本発明の方法において用いられる反応液は、酵素を細胞表層に提示する細胞が酵素活性を示すことができるものであれば、特に限定されず、緩衝液や有機溶媒であってもよい。上記のように酵素がリパーゼの場合は、エステルおよびアルコール以外の有機溶媒を用いることが好ましい。このような有機溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ベンゼン、トルエン、ジエチルエーテル、アセトン、アセトニトリル、クロロホルム、ジクロロエタン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。
【0049】
本発明の方法においては、例えば、上記細胞と、上記基質を含む上記反応液とを混合することによって、酵素と基質とを接触させて、目的の光学活性なカルボン酸エステルを得ることができる。この場合の反応条件は、酵素を細胞表層に提示する細胞が酵素活性を示すことができるものであれば、特に限定されず、基質濃度、反応温度、反応時間などは、当業者であれば適宜決定し得る。反応終了後、目的の生成物(カルボン酸エステル)は、この生成物に応じた方法により、回収・精製され得る。
【0050】
このようにして得られた光学活性なカルボン酸エステルは、そのままエステルとして、あるいは、加水分解またはさらなるエステル交換反応を行って得られる光学活性なアルコールとして、医薬品の原料などに利用可能である。
【0051】
【実施例】
[調製例1]FLO1の5’領域およびプロリパーゼの構造遺伝子をこの順で有するDNAの作成
A:FLO1の5’領域(シグナル配列および凝集機能ドメイン)の遺伝子の取得
次のようにしてFLO1の遺伝子を取得した。まず、S. cerevisiae ATCC60715から染色体DNAを抽出した。次いでこれをテンプレートとし、プライマーとして配列番号1および配列番号2に記載のヌクレオチド配列を用いてPCR増幅し、BamHIおよびBglIIで切断して、約3300bpの長さのBamHI−BglII断片(BamHI−BglII FLO1 3300bp断片)を得た。この3300bp断片は、FLO1の5’側の配列(分泌シグナル配列およびFLO1凝集機能ドメイン)を有していると思われる。
【0052】
B:リパーゼ遺伝子の取得
次のようにして、Rhizopus oryzaeのリパーゼの遺伝子を取得した。簡単に述べると、まず、R. oryzae IFO4697から染色体DNAを抽出した。次いで、これをテンプレートとし、プライマーとして配列番号3および配列番号4に記載のヌクレオチド配列を用いてPCR増幅を行い、BamHIおよびSalIで切断して、約1100bpの長さのBamHI−SalI断片(BamHI−SalIリパーゼ断片)を得た。このリパーゼ断片は、リパーゼのプロ配列および成熟タンパク質配列を有しており、Beerらの報告(Biochim Biophys Acta, 1399: 173−180, 1998)に記載の配列とほぼ一致するものであった。
【0053】
C:FLO1の5’領域およびプロリパーゼの構造遺伝子をこの順で有するプラスミドの作成
目的のDNAを有するプラスミドは、上記Aで得られたFLO1の5’領域遺伝子と上記Bで得られたプロリパーゼ遺伝子とを接続することにより得られる。FLO1誘導体とリパーゼとの融合タンパク質を作成するために、以下の操作を行った。作成の模式図を、図1に示す。
【0054】
まず、マルチコピー型プラスミドpWI3を、BglIIで切断し、脱リン酸化後、上記Aで得られたBamHI−BglII FLO1 3300bp断片を挿入して、プラスミドpWIFSを得た。次いで、このプラスミドpWIFSを、BglIIおよびXhoIで切断し、上記Bで得られたBamHI−SalIリパーゼ断片を挿入して、pWIFSpmROLを得た。このプラスミドpWIFSpmROLに挿入された遺伝子から発現されるタンパク質を、short型FLO1リパーゼと命名した。
【0055】
[調製例2]細胞表層にリパーゼを有する酵母の作成
凝集性酵母であるSaccharomyces diastaticus ATCC60712(MATa leu2−3,112 his2 lys2 sta1 FLO8)および非凝集性酵母であるW303−1B(MATα ura3−52 trp1Δ2 leu2−3,112 his3−11 ade2−1 can1−100)を用い、M.D. Roseら(前出)の方法に従って、トリプトファン栄養要求性の新たな凝集性の菌株Saccharomyces cerevisiae YF207(MATa ura3−52 trp1Δ2 his ade2−1 can1−100 sta1 FLO8)を得た。
【0056】
上記調製例1で得られたプラスミドpWIFSpmROLを、Yeast Maker(Clontech Laboratories, Inc., Palo Alto, CA)を用いた酢酸リチウム法によって非凝集性酵母S. cerevisiae MT8−1(MATa ade his3 leu2 trp1 ura3)(Tajimaら、Yeast, 1:67−77, 1985)および凝集性酵母YF207に導入した。これを、L−トリプトファンを含まない適切なアミノ酸および塩基を補充したSD−W寒天選択培地(6.7% Yeast nitrogen base w/o amino acids (Difco Laboratories製)、2%グルコース、2%寒天末)を用いて培養した。生育した酵母を選択し、short型FLO1リパーゼを発現する酵母をそれぞれMT8−1−shortおよびYF207−shortと命名した。
【0057】
得られた酵母をSDC液体培地で培養し、遠心分離して培地と菌体とに分離し、それぞれのリパーゼ活性を測定した。コントロールとしてはプラスミドpWI3をそれぞれS. cerevisiae MT8−1に導入した酵母を用いた。その結果、コントロールでは培地および菌体にリパーゼ活性が認められなかった。また、形質転換体MT8−1−shortおよびYF207−shortの培養上清中にはほとんどリパーゼ活性は見られなかったが、これらの酵母菌体自体は、いずれもリパーゼ活性を有していた。なお、リパーゼ活性の測定は、リパーゼキットS(大日本製薬製)を用いて行った。
【0058】
[実施例1]細胞表層にリパーゼを有する酵母によるエナンチオ選択的エステル交換反応
調製例2で得られたshort型Flo1リパーゼを表層発現する酵母MT8−1−shortについて、有機溶媒中でエナンチオ選択的エステル交換反応を以下のように行った。培養後に集菌・洗浄し凍結乾燥を行った酵母MT8−1−short30mgを10mlバイアル中に入れ、さらに反応液(ヘプタン3ml、(R,S)−1−フェニルエタノール30mg、および酢酸ビニル21.2mg)を加え、30℃にて毎分150回振盪した。(R)−および(S)−α−メチルベンジルアセテートの生成量をHPLCによって測定し、反応率およびエナンチオ選択性を算出した。結果を図2および表1に示す。
【0059】
[比較例1]可溶性リパーゼによるエステル交換反応
酵母MT8−1−shortの代わりに粉末酵素であるリパーゼF−AP15(Rhizopus oryzae由来、天野エンザイム株式会社)を用いたこと以外は、実施例1と同様にエステル交換反応を行った。結果を図2および表1に示す。
【0060】
【表1】

Figure 2004049014
【0061】
図2からわかるように、short型Flo1リパーゼを表層発現する酵母MT8−1−shortを用いた反応系では、R体のみを生成する反応がすみやかに進行し、効率よく生成物を得ることができた。一方、S体は反応中いずれの時間においても生成量はごく微量であった。これと比較して、粉末酵素F−AP15を用いた場合では、24時間以降でR体生成物の減少、ならびにS体の生成が確認された。
【0062】
反応開始から48時間後の(R)−および(S)−α−メチルベンジルアセテートの生成量、およびエナンチオ選択性を表1に示す。short型Flo1リパーゼを表層発現する酵母MT8−1−shortを用いた反応系では、反応生成物の大部分がR体であり、96.4%というエナンチオ選択性を達成した。一方、粉末酵素F−AP15を用いた系では、R体およびS体とも生成量は低く、エナンチオ選択性も31.6%にとどまった。
【0063】
このように、short型Flo1リパーゼを発現する酵母MT8−1−shortを用いた反応系は、生成物収量およびエナンチオ選択性のいずれにおいても遊離型のリパーゼである粉末酵素を用いた場合よりも良好な成績であった。
【0064】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、効率的に光学活性体を得ることができる。特に、リパーゼを細胞表層に提示する酵母を用いる場合、反応液として有機溶媒を使用することができるので、得られた光学活性体の回収や精製に好適である。したがって、本発明の方法は、医薬中間体に代表されるエナンチオ選択的なファインケミカルの製造などの分野で非常に有用である。
【0065】
【配列表】
Figure 2004049014
Figure 2004049014

【図面の簡単な説明】
【図1】
FLO1の5’領域およびプロリパーゼの構造遺伝子をこの順で有するプラスミドの構築の模式図である。
【図2】
エステル合成反応における反応時間と反応生成物の生成量との関係を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an optically active substance using a cell surface display enzyme.
[0002]
[Prior art]
In recent years, so-called biodiesel fuel, which uses oils and fats produced by naturally occurring plants, animals, fish or microorganisms, has been expected as a fuel to replace fossil fuels such as light oil. Of these fats and oils, fats and oils used for food production are often disposed of in the environment, causing environmental problems. Therefore, biodiesel fuel from waste oils is important in preventing air pollution and effectively using waste oils. Is especially expected.
[0003]
Fatty acid lower alcohol esters are preferably used as biodiesel fuel. In order to produce fatty acid lower alcohol esters from fats and oils, a technique for separating fats and oils into glycerin and fatty acids constituting the same, and then producing an ester from alcohols and fatty acids is required. As one of the methods, various studies on the production of fatty acid esters using lipase have been conducted.
[0004]
However, the method currently used is exclusively a method in which fats and oils are dissolved in a solvent (for example, hexane) and reacted with lipase in the presence of alcohol. In this method, it is necessary to separate the fatty acid ester from the solvent, and an operation for recovering the solvent is required, which complicates the process, increases the cost, and also involves a risk of explosion. . Therefore, development in a solvent-free system is being studied.
[0005]
Experimental examples in a solvent-free system are described in JAOCS 73, 1191-1195 (1996). According to this experiment, when a branched alcohol such as isopropanol, isobutanol, or 2-butanol is used, 90% or more of fatty acid esters can be obtained. However, inexpensive industrially used alcohols such as methanol and ethanol are used. It is described that the fatty acid esterification reaction hardly proceeds. As described above, at present, a method for producing non-energy-consuming biodiesel (fatty acid ester) using an inexpensive alcohol in a solventless system has not yet been established.
[0006]
On the other hand, in a fatty acid ester synthesis reaction using lipase, a method of isolating, immobilizing, and using lipase has been most often studied. However, this method has a problem that it takes time and cost to isolate and immobilize lipase.
[0007]
In addition, when using microbial cells themselves, it is pointed out that it is necessary to consider the permeability of the cell membrane, and treatment of microorganisms with a solvent such as alcohol has been studied (for example, Felix et al., Anal. Biochem., 120: 211). -234 (1982)). This solvent treatment also requires time and cost for the treatment and recovery of the solvent, and also has a problem of explosion.
[0008]
On the other hand, a method has been developed in which a lipase is expressed on the cell surface using the GPI anchoring domain of a protein localized on the cell surface (JP-A-11-290078). That is, a lipase structural gene is arranged upstream of DNA encoding the GPI anchoring domain, and a secretory signal sequence is further arranged upstream, and lipase is expressed on the cell surface so that the N-terminal side is outside the cell. I have.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The protein expressed in this way can exhibit sufficient activity on the cell surface as long as it has an active center on the N-terminal side. However, when there is an active center on the C-terminal side such as lipase, there is a problem that the active center is too close to the cell surface layer, causing steric hindrance and failing to exhibit sufficient activity. Therefore, there is a need for a means for more efficiently performing a synthesis reaction using an enzyme displayed on the cell surface, and further, a search for a field of a synthesis reaction in which the use of such an enzyme is advantageous.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, various studies have been made on methods for expressing proteins on the cell surface, and it has been found that the GPI anchor protein is retained on the cell surface even when the function of the GPI anchoring domain, which has been considered essential, is lost. Was found. That is, as long as at least the aggregation functional domain of the GPI anchor protein is contained, the desired protein can be expressed on either the N-terminal side or the C-terminal side, or on both the N-terminal side and the C-terminal side. By constructing a suitable plasmid, it became possible to express a desired protein on the cell surface.
[0011]
According to such a method, lipase was used as an example of an enzyme appropriately presented on the cell surface in accordance with the position of the active center, and various transesterification reactions were repeatedly examined.Unexpectedly, secretory lipase and In comparison, the present inventors have found that an ester can be produced in a high yield and enantioselectively, thereby completing the present invention.
[0012]
That is, the present invention provides a method for producing an optically active substance, which comprises contacting a recombinant cell that presents an enzyme on the cell surface with a racemic substance that can be a substrate of the enzyme in a reaction solution. Forming active enzymatic reaction products.
[0013]
In a preferred embodiment, the enzymatic reaction is a transesterification reaction.
[0014]
In a more preferred embodiment, the enzyme is a lipase, the racemate is an alcohol, and the enzymatic reaction product is a carboxylate.
[0015]
In a further preferred embodiment, the reaction solution is an organic solvent.
[0016]
In another preferred embodiment, the cells are yeast.
[0017]
In a more preferred embodiment, the enzyme is a fusion protein with a carbohydrate binding protein domain.
[0018]
In a further preferred embodiment, the fusion protein is a protein in which the N-terminal side of the enzyme is linked to the C-terminal side of the sugar chain binding protein domain.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the present invention, the enzyme displayed on the cell surface is appropriately selected according to the target synthesis reaction, and is not particularly limited. Secretory proteins are preferably used. A hydrolase is more preferable, and examples of the hydrolase include esterase (including lipase), glycosidase, peptidase and the like. In the method of the present invention, it is preferable to utilize a substrate transfer reaction of these enzymes. Among them, a hydrolysis reaction using an esterase or a transesterification reaction using a lipase is particularly preferable. The origin of these enzymes is not limited, and for example, those derived from microorganisms are preferably used.
[0020]
In the present invention, the cell that expresses the enzyme on the cell surface is not particularly limited as long as it has a cell wall, such as bacteria, fungi, and plant cells. Preferably, yeast is used.
[0021]
A general method for presenting an enzyme on the cell surface will be described. As a method of presenting an enzyme on the cell surface, (a) a method of presenting the enzyme to the cell surface via a GPI anchor of the cell surface localized protein, and (b) a method of binding the sugar chain binding protein domain of the cell surface localized protein to the cell surface There is a method of presenting the enzyme to the cell surface via the interface.
[0022]
Examples of cell surface localization proteins that can be used include α- or a-agglutinin, which is a yeast sex aggregation protein, FLO proteins (eg, FLO1, FLO2, FLO4, FLO5, FLO9, FLO10, and FLO11), alkaline phosphatase, and the like. No.
[0023]
(A) Method using GPI anchor
The gene encoding a protein localized on the cell surface by the GPI anchor encodes, in order from the N-terminal, a secretory signal sequence, a cell surface localized protein (sugar chain binding protein domain), and a GPI anchor adhesion recognition signal sequence. It has a gene. The cell surface localization protein (sugar chain binding protein) expressed from this gene in the cell is led out of the cell membrane by a secretion signal, and the GPI anchor attachment recognition signal sequence is selectively cleaved at the C-terminal. It binds to the GPI anchor of the cell membrane via the portion and is fixed to the cell membrane. Thereafter, the root of the GPI anchor is cut by PI-PLC, incorporated into the cell wall, fixed to the cell surface, and presented on the cell surface.
[0024]
Here, the GPI anchor refers to a glycolipid having a basic structure of ethanolamine phosphate-6 mannose α1-2 mannose α1-6 mannose α1-4 glucosamine α1-6 inositol phospholipid called glycosylphosphatidylinositol (GPI). , PI-PLC refers to phosphatidylinositol-dependent phospholipase C.
[0025]
The GPI anchor attachment recognition signal sequence is a sequence recognized when the GPI anchor binds to a cell surface localization protein, and is usually located at or near the C-terminal of the cell surface localization protein. As the GPI anchor attachment signal sequence, for example, the sequence of the C-terminal part of α-agglutinin of yeast is suitably used. On the C-terminal side of the sequence of 320 amino acids from the C-terminal of the α-agglutinin, a GPI anchor attachment recognition signal sequence is contained. Therefore, the gene used in the above method encodes a sequence of 320 amino acids from the C-terminal. DNA sequences are particularly useful.
[0026]
Therefore, for example, in a sequence having a DNA sequence encoding a secretory signal sequence-a structural gene encoding a cell surface localization protein-a DNA sequence encoding a GPI anchor attachment recognition signal, the structural gene encoding this cell surface localization protein By replacing all or part of the sequence with the sequence of the structural gene of the target enzyme, a recombinant DNA that displays the target enzyme on the cell surface via a GPI anchor can be obtained. When the cell surface localization protein is α-agglutinin, it is preferable to introduce a target enzyme gene so as to leave a sequence encoding a sequence of 320 amino acids from the C-terminal of α-agglutinin.
[0027]
When, for example, a lipase gene is used as the structural gene of the desired enzyme, a recombinant DNA that displays lipase on the cell surface via a GPI anchor can be obtained. The lipase presented on the cell surface in this manner has its C-terminal fixed to the surface.
[0028]
(B) Method using sugar chain binding protein domain
When the cell surface localization protein is a sugar chain binding protein, the sugar chain binding protein domain has a plurality of sugar chains, and the sugar chains interact with or become entangled with the sugar chains in the cell wall. It is possible to stay. For example, sugar chain binding sites such as lectins and lectin-like proteins are exemplified. Typically, the aggregation functional domain of a GPI anchor protein is mentioned. The aggregation functional domain of the GPI anchor protein refers to a domain that is located on the N-terminal side of the GPI anchoring domain, has a plurality of sugar chains, and is considered to be involved in aggregation.
[0029]
The enzyme is displayed on the cell surface by binding the protein on the cell surface localization (aggregation functional domain) with the target enzyme. Depending on the type of the target enzyme, (1) the enzyme is bound to the N-terminus of the cell surface localized protein (aggregation functional domain), (2) the enzyme is bound to the C-terminus, and (3) the N-terminus and The same or different enzymes can be bound to both C-terminal sides.
[0030]
So, for example,
(1) DNA encoding a secretory signal sequence-structural gene of an enzyme of interest-structural gene encoding a cell surface localization protein (aggregation functional domain);
(2) DNA encoding a secretory signal sequence-structural gene encoding a cell surface localized protein (aggregation function domain)-structural gene of the enzyme of interest;
(3) DNA sequence such as DNA encoding secretory signal sequence-structural gene of target enzyme-structural gene coding for cell surface localization protein (aggregation function domain)-structural gene of target enzyme is prepared. As a result, a recombinant DNA displaying the target enzyme on the cell surface can be obtained. When the aggregation function domain is used, since the GPI anchor is not involved in the display of the cell surface, the DNA sequence encoding the GPI anchor attachment recognition signal sequence may or may not be present in the recombinant DNA. You may.
[0031]
If, for example, a lipase gene is used as the structural gene of the desired enzyme, a recombinant DNA that presents lipase on the cell surface using a sugar chain binding protein can be obtained. The lipase displayed on the cell surface in this manner has its N-terminal side or C-terminal side fixed to the surface layer.
[0032]
As the secretory signal sequence used in the above-mentioned recombinant DNA, a secretory signal sequence of a protein localized on the cell surface may be used, or another secretory signal sequence capable of guiding the expressed enzyme to the outside of the cell may be used. For example, a glucoamylase secretion signal sequence, a yeast α- or a-agglutinin secretion signal sequence, and a lipase secretion signal sequence are preferably used. If the enzyme activity is not affected, part or all of the secretory signal sequence and prosequence may remain at the N-terminus after cell surface display.
[0033]
The cells used in the present invention are cells that have been transformed by introducing DNA so that the target enzyme is displayed on the cell surface. The DNA to be introduced contains at least a secretory signal sequence, a sugar chain binding protein domain, and a sequence encoding the enzyme of interest. In addition, it may include a sequence encoding another enzyme or protein.
[0034]
The synthesis and ligation of DNAs containing the various sequences described above can be performed by techniques commonly used by those skilled in the art.
[0035]
Preferably, the DNA is in the form of a plasmid. From the viewpoint of simplification of DNA acquisition, a shuttle vector with Escherichia coli is preferable. The starting material for this DNA has, for example, an origin of replication (Ori) of the yeast 2 μm plasmid and an origin of replication of ColE1, as well as yeast selectable markers (eg, drug resistance genes, TRP, LEU2, etc.) and E. coli. It is more preferable to have a selection marker (such as a drug resistance gene). Further, in order to express the structural gene of the enzyme, it is preferable to include a so-called regulatory sequence such as an operator, a promoter, a terminator, and an enhancer that regulates the expression of the gene. Examples include the GAPDH (glyceraldehyde 3'-phosphate dehydrogenase) promoter and GAPDH terminator. Examples of such starting plasmids include plasmids pYGA2270 or pYE22m containing a GAPDH (glyceraldehyde 3'-phosphate dehydrogenase) promoter sequence and a GAPDH terminator sequence, or a UPR-ICL (isocitrate lyase upstream region) sequence. And a plasmid pWI3 containing a Term-ICL (terminator region of isocitrate lyase) sequence.
[0036]
Preferably, a DNA encoding a desired enzyme is inserted between the GAPDH promoter sequence and the GAPDH terminator sequence of the plasmid pYGA2270 or pYE22m, or between the UPR-ICL sequence and the Term-ICL sequence of the plasmid pWI3. For example, a plasmid used for introduction into yeast is produced. In the present invention, a multicopy plasmid pWIFS or pWIFL is preferably used, and for example, pWIFSpmROL or pWIFLpmROL is produced.
[0037]
As the host yeast, any yeast may be used, but flocculent yeast is preferred because it can be separated easily after the reaction, or can be fixed easily, so that a continuous reaction can be performed. Alternatively, when an aggregation function domain is used as the sugar chain binding protein domain, strong aggregation can be imparted to any yeast.
[0038]
The cells used in the method of the present invention can be obtained by introducing the above DNA into the cells. Introduction of DNA means introducing DNA into a cell and expressing it. Methods for introducing DNA include methods such as transformation, transduction, transfection, co-transfection, and electroporation. Specific examples include a method using lithium acetate and a protoplast method.
[0039]
The DNA to be introduced may be in the form of a plasmid as described above, or may be inserted into a host gene or may be introduced into a chromosome by homologous recombination with the host gene.
[0040]
Cells into which the DNA has been introduced are selected with a selectable marker (eg, TRP) and selected by measuring the activity of the expressed enzyme. The immobilization of the enzyme on the cell surface can be confirmed by an immunoantibody method using an anti-protein antibody against the enzyme and a FITC-labeled anti-IgG antibody.
[0041]
The recombinant cells displaying the enzyme obtained as described above on the cell surface can be cryopreserved or cryopreserved in a suspension containing a medium capable of maintaining the cells, or can be cryo-dried or lyophilized. Can be saved.
[0042]
The recombinant cells used in the present invention may be immobilized on a carrier. In the present specification, the carrier means a substance capable of immobilizing cells, and is preferably a substance that is insoluble in water or a specific solvent. As the material of the carrier that can be used in the present invention, for example, a foam or a resin such as a polyvinyl alcohol, a polyurethane foam, a polystyrene foam, a polyacrylamide, a polyvinyl formal resin porous body, a silicon foam, and a cellulose porous body are preferable. A porous carrier is preferable in consideration of the drop of cells having decreased proliferation and activity or dead cells. The size of the opening of the porous body varies depending on the cell, but it is appropriate that the cell can sufficiently enter and grow. The thickness is preferably from 50 μm to 1,000 μm, but is not limited thereto.
[0043]
The method for producing an optically active substance of the present invention comprises contacting a cell presenting the above enzyme on the cell surface with a racemic substance which can be a substrate of the enzyme in an appropriate reaction solution to produce an optically active enzyme reaction product. Forming step.
[0044]
In the present invention, the combination of the enzyme and its substrate can be arbitrarily selected depending on the purpose. Hereinafter, the method for producing an optically active substance of the present invention will be specifically described with reference to an example of a transesterification reaction using lipase as an enzyme.
[0045]
First, a cell (eg, yeast) in which lipase is displayed on the cell surface via a GPI anchor or a sugar chain binding protein domain of a cell surface localization protein is obtained. In the case of lipase, it is preferable that the lipase is displayed on the cell surface as a fusion protein in which the C-terminal side of the sugar chain binding protein domain and the N-terminal side of lipase are linked as described above, since high activity can be maintained. Then, for example, the cells are incubated in a reaction solution containing a carboxylic acid ester (RCOOR ') and a racemic alcohol (R "OH) as a substrate, and the alkoxyl groups (R'O- and R" O- The carboxylic acid ester (RCOOR ") can be formed enantioselectively with respect to R" by catalyzing the exchange reaction of (2).
[0046]
The racemic alcohol that is a substrate for the transesterification reaction may be any alcohol as long as it is a racemic alcohol. It may be a monohydric alcohol or a polyhydric alcohol. Further, any of primary alcohol, secondary alcohol, and tertiary alcohol may be used. Most preferably, it is a monohydric secondary alcohol. Examples of the racemic alcohol include (R, S) -1-phenylethanol (α-methylbenzyl alcohol), (R, S) -1-phenyl-1-propanol, and (R, S) -1-phenyl -2-propanol, (R, S) -3-methyl-2-butanol, isohydrobenzoin, (R, S) -2-tetralol and the like.
[0047]
The carboxylic acid ester which is a substrate of the transesterification reaction may be a monobasic acid ester or a dibasic or higher acid ester. In the case of an ester of a dibasic acid or more, it is preferably a neutral ester. Examples of the carboxylate include an acetate, a propionate, a succinate, a maleate, and a benzoate.
[0048]
The reaction solution used in the method of the present invention is not particularly limited as long as the cell that presents the enzyme on the cell surface can exhibit the enzyme activity, and may be a buffer solution or an organic solvent. When the enzyme is lipase as described above, it is preferable to use an organic solvent other than an ester and an alcohol. Examples of such an organic solvent include pentane, hexane, cyclohexane, heptane, octane, nonane, decane, benzene, toluene, diethyl ether, acetone, acetonitrile, chloroform, dichloroethane, tetrahydrofuran, and the like.
[0049]
In the method of the present invention, for example, by mixing the above-mentioned cells and the above-mentioned reaction solution containing the above-mentioned substrate, the enzyme and the substrate are brought into contact with each other to obtain the desired optically active carboxylic acid ester. The reaction conditions in this case are not particularly limited as long as the cells presenting the enzyme on the cell surface can exhibit the enzyme activity, and the substrate concentration, the reaction temperature, the reaction time, and the like are appropriately determined by those skilled in the art. Can decide. After completion of the reaction, the desired product (carboxylate) can be recovered and purified by a method corresponding to the product.
[0050]
The optically active carboxylic acid ester thus obtained can be used as a raw material for pharmaceuticals or the like as it is, or as an optically active alcohol obtained by hydrolysis or further transesterification.
[0051]
【Example】
[Preparation Example 1] Preparation of DNA having FLO1 5 ′ region and prolipase structural gene in this order
A: Acquisition of the gene for the 5 'region (signal sequence and aggregation functional domain) of FLO1
The FLO1 gene was obtained as follows. First, S. Chromosomal DNA was extracted from S. cerevisiae ATCC 60715. Next, this was used as a template, PCR-amplified using the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 as primers, cut with BamHI and BglII, and a BamHI-BglII fragment (BamHI-BglII FLO1) having a length of about 3300 bp. 3300 bp fragment). This 3300 bp fragment seems to have a sequence 5 ′ to FLO1 (secretory signal sequence and FLO1 aggregation functional domain).
[0052]
B: Acquisition of lipase gene
The lipase gene of Rhizopus oryzae was obtained as follows. Briefly, first, R.I. Chromosomal DNA was extracted from oryzae IFO4697. Next, using this as a template, PCR amplification was performed using the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 as primers, digestion with BamHI and SalI, and a BamHI-SalI fragment (BamHI-Sal) of about 1100 bp in length. SalI lipase fragment) was obtained. This lipase fragment had a lipase pro-sequence and a mature protein sequence, and almost matched the sequence described in Beer et al.'S report (Biochim Biophys Acta, 1399: 173-180, 1998).
[0053]
C: Construction of plasmid having FLO1 5 ′ region and prolipase structural gene in this order
The plasmid having the target DNA can be obtained by connecting the 5 ′ region gene of FLO1 obtained in the above A with the prolipase gene obtained in the above B. The following operation was performed to prepare a fusion protein of a FLO1 derivative and a lipase. FIG. 1 shows a schematic diagram of the preparation.
[0054]
First, the multicopy type plasmid pWI3 was digested with BglII, dephosphorylated, and then the BamHI-BglII FLO1 3300 bp fragment obtained in the above A was inserted to obtain a plasmid pWIFS. Next, this plasmid pWIFS was digested with BglII and XhoI, and the BamHI-SalI lipase fragment obtained in B above was inserted to obtain pWIFSpmROL. The protein expressed from the gene inserted into this plasmid pWIFSpmROL was named short-type FLO1 lipase.
[0055]
[Preparation Example 2] Preparation of yeast having lipase on cell surface
Saccharomyces diastaticus ATCC60712 (MATa leu2-3,112 his2 lys2 sta1 FLO8), which is an aggregating yeast, and W303-1B (MATα ura3-52 trp1Δ2 leu2-3,1a1-11a1a1-3a1a1-11a2a1a1-3a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a2a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a2a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a2a1a1a1a1a1a1a2a1a1a1a1a2a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a1a2a1a1a1-100a2a1) ) Is used. D. According to the method of Rose et al. (Supra), a new agglutinating strain Saccharomyces cerevisiae YF207 (MATa ura3-52 trp1Δ2 his ade2-1 can1-100 sta1 FLO8) was obtained.
[0056]
Plasmid pWIFSpmROL obtained in Preparation Example 1 above was prepared by the lithium acetate method using Yeast Maker (Clontech Laboratories, Inc., Palo Alto, Calif.). cerevisiae MT8-1 (MATa ade his3 leu2 trp1 ura3) (Tajima et al., Yeast, 1: 67-77, 1985) and the flocculent yeast YF207. This was purified using an SD-W agar selection medium supplemented with an appropriate amino acid and base not containing L-tryptophan (6.7% yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco Laboratories), 2% glucose, 2% agar powder) ). The grown yeast was selected, and yeasts expressing the short-type FLO1 lipase were named MT8-1-short and YF207-short, respectively.
[0057]
The obtained yeast was cultured in an SDC liquid medium, centrifuged to separate the medium into cells and cells, and the lipase activity of each was measured. As a control, plasmid pWI3 was used for S. cerevisiae respectively. Yeast introduced into S. cerevisiae MT8-1 was used. As a result, no lipase activity was observed in the medium and the cells of the control. Also, almost no lipase activity was found in the culture supernatants of the transformants MT8-1-short and YF207-short, but all of these yeast cells themselves had lipase activity. The lipase activity was measured using a lipase kit S (manufactured by Dainippon Pharmaceutical).
[0058]
[Example 1] Enantioselective transesterification by yeast having lipase on cell surface
The yeast MT8-1-short that expresses the short-type Flo1 lipase obtained in Preparation Example 2 on the surface thereof was subjected to an enantioselective transesterification reaction in an organic solvent as follows. After culture, 30 mg of yeast MT8-1-short collected, washed and freeze-dried was placed in a 10 ml vial, and the reaction solution (heptane 3 ml, (R, S) -1-phenylethanol 30 mg, and vinyl acetate 21.2 mg) was further added. ) And shaken 150 times per minute at 30 ° C. The amount of (R)-and (S) -α-methylbenzyl acetate produced was measured by HPLC, and the reaction rate and enantioselectivity were calculated. The results are shown in FIG.
[0059]
Comparative Example 1 Transesterification with Soluble Lipase
A transesterification reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that lipase F-AP15 (derived from Rhizopus oryzae, Amano Enzyme Co., Ltd.), which was a powder enzyme, was used instead of yeast MT8-1-short. The results are shown in FIG.
[0060]
[Table 1]
Figure 2004049014
[0061]
As can be seen from FIG. 2, in the reaction system using yeast MT8-1-short that expresses the short-type Flo1 lipase on the surface, the reaction for producing only the R-form proceeds promptly, and the product can be obtained efficiently. Was. On the other hand, the amount of S-form was very small at any time during the reaction. In comparison, in the case of using the powdered enzyme F-AP15, a decrease in the R-form product and generation of the S-form after 24 hours were confirmed.
[0062]
Table 1 shows the amount of (R)-and (S) -α-methylbenzyl acetate produced 48 hours after the start of the reaction, and the enantioselectivity. In the reaction system using yeast MT8-1-short that expresses the short-type Flo1 lipase on the surface, most of the reaction products were R-forms, and an enantioselectivity of 96.4% was achieved. On the other hand, in the system using the powdered enzyme F-AP15, both the R-isomer and the S-isomer produced low amounts and had an enantioselectivity of 31.6%.
[0063]
As described above, the reaction system using the yeast MT8-1-short expressing the short-type Flo1 lipase is better in both the product yield and the enantioselectivity than when the powder enzyme which is the free lipase is used. It was a good result.
[0064]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, an optically active substance can be obtained efficiently. In particular, when using yeast that displays lipase on the cell surface, an organic solvent can be used as a reaction solution, which is suitable for collecting and purifying the obtained optically active substance. Therefore, the method of the present invention is very useful in fields such as the production of enantioselective fine chemicals represented by pharmaceutical intermediates.
[0065]
[Sequence list]
Figure 2004049014
Figure 2004049014

[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram of the construction of a plasmid having the 5 ′ region of FLO1 and the structural gene of prolipase in this order.
FIG. 2
3 is a graph showing a relationship between a reaction time and an amount of a reaction product generated in an ester synthesis reaction.

Claims (7)

酵素を細胞表層に提示する組換え細胞を、反応液中で該酵素の基質となり得るラセミ体と接触させて、光学活性な酵素反応生成物を形成させる工程を含む、光学活性体の製造方法。A method for producing an optically active substance, comprising a step of contacting a recombinant cell presenting an enzyme on a cell surface with a racemic substance which can be a substrate of the enzyme in a reaction solution to form an optically active enzyme reaction product. 前記酵素反応がエステル交換反応である、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the enzymatic reaction is a transesterification reaction. 前記酵素がリパーゼであり、前記ラセミ体がアルコールであり、そして前記酵素反応生成物がカルボン酸エステルである、請求項2に記載の方法。3. The method of claim 2, wherein the enzyme is lipase, the racemate is an alcohol, and the enzymatic reaction product is a carboxylic acid ester. 前記反応液が、有機溶媒である、請求項2または3に記載の方法。The method according to claim 2, wherein the reaction solution is an organic solvent. 前記細胞が酵母である、請求項1から4のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the cells are yeast. 前記酵素が糖鎖結合タンパク質ドメインとの融合タンパク質である、請求項1から5のいずれかに記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the enzyme is a fusion protein with a sugar chain binding protein domain. 前記融合タンパク質が、前記酵素のN末端側と前記糖鎖結合タンパク質ドメインのC末端側とを連結したタンパク質である、請求項6に記載の方法。The method according to claim 6, wherein the fusion protein is a protein in which the N-terminal side of the enzyme is linked to the C-terminal side of the sugar chain binding protein domain.
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