JP2005073563A - Method for obtaining polyhydroxyalkanoate synthase - Google Patents

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Tetsuya Yano
哲哉 矢野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently obtaining an active polyhydroxyalkanoate synthase by expressing a large amount of the polyhydroxyalkanoate synthase by host cells without forming an inclusion body. <P>SOLUTION: Cells to coexpress the polyhydroxyalkanoate synthase and a molecular chaperone are cultured and the polyhydroxyalkanoate synthase and the molecular chaperone are coexpressed in the cells. Consequently, the ratio of formation of an inclusion body in host cells is reduced and the ratio of an enzyme molecule functioning as an enzyme to the molecular weight of an expressed enzyme is increased. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンを同時に発現し得る細胞、及びそれを用いたポリヒドロキシアルカノエート合成酵素の取得方法、及びその方法により得られたポリヒドロキシアルカノエート合成酵素に関する。さらに詳しくは、ポリヒドロキシアルカノエート合成酵素をコードする遺伝子を発現し得るベクターと、分子シャペロンをコードする遺伝子を発現し得るベクターの両者によって形質転換された細胞、それを用いたポリヒドロキシアルカノエート合成酵素の取得方法、及びその方法により得られたポリヒドロキシアルカノエート合成酵素に関する。   The present invention relates to a cell capable of simultaneously expressing a polyhydroxyalkanoate synthase and a molecular chaperone, a method for obtaining a polyhydroxyalkanoate synthase using the same, and a polyhydroxyalkanoate synthase obtained by the method. More specifically, cells transformed with both a vector capable of expressing a gene encoding a polyhydroxyalkanoate synthase and a vector capable of expressing a gene encoding a molecular chaperone, and polyhydroxyalkanoate synthesis using the same The present invention relates to a method for obtaining an enzyme, and a polyhydroxyalkanoate synthase obtained by the method.

近年、3−ヒドロキシブチレート以外の様々な3−ヒドロキシアルカノエートをモノマーユニットとするポリヒドロキシアルカノエート(以下、PHAと略す場合がある)が微生物によって生産されることがわかってきており、PHBの脆性を克服した、機能性を付与しうるポリマーとして注目されはじめている。   In recent years, it has been found that polyhydroxyalkanoates (hereinafter sometimes abbreviated as PHA) containing various 3-hydroxyalkanoates other than 3-hydroxybutyrate as monomer units are produced by microorganisms. It has begun to attract attention as a polymer that can overcome the brittleness and impart functionality.

このPHAの生合成は、原料となる各種アルカン酸から、生体内の様々な代謝経路(例えば、β酸化系や脂肪酸合成経路)を経て生成された(R)-3-ヒドロキシアシルCoAを基質とした、酵素による重合反応によって行われる。この重合反応を触媒する酵素はPHA合成酵素(PHAポリメラーゼ、PHAシンターゼともいう)と呼ばれている。   This biosynthesis of PHA is based on (R) -3-hydroxyacyl CoA generated from various alkanoic acids as raw materials via various metabolic pathways in the body (for example, β-oxidation system and fatty acid synthesis pathway). It is carried out by an enzymatic polymerization reaction. The enzyme that catalyzes this polymerization reaction is called PHA synthase (also called PHA polymerase or PHA synthase).

さらに最近では、上記PHA合成酵素を菌体外に取り出して、無細胞系(in vitro)でPHAを合成しようとする試みが始まっている。このPHA合成酵素を用いた無細胞系(in vitro)でのPHA合成は、微生物によって生産したPHAを抽出し、それを成型して構造体を作る場合と異なり、in Situにおいて微細な構造体を構築することに応用でき、従来にはない画期的なミクロ成型技術として大きく期待されている。この無細胞系(in vitro)でのPHA合成を実用化していくためには、PHA合成酵素を大量に取得する方法が不可欠であり、その一つとして、PHA合成酵素をコードする遺伝子を大腸菌等の宿主細胞に形質転換し、その遺伝子を宿主細胞内で高発現させることによって、目的とするPHA合成酵素を大量に生産することが検討されている。   More recently, attempts have been made to synthesize PHA in a cell-free system (in vitro) by removing the PHA synthase from the cells. PHA synthesis in a cell-free system (in vitro) using this PHA synthase is different from extracting PHA produced by microorganisms and molding it to form a structure. It can be applied to construction and is highly expected as an innovative micro molding technology that has never existed before. In order to put PHA synthesis into practical use in this cell-free system (in vitro), it is indispensable to obtain a large amount of PHA synthase. It has been studied to produce a large amount of the desired PHA synthase by transforming the host cell and expressing the gene at a high level in the host cell.

しかしながらPHA合成酵素を宿主細胞内で大量に発現させると、PHA合成酵素が宿主細胞内で封入体(inclusion body)と呼ばれる凝集物を形成し、結果として活性のある酵素が得られないという問題が生じている。このような封入体の形成はPHA合成酵素に限ったものではなく、各種外来タンパク質を宿主細胞によって高発現させた場合にしばしば見られる現象である。これは、細胞内で外来タンパク質が大量に生産されることによって、宿主細胞が本来持っている、タンパク質を正常な構造に調整する(フォールディング)作用がすべての外来タンパク質に対して施されなくなり、変性したタンパク質が細胞内に蓄積するためだと考えられている。以上のことから、封入体の形成は、組み換え体による有用タンパク質の大量生産にとって大きな課題となっている。   However, when PHA synthase is expressed in large quantities in the host cell, the PHA synthase forms aggregates called inclusion bodies in the host cell, and as a result, an active enzyme cannot be obtained. Has occurred. The formation of such inclusion bodies is not limited to PHA synthase, but is a phenomenon often observed when various foreign proteins are highly expressed by host cells. This is because a large amount of foreign protein is produced in the cell, so that the host cell's inherent protein folding (folding) function is not applied to all foreign proteins. This is thought to be due to the accumulation of the protein in the cell. From the above, the formation of inclusion bodies is a major issue for mass production of useful proteins by recombinants.

従来、この封入体の形成を回避する方法として、外来タンパク質発現のための誘導物質の濃度を低減する、発現のための誘導時間を短縮する、培養温度を低下させる、などの方法が採られているが、いずれも目的とするタンパク質の生産効率を低下させることにつながり、また確実に効果を期待できるものではなかった。   Conventionally, methods for avoiding the formation of inclusion bodies include methods such as reducing the concentration of inducers for foreign protein expression, shortening the induction time for expression, and lowering the culture temperature. However, none of them led to a decrease in the production efficiency of the target protein, and the effect could not be expected with certainty.

また、封入体を形成し、不活性となった変性タンパク質を再び活性のある正常な構造のタンパク質に再生させるために、変性タンパク質の異常な構造を正しい構造に巻き戻し(リフォールディング)を行うことが検討されている。例えば変性タンパク質を塩酸グアニジンなどの強力な変性剤によっていったん変性させた後、希釈や透析などの方法によって変性剤の濃度を薄め、それによってタンパク質の巻き戻しを行なわせる方法がある。しかし、こうした方法では必ずしも全てのタンパク質を本来の正しい構造に巻き戻すことはできず、また巻き戻し効率も通常低いため、活性のあるタンパク質を効率よく取得することが困難であった。   In addition, in order to regenerate the inactivated denatured protein into an active protein with a normal structure that forms inclusion bodies, the abnormal structure of the denatured protein is rewound into the correct structure (refolding). Is being considered. For example, there is a method in which a denatured protein is once denatured with a strong denaturing agent such as guanidine hydrochloride and then the concentration of the denaturing agent is decreased by a method such as dilution or dialysis to thereby unwind the protein. However, with such a method, it is not always possible to rewind all the proteins to the original correct structure, and the rewinding efficiency is usually low, so that it is difficult to efficiently obtain an active protein.

近年、分子シャペロンによってタンパク質のフォールディングもしくはリフォールディングを行うことに関心が高まっている。分子シャペロンは主にヒートショックタンパク質の一群であり、細胞が高温などの環境ストレスにさらされた際に発現が誘導され、他のタンパク質の変性を防止する作用があることから見出された。これらは原核生物、真核生物を問わず広く存在しており、特に大腸菌から生産される分子シャペロンとしてGroEやDnaK,DnaJ,GrpEと呼ばれる一群やトリガーファクターと呼ばれるタンパク質などが知られている。   In recent years, there has been increased interest in protein folding or refolding with molecular chaperones. Molecular chaperones are mainly a group of heat shock proteins, and have been found because their expression is induced when cells are exposed to environmental stress such as high temperature, and they have the effect of preventing the denaturation of other proteins. These exist widely in both prokaryotes and eukaryotes, and in particular, a group called GroE, DnaK, DnaJ, and GrpE and a protein called a trigger factor are known as molecular chaperones produced from E. coli.

こうした分子シャペロンのフォールディングもしくはリフォールディング機能を利用して、通常は宿主細胞内で封入体タンパク質として発現されていた外来タンパク質を、同一細胞内で外来タンパク質と分子シャペロンを共発現させることにより、外来タンパク質を不溶化させることなく発現させる方法が報告されている。DnaJの共発現でトランスグルタミナーゼが可溶化した例(特開平8−308654号公報:特許文献1)や、DnaK、DnaJおよびGrpEの共発現によりインターフェロンやなどの種々の外来タンパク質を可溶化して発現させる方法が提案されている(特開平11−9274号公報:特許文献2)。   By utilizing the folding or refolding function of these molecular chaperones, foreign proteins that are normally expressed as inclusion body proteins in host cells can be co-expressed with foreign proteins and molecular chaperones in the same cell. There has been reported a method of expressing the protein without insolubilizing it. Examples of solubilized transglutaminase by co-expression of DnaJ (JP-A-8-308654: Patent Document 1) and various foreign proteins such as interferon and the like by co-expression of DnaK, DnaJ and GrpE Has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 11-9274: Patent Document 2).

ところで、上記のようなシャペロンによるフォールディングもしくはリフォールディング作用の効果はタンパク質の種類によって異なるという研究が報告されている(Hockney, R. C. (1994) Trends Biotechnol. 12, 456-463:非特許文献1)。これはタンパク質の種類によってその構造は千差万別であり、それに応じてフォールディングの仕方も異なるためであり、したがって、シャペロンによって外来タンパク質を正確にフォールディングするためには、各外来タンパク質に応じてシャペロンの種類及びその共発現条件を個別に検討することが不可欠である。   By the way, studies have been reported that the effect of folding or refolding action by the chaperone as described above varies depending on the type of protein (Hockney, R. C. (1994) Trends Biotechnol. 12, 456-463: Non-Patent Document 1). This is because the structure varies depending on the type of protein, and the method of folding varies accordingly. Therefore, in order to correctly fold a foreign protein with a chaperone, a chaperone depends on each foreign protein. It is indispensable to individually examine the type and co-expression conditions.

ここで先のPHA合成酵素に関して、従来このようなシャペロンによるフォールディングもしくはリフォールディングの検討はなされてきておらず、シャペロンとの共発現がPHA合成酵素の封入体形成の防止に効果があるか、また、どのようなシャペロンとの共発現が封入体形成の防止に効果があるかはこれまでわかっていなかった。
特開平8−308654号公報 特開平11−9274号公報 Hockney, R. C. (1994) Trends Biotechnol. 12, 456-463
Here, regarding the previous PHA synthase, folding or refolding by such chaperone has not been studied, and whether co-expression with chaperone is effective in preventing inclusion body formation of PHA synthase, and So far, it has not been known what co-expression with chaperones is effective in preventing inclusion body formation.
JP-A-8-308654 Japanese Patent Laid-Open No. 11-9274 Hockney, RC (1994) Trends Biotechnol. 12, 456-463

本発明は、封入体を形成することなく宿主細胞によってポリヒドロキシアルカノエート合成酵素を大量に発現させ、活性のあるポリヒドロキシアルカノエート合成酵素を効率良く取得する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for efficiently obtaining an active polyhydroxyalkanoate synthase by expressing a large amount of polyhydroxyalkanoate synthase by a host cell without forming inclusion bodies.

本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンを共発現し得る細胞を培養し、該細胞においてポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンを共発現させることを特徴とするポリヒドロキシアルカノエート合成酵素の取得方法を提供するものである。   The present invention relates to a polyhydroxyalkanoate synthase characterized by culturing a cell capable of co-expressing a polyhydroxyalkanoate synthase and a molecular chaperone, and co-expressing the polyhydroxyalkanoate synthase and the molecular chaperone in the cell. The acquisition method is provided.

また、本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート合成酵素をコードする遺伝子を発現し得るベクターと、分子シャペロンをコードする遺伝子を発現し得るベクターの両者によって共形質転換されたものであることを特徴とする細胞を提供するものである。   Further, the present invention is characterized in that it is co-transformed by both a vector capable of expressing a gene encoding a polyhydroxyalkanoate synthase and a vector capable of expressing a gene encoding a molecular chaperone. Provide cells.

また、本発明は、ポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンを共発現し得る細胞を培養し、該細胞においてポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンを共発現させることにより得られたポリヒドロキシアルカノエート合成酵素を提供するものである。   The present invention also provides a polyhydroxyalkanoate obtained by culturing a cell capable of co-expressing a polyhydroxyalkanoate synthase and a molecular chaperone, and co-expressing the polyhydroxyalkanoate synthase and the molecular chaperone in the cell. Synthetic enzymes are provided.

本発明により、微生物によるポリヒドロキシアルカノエート合成酵素の生産において、凝集体の形成を抑制しながらポリヒドロキシアルカノエート合成酵素を高発現することが可能となり、活性のあるポリヒドロキシアルカノエート合成酵素を効率的に取得することが可能となった。   According to the present invention, in the production of polyhydroxyalkanoate synthase by microorganisms, it becomes possible to highly express polyhydroxyalkanoate synthase while suppressing the formation of aggregates, and active polyhydroxyalkanoate synthase can be efficiently produced. It became possible to acquire it.

以下に、本発明をより詳細に説明する。
<PHA合成酵素遺伝子発現ベクターの作製>
PHA合成酵素遺伝子の発現ベクターは、適当な発現用ベクターにPHA合成酵素をコードするDNAを挿入することによって構築できる。PHA合成酵素遺伝子は、mcl−PHAやunusual−PHAなどのPHAを生産する微生物からクローニングすることによって得ることができる。このPHA合成酵素遺伝子のクローニング方法は、定法に従って行うことができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Preparation of PHA synthase gene expression vector>
An expression vector for PHA synthase gene can be constructed by inserting DNA encoding PHA synthase into an appropriate expression vector. The PHA synthase gene can be obtained by cloning from a microorganism producing PHA such as mcl-PHA or unusual-PHA. This PHA synthase gene cloning method can be performed according to a standard method.

また、PHAを生産する微生物としては、前述のシュードモナス・アエルギノーサなどのほかに、本発明者らにより分離された、特開2002−080571号公報に記載のシュードモナス・チコリアイ・YN2株(Pseudomonas cichorii YN2),特開2002−080571号公報に記載のシュードモナス・プチダ・P91株(Pseudomonas putida P91),特開2002−080571号公報に記載のシュードモナス・チコリアイ・H45株(Pseudomonas cichorii H45),特開2002−080571号公報に記載のシュードモナス・ジェッセニイ・P161株(Pseudomonas jessenii P161)等のシュードモナス属微生物や、特開2001−78753号公報に記載のバークホルデリア属・OK3株(Burkholderia sp.OK3),特開2001−69968号公報に記載のバークホルデリア属・OK4株(Burkholderia sp.OK4)などのバークホルデリア属微生物を用いることができる。また、これら微生物に加えて、アエロモナス属(Aeromonas sp.),コマモナス属(Comamonas sp.)などに属し、mcl−PHAやunusual−PHAを生産する微生物を用いることも可能である。   In addition to Pseudomonas aeruginosa as described above, PHA-producing microorganisms include Pseudomonas cichorii YN2 (Pseudomonas cichorii YN2) isolated by the present inventors and described in JP-A-2002-080571. Pseudomonas putida P91 strain (Pseudomonas putida P91) described in JP 2002-080571 A, Pseudomonas cichorii H45 strain (Pseudomonas cichorii H45) described in JP 2002-080571 A, JP 2002-080571 A. Pseudomonas jessenii P161 (Pseudomonas jessenii P161) described in JP No. 2001-78753, Burkholderia sp. OK3, JP 2001-78753, JP 2001 Burkholderia sp. OK4 strain described in Japanese Patent No. 69968 can be used. In addition to these microorganisms, microorganisms belonging to the genus Aeromonas sp., Comamonas sp., Etc. and producing mcl-PHA and unusual-PHA can also be used.

なお、YN2株は寄託番号FERM BP−7375として、P91株は寄託番号FERM BP−7373として、H45株は寄託番号FERM BP−7374として、P161株は寄託番号FERM BP−7376として、OK3株はFERM P−17370として、OK4株はFERM P−17371として、特許手続上の微生物の寄託(BP番号については国際的承認に関するブタペスト条約に基づいた寄託)として、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(経済産業省産業技術総合研究所(旧通商産業省工業技術院)生命工学工業技術研究所特許微生物寄託センター)に寄託されている。   The YN2 strain is deposit number FERM BP-7375, the P91 strain is deposit number FERM BP-7373, the H45 strain is deposit number FERM BP-7374, the P161 strain is deposit number FERM BP-7376, and the OK3 strain is FERM. As P-17370, OK4 strain as FERM P-17371, deposit of microorganisms in patent procedure (deposit based on the Budapest Treaty on International Approval for BP number), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology patent biological deposit Deposited at the Center (Ministry of Economy, Trade and Industry, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (formerly the Ministry of International Trade and Industry, Institute of Industrial Technology) Biotechnology Institute of Technology Patent Microorganism Depositary Center)

PHA合成酵素遺伝子発現ベクターを構築するための発現用ベクターとしては、プラスミドやファージなど、宿主細胞に応じて宿主−ベクター系が確立されたものの中から適宜選択すればよく、プラスミドであればシャペロンベクターとプラスミド不和合性を示さないもの、ファージであればシャペロンベクターと排他性を示さないものが使用可能であり、特に限定されるものではない。さらにベクターを含む宿主細胞の選択を可能とする、抗生物質耐性などの遺伝形質(マーカー)や適当な制限酵素切断点を有するものであればより好ましい。   The expression vector for constructing the PHA synthase gene expression vector may be appropriately selected from those in which a host-vector system has been established according to the host cell, such as a plasmid or a phage. Those that do not exhibit plasmid incompatibility, and phages that do not exhibit exclusivity with chaperone vectors can be used, and are not particularly limited. Furthermore, it is more preferable if it has a genetic trait (marker) such as antibiotic resistance or an appropriate restriction enzyme cleavage point that enables selection of host cells containing the vector.

また、PHA合成酵素を発現するためのプロモーターとしては、PHA合成酵素とシャペロンの発現量比を考慮して適当なものを選択すればよいが、PHA合成酵素の生産量を多くするために高発現が可能なプロモーターであることが好ましい。また、PHA合成酵素の発現を適当な化学物質によって誘導できるプロモーターを用いることもできる。これによってPHA合成酵素の発現時期をシャペロンの発現時期に応じて制御することが可能となり、PHA合成酵素のフォールディングないしはリフォールディングの効率を上げることが可能となる。このようなプロモーターとしては、例えば、イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド(IPTG)で誘導が可能なlac、tac、trc等のプロモーター等が使用できる。   In addition, as a promoter for expressing PHA synthase, an appropriate promoter may be selected in consideration of the ratio of expression levels of PHA synthase and chaperone, but it is highly expressed to increase the production amount of PHA synthase. It is preferable that the promoter is capable of. A promoter capable of inducing the expression of PHA synthase with an appropriate chemical substance can also be used. This makes it possible to control the expression timing of PHA synthase according to the expression time of chaperone, and to increase the efficiency of folding or refolding of PHA synthase. As such a promoter, for example, a promoter such as lac, tac, trc and the like that can be induced by isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) can be used.

また、後述するようにPHA合成酵素をアフィニティを用いて簡便に精製するために、PHA合成酵素のN末端やC末端にヒスチジン残基やグルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST)等のアフィニティ吸着機能を有する「タグ」を結合させ、PHA合成酵素をタグとの融合タンパク質の形で発現させ、このタグに対してアフィニティを有する不溶性材料に融合タンパク質を結合させる方法が好適に用いられるが、このタグをPHA合成酵素に融合させるために、ベクターに挿入するPHA合成酵素の上流もしくは下流にこのようなタグをコードする塩基配列を配置しておくこともできる。   In addition, as described later, in order to easily purify PHA synthase using affinity, it has an affinity adsorption function such as histidine residue and glutathione-S-transferase (GST) at the N-terminus and C-terminus of PHA synthase. A method in which a “tag” is bound, PHA synthase is expressed in the form of a fusion protein with the tag, and the fusion protein is bound to an insoluble material having affinity for the tag is preferably used. In order to fuse with a synthase, a base sequence encoding such a tag can be placed upstream or downstream of the PHA synthase inserted into the vector.

上記の発現用ベクターにPHA合成酵素をコードするDNAを挿入する方法としては、定法によって行えばよく、例えばPHA合成酵素遺伝子のPCR産物と発現用ベクターを制限酵素処理した後、両者をライゲーション反応によって結合することによって構築できる。   A method for inserting a DNA encoding a PHA synthase into the above expression vector may be performed by a conventional method. For example, a PCR product of a PHA synthase gene and an expression vector are treated with a restriction enzyme, and then both are ligated. It can be constructed by joining.

<分子シャペロン発現ベクターの作製>
分子シャペロン発現ベクターは、適当な発現用ベクターに分子シャペロンをコードするDNAを挿入することによって構築できる。このときの分子シャペロンとしては、発現するPHA合成酵素の封入体形成を防止できるものであればいかなるものでも良いが、例えばDnaK-DnaJ-GrpEの分子シャペロンチーム、DnaK-DnaJ-GrpE及びGroES-GroELの2つの分子シャペロンチーム、GroES-GroEL及びトリガーファクターの2つの分子シャペロンチームのうち、いずれかのセットの分子シャペロン群を用いることが好ましい。
<Preparation of molecular chaperone expression vector>
A molecular chaperone expression vector can be constructed by inserting a DNA encoding a molecular chaperone into an appropriate expression vector. Any molecular chaperone can be used as long as it can prevent inclusion body formation of the expressed PHA synthase. For example, the molecular chaperone team of DnaK-DnaJ-GrpE, DnaK-DnaJ-GrpE and GroES-GroEL Of these two molecular chaperone teams, GroES-GroEL and two molecular chaperone teams of trigger factors, it is preferable to use any set of molecular chaperone groups.

用いる分子シャペロン遺伝子は、従来クローニングされた中から適当なものを選択して用いることができる。また、適当な生物種から自らクローニングしてきたものを用いることもできる。例えば分子シャペロンの中には、GroELなどのように、微生物間で非常にホモロジーの高いコンセンサス配列を有するものもあり、これらコンセンサス配列をコードするDNAをプライマーとしてPCRにより目的の分子シャペロンDNAをクローニングすることができる。   As the molecular chaperone gene to be used, an appropriate one can be selected from conventionally cloned genes. Moreover, what has been cloned by itself from an appropriate species can also be used. For example, some molecular chaperones have consensus sequences with very high homology among microorganisms, such as GroEL, and the target molecular chaperone DNA is cloned by PCR using DNA encoding these consensus sequences as a primer. be able to.

分子シャペロン発現ベクターを構築するための発現用ベクターとしては、プラスミドやファージなど、宿主細胞に応じて宿主−ベクター系が確立されたものの中から適宜選択すればよく、プラスミドであればPHA合成酵素ベクターとプラスミド不和合性を示さないもの、ファージであればPHA合成酵素ベクターと排他性を示さないものが使用可能であり、特に限定されるものではない。さらにベクターを含む宿主細胞の選択を可能とする、抗生物質耐性などの遺伝形質(マーカー)や適当な制限酵素切断点を有するものであればより好ましい。   An expression vector for constructing a molecular chaperone expression vector may be appropriately selected from plasmids, phages, and the like in which a host-vector system has been established according to the host cell. If it is a plasmid, a PHA synthase vector And those that do not exhibit plasmid incompatibility, and phages that do not exhibit exclusivity with a PHA synthase vector can be used, and are not particularly limited. Furthermore, it is more preferable if it has a genetic trait (marker) such as antibiotic resistance or an appropriate restriction enzyme cleavage point that enables selection of host cells containing the vector.

また、分子シャペロンを発現するためのプロモーターとしては、PHA合成酵素とシャペロンの発現量比を考慮して適当なものを選択すればよいが、大量に発現させるPHA合成酵素をフォールディングないしはリフォールディングするために高発現が可能なプロモーターであることが好ましい。また、分子シャペロンの発現を適当な化学物質によって誘導できるプロモーターを用いることもできる。これによって分子シャペロンの発現時期をPHA合成酵素の発現時期に応じて制御することが可能となり、PHA合成酵素のフォールディングないしはリフォールディングの効率を上げることが可能となる。例えば、L-Arabinoseを誘導化学物質とするaraBやTetracyclinを誘導化学物質とするPzt1等を用いることが好ましい。   As a promoter for expressing a molecular chaperone, an appropriate promoter may be selected in consideration of the expression level ratio of PHA synthase and chaperone. However, in order to fold or refold a large amount of PHA synthase to be expressed. It is preferable that the promoter is capable of high expression. A promoter capable of inducing molecular chaperone expression by an appropriate chemical substance can also be used. This makes it possible to control the expression time of the molecular chaperone according to the expression time of the PHA synthase, and to increase the efficiency of folding or refolding of the PHA synthase. For example, it is preferable to use araB having L-Arabinose as an inducing chemical substance, Pzt1 having Tetracyclin as an inducing chemical substance, or the like.

上記の発現用ベクターに分子シャペロンをコードするDNAを挿入する方法としては、定法によって行えばよく、例えば分子シャペロン遺伝子のPCR産物と発現用ベクターを制限酵素処理した後、両者をライゲーション反応によって結合することによって構築できる。   As a method for inserting a DNA encoding a molecular chaperone into the above expression vector, a conventional method may be used. For example, a PCR product of a molecular chaperone gene and an expression vector are treated with a restriction enzyme, and then both are combined by a ligation reaction. Can be built.

<宿主細胞>
PHA合成酵素の生産を行わせる宿主細胞としては、PHA合成酵素発現ベクターと分子シャペロン発現ベクターの両者で形質転換され、PHA合成酵素と分子シャペロンを共発現できるものであればよい。特に大腸菌は容易に高密度培養が可能であること、宿主−ベクター系の研究が最も進んでおり、多くの高発現ベクターが開発されるなど、宿主細胞として好適に用いることができる。
<Host cell>
A host cell for producing PHA synthase may be any host cell that can be transformed with both a PHA synthase expression vector and a molecular chaperone expression vector and can co-express PHA synthase and molecular chaperone. In particular, Escherichia coli can be suitably used as a host cell because it can be easily cultured at high density, the research on host-vector systems is most advanced, and many high expression vectors have been developed.

<形質転換>
PHA合成酵素発現ベクターと分子シャペロン発現ベクターの両者で宿主細胞を形質転換し、共形質転換細胞を得る方法としては、当業者に良く知られた技術を用いることができる。例えばエレクトロポレーション法や塩化カルシウム法などを用いることができる。
<Transformation>
A technique well known to those skilled in the art can be used as a method for transforming a host cell with both a PHA synthase expression vector and a molecular chaperone expression vector to obtain a cotransformed cell. For example, an electroporation method or a calcium chloride method can be used.

PHA合成酵素発現ベクターと分子シャペロン発現ベクターを宿主細胞に導入する順番としては、使用する宿主細胞及びベクターの種類によって形質転換効率が変動することを考慮しておけば、どのような順番を用いることも可能であり、例えばPHA合成酵素発現ベクターを先に導入する、または分子シャペロン発現ベクターを先に導入する、あるいは両者を同時に導入するなど、いずれの場合も可能である。PHA合成酵素発現ベクターにより形質転換した後、分子シャペロン発現ベクターで形質転換する場合には形質転換効率が低下するが、そのような場合、分子シャペロン発現ベクターに耐性マーカーとして導入した抗生物質を付与した液体培地で培養した後、同じく抗生物質を付与した固体培地で形成したコロニーを選択する方法をとることが好ましい。   The order of introducing the PHA synthase expression vector and the molecular chaperone expression vector into the host cell should be any order considering that the transformation efficiency varies depending on the type of host cell and vector used. In either case, for example, a PHA synthase expression vector is introduced first, a molecular chaperone expression vector is introduced first, or both are introduced simultaneously. After transformation with a PHA synthase expression vector, transformation efficiency decreases when transformed with a molecular chaperone expression vector. In such a case, an antibiotic introduced as a resistance marker was added to the molecular chaperone expression vector. After culturing in a liquid medium, it is preferable to select a colony formed on a solid medium to which antibiotics have been applied.

<PHA合成酵素と分子シャペロンの共発現>
PHA合成酵素と分子シャペロンを共発現させる方法としては、PHA合成酵素発現ベクターと分子シャペロン発現ベクターの両者で共形質転換された宿主細胞を培養することによって行えばよい。
宿主細胞の培養方法としては、宿主細胞の増殖に好適な条件の範囲内で、PHA合成酵素と分子シャペロンの発現量及び発現割合を満たすものであれば良い。例えば大腸菌を宿主細胞とした場合は、LB培地などを用い、培養温度25から37℃の範囲で好気的に培養することによって行うことができる。
<Co-expression of PHA synthase and molecular chaperone>
A method for co-expressing a PHA synthase and a molecular chaperone may be performed by culturing a host cell co-transformed with both a PHA synthase expression vector and a molecular chaperone expression vector.
Any host cell culture method may be used as long as it satisfies the expression level and expression ratio of PHA synthase and molecular chaperone within the range of conditions suitable for the growth of the host cell. For example, when Escherichia coli is used as a host cell, it can be carried out by culturing aerobically at a culture temperature of 25 to 37 ° C. using LB medium or the like.

また、発現ベクターに抗生物質耐性遺伝子を付与している場合には、その発現ベクターを保有する宿主細胞のみを選択的に培養するために、対応する抗生物質を培地に添加しても良い。このような抗生物質として、例えば、カナマイシン,アンピシリン,テトラサイクリン,クロラムフェニコール,ストレプトマイシン等が挙げられる。ただし、PHA合成酵素または分子シャペロンの発現ベクターにおいて誘導性のプロモーターを用いている場合は、これらの誘導物質となり得る抗生物質を避けることが望ましい。   In addition, when an antibiotic resistance gene is added to the expression vector, the corresponding antibiotic may be added to the medium in order to selectively culture only the host cells carrying the expression vector. Examples of such antibiotics include kanamycin, ampicillin, tetracycline, chloramphenicol, streptomycin and the like. However, when an inducible promoter is used in the expression vector of PHA synthase or molecular chaperone, it is desirable to avoid antibiotics that can be used as these inducers.

また、PHA合成酵素及び分子シャペロンの少なくともいずれかの発現に誘導が必要なベクターを用いている場合は、それらに応じた誘導物質を目的とする発現時期に添加することによって、それぞれの発現時期を制御することができる。ここで、分子シャペロンの発現時期はPHA合成酵素の発現時期と同時もしくは先行することが好ましい。分子シャペロンがPHA合成酵素より少なくとも早く発現していることにより、発現したPHA合成酵素が封入体を形成する前にシャペロンによって正しい構造にフォールディングさせることが可能となる。   In addition, when using a vector that requires induction for expression of at least one of PHA synthase and molecular chaperone, by adding an inducer corresponding to the expression to the target expression period, Can be controlled. Here, it is preferable that the expression time of the molecular chaperone coincides with or precedes the expression time of the PHA synthase. The molecular chaperone is expressed at least earlier than the PHA synthase, so that the expressed PHA synthase can be folded into the correct structure by the chaperone before forming the inclusion body.

また、分子シャペロンの発現量は、PHA合成酵素の封入体の形成を抑制できる量であればよく、可能であれば分子シャペロンの機能単位が発現したPHA合成酵素の分子数よりも多いことが好ましい。   Further, the expression level of the molecular chaperone may be an amount that can suppress the formation of inclusion bodies of PHA synthase, and if possible, the molecular chaperone functional unit is preferably larger than the number of molecules of the PHA synthase expressed. .

<PHA合成酵素の抽出>
上記の培養により所望する量のPHA合成酵素を発現した後は、通常用いられる方法により宿主細胞からPHA合成酵素を抽出すればよい。例えば培養した宿主細胞を遠心分離により集菌し、緩衝液等で洗浄後、再び緩衝液等に懸濁したのち、通常用いられる方法、例えばフレンチプレス、凍結融解、超音波破砕、リゾチームや各種界面活性剤などによって細胞を破砕したのち、遠心分離した上清を回収することによってPHA合成酵素を含有する粗酵素を得ることができる。
<Extraction of PHA synthase>
After expressing a desired amount of PHA synthase by the above culture, the PHA synthase may be extracted from the host cell by a commonly used method. For example, the cultured host cells are collected by centrifugation, washed with a buffer solution, etc., and then suspended again in a buffer solution, etc., and then commonly used methods such as French press, freeze-thawing, ultrasonic disruption, lysozyme and various interfaces. After disrupting the cells with an activator or the like, the crude supernatant containing PHA synthase can be obtained by collecting the centrifuged supernatant.

さらに各種方法でこの粗酵素中から目的とするPHA合成酵素を精製しても良い。例えばアフィニティクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過等の手段を単独または複数組み合わせることによって精製酵素を得ることができる。特に、PHA合成酵素のN末端やC末端にヒスチジン残基やグルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST)等のアフィニティ吸着機能を有する「タグ」を結合させ、PHA合成酵素をタグとの融合タンパク質の形で発現させ、このタグに対してアフィニティを有する不溶性材料に融合タンパク質を結合させることによって、より簡便に精製することができる。この融合タンパク質からPHA合成酵素のみを分離するには、トロンビン、血液凝固因子Xa等のプロテアーゼで切断する、pHを低下せしめる、結合競合剤として高濃度のイミダゾールを添加する等の方法を用いることができる。あるいは、発現ベクターとしてpTYB1(New Englan Biolab社製)を用いた場合のようにタグがインテインを含む場合はdithiothreitolなどで還元条件として切断することができる。このようなアフィニティクロマトグラフィーによる精製を可能とする融合タンパク質の形成には、前述の他にキチン結合ドメイン(CBD)、マルトース結合タンパク(MBP)、チオレドキシン(TRX)等を用いることもできる。   Further, the target PHA synthase may be purified from the crude enzyme by various methods. For example, the purified enzyme can be obtained by combining one or a plurality of means such as affinity chromatography, ion exchange chromatography, and gel filtration. In particular, a “tag” having an affinity adsorption function such as a histidine residue or glutathione-S-transferase (GST) is bound to the N-terminus or C-terminus of PHA synthase, and PHA synthase in the form of a fusion protein with the tag. It can be more easily purified by expressing it and binding the fusion protein to an insoluble material having affinity for this tag. In order to separate only the PHA synthase from this fusion protein, it is possible to use a method such as cleaving with a protease such as thrombin or blood coagulation factor Xa, lowering the pH, or adding a high concentration of imidazole as a binding competitor. it can. Alternatively, when the tag contains intein as in the case of using pTYB1 (manufactured by New Englan Biolab) as an expression vector, it can be cleaved as a reducing condition with dithiothreitol or the like. In addition to the above, chitin-binding domain (CBD), maltose-binding protein (MBP), thioredoxin (TRX) and the like can also be used to form a fusion protein that can be purified by affinity chromatography.

なお、精製した酵素には必要に応じて、金属塩,グリセリン,ジチオスレイトール,EDTA,ウシ血清アルブミン(BSA)などの安定化剤、賦活剤を適宜添加して用いることができる。   The purified enzyme can be used by appropriately adding stabilizers and activators such as metal salts, glycerin, dithiothreitol, EDTA, bovine serum albumin (BSA) as necessary.

<PHA合成酵素発現量の評価>
PHA合成酵素及び分子シャペロンの発現量は、当業者に公知のタンパク質測定法を用いて評価することができる。例えば、宿主細胞を破砕して得られた粗酵素液中のPHA合成酵素及び分子シャペロンは、SDS-PAGE等のゲル電気泳動を用いて分離し、Coomassie blue染色や銀染色によって検出することができる。さらに、ゲル上で分離された各タンパク質バンドの染色量から、発現量の比較をすることが可能である。この方法を用いて、共発現した分子シャペロンによるPHA合成酵素のフォールディング効果を評価することができる。例えば、遠心分離等によって宿主細胞の破砕液を可溶成分と不溶成分に分離し、それぞれに関してSDS-PAGEを行い、PHA合成酵素のバンド染色量から、可溶成分中と不溶成分中のPHA合成酵素量の比較、すなわちPHA合成酵素の可溶化程度を評価できる。また、特に精製を行ったPHA合成酵素であれば、従来用いられているタンパク質定量方法を用いてPHA合成酵素の発現量を定量することができる。例えば、BCA法、Bradford法、Lowry法、biuret法、比濁法、紫外部吸収スペクトル法などを用いることができる。
<Evaluation of PHA synthase expression level>
The expression levels of PHA synthase and molecular chaperone can be evaluated using protein measurement methods known to those skilled in the art. For example, PHA synthase and molecular chaperone in a crude enzyme solution obtained by crushing host cells can be separated using gel electrophoresis such as SDS-PAGE and detected by Coomassie blue staining or silver staining. . Furthermore, the expression level can be compared from the staining level of each protein band separated on the gel. Using this method, the folding effect of PHA synthase by the co-expressed molecular chaperone can be evaluated. For example, the lysate of host cells is separated into soluble and insoluble components by centrifugation, etc., and SDS-PAGE is performed for each, and PHA synthesis in soluble and insoluble components is determined from the amount of PHA synthase band staining. A comparison of enzyme amounts, that is, the solubilization degree of PHA synthase can be evaluated. In addition, the expression level of PHA synthase can be quantified using a conventionally used protein quantification method for a purified PHA synthase. For example, a BCA method, a Bradford method, a Lowry method, a biuret method, a turbidimetric method, an ultraviolet absorption spectrum method, or the like can be used.

<PHA合成酵素の活性測定方法>
取得されたPHA合成酵素の活性を測定することによって、さらに発現したPHA合成酵素のフォールディング程度を評価することができる。PHA合成酵素の活性測定は、従来報告されている方法を用いることができるが、例えば、3−ヒドロキシアシルCoAがPHA合成酵素の触媒作用により重合してPHAになる過程で放出されるCoAを、5,5’−ジチオビス−(2−ニトロ安息香酸)で発色させて測定することを測定原理とする、以下に示す方法によって測定することができる。試薬1:ウシ血清アルブミン(Sigma社製)を0.1 M トリス塩酸バッファー(pH8.0) に3.0 mg/ml溶解、試薬2:3−ヒドロキシアシルCoAを0.1 M トリス塩酸バッファー(pH8.0) に3.0 mM溶解、試薬3:トリクロロ酢酸を0.1 M トリス塩酸バッファー(pH8.0) に10 mg/ml溶解、試薬4:5,5’−ジチオビス−(2−ニトロ安息香酸)を0.1 M トリス塩酸バッファー(pH8.0) に2.0 mM溶解。第1反応(PHA合成反応):試料(酵素)溶液100μlに試薬1を100μl添加して混合し、30℃で1分間プレインキュベートする。ここに、試薬2を100μl添加して混合し、30℃で1〜30分間インキュベートしたのち、試薬3を添加して反応を停止させる。第2反応(遊離CoAの発色反応):反応停止した第1反応液を遠心分離(15,000×g、10分間)し、この上清500μlに試薬4を500μl添加し、30℃で10分間インキュベートしたのち、412 nmの吸光度を測定する。酵素活性の算出:1分間に1μmolのCoAを放出させる酵素量を1単位(U)とする。なお、この活性測定に使用する3−ヒドロキシアシルCoAは、酵素によって合成を期待するPHAのモノマーを適宜選択すればよく、後述する方法により調製することができる。
<Method for measuring activity of PHA synthase>
By measuring the activity of the obtained PHA synthase, the degree of folding of the expressed PHA synthase can be evaluated. For the activity measurement of PHA synthase, a conventionally reported method can be used. For example, CoA released in the process of polymerizing 3-hydroxyacyl-CoA to PHA by the catalytic action of PHA synthase, The measurement can be carried out by the following method based on the principle of measurement by coloring with 5,5′-dithiobis- (2-nitrobenzoic acid). Reagent 1: Bovine serum albumin (Sigma) dissolved in 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 8.0) at 3.0 mg / ml, Reagent 2: 3-hydroxyacyl-CoA in 0.1 M Tris-HCl buffer ( Dissolve 3.0 mM in pH 8.0), Reagent 3: 10 mg / ml of trichloroacetic acid in 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 8.0), Reagent 4: 5,5′-dithiobis- (2-nitro Dissolve 2.0 mM of benzoic acid in 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 8.0). First reaction (PHA synthesis reaction): Add 100 μl of reagent 1 to 100 μl of sample (enzyme) solution, mix, and preincubate at 30 ° C. for 1 minute. Here, 100 μl of reagent 2 is added and mixed, and incubated at 30 ° C. for 1 to 30 minutes. Then, reagent 3 is added to stop the reaction. Second reaction (color development reaction of free CoA): Centrifugation (15,000 × g, 10 minutes) of the first reaction liquid that has stopped the reaction, 500 μl of reagent 4 was added to 500 μl of this supernatant, and 10 minutes at 30 ° C. After incubation, measure the absorbance at 412 nm. Calculation of enzyme activity: The amount of enzyme that releases 1 μmol of CoA per minute is defined as 1 unit (U). The 3-hydroxyacyl-CoA used for this activity measurement may be prepared by a method described later, as long as a PHA monomer expected to be synthesized by an enzyme is selected as appropriate.

<PHA合成酵素によるPHA合成>
本発明によって得られたPHA合成酵素によって合成可能なPHAとしては、PHA合成酵素の取得源である微生物によって合成可能なPHAのいずれもが可能である。前述の通り、PHA合成酵素は、生物体内でのPHA合成反応系における最終段階を触媒する酵素であり、従って、生物体内において合成され得ることが知られているPHAであれば、いずれも該酵素による触媒作用を受けて合成されていることになる。よって、所望のPHAに対応する3−ヒドロキシアシルCoAを、本発明において取得されたPHA合成酵素に作用させることによって、in vitroでPHAを合成することができる。
<PHA synthesis by PHA synthase>
The PHA that can be synthesized by the PHA synthase obtained by the present invention can be any PHA that can be synthesized by a microorganism that is the source of the PHA synthase. As described above, a PHA synthase is an enzyme that catalyzes the final stage in a PHA synthesis reaction system in an organism, and therefore any PHA that is known to be synthesized in an organism can be used as the enzyme. It is synthesized under the catalytic action of. Therefore, PHA can be synthesized in vitro by allowing 3-hydroxyacyl CoA corresponding to the desired PHA to act on the PHA synthase obtained in the present invention.

このようなPHAとして、具体的には、下記化学式[1]から[10]で表されるモノマーユニットを少なくとも含むPHAを例示することができる。   Specific examples of such PHA include PHA containing at least monomer units represented by the following chemical formulas [1] to [10].

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、該モノマーユニットは、式中R1およびaの組合せが下記のいずれかであるモノマーユニットからなる群より選択される少なくとも一つである。 (However, the monomer unit is at least one selected from the group consisting of monomer units in which the combination of R1 and a is any of the following:

R1が水素原子(H)でありaが3から10の整数のいずれかであるモノマーユニット、R1がハロゲン原子でありaが1から10の整数のいずれかであるモノマーユニット、R1が発色団でありaが1から10の整数のいずれかであるモノマーユニット、R1が カルボキシル基でありaが1から10の整数のいずれかであるモノマーユニット、R1が、   A monomer unit in which R1 is a hydrogen atom (H) and a is an integer from 3 to 10, R1 is a halogen atom and a is any integer from 1 to 10, and R1 is a chromophore A is a monomer unit in which any one of integers from 1 to 10, R1 is a carboxyl group, and a monomer unit in which a is any one of integers from 1 to 10, R1 is

Figure 2005073563
Figure 2005073563

でありaが1から7の整数のいずれかであるモノマーユニット。) A monomer unit in which a is any integer from 1 to 7. )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中bは0から7の整数のいずれかを表し、R2は水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−CF3,−C2F5及び−C3F7からなる群から選ばれたいずれか1つを表す。) (However, b in the formula represents either 0-7 integer, R2 is a hydrogen atom (H), a halogen atom, -CN, -NO 2, -CF 3 , -C 2 F 5 and -C 3 F ( Represents any one selected from the group consisting of 7 )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中cは1から8の整数のいずれかを表し、R3は水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−CF3,−C2F5及び−C3F7からなる群から選ばれたいずれか1つを表す。) (However, c in the formula represents any of integers from 1 to 8, R3 is hydrogen atom (H), a halogen atom, -CN, -NO 2, -CF 3 , -C 2 F 5 and -C 3 F ( Represents any one selected from the group consisting of 7 )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中dは0から7の整数のいずれかを表し、R4は水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−CF3,−C2F5及び−C3F7からなる群から選ばれたいずれか1つを表す。) (Wherein d represents any of 0 to 7 integers, R4 is a hydrogen atom (H), a halogen atom, -CN, -NO 2, -CF 3 , -C 2 F 5 and -C 3 F ( Represents any one selected from the group consisting of 7 )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中eは1から8の整数のいずれかを表し、R5は水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−CF3,−C2F5,−C3F7,−CH3,−C2H5及び−C3H7からなる群から選ばれたいずれか1つを表す。) (Wherein in e represents any of integers from 1 to 8, R5 is a hydrogen atom (H), a halogen atom, -CN, -NO 2, -CF 3 , -C 2 F 5, -C 3 F 7 represents one selected from the group consisting of —CH 3 , —C 2 H 5 and —C 3 H 7. )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中fは0から7の整数のいずれかを表す。) (However, f in the formula represents any integer from 0 to 7.)

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中gは1から8の整数のいずれかを表す。) (In the formula, g represents an integer of 1 to 8.)

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中hは1から7の整数のいずれかを表し、R6は水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−COOR',−SO2R",−CH3,−C2H5,−C3H7,−CH(CH3)2及び−C(CH3)3からなる群から選ばれたいずれか1つを表し、
ここでR'は水素原子(H),Na,K,−CH3,−C2H5のいずれかであり、R"は−OH,−ONa,−OK,ハロゲン原子,−OCH3及び−OC2H5のいずれかである。)
(Wherein in h represents any of 1 to 7 integer, R6 is a hydrogen atom (H), a halogen atom, -CN, -NO 2, -COOR ' , - SO 2 R ", - CH 3, -C 2 H 5, -C 3 H 7, -CH (CH 3) 2 and -C (CH 3) represents any one selected from the group consisting of 3,
Here, R ′ is any one of a hydrogen atom (H), Na, K, —CH 3 , —C 2 H 5 , and R ″ is —OH, —ONa, —OK, a halogen atom, —OCH 3 and — Either OC 2 H 5 )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中iは1から7の整数のいずれかを表し、R7は水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−COOR'及び−SO2R"からなる群から選ばれたいずれか1つを表し、
ここでR'は水素原子(H),Na,K,−CH3,−C2H5のいずれかであり、R"は−OH,−ONa,−OK,ハロゲン原子,−OCH3及び−OC2H5のいずれかである。)
(Wherein i represents an integer of 1 to 7, and R7 is selected from the group consisting of a hydrogen atom (H), a halogen atom, —CN, —NO 2 , —COOR ′, and —SO 2 R ″). Any one of the
Here, R ′ is any one of a hydrogen atom (H), Na, K, —CH 3 , —C 2 H 5 , and R ″ is —OH, —ONa, —OK, a halogen atom, —OCH 3 and — Either OC 2 H 5 )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中jは1から9の整数のいずれかを表す。)
なお、前記のハロゲン原子の具体例としては、フッ素,塩素,臭素などを挙げることができる。また、前記の発色団としては、その3−ヒドロキシアシルCoA 体がPHA合成酵素の触媒作用を受け得るものである限り特に限定はされないが、高分子合成時の立体障害などを考慮すると、3−ヒドロキシアシルCoA 分子内において、CoAの結合したカルボキシル基と発色団との間に炭素数1から5のメチレン鎖があるほうが望ましい。また、発色団の光吸収波長が可視域にあれば着色した構造体が得られ、可視域以外に光吸収波長があっても種々の電子材料として利用することができる。このような発色団の例として、ニトロソ、ニトロ、アゾ、ジアリールメタン、トリアリールメタン、キサンテン、アクリジン、キノリン、メチン、チアゾール、インダミン、インドフェノール、ラクトン、アミノケトン、ヒドロキシケトン、スチルベン、アジン、オカサジン、チアジン、アントラキノン、フタロシアニン、インジゴイドなどを挙げることができる。
(However, j in the formula represents any integer from 1 to 9.)
Specific examples of the halogen atom include fluorine, chlorine, bromine and the like. The chromophore is not particularly limited as long as the 3-hydroxyacyl CoA form can be catalyzed by PHA synthase. However, considering steric hindrance during polymer synthesis, 3- In the hydroxyacyl-CoA molecule, it is desirable that a methylene chain having 1 to 5 carbon atoms is present between the carboxyl group to which CoA is bonded and the chromophore. Further, a colored structure can be obtained if the light absorption wavelength of the chromophore is in the visible region, and can be used as various electronic materials even if the light absorption wavelength is outside the visible region. Examples of such chromophores include nitroso, nitro, azo, diarylmethane, triarylmethane, xanthene, acridine, quinoline, methine, thiazole, indamine, indophenol, lactone, aminoketone, hydroxyketone, stilbene, azine, ocasazine, Examples include thiazine, anthraquinone, phthalocyanine, and indigoid.

また、上記モノマーユニットを複数含むランダム共重合体やブロック共重合体からなるPHAも合成可能であり、各モノマーユニットや含まれる官能基の特性を利用したPHAの物性制御や複数の機能の付与、官能基間の相互作用を利用した新たな機能の発現等が可能となる。また必要に応じて、PHAを合成したのち、あるいは合成中にさらに化学修飾等を施すこともできる。   In addition, PHA composed of a random copolymer or a block copolymer containing a plurality of the above monomer units can be synthesized, and control of physical properties of PHA using the characteristics of each monomer unit or the functional group contained, and addition of a plurality of functions, It is possible to develop a new function using interaction between functional groups. If necessary, further chemical modification or the like can be performed after the synthesis of PHA or during the synthesis.

上記のようなPHAの基質として用いる3−ヒドロキシアシルCoAとして、具体的には、下記化学式[11]から[20]で表される3−ヒドロキシアシルCoAを例示することができる。   Specific examples of 3-hydroxyacyl-CoA used as a substrate for PHA as described above include 3-hydroxyacyl-CoA represented by the following chemical formulas [11] to [20].

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、前記化学式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、式中R1およびaの組合せが下記のいずれかである群より選択される少なくとも一つであり、かつ、前記化学式[1]で表されるモノマーユニットにおけるR1およびaと対応する。
R1が 水素原子(H)でありaが3から10の整数のいずれかであるモノマーユニット、R1が ハロゲン原子でありaが1から10の整数のいずれかであるモノマーユニット、R1が 発色団でありaが1から10の整数のいずれかであるモノマーユニット、R1が カルボキシル基でありaが1から10の整数のいずれかであるモノマーユニット、R1が、
(Wherein -SCoA represents coenzyme A bound to alkanoic acid, wherein the combination of R1 and a is at least one selected from the following group, and the chemical formula [ It corresponds to R1 and a in the monomer unit represented by 1].
A monomer unit in which R1 is a hydrogen atom (H) and a is an integer from 3 to 10, R1 is a monomer unit in which a is a halogen atom and a is an integer from 1 to 10, and R1 is a chromophore A is a monomer unit in which any one of integers from 1 to 10, R1 is a carboxyl group, and a monomer unit in which a is any one of integers from 1 to 10, R1 is

Figure 2005073563
Figure 2005073563

でありaが1から7の整数のいずれかであるモノマーユニット。) A monomer unit in which a is any integer from 1 to 7. )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、bは前記化学式[2]で表されるモノマーユニットにおけるbと対応する0から7の整数のいずれかを表し、R2は前記化学式[2]で表されるモノマーユニットにおけるR2と対応する、水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−CF3,−C2F5及び−C3F7からなる群から選ばれたいずれか1つを表す。) (Wherein, -SCoA represents coenzyme A bound to alkanoic acid, b represents one of integers from 0 to 7 corresponding to b in the monomer unit represented by the chemical formula [2], and R2 represents It consists of a hydrogen atom (H), a halogen atom, —CN, —NO 2 , —CF 3 , —C 2 F 5 and —C 3 F 7 corresponding to R 2 in the monomer unit represented by the chemical formula [2]. Represents any one selected from the group.)

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、cは前記化学式[3]で表されるモノマーユニットにおけるcと対応する1から8の整数のいずれかを表し、R3は前記化学式[3]で表されるモノマーユニットにおけるR3と対応する、水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−CF3,−C2F5及び−C3F7からなる群から選ばれたいずれか1つを表す。) (Wherein -SCoA represents coenzyme A bound to alkanoic acid, c represents an integer of 1 to 8 corresponding to c in the monomer unit represented by the chemical formula [3], and R3 represents It consists of a hydrogen atom (H), a halogen atom, —CN, —NO 2 , —CF 3 , —C 2 F 5 and —C 3 F 7 corresponding to R 3 in the monomer unit represented by the chemical formula [3]. (Represents any one selected from the group.)

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、dは前記化学式[4]で表されるモノマーユニットにおけるdと対応する0から7の整数のいずれかを表し、R4は前記化学式[4]で表されるモノマーユニットにおけるR4と対応する、水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−CF3,−C2F5及び−C3F7からなる群から選ばれたいずれか1つを表す。) (Wherein, -SCoA represents coenzyme A bound to alkanoic acid, d represents an integer of 0 to 7 corresponding to d in the monomer unit represented by the chemical formula [4], and R4 represents It consists of a hydrogen atom (H), a halogen atom, —CN, —NO 2 , —CF 3 , —C 2 F 5 and —C 3 F 7 corresponding to R 4 in the monomer unit represented by the chemical formula [4]. Represents any one selected from the group.)

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、eは前記化学式[5]で表されるモノマーユニットにおけるeと対応する1から8の整数のいずれかを表し、R5は前記化学式[5]で表されるモノマーユニットにおけるR5と対応する、水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−CF3,−C2F5,−C3F7,−CH3,−C2H5及び−C3H7からなる群から選ばれたいずれか1つを表す。) (Wherein, -SCoA represents coenzyme A bound to alkanoic acid, e represents an integer of 1 to 8 corresponding to e in the monomer unit represented by the chemical formula [5], and R5 represents Hydrogen atom (H), halogen atom, —CN, —NO 2 , —CF 3 , —C 2 F 5 , —C 3 F 7 , − corresponding to R 5 in the monomer unit represented by the chemical formula [5] It represents one selected from the group consisting of CH 3 , —C 2 H 5 and —C 3 H 7. )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、fは前記化学式[6]で表されるモノマーユニットにおけるfと対応する0から7の整数のいずれかを表す。) (Wherein, -SCoA represents coenzyme A bound to alkanoic acid, and f represents an integer of 0 to 7 corresponding to f in the monomer unit represented by the chemical formula [6].)

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、gは前記化学式[7]で表されるモノマーユニットにおけるgと対応する1から8の整数のいずれかを表す。) (Wherein, -SCoA represents coenzyme A bound to alkanoic acid, and g represents an integer of 1 to 8 corresponding to g in the monomer unit represented by the chemical formula [7].)

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、hは前記化学式[8]で表されるモノマーユニットにおけるhと対応する1から7の整数のいずれかを表し、R6は前記化学式[8]で表されるモノマーユニットにおけるR6と対応する、水素原子(H),ハロゲン原子,−CN,−NO2,−COOR',−SO2R",−CH3,−C2H5,−C3H7,−CH(CH3)2及び−C(CH3)3からなる群から選ばれたいずれか1つを表し、
ここでR'は水素原子(H),Na,K,−CH3,−C2H5のいずれかであり、R"は−OH,−ONa,−OK,ハロゲン原子,−OCH3及び−OC2H5のいずれかである。)
(Wherein, -SCoA represents coenzyme A bound to alkanoic acid, h represents an integer of 1 to 7 corresponding to h in the monomer unit represented by the chemical formula [8], and R6 represents Hydrogen atom (H), halogen atom, —CN, —NO 2 , —COOR ′, —SO 2 R ″, —CH 3 , —C 2 corresponding to R 6 in the monomer unit represented by the chemical formula [8] And represents any one selected from the group consisting of H 5 , —C 3 H 7 , —CH (CH 3 ) 2 and —C (CH 3 ) 3 ;
Here, R ′ is any one of a hydrogen atom (H), Na, K, —CH 3 , —C 2 H 5 , and R ″ is —OH, —ONa, —OK, a halogen atom, —OCH 3 and — Either OC 2 H 5 )

Figure 2005073563
Figure 2005073563

(ただし、式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、iは前記化学式[9]で表されるモノマーユニットにおけるiと対応する1から7の整数のいずれかを表し、R7は前記化学式[9]で表されるモノマーユニットにおけるR7と対応する、水素原子(H),ハロゲン原子, −CN,−NO2,−COOR'及び−SO2R"からなる群から選ばれたいずれか1つを表し、
ここでR'は水素原子(H),Na,K,−CH3,−C2H5のいずれかであり、R"は−OH,−ONa,−OK,ハロゲン原子,−OCH3及び−OC2H5のいずれかである。)
(Wherein -SCoA represents coenzyme A bonded to alkanoic acid, i represents an integer of 1 to 7 corresponding to i in the monomer unit represented by the chemical formula [9], and R7 represents Any selected from the group consisting of a hydrogen atom (H), a halogen atom, —CN, —NO 2 , —COOR ′, and —SO 2 R ″ corresponding to R7 in the monomer unit represented by the chemical formula [9] Or one
Here, R ′ is any one of a hydrogen atom (H), Na, K, —CH 3 , —C 2 H 5 , and R ″ is —OH, —ONa, —OK, a halogen atom, —OCH 3 and — Either OC 2 H 5 )

Figure 2005073563
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(ただし、式中−SCoA はアルカン酸に結合した補酵素Aを表し、jは前記化学式[10]で表されるモノマーユニットにおけるjと対応する1から9の整数のいずれかを表す。)
なお、上記式[11]〜[15]及び[18]〜[19]における発色団及びハロゲン原子の具体例としても先に挙げたものを同様に挙げることができる。
(Wherein, -SCoA represents coenzyme A bound to alkanoic acid, and j represents an integer of 1 to 9 corresponding to j in the monomer unit represented by the chemical formula [10].)
As specific examples of the chromophore and the halogen atom in the above formulas [11] to [15] and [18] to [19], those mentioned above can be similarly mentioned.

これらの3−ヒドロキシアシルCoAは、例えば、酵素を用いたin vitro合成法、微生物や植物などの生物体を用いたin vivo合成法、化学合成法等の中から適宜選択した方法で合成して用いることができる。特に酵素合成法は該基質の合成に一般に用いられている方法であり、市販のアシルCoAシンセターゼ(アシルCoAリガーゼ、E.C.6.2.1.3)を用いた下記反応、
3−ヒドロキシアルカン酸 + CoA →(アシルCoAシンセターゼ)→3−ヒドロキシアシルCoA
を用いた方法などが知られている(Eur.J.Biochem.,250,432−439(1997)、Appl.Microbiol.Biotechnol.,54,37−43(2000)など)。酵素や生物体を用いた合成工程には、バッチ式の合成方法を用いても良く、また、固定化酵素や固定化細胞を用いて連続生産してもよい。
These 3-hydroxyacyl CoAs can be synthesized by, for example, an in vitro synthesis method using an enzyme, an in vivo synthesis method using a living organism such as a microorganism or a plant, a chemical synthesis method, or the like. Can be used. Particularly, the enzyme synthesis method is a method generally used for the synthesis of the substrate, and the following reaction using a commercially available acyl CoA synthetase (acyl CoA ligase, EC 6.2.1.3),
3-hydroxyalkanoic acid + CoA → (acyl CoA synthetase) → 3-hydroxyacyl CoA
(Eur. J. Biochem., 250, 432-439 (1997), Appl. Microbiol. Biotechnol., 54, 37-43 (2000), etc.) are known. In the synthesis step using an enzyme or an organism, a batch-type synthesis method may be used, or continuous production may be performed using an immobilized enzyme or an immobilized cell.

PHA合成酵素によって合成されたPHAは、ガスクロマトグラフィー−質量分析装置(GC/MS)や、核磁気共鳴分光器(NMR)によってモノマーユニットの組成分析を行うことができる。   PHA synthesized by PHA synthase can be subjected to composition analysis of monomer units by a gas chromatography-mass spectrometer (GC / MS) or a nuclear magnetic resonance spectrometer (NMR).

また、PHA合成酵素によるPHAの合成を簡便に確認する方法として、本発明者らによって新たに開発された、ナイルブルーA染色と蛍光顕微鏡観察とを組み合わせた方法を用いることができる。本発明者らは、PHA合成酵素によるPHA合成を簡便に判定できる方法について鋭意検討を続けてきた結果、PHAに特異的に結合して蛍光を発する性質を有する薬剤であり、Appl.Environ.Microbiol.,44,238−241(1982) において微生物細胞(in vivo)でのPHA生産の簡易的判別に用いることができると報告されているナイルブルーAが、適切な使用方法および使用条件の設定によって、無細胞系でのPHA合成の判定にも用いることができることを見出し、上記の方法を完成させた。即ち、本方法では、所定濃度のナイルブルーA溶液を濾過したのち、PHAを含む反応液に混合し、蛍光顕微鏡で一定の波長の励起光を照射しながら観察することにより、合成されたPHAのみから蛍光を発せしめ、これを観察することによって、PHA合成酵素によるPHA合成を簡易に判定することができる。   Further, as a method for simply confirming the synthesis of PHA by PHA synthase, a method newly developed by the present inventors and combined with Nile Blue A staining and fluorescence microscope observation can be used. As a result of intensive studies on a method for easily determining PHA synthesis by a PHA synthase, the present inventors have developed a drug that specifically binds to PHA and emits fluorescence. Environ. Microbiol. , 44, 238-241 (1982), Nile Blue A, which is reported to be used for simple discrimination of PHA production in microbial cells (in vivo), The present invention has been completed by finding that it can also be used for determination of PHA synthesis in a cell-free system. That is, in this method, after filtering a Nile Blue A solution of a predetermined concentration, it is mixed with a reaction solution containing PHA, and observed while irradiating excitation light of a certain wavelength with a fluorescence microscope. By fluorescing and observing this, PHA synthesis by PHA synthase can be easily determined.

また、PHA合成酵素によって合成されるPHAの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)等によって測定することができ、数平均分子量で1,000から1,000万程度の値となる。   The molecular weight of PHA synthesized by PHA synthase can be measured by gel permeation chromatography (GPC) or the like, and has a number average molecular weight of about 1,000 to 10,000,000.

なお、本発明によって取得されたPHA合成酵素により合成されるPHAは、一般にR体のみから構成されるアイソタクチックなポリマーである。   In addition, PHA synthesized by the PHA synthase obtained by the present invention is an isotactic polymer generally composed only of the R isomer.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。ただし、以下に述べる実施例は本発明の最良の実施形態の一例ではあるが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下における「%」は特に標記した以外は質量基準である。
<実施例1>
YN2株を100 mlのLB培地(1%ポリペプトン(日本製薬(株)製)、0.5%酵母エキス(Difco社製)、0.5%塩化ナトリウム、pH7.4)で30℃、一晩培養後、マーマーらの方法により染色体DNAを分離回収した。得られた染色体DNAを制限酵素HindIIIで完全分解した。ベクターにはpUC18を使用し、制限酵素HindIIIで切断した。末端の脱リン酸処理(Molecular Cloning,1,572,(1989); Cold Spring Harbor Laboratory出版)ののち、DNAライゲーションキットVer.II(宝酒造(株)製)を用いて、ベクターの切断部位(クローニングサイト)と染色体DNAのHindIII完全分解断片とを連結した。この染色体DNA断片を組み込んだプラスミドベクターを用いて、大腸菌(Escherichia coli)HB101株を形質転換し、YN2株のDNAライブラリーを作製した。次に、YN2株のPHA合成酵素遺伝子を含むDNA断片を選択するため、コロニー・ハイブリダイズ用のプローブ調製を行った。配列番号:1および配列番号:2の塩基配列からなるオリゴヌクレオチドを合成し(アマシャムファルマシア・バイオテク(株))、このオリゴヌクレオチドをプライマーに用いて、染色体DNAをテンプレートとしてPCRを行った。PCR増幅されてきたDNA断片をプローブとして用いた。プローブの標識化は、市販の標識酵素系AlkPhosDirect(アマシャムファルマシア・バイオテク(株)製)を利用して行った。得られた標識化プローブを用いて、YN2株の染色体DNAライブラリーからコロニーハイブリダイゼーション法によってPHA合成酵素遺伝子を含む組換えプラスミドを有する大腸菌菌株を選抜した。選抜した菌株から、アルカリ法によってプラスミドを回収することで、PHA合成酵素遺伝子を含むDNA断片を得ることができた。ここで取得した遺伝子DNA断片を、不和合性グループであるIncP、IncQ、あるいはIncWの何れにも属さない広宿主域複製領域を含むベクターpBBR122(Mo Bi Tec)に組み換えた。この組み換えプラスミドをシュードモナス・チコリアイYN2ml株(PHA合成能欠損株)にエレクトロポレーション法により形質転換したところ、YN2ml株のPHA合成能が復帰し、相補性を示した。従って、選抜された遺伝子DNA断片は、シュードモナス・チコリアイYN2ml株内において、PHA合成酵素に翻訳可能な、PHA合成酵素遺伝子領域を含むことが確認された。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the examples described below are examples of the best mode of the present invention, but the technical scope of the present invention is not limited to these examples. In the following, “%” is based on mass unless otherwise specified.
<Example 1>
YN2 strain in 100 ml LB medium (1% polypeptone (Nippon Pharmaceutical Co., Ltd.), 0.5% yeast extract (Difco), 0.5% sodium chloride, pH 7.4) at 30 ° C overnight After culturing, chromosomal DNA was separated and recovered by the method of Marmer et al. The obtained chromosomal DNA was completely digested with the restriction enzyme HindIII. PUC18 was used as a vector and digested with the restriction enzyme HindIII. After terminal dephosphorylation (Molecular Cloning, 1,572, (1989); published by Cold Spring Harbor Laboratory), DNA Ligation Kit Ver. Using II (Takara Shuzo Co., Ltd.), the cleavage site (cloning site) of the vector and the HindIII complete degradation fragment of the chromosomal DNA were ligated. Using a plasmid vector incorporating this chromosomal DNA fragment, Escherichia coli HB101 strain was transformed to prepare a DNA library of YN2 strain. Next, in order to select a DNA fragment containing the PHA synthase gene of the YN2 strain, a probe for colony hybridization was prepared. Oligonucleotides consisting of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 were synthesized (Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.), and PCR was performed using this oligonucleotide as a primer and chromosomal DNA as a template. A DNA fragment that had been PCR amplified was used as a probe. The labeling of the probe was performed using a commercially available labeling enzyme system AlkPhosDirect (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.). Using the resulting labeled probe, an E. coli strain having a recombinant plasmid containing the PHA synthase gene was selected from the chromosomal DNA library of the YN2 strain by colony hybridization. By recovering the plasmid from the selected strain by the alkaline method, a DNA fragment containing the PHA synthase gene could be obtained. The gene DNA fragment obtained here was recombined into a vector pBBR122 (Mo Bi Tec) containing a broad host range replication region that does not belong to any of the incompatibility groups IncP, IncQ, or IncW. When this recombinant plasmid was transformed into Pseudomonas chicoryai YN2ml strain (strain lacking PHA synthesis ability) by electroporation, the PHA synthesis ability of the YN2ml strain was restored and showed complementarity. Therefore, it was confirmed that the selected gene DNA fragment contains a PHA synthase gene region that can be translated into PHA synthase in Pseudomonas chicory eye YN2ml strain.

このDNA断片について、サンガー法により塩基配列を決定した。その結果、決定された塩基配列中には、それぞれペプチド鎖をコードする、配列番号:3および配列番号:4で示される塩基配列が存在することが確認された。これらのうち、配列番号:3のPHA合成酵素遺伝子について、染色体DNAをテンプレートとしてPCRを行い、PHA合成酵素遺伝子の完全長を再調製した。即ち、配列番号:3で示される塩基配列のPHA合成酵素遺伝子に対する、上流側プライマー(配列番号:5)および下流側プライマー(配列番号:6)を合成した(アマシャムファルマシア・バイオテク(株))。   The base sequence of this DNA fragment was determined by the Sanger method. As a result, it was confirmed that the determined nucleotide sequence contained the nucleotide sequences represented by SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, which respectively encode peptide chains. Among these, the PHA synthase gene of SEQ ID NO: 3 was subjected to PCR using chromosomal DNA as a template, and the full length of the PHA synthase gene was prepared again. That is, an upstream primer (SEQ ID NO: 5) and a downstream primer (SEQ ID NO: 6) for the PHA synthase gene having the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 were synthesized (Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.).

これらのプライマーを用いて、先に調製したPHA合成酵素遺伝子をテンプレートとしてPCRを行い、PHA合成酵素遺伝子の完全長を増幅した(LA−PCRキット;宝酒造(株)製)。次に、得られたPCR増幅断片および発現ベクターpTrc99Aを制限酵素HindIIIで切断し、脱リン酸化処理(Molecular Cloning,1巻,572頁,1989年;Cold Spring Harbor Laboratory出版)したのち、この発現ベクターpTrc99Aの切断部位に、両末端の不用な塩基配列を除いたPHA合成酵素遺伝子の完全長を含むDNA断片を、DNAライゲーションキットVer.II(宝酒造(株)製)を用いて連結した。   Using these primers, PCR was performed using the previously prepared PHA synthase gene as a template to amplify the full length of the PHA synthase gene (LA-PCR kit; manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.). Next, the obtained PCR amplified fragment and the expression vector pTrc99A were cleaved with the restriction enzyme HindIII and dephosphorylated (Molecular Cloning, 1, 572, 1989; Cold Spring Harbor Laboratory published). A DNA fragment containing the full length of the PHA synthase gene excluding unnecessary nucleotide sequences at both ends at the cleavage site of pTrc99A was prepared using a DNA ligation kit Ver. It connected using II (made by Takara Shuzo Co., Ltd.).

得られた組換えプラスミドで大腸菌(Escherichia coli HB101:宝酒造)を塩化カルシウム法により形質転換した。得られた組換え体を培養し、組換えプラスミドの増幅を行い、組換えプラスミドを回収した。配列番号:3の遺伝子DNAを保持する組換えプラスミドをpYN2−C1とした。pYN2−C1で大腸菌(Escherichia coli HB101fB fadB欠損株)を塩化カルシウム法により形質転換し、この組換えプラスミドを保持する組換え大腸菌株、pYN2−C1組換え株を得た。   Escherichia coli HB101 (Takara Shuzo) was transformed with the obtained recombinant plasmid by the calcium chloride method. The obtained recombinant was cultured, the recombinant plasmid was amplified, and the recombinant plasmid was recovered. The recombinant plasmid holding the gene DNA of SEQ ID NO: 3 was designated as pYN2-C1. E. coli (Escherichia coli HB101fB fadB deficient strain) was transformed with pYN2-C1 by the calcium chloride method to obtain a recombinant E. coli strain, pYN2-C1 recombinant strain carrying this recombinant plasmid.

次にpYN2−C1に対して、上流側プライマーとなる、オリゴヌクレオチド(配列番号:7)および下流側プライマーとなる、オリゴヌクレオチド(配列番号:8)をそれぞれ設計・合成した(アマシャムファルマシア・バイオテク(株))。このオリゴヌクレオチドをプライマーとして、pYN2−C1をテンプレートとしてPCRを行い、上流にBamHI制限部位、下流にXhoI制限部位を有するPhaC1遺伝子の完全長を増幅した(LA−PCRキット;宝酒造(株)製)。   Next, for pYN2-C1, an oligonucleotide (SEQ ID NO: 7) serving as an upstream primer and an oligonucleotide (SEQ ID NO: 8) serving as a downstream primer were respectively designed and synthesized (Amersham Pharmacia Biotech ( stock)). Using this oligonucleotide as a primer, PCR was performed using pYN2-C1 as a template to amplify the full length of the PhaC1 gene having a BamHI restriction site upstream and an XhoI restriction site downstream (LA-PCR kit; manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) .

精製したPhaC1遺伝子のPCR増幅産物をBamHIおよびXhoIにより消化し、グルタチオン−S−トランスフェラーゼをコードする塩基配列を制限酵素サイトの上流に配したプラスミドpGEX−6P−1(アマシャムファルマシア・バイオテク(株)製)の対応する部位に挿入し、GSTタグを融合したPhaC1発現ベクターを構築した。このベクターを用いて大腸菌(JM109)を形質転換した。GST融合PhaC1発現ベクターで形質転換された菌株の確認は、Miniprep(Wizard Minipreps DNA Purification Systems、PROMEGA社製)を用いて大量に調製したプラスミドDNAをBamHI、XhoIで処理して得られるDNA断片により行った。   Plasmid pGEX-6P-1 (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.) in which the PCR amplification product of the purified PhaC1 gene was digested with BamHI and XhoI, and the base sequence encoding glutathione-S-transferase was placed upstream of the restriction enzyme site The PhaC1 expression vector fused with the GST tag was constructed. E. coli (JM109) was transformed with this vector. Confirmation of strains transformed with the GST-fused PhaC1 expression vector is performed using DNA fragments obtained by treating plasmid DNA prepared in large quantities using Miniprep (Wizard Minipreps DNA Purification Systems, PROMEGA) with BamHI and XhoI. It was.

GST融合PhaC1発現ベクターで形質転換された菌株をアンピシリン100μg/mlを含有するLB培地5mlで一晩プレ・カルチャーした後、その2 mlを、アンピシリン100μg/mlを含有するLB培地200mlに添加し、37℃、170 rpmでOD600=0.5〜0.6となるまで振とう培養した。培養液をすみやかに4℃に冷却した後、遠心 (8,000×g, 10分、4℃)して上清を除去した。4℃に冷却した滅菌水で2回洗浄・遠心を繰り返した後、遠心 (8,000×g, 10分、4℃)して上清を除去したペレットに、ペレットと同重量の滅菌水を添加して再懸濁した。 The strain transformed with the GST-fused PhaC1 expression vector was pre-cultured overnight in 5 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin, and then 2 ml thereof was added to 200 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin, Shake culture was performed at 37 ° C. and 170 rpm until OD 600 = 0.5 to 0.6. The culture was immediately cooled to 4 ° C and centrifuged (8,000 xg, 10 minutes, 4 ° C) to remove the supernatant. After washing and centrifuging twice with sterilized water cooled to 4 ° C, centrifuging (8,000 × g, 10 minutes, 4 ° C) and removing the supernatant, sterilized water of the same weight as the pellet is added to the pellet. Added and resuspended.

この菌懸濁液100μlにDnaK-DnaJ-GrpE及びGroES-GroELの2つの分子シャペロンチームからなる分子シャペロン群を発現するように構成されたプラスミドベクターであるpG-KJE8(タカラバイオ(株)製)10ng量を添加・混合し、冷却したエレクトロポレーション用キュベット(Gene Pulser Cuvette;BIO RAD社製)に注入し、このキュベットをエレクトロポレーション装置(Gene Pulser II;BIO RAD社製)に装着して2.5kv、25μF、200Ωの条件で電圧を印加した。この処理菌液をSOC培地1mlに添加し、37℃で1時間振とう培養した。この培養液100μlをアンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/mlを含有するLB寒天培地にまき、37℃で一晩培養し、コロニーの出現を確認した。以上により、GST融合PhaC1発現用プラスミドと、DnaK-DnaJ-GrpE及びgroES-groELの発現用プラスミドが共形質転換された菌株を得た。   PG-KJE8 (manufactured by Takara Bio Inc.), a plasmid vector constructed to express a molecular chaperone group consisting of two molecular chaperone teams of DnaK-DnaJ-GrpE and GroES-GroEL in 100 μl of this bacterial suspension Add and mix 10 ng amount, inject into a cooled electroporation cuvette (Gene Pulser Cuvette; manufactured by BIO RAD), and attach this cuvette to the electroporation device (Gene Pulser II; manufactured by BIO RAD) A voltage was applied under conditions of 2.5 kv, 25 μF, and 200Ω. This treated bacterial solution was added to 1 ml of SOC medium and cultured with shaking at 37 ° C. for 1 hour. 100 μl of this culture solution was spread on an LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin and 20 μg / ml chloramphenicol, and cultured overnight at 37 ° C. to confirm the appearance of colonies. As described above, a strain in which a GST-fused PhaC1 expression plasmid and DnaK-DnaJ-GrpE and groES-groEL expression plasmids were co-transformed was obtained.

得られた菌株をアンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/mlを含有するLB培地20mlで一晩プレ・カルチャーした後、その10mlを、アンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/ml、アラビノース4mg/ml、テトラサイクリン10ng/mlを含有するLB培地1Lに添加し、30℃、120 rpmで振とう培養し、OD600=0.5になった時点でIPTGを添加 (終濃度20μg/ml) し、さらに3時間培養を続けた。 The resulting strain was precultured overnight in 20 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin and 20 μg / ml of chloramphenicol, and then 10 ml of the resulting strain was 100 μg / ml of ampicillin, 20 μg / ml of chloramphenicol, arabinose Add to 1 L of LB medium containing 4 mg / ml and tetracycline 10 ng / ml, shake culture at 30 ° C, 120 rpm, add IPTG when OD 600 = 0.5 (final concentration 20 μg / ml), The culture was further continued for 3 hours.

培養した菌液を集菌(8,000×g、10分、4℃)し、40mlの 4℃ PBS緩衝液(8 g NaCl,1.44 g Na2HPO4,0.24 g KH2PO4,0.2 g KCl,1L精製水)に再懸濁した。フレンチプレスにより菌体を破砕し、それを遠心 (15,000×g, 10分、4℃)し、可溶成分と不溶成分を分離した。可溶成分と不溶成分それぞれについてSDS−PAGE後にクマジー染色を行ったところ、GSTの融合したPhaC1に相当する分子量87kDのバンドが可溶成分と不溶成分ともに確認された。この可溶成分と不溶成分におけるGST融合PhaC1のバンドの量比は、おおよそ5:2であり、後述する比較例1と比べると分子シャペロンとの共発現により、GST融合PhaC1の溶解性が向上したことがわかった。また主に可溶成分において、DnaK、DnaJ、GrpE及びgroES、groELに相当する分子量のバンドが確認された。 The cultured bacterial solution is collected (8,000 × g, 10 minutes, 4 ° C.), and 40 ml of 4 ° C. PBS buffer solution (8 g NaCl, 1.44 g Na 2 HPO 4 , 0.24 g KH 2 PO (4 , 0.2 g KCl, 1 L purified water). The cells were crushed with a French press and centrifuged (15,000 × g, 10 minutes, 4 ° C.) to separate soluble and insoluble components. When both soluble and insoluble components were subjected to Coomassie staining after SDS-PAGE, a band having a molecular weight of 87 kD corresponding to PhaC1 fused with GST was confirmed for both the soluble and insoluble components. The amount ratio of the band of GST-fused PhaC1 in this soluble component and insoluble component is approximately 5: 2, and the solubility of GST-fused PhaC1 is improved by co-expression with a molecular chaperone compared to Comparative Example 1 described later. I understood it. In addition, in the soluble components, bands having molecular weights corresponding to DnaK, DnaJ, GrpE, groES, and groEL were confirmed.

次に、この菌体破砕液の可溶成分、すなわち粗酵素中に存在するGST融合PhaC1をグルタチオン・セファロース4B(アマシャムファルマシア・バイオテク(株)製)で精製した。75%グルタチオンセファロースのスラリー500μlを1mlのPBSで3回洗浄(8,000×g、1分、4℃)した後、粗酵素溶液に添加し、室温で静かに振とうした。これにより、GST融合PhaC1をグルタチオンセファロースに吸着させた。吸着後、遠心(500×g、1分、4℃)してグルタチオンセファロースを回収し、4℃のPBS1mlで3回洗浄した。さらに5℃のCleavage 緩衝液(6.1gTris-HCl、8.7gNaCl、0.37gEDTA、0.15gDithiothreitol、0.1gNonidet、1L精製水、PH7)で洗浄し、5℃のCleavage 緩衝液200μlに再懸濁した。これにPreScissionプロテアーゼ(アマシャムファルマシア・バイオテク(株)製、5U)20μlを添加し、5℃で15時間処理してグルタチオンセファロースからPhaC1のみを切り出した。さらに処理液をPBSで洗浄したグルタチオン・セファロースに通してPreScissionプロテアーゼを除去した。フロースルー分画をさらに透析にかけ、PhaC1のTris-HCl溶液(Tris-HCl;6.05g Tris 、1L精製水、pH8.0、)約300μlを得た。この精製酵素溶液についてSDS−PAGEを行ったところ、PhaC1の分子量に相当する61kDaのシングルバンドを確認した。   Next, the soluble component of this cell disruption solution, that is, GST-fused PhaC1 present in the crude enzyme, was purified with glutathione Sepharose 4B (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd.). After washing 500 μl of 75% glutathione sepharose slurry 3 times with 1 ml PBS (8,000 × g, 1 minute, 4 ° C.), it was added to the crude enzyme solution and gently shaken at room temperature. As a result, GST-fused PhaC1 was adsorbed to glutathione sepharose. After adsorption, the mixture was centrifuged (500 × g, 1 minute, 4 ° C.) to collect glutathione sepharose and washed 3 times with 1 ml of PBS at 4 ° C. Further, the cells were washed with Clearvage buffer (6.1 g Tris-HCl, 8.7 g NaCl, 0.37 g EDTA, 0.15 g Dithiothreitol, 0.1 g Nonidet, 1 L purified water, PH7) at 5 ° C. and resuspended in 200 μl of Clearvage buffer at 5 ° C. To this was added 20 μl of PreScission protease (Amersham Pharmacia Biotech Co., Ltd., 5U) and treated at 5 ° C. for 15 hours to cut out only PhaC1 from glutathione sepharose. Further, the treatment solution was passed through glutathione sepharose washed with PBS to remove PreScission protease. The flow-through fraction was further dialyzed to obtain about 300 μl of a PhaC1 Tris-HCl solution (Tris-HCl; 6.05 g Tris, 1 L purified water, pH 8.0). When this purified enzyme solution was subjected to SDS-PAGE, a 61 kDa single band corresponding to the molecular weight of PhaC1 was confirmed.

得られた精製酵素の濃度を、マイクロBCAタンパク質定量試薬キット(ピアスケミカル社製)によって定量し、さらに培養液あたりの収率に換算した。また、精製酵素の活性を、モノマーとして(R)−3−ヒドロキシオクタノイルCoA(Eur.J.Biochem.,250,432−439(1997) に記載の方法で調製)を用いて前述の方法で測定し、酵素量(mg)あたりの酵素活性に換算した。その結果を表1に示す。結果から、本発明の方法により、活性を保持したPHA合成酵素が収率良く得られることがわかった。   The concentration of the obtained purified enzyme was quantified with a micro BCA protein quantification reagent kit (Pierce Chemical Co., Ltd.), and further converted into a yield per culture solution. In addition, the activity of the purified enzyme was determined by the above method using (R) -3-hydroxyoctanoyl CoA (prepared by the method described in Eur. J. Biochem., 250, 432-439 (1997)) as a monomer. Measured and converted to enzyme activity per mg of enzyme. The results are shown in Table 1. From the results, it was found that the method of the present invention yielded a PHA synthase having an activity with good yield.

次に、この精製酵素を用いてPHAの合成を検討した。先の精製酵素溶液10μlを27.3mg/mlの(R)−3−ヒドロキシオクタノイルCoA Tris-HCl溶液10μl、3mg/mlのウシ血清アルブミン(Sigma社製)Tris-HCl溶液10μlと混合し、30℃で24時間緩やかに振盪した。   Next, synthesis of PHA was examined using this purified enzyme. 10 μl of the above purified enzyme solution was mixed with 10 μl of a 27.3 mg / ml (R) -3-hydroxyoctanoyl CoA Tris-HCl solution and 10 μl of a 3 mg / ml bovine serum albumin (manufactured by Sigma) Tris-HCl solution, 30 It was shaken gently at 24 ° C. for 24 hours.

上記反応液10μlをスライドグラス上に採取し、1%ナイルブルーA水溶液10μlを添加し、スライドグラス上で混合した後、カバーグラスを載せ、蛍光顕微鏡(330〜380 nm励起フィルタ、420 nmロングパス吸収フィルタ、(株)ニコン製)観察を行った。その結果、蛍光を発している粒子が確認され、本実施例によるPhaC1によってPHAが合成されることがわかった。   Collect 10 μl of the above reaction solution on a slide glass, add 10 μl of 1% Nile Blue A aqueous solution, mix on the slide glass, place a cover glass, and place a fluorescence microscope (330-380 nm excitation filter, 420 nm long-pass absorption) (Filter, manufactured by Nikon Corporation) was observed. As a result, particles emitting fluorescence were confirmed, and it was found that PHA was synthesized by PhaC1 according to this example.

対照として、Tris-HCl溶液10μlを27mg/mlの(R)−3−ヒドロキシオクタノイルCoA Tris-HCl溶液10μl、3mg/mlのウシ血清アルブミン(Sigma社製)Tris-HCl溶液10μlと混合し、30℃で24時間緩やかに振盪した後、同様にナイルブルーAで染色して蛍光顕微鏡観察を行った。その結果、蛍光を発する粒子は確認されなかった。   As a control, 10 μl of Tris-HCl solution was mixed with 27 μg / ml (R) -3-hydroxyoctanoyl CoA Tris-HCl solution 10 μl, 3 mg / ml bovine serum albumin (manufactured by Sigma) Tris-HCl solution 10 μl, After gently shaking at 30 ° C. for 24 hours, the sample was similarly stained with Nile Blue A and observed with a fluorescence microscope. As a result, particles emitting fluorescence were not confirmed.

さらに、このPHA粒子の一部を遠心分離(10,000×g、4℃、10分間)により回収し、真空乾燥したのち、クロロホルムに懸濁し、60℃で20時間攪拌してPHAを抽出した。抽出液を孔径 0.45μmのメンブレンフィルターでろ過し、分子量をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC;東ソーHLC−8020、カラム;ポリマーラボラトリーPLgel MIXED−C(5μm)、溶媒;クロロホルム、カラム温度;40℃、ポリスチレン換算)により測定した結果を図1に示す。その結果、Mn=36,000、Mw=70,000であった。   Further, a part of the PHA particles was collected by centrifugation (10,000 × g, 4 ° C., 10 minutes), vacuum-dried, suspended in chloroform, and stirred at 60 ° C. for 20 hours to extract PHA. . The extract was filtered through a membrane filter with a pore size of 0.45 μm, and the molecular weight was determined by gel permeation chromatography (GPC; Tosoh HLC-8020, column; Polymer Laboratory PLgel MIXED-C (5 μm), solvent; chloroform, column temperature; 40 ° C. The result measured by polystyrene conversion is shown in FIG. As a result, Mn = 36,000 and Mw = 70,000.

<実施例2>
実施例1で得られたGST融合PhaC1発現ベクターで形質転換されたJM109株に、DnaK-DnaJ-GrpEの分子シャペロンチームからなる分子シャペロン群を発現するように構成されたプラスミドベクターであるpKJE7(タカラバイオ(株)製)を実施例1と同様にエレクトロポレーションによって形質転換した。
<Example 2>
PKJE7 (Takara), a plasmid vector constructed to express the molecular chaperone group consisting of the molecular chaperone team of DnaK-DnaJ-GrpE in the JM109 strain transformed with the GST-fused PhaC1 expression vector obtained in Example 1. Bio product) was transformed by electroporation in the same manner as in Example 1.

得られた菌株をアンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/mlを含有するLB培地5mlで一晩プレ・カルチャーした後、その2 mlを、アンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/ml、アラビノース4mg/mlを含有するLB培地1Lに添加し、30℃、120 rpmで振とう培養し、OD600=0.5になった時点でIPTGを添加 (終濃度20μg/ml) し、さらに3時間培養を続けた。 The resulting strain was precultured overnight in 5 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin and 20 μg / ml of chloramphenicol, and then 2 ml of the resulting strain was 100 μg / ml of ampicillin, 20 μg / ml of chloramphenicol, Add to 1 L of LB medium containing 4 mg / ml arabinose, shake culture at 30 ° C and 120 rpm, add IPTG when OD 600 = 0.5 (final concentration 20 μg / ml), and further culture for 3 hours Continued.

次に実施例1と同様に、培養した菌体を破砕し、それを遠心し、可溶成分と不溶成分を分離した。可溶成分と不溶成分それぞれについてSDS−PAGE後にクマジー染色を行ったところ、GST融合PhaC1に相当する分子量87kDのバンドが可溶成分と不溶成分ともに確認された。この可溶成分と不溶成分におけるGST融合PhaC1のバンドの量比は、おおよそ3:1であり、後述する比較例1と比べると、分子シャペロンとの共発現により、GST融合PhaC1の溶解性が向上したことがわかった。また、主に可溶成分にDnaK、DnaJ、GrpEに相当する分子量のバンドが確認された。   Next, as in Example 1, the cultured cells were crushed and centrifuged to separate soluble and insoluble components. When both soluble and insoluble components were subjected to Coomassie staining after SDS-PAGE, a band having a molecular weight of 87 kD corresponding to GST-fused PhaC1 was confirmed for both the soluble and insoluble components. The amount ratio of GST-fused PhaC1 band in this soluble component and insoluble component is approximately 3: 1. Compared to Comparative Example 1 described later, the co-expression with the molecular chaperone improves the solubility of GST-fused PhaC1. I found out. In addition, molecular weight bands corresponding to DnaK, DnaJ, and GrpE were mainly observed in the soluble components.

次に、この菌体破砕液の可溶成分、すなわち粗酵素中に存在するGST融合PhaC1を実施例1と同様にして精製した。この精製酵素についてSDS−PAGEを行ったところ、PhaC1の分子量に相当する61kDaのシングルバンドを確認した。   Next, the soluble component of this cell disruption solution, that is, the GST-fused PhaC1 present in the crude enzyme was purified in the same manner as in Example 1. When this purified enzyme was subjected to SDS-PAGE, a 61 kDa single band corresponding to the molecular weight of PhaC1 was confirmed.

得られた精製酵素の濃度を、実施例1と同様に定量し、さらに培養液あたりの収率に換算した。また、精製酵素の活性を、実施例1と同様に測定し、酵素量(mg)あたりの酵素活性に換算した。それらの結果を表1に示す。結果から、本発明の方法により、活性を保持したPHA合成酵素が収率良く得られることがわかった。   The concentration of the obtained purified enzyme was quantified in the same manner as in Example 1 and further converted into a yield per culture solution. Further, the activity of the purified enzyme was measured in the same manner as in Example 1 and converted to the enzyme activity per amount of enzyme (mg). The results are shown in Table 1. From the results, it was found that the method of the present invention yielded a PHA synthase having an activity with good yield.

次に、この精製酵素を用いて、実施例1と同様にPHAの合成を検討した。その結果、蛍光を発している粒子が確認され、本実施例のPhaC1によってPHAが合成されることがわかった。   Next, using this purified enzyme, PHA synthesis was examined in the same manner as in Example 1. As a result, fluorescent particles were confirmed, and it was found that PHA was synthesized by PhaC1 of this example.

さらに、PHA粒子の一部を用いて、実施例1と同様にゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより分子量を測定した結果、Mn=38,000、Mw=75,000であった。   Furthermore, as a result of measuring the molecular weight by gel permeation chromatography in the same manner as in Example 1 using a part of the PHA particles, Mn = 38,000 and Mw = 75,000.

<実施例3>
実施例1で得られたGST融合PhaC1発現ベクターで形質転換されたJM109株に、GroES-GroEL及びトリガーファクターの2つの分子シャペロンチームからなる分子シャペロン群を発現するように構成されたプラスミドベクターであるpG-Tf2(タカラバイオ(株)製)を実施例1と同様にエレクトロポレーションによって形質転換した。
<Example 3>
A plasmid vector configured to express a molecular chaperone group consisting of two molecular chaperone teams of GroES-GroEL and trigger factor in the JM109 strain transformed with the GST-fused PhaC1 expression vector obtained in Example 1 pG-Tf2 (manufactured by Takara Bio Inc.) was transformed by electroporation in the same manner as in Example 1.

得られた菌株をアンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/mlを含有するLB培地5mlで一晩プレ・カルチャーした後、その2 mlを、アンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/ml、テトラサイクリン10ng/mlを含有するLB培地1Lに添加し、30℃、120 rpmで振とう培養し、OD600=0.5になった時点でIPTGを添加 (終濃度20μg/ml)し、さらに3時間培養を続けた。 The resulting strain was precultured overnight in 5 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin and 20 μg / ml of chloramphenicol, and then 2 ml of the resulting strain was 100 μg / ml of ampicillin, 20 μg / ml of chloramphenicol, Add to 1 L of LB medium containing 10 ng / ml of tetracycline, shake culture at 30 ° C and 120 rpm, add IPTG when OD 600 = 0.5 (final concentration 20 µg / ml), and further culture for 3 hours Continued.

次に、実施例1と同様に、培養した菌体を破砕し、それを遠心し、可溶成分と不溶成分を分離した。可溶成分と不溶成分それぞれについてSDS−PAGE後にクマジー染色を行ったところ、GST融合PhaC1に相当する分子量87kDのバンドが可溶成分と不溶成分ともに確認された。この可溶成分と不溶成分におけるGST融合PhaC1のバンドの量比は、おおよそ4:1であり、後述する比較例1と比べると、分子シャペロンとの共発現により、GST融合PhaC1の溶解性が向上したことがわかった。また、主に可溶成分にgroES、groEL、tigに相当する分子量のバンドが確認された。   Next, as in Example 1, the cultured cells were crushed and centrifuged to separate soluble and insoluble components. When the soluble component and the insoluble component were subjected to Coomassie staining after SDS-PAGE, a band having a molecular weight of 87 kD corresponding to GST-fused PhaC1 was confirmed for both the soluble component and the insoluble component. The amount ratio of the GST-fused PhaC1 band in this soluble component and insoluble component is approximately 4: 1. Compared to Comparative Example 1 described later, the solubility of GST-fused PhaC1 is improved by co-expression with the molecular chaperone. I found out. In addition, molecular weight bands corresponding to groES, groEL, and tig were mainly observed in the soluble components.

次に、この菌体破砕液の可溶成分、すなわち粗酵素中に存在するGST融合PhaC1を実施例1と同様にして精製した。この精製酵素についてSDS−PAGEを行ったところ、PhaC1の分子量に相当する61kDaのシングルバンドを確認した。   Next, the soluble component of this cell disruption solution, that is, the GST-fused PhaC1 present in the crude enzyme was purified in the same manner as in Example 1. When this purified enzyme was subjected to SDS-PAGE, a 61 kDa single band corresponding to the molecular weight of PhaC1 was confirmed.

得られた精製酵素の濃度を、実施例1と同様に定量し、さらに培養液あたりの収率に換算した。また、精製酵素の活性を、実施例1と同様に測定し、酵素量(mg)あたりの酵素活性に換算した。それらの結果を表1に示す。結果から、本発明の方法により、活性を保持したPHA合成酵素が収率良く得られることがわかった。   The concentration of the obtained purified enzyme was quantified in the same manner as in Example 1 and further converted into a yield per culture solution. Further, the activity of the purified enzyme was measured in the same manner as in Example 1 and converted to the enzyme activity per amount of enzyme (mg). The results are shown in Table 1. From the results, it was found that the method of the present invention yielded a PHA synthase having an activity with good yield.

次に、この精製酵素を用いて、実施例1と同様にPHAの合成を検討した。その結果、蛍光を発している粒子が確認され、本実施例のPhaC1によってPHAが合成されることがわかった。   Next, using this purified enzyme, PHA synthesis was examined in the same manner as in Example 1. As a result, fluorescent particles were confirmed, and it was found that PHA was synthesized by PhaC1 of this example.

さらに、PHA粒子の一部を用いて、実施例1と同様にゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより分子量を測定した結果、Mn=32,000、Mw=69,000であった。   Furthermore, as a result of measuring the molecular weight by gel permeation chromatography in the same manner as in Example 1 using a part of the PHA particles, Mn = 32,000 and Mw = 69,000.

<比較例1>
実施例1で得られたGST融合PhaC1発現ベクターで形質転換されたJM109株を用いて、アンピシリン100μg/mlを含有するLB培地5mlで一晩プレ・カルチャーした後、その2 mlを、アンピシリン100μg/mlを含有するLB培地200 mlに添加し、30℃、120 rpmで振とう培養し、OD600=0.5になった時点でIPTGを添加 (終濃度20μg/ml) し、さらに3時間培養を続けた。
<Comparative Example 1>
The JM109 strain transformed with the GST-fused PhaC1 expression vector obtained in Example 1 was precultured overnight in 5 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin, and then 2 ml thereof was treated with 100 μg / ampicillin. Add to 200 ml of LB medium containing 100 ml, and incubate with shaking at 30 ° C and 120 rpm. When OD 600 = 0.5, add IPTG (final concentration 20 µg / ml), and continue culturing for another 3 hours. It was.

次に、実施例1と同様に、培養した菌体を破砕し、それを遠心し、可溶成分と不溶成分を分離した。可溶成分と不溶成分それぞれについてSDS−PAGE後にクマジー染色を行ったところ、GSTの融合したPhaC1に相当する分子量87kDのバンドが可溶成分と不溶成分ともに確認された。この可溶成分と不溶成分におけるGST融合PhaCのバンドの量比は、おおよそ1:8であり、発現したGST融合PhaC1はほとんどが不溶性の封入体を形成していることがわかった。   Next, as in Example 1, the cultured cells were crushed and centrifuged to separate soluble and insoluble components. When both soluble and insoluble components were subjected to Coomassie staining after SDS-PAGE, a band having a molecular weight of 87 kD corresponding to PhaC1 fused with GST was confirmed for both the soluble and insoluble components. The amount ratio of the GST-fused PhaC band between the soluble component and the insoluble component was approximately 1: 8, indicating that most of the expressed GST-fused PhaC1 formed insoluble inclusion bodies.

次に、この菌体破砕液の可溶成分、すなわち粗酵素中に存在するGST融合PhaCを、実施例1と同様にして精製した。この精製酵素についてSDS−PAGEを行ったところ、わずかではあるが、PhaC1の分子量に相当する61kDaのシングルバンドを確認した。   Next, the soluble component of this cell disruption solution, that is, the GST-fused PhaC present in the crude enzyme was purified in the same manner as in Example 1. When this purified enzyme was subjected to SDS-PAGE, a slight 61 kDa band corresponding to the molecular weight of PhaC1 was confirmed.

得られた精製酵素の濃度を、実施例1と同様に定量し、さらに培養液あたりの収率に換算した。また、精製酵素の活性を、実施例1と同様に測定し、酵素量(mg)あたりの酵素活性に換算した。それらの結果を表1に示す。結果から、分子シャペロンをPHA合成酵素と共発現させない場合には、得られたPhaC1の収率は低く、また酵素量あたりの酵素活性も低くなることがわかった。   The concentration of the obtained purified enzyme was quantified in the same manner as in Example 1 and further converted into a yield per culture solution. Further, the activity of the purified enzyme was measured in the same manner as in Example 1 and converted to the enzyme activity per amount of enzyme (mg). The results are shown in Table 1. From the results, it was found that when the molecular chaperone was not coexpressed with PHA synthase, the yield of the obtained PhaC1 was low and the enzyme activity per enzyme amount was also low.

次にこの精製酵素を用いて、実施例1と同様にPHAの合成を検討した。その結果、実施例1と比較して1割以下の数の弱い蛍光を発する粒子が確認されたのにとどまり、PHAの合成量も少なくなることがわかった。   Next, using this purified enzyme, PHA synthesis was examined in the same manner as in Example 1. As a result, it was found that only 10% or less of weakly fluorescent particles were confirmed as compared with Example 1, and the amount of PHA synthesized was reduced.

<比較例2>
実施例1で得られたGST融合PhaC1発現ベクターで形質転換されたJM109株に、GroES-GroELの分子シャペロンチームからなる分子シャペロン群を発現するように構成されたプラスミドベクターであるpGro7(タカラバイオ(株)製)を実施例1と同様にエレクトロポレーションによって形質転換した。
<Comparative example 2>
The JM109 strain transformed with the GST-fused PhaC1 expression vector obtained in Example 1 is a plasmid vector, pGro7 (Takara Bio (Takara Bio)), which is configured to express a molecular chaperone group consisting of a molecular chaperone team of GroES-GroEL. Co., Ltd.) was transformed by electroporation in the same manner as in Example 1.

得られた菌株をアンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/mlを含有するLB培地5mlで一晩プレ・カルチャーした後、その2 mlを、アンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/ml、アラビノース4mg/mlを含有するLB培地1Lに添加し、30℃、120 rpmで振とう培養し、OD600=0.5になった時点でIPTGを添加 (終濃度20μg/ml)し、さらに3時間培養を続けた。 The resulting strain was precultured overnight in 5 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin and 20 μg / ml of chloramphenicol, and then 2 ml of the resulting strain was 100 μg / ml of ampicillin, 20 μg / ml of chloramphenicol, Add to 1 L of LB medium containing 4 mg / ml arabinose, shake culture at 30 ° C, 120 rpm, add IPTG when OD 600 = 0.5 (final concentration 20 μg / ml), and further culture for 3 hours Continued.

次に実施例1と同様に、培養した菌体を破砕し、それを遠心し、可溶成分と不溶成分を分離した。可溶成分と不溶成分それぞれについてSDS−PAGE後にクマジー染色を行ったところ、GST融合PhaC1に相当する分子量87kDのバンドが可溶成分と不溶成分ともに確認された。この可溶成分と不溶成分におけるGST融合PhaC1のバンドの量比は、おおよそ2:3であり、発現したGST融合PhaC1の半数以上が不溶性の封入体を形成していることがわかった。また、主に可溶成分にgroES、groELに相当する分子量のバンドが確認された。   Next, as in Example 1, the cultured cells were crushed and centrifuged to separate soluble and insoluble components. When the soluble component and the insoluble component were subjected to Coomassie staining after SDS-PAGE, a band having a molecular weight of 87 kD corresponding to GST-fused PhaC1 was confirmed for both the soluble component and the insoluble component. The amount ratio of the GST-fused PhaC1 band between the soluble component and the insoluble component was approximately 2: 3. It was found that more than half of the expressed GST-fused PhaC1 formed insoluble inclusion bodies. In addition, molecular weight bands corresponding to groES and groEL were mainly observed in the soluble components.

次に、この菌体破砕液の可溶成分、すなわち粗酵素中に存在するGST融合PhaC1を実施例1と同様にして精製した。この精製酵素についてSDS−PAGEを行ったところ、PhaC1の分子量に相当する61kDaのシングルバンドを確認した。   Next, the soluble component of this cell disruption solution, that is, the GST-fused PhaC1 present in the crude enzyme was purified in the same manner as in Example 1. When this purified enzyme was subjected to SDS-PAGE, a 61 kDa single band corresponding to the molecular weight of PhaC1 was confirmed.

得られた精製酵素の濃度を、実施例1と同様に定量し、さらに培養液あたりの収率に換算した。また、精製酵素の活性を、実施例1と同様に測定し、酵素量(mg)あたりの酵素活性に換算した。その結果を表1に示す。結果から、PHA合成酵素と共発現させる分子シャペロンの種類によっては、得られたPhaC1の収率は低く、また酵素量あたりの酵素活性も低くなることがわかった。   The concentration of the obtained purified enzyme was quantified in the same manner as in Example 1 and further converted into a yield per culture solution. Further, the activity of the purified enzyme was measured in the same manner as in Example 1 and converted to the enzyme activity per amount of enzyme (mg). The results are shown in Table 1. The results showed that the yield of PhaC1 obtained was low and the enzyme activity per enzyme amount was low depending on the type of molecular chaperone co-expressed with PHA synthase.

次にこの精製酵素を用いて、実施例1と同様にPHAの合成を検討した。その結果、実施例1と比較して1割以下の数の弱い蛍光を発する粒子が確認されたのにとどまり、PHAの合成量も少なくなることがわかった。   Next, using this purified enzyme, PHA synthesis was examined in the same manner as in Example 1. As a result, it was found that only 10% or less of weakly fluorescent particles were confirmed as compared with Example 1, and the amount of PHA synthesized was reduced.

<比較例3>
実施例1で得られたGST融合PhaC1発現ベクターで形質転換されたJM109株に、トリガーファクター単独の分子シャペロンを発現するように構成されたプラスミドベクターであるpTf16(タカラバイオ(株)製)を実施例1と同様にエレクトロポレーションによって形質転換した。
得られた菌株をアンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/mlを含有するLB培地5mlで一晩プレ・カルチャーした後、その2 mlを、アンピシリン100μg/ml、クロラムフェニコール20μg/ml、アラビノース4mg/mlを含有するLB培地1Lに添加し、30℃、120 rpmで振とう培養し、OD600=0.5になった時点でIPTGを添加 (終濃度20μg/ml)し、さらに3時間培養を続けた。
<Comparative Example 3>
The JM109 strain transformed with the GST-fused PhaC1 expression vector obtained in Example 1 was subjected to pTf16 (manufactured by Takara Bio Inc.), a plasmid vector configured to express a molecular chaperone of the trigger factor alone. Transformation was performed by electroporation as in Example 1.
The resulting strain was precultured overnight in 5 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin and 20 μg / ml of chloramphenicol, and then 2 ml of the resulting strain was 100 μg / ml of ampicillin, 20 μg / ml of chloramphenicol, Add to 1 L of LB medium containing 4 mg / ml arabinose, shake culture at 30 ° C, 120 rpm, add IPTG when OD 600 = 0.5 (final concentration 20 μg / ml), and further culture for 3 hours Continued.

次に、実施例1と同様に、培養した菌体を破砕し、それを遠心し、可溶成分と不溶成分を分離した。可溶成分と不溶成分それぞれについてSDS−PAGE後にクマジー染色を行ったところ、GST融合PhaC1に相当する分子量87kDのバンドが可溶成分と不溶成分ともに確認された。この可溶成分と不溶成分におけるGST融合PhaC1のバンドの量比は、おおよそ1:3であり、発現したGST融合PhaC1の多くが不溶性の封入体を形成していることがわかった。また、主に可溶成分にtigに相当する分子量のバンドが確認された。   Next, as in Example 1, the cultured cells were crushed and centrifuged to separate soluble and insoluble components. When the soluble component and the insoluble component were subjected to Coomassie staining after SDS-PAGE, a band having a molecular weight of 87 kD corresponding to GST-fused PhaC1 was confirmed for both the soluble component and the insoluble component. The amount ratio of the GST-fused PhaC1 band between the soluble component and the insoluble component was approximately 1: 3, indicating that most of the expressed GST-fused PhaC1 forms insoluble inclusion bodies. In addition, a molecular weight band corresponding to tig was mainly observed in the soluble component.

次に、この菌体破砕液の可溶成分、すなわち粗酵素中に存在するGST融合PhaC1を実施例1と同様にして精製した。この精製酵素についてSDS−PAGEを行ったところ、PhaC1の分子量に相当する61kDaのシングルバンドを確認した。   Next, the soluble component of this cell disruption solution, that is, the GST-fused PhaC1 present in the crude enzyme was purified in the same manner as in Example 1. When this purified enzyme was subjected to SDS-PAGE, a 61 kDa single band corresponding to the molecular weight of PhaC1 was confirmed.

得られた精製酵素の濃度を、実施例1と同様に定量し、さらに培養液あたりの収率に換算した。また、精製酵素の活性を、実施例1と同様に測定し、酵素量(mg)あたりの酵素活性に換算した。その結果を表1に示す。結果から、PHA合成酵素と共発現させる分子シャペロンの種類によっては、得られたPhaC1の収率は低く、また酵素量あたりの酵素活性も低くなることがわかった。   The concentration of the obtained purified enzyme was quantified in the same manner as in Example 1 and further converted into a yield per culture solution. Further, the activity of the purified enzyme was measured in the same manner as in Example 1 and converted to the enzyme activity per amount of enzyme (mg). The results are shown in Table 1. The results showed that the yield of PhaC1 obtained was low and the enzyme activity per enzyme amount was low depending on the type of molecular chaperone co-expressed with PHA synthase.

次にこの精製酵素を用いて、実施例1と同様にPHAの合成を検討した。その結果、実施例1と比較して1割以下の数の弱い蛍光を発する粒子が確認されたのにとどまり、PHAの合成量も少なくなることがわかった。   Next, using this purified enzyme, PHA synthesis was examined in the same manner as in Example 1. As a result, it was found that only 10% or less of weakly fluorescent particles were confirmed as compared with Example 1, and the amount of PHA synthesized was reduced.

Figure 2005073563
Figure 2005073563

<実施例4>
実施例1で得られたPhaC1精製酵素を用いて、(R)−3−ヒドロキシ−5−フェニルバレリルCoAをモノマーとして、PHAの合成を検討した。モノマーとして、28.3mg/mlの(R)−3−ヒドロキシ−5−フェニルバレリルCoA(Reformatsky反応により得られた3−ヒドロキシフェニル吉草酸エステルを加水分解して3−ヒドロキシ−5−フェニル吉草酸を得たのち、Eur.J.Biochem.,250,432−439(1997) に記載の方法で調製)Tris-HCl溶液10μlを用いた他は、実施例1と同様の方法でPHAの合成を検討した。その結果、蛍光を発している粒子が確認され、モノマーとして(R)−3−ヒドロキシ−5−フェニルバレリルCoAを用いた場合も本実施例のPhaC1によってPHAが合成されることがわかった。
<Example 4>
Using the PhaC1 purified enzyme obtained in Example 1, synthesis of PHA was examined using (R) -3-hydroxy-5-phenylvaleryl CoA as a monomer. As a monomer, 28.3 mg / ml (R) -3-hydroxy-5-phenylvaleryl CoA (3-hydroxy-5-phenylvaleric acid obtained by hydrolyzing 3-hydroxyphenylvalerate obtained by Reformatsky reaction) And prepared by the method described in Eur. J. Biochem., 250, 432-439 (1997)) PHA was synthesized in the same manner as in Example 1 except that 10 μl of Tris-HCl solution was used. investigated. As a result, particles emitting fluorescence were confirmed, and it was found that PHA was synthesized by PhaC1 of this example even when (R) -3-hydroxy-5-phenylvaleryl CoA was used as a monomer.

さらに、PHA粒子の一部を用いて、実施例1と同様にゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより分子量を測定した結果を図2に示す。その結果、Mn=37,000、Mw=69,000であった。また、このポリマーにおいてUV吸収が確認され(RI及びUV検出器間の流路長により、展開時間に若干のずれがある)、フェニル基を有するモノマーがPHAに導入されていることが推測された。   Furthermore, the result of having measured the molecular weight by gel permeation chromatography in the same manner as in Example 1 using a part of the PHA particles is shown in FIG. As a result, Mn = 37,000 and Mw = 69,000. Moreover, UV absorption was confirmed in this polymer (there is a slight shift in the development time due to the flow path length between the RI and UV detector), and it was speculated that the monomer having a phenyl group was introduced into the PHA. .

<実施例5>
実施例1で得られたPhaC1精製酵素を用いて、(R,S)−3−ヒドロキシ−5−フェノキシバレリルCoAをモノマーとして、PHAの合成を検討した。モノマーとして、28.8mg/mlの(R,S)−3−ヒドロキシ−5−フェノキシバレリルCoA(3−フェノキシプロパナールとブロモ酢酸エチルとのReformatsky反応で得られた3−ヒドロキシ−5−フェノキシ吉草酸エステルを加水分解して3−ヒドロキシ−5−フェノキシ吉草酸を得たのち、Eur.J.Biochem.,250,432−439(1997)に記載の方法で調製)Tris-HCl溶液10μlを用いた他は、実施例1と同様の方法でPHAの合成を検討した。その結果、蛍光を発している粒子が確認され、モノマーとして(R,S)−3−ヒドロキシ−5−フェノキシバレリルCoAを用いた場合も本実施例のPhaC1によってPHAが合成されることがわかった。
<Example 5>
Using the PhaC1 purified enzyme obtained in Example 1, synthesis of PHA was examined using (R, S) -3-hydroxy-5-phenoxyvaleryl CoA as a monomer. As a monomer, 28.8 mg / ml (R, S) -3-hydroxy-5-phenoxyvaleryl CoA (3-hydroxy-5-phenoxy ester obtained by Reformatsky reaction of 3-phenoxypropanal and ethyl bromoacetate was used. After hydrolyzing the herbic acid ester to obtain 3-hydroxy-5-phenoxyvaleric acid, prepared by the method described in Eur. J. Biochem., 250, 432-439 (1997)) Using 10 μl of Tris-HCl solution The synthesis of PHA was examined in the same manner as in Example 1. As a result, fluorescent particles were confirmed, and it was found that PHA was synthesized by PhaC1 of this example even when (R, S) -3-hydroxy-5-phenoxyvaleryl CoA was used as a monomer. It was.

さらに、PHA粒子の一部を用いて、実施例1と同様にゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより分子量を測定した結果を図3に示す。その結果、Mn=65,000、Mw=172,000であった。また、このポリマーにおいてUV吸収が確認され(RI及びUV検出器間の流路長により、展開時間に若干のずれがある)、フェニル基を有するモノマーがPHAに導入されていることが推測された。   Furthermore, the result of having measured the molecular weight by gel permeation chromatography in the same manner as in Example 1 using a part of the PHA particles is shown in FIG. As a result, Mn = 65,000 and Mw = 172,000. Moreover, UV absorption was confirmed in this polymer (there is a slight shift in the development time due to the flow path length between the RI and UV detector), and it was speculated that the monomer having a phenyl group was introduced into the PHA. .

実施例1におけるPHAのGPC分析結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of GPC analysis of PHA in Example 1. 実施例4におけるPHAのGPC分析結果を示す図である。It is a figure which shows the GPC analysis result of PHA in Example 4. 実施例5におけるPHAのGPC分析結果を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the GPC analysis result of PHA in Example 5.

Claims (9)

ポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンを共発現し得る細胞を培養し、該細胞においてポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンを共発現させることを特徴とするポリヒドロキシアルカノエート合成酵素の取得方法。   A method for obtaining a polyhydroxyalkanoate synthase, comprising culturing cells capable of co-expressing a polyhydroxyalkanoate synthase and a molecular chaperone, and co-expressing the polyhydroxyalkanoate synthase and the molecular chaperone in the cell. 該細胞におけるポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンの共発現において、分子シャペロンの発現開始時期が、ポリヒドロキシアルカノエート合成酵素の発現開始時期と同時、もしくは先行してなる請求項1記載の方法。   The method according to claim 1, wherein in the co-expression of the polyhydroxyalkanoate synthase and the molecular chaperone in the cell, the expression start time of the molecular chaperone coincides with or precedes the expression start time of the polyhydroxyalkanoate synthase. 該細胞がポリヒドロキシアルカノエート合成酵素をコードする遺伝子を発現し得るベクターと、分子シャペロンをコードする遺伝子を発現し得るベクターの両者によって形質転換された細胞である請求項1〜2記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the cell is a cell transformed with both a vector capable of expressing a gene encoding a polyhydroxyalkanoate synthase and a vector capable of expressing a gene encoding a molecular chaperone. 該分子シャペロンがDnaK-DnaJ-GrpEの分子シャペロンチームからなる分子シャペロン群である請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the molecular chaperone is a molecular chaperone group consisting of a molecular chaperone team of DnaK-DnaJ-GrpE. 該分子シャペロンがDnaK-DnaJ-GrpE及びGroES-GroELの2つの分子シャペロンチームからなる分子シャペロン群である請求項1〜3のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the molecular chaperone is a molecular chaperone group consisting of two molecular chaperone teams, DnaK-DnaJ-GrpE and GroES-GroEL. 該分子シャペロンがGroES-GroEL及びトリガーファクターの2つの分子シャペロンチームからなる分子シャペロン群である請求項1〜3のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the molecular chaperone is a molecular chaperone group composed of two molecular chaperone teams of GroES-GroEL and a trigger factor. 該細胞が大腸菌である請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the cell is Escherichia coli. ポリヒドロキシアルカノエート合成酵素をコードする遺伝子を発現し得るベクターと、分子シャペロンをコードする遺伝子を発現し得るベクターの両者によって共形質転換されたものであることを特徴とする細胞。 A cell characterized by being cotransformed with both a vector capable of expressing a gene encoding a polyhydroxyalkanoate synthase and a vector capable of expressing a gene encoding a molecular chaperone. ポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンを共発現し得る細胞を培養し、該細胞においてポリヒドロキシアルカノエート合成酵素と分子シャペロンを共発現させることにより得られたポリヒドロキシアルカノエート合成酵素。 A polyhydroxyalkanoate synthase obtained by culturing a cell capable of co-expressing a polyhydroxyalkanoate synthase and a molecular chaperone and co-expressing the polyhydroxyalkanoate synthase and the molecular chaperone in the cell.
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