JP2005261348A - New heat-resistant protein having aconitic acid hydratase activity - Google Patents

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Shigenori Kuramitsu
成紀 倉光
Ryoji Masui
良治 増井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new heat-resistant protein having aconitic acid hydratase activity. <P>SOLUTION: The new protein having aconitic acid hydratase activity comprises a specific amino acid sequence. This protein, which is a hyperthermophilic archaebacterium, is obtained by cloning a gene estimated to encode a protein having aconitic acid hydratase activity from the gene sequence of Sulfolobus tokodaii strain 7(JCM10545), a kind of aerobic thermoacidophilic crenarchaeon, followed by expression using Escherichia coli. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、アコニット酸ヒドラターゼ活性を有する新規耐熱性タンパク質に関する。本出願は、国の委託の成果に係る出願である。   The present invention relates to a novel thermostable protein having aconitic acid hydratase activity. This application is an application related to the outcome of the commission of the government.

アコニット酸ヒドラターゼ(EC4.2.1.3)は、クエン酸回路中において、クエン酸から、シスアコニット酸に変化する反応を触媒する酵素であり、種々の生物に広く分布している。細胞内では、ミトコンドリア内に局在している。また、アコニット酸ヒドラターゼの工業的利用法としては、代謝中間体を原料とした酵素法によるL−リジン合成がある(例えば、特許文献1参照)。酵素を工業的に利用する場合、耐熱性のものが好ましいが、従来、知られている耐熱性アコニット酸ヒドラターゼとしては、サーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来の酵素(例えば、特許文献1参照)、スルホロブス・アシドカルダリス(Sulfolobus acidocaldarius)由来の酵素(例えば、非特許文献1参照)、スルホロブス・ソルファタリカス(Sulfolobus solfataricus)由来の酵素(例えば、非特許文献2参照)がある。このような耐熱性菌由来のアコニット酸ヒドラターゼは、工業的用途を広げるものと期待されているが、前記3種類の菌由来のものだけでは、未だ不十分である。 Aconitic acid hydratase (EC 4.2.1.3) is an enzyme that catalyzes the reaction of changing citric acid to cis-aconitic acid in the citric acid cycle, and is widely distributed in various organisms. In cells, it is localized in mitochondria. In addition, as an industrial utilization method of aconitic acid hydratase, there is L-lysine synthesis by an enzymatic method using a metabolic intermediate as a raw material (see, for example, Patent Document 1). When the enzyme is used industrially, a heat-resistant one is preferable, but conventionally known heat-resistant aconitic acid hydratase includes an enzyme derived from Thermus thermophilus (see, for example, Patent Document 1), There are enzymes derived from Sulfolobus acidocaldarius (for example, see Non-Patent Document 1) and enzymes derived from Sulfolobus solfataricus (for example, see Non-Patent Document 2). Such an aconitic acid hydratase derived from heat-resistant bacteria is expected to expand industrial applications, but those derived from the three kinds of bacteria are still insufficient.

他方、前記の菌以外の超好熱性古細菌(例えば、非特許文献3参照)についての研究があり、スルホロブス属細菌の1種であるスルホロブス・トコダイイ(Sulfolobus tokodaii)(JCM10545)(例えば、非特許文献4参照)は、その遺伝子が既に解析されている(例えば、非特許文献5参照)。したがって、この超好熱古細菌が、アコニット酸ヒドラターゼを産生するとすれば、それは優れた耐熱性を有すると予想され、これによって工業的用途さらに広がる可能性がある。 On the other hand, there has been research on hyperthermophilic archaea other than the above-mentioned bacteria (for example, see Non-patent Document 3), Sulfolobus tokodaii (JCM10545) (JCM10545) (for example, non-patented) In Reference 4), the gene has already been analyzed (for example, see Non-Patent Document 5). Thus, if this hyperthermophilic archaeon produces aconitic acid hydratase, it is expected to have excellent heat resistance, which may further expand industrial applications.

特開2001-157276号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-157276 Eur. J. Biochem., 268(6), 1760-1771, 2001Eur. J. Biochem., 268 (6), 1760-1771, 2001 Biochem. Soc. Trans., 30(4),685-687, 2002Biochem. Soc. Trans., 30 (4), 685-687, 2002 Advances in Protetin Chemistry, Volume 48, Enzymes and Proteins from Hyperthermophilic Microorganisms (M.Adams ed.), Academic Press (1996)Advances in Protetin Chemistry, Volume 48, Enzymes and Proteins from Hyperthermophilic Microorganisms (M. Adams ed.), Academic Press (1996) Suzuki, T. et al., Extremophiles, 2002 Feb;6(1):39-44Suzuki, T. et al., Extremophiles, 2002 Feb; 6 (1): 39-44 Kawarabayashi,Y. et al., “Complete genome sequence of an aerobic thermoacidophilic crenarchaeon, Sulfolobus tokodaii strain7”, DNA Res. 8 (4), 123-140 (2001)Kawarabayashi, Y. et al., “Complete genome sequence of an aerobic thermoacidophilic crenarchaeon, Sulfolobus tokodaii strain7”, DNA Res. 8 (4), 123-140 (2001)

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、アコニット酸ヒドラターゼ活性を持つ新規耐熱性タンパク質の提供を、その目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a novel heat-resistant protein having aconitic acid hydratase activity.

前記目的を達成するために、超好熱性古細菌であるスルホロブス・トコダイイ(Sulfolobus tokodaii)(JCM10545)のゲノム情報について調べたところ、この細菌が、アコニット酸ヒドラターゼを産生する可能性があることを突き止めた。この知見に基づき、さらに研究を重ねたところ、この細菌の遺伝子から、アコニット酸ヒドラターゼ活性を持つ新規耐熱性タンパク質を発現させることに成功し、本発明に到達した。
すなわち、本発明のタンパク質は、下記の(a)または(b)のタンパク質である。
(a) 配列番号1のアミノ酸配列からなる耐熱性タンパク質。
(b) 配列番号1のアミノ酸配列において、1つ以上のアミノ酸残基が、欠失、置換、付加若しくは挿入されたアミノ酸配列からなり、アコニット酸ヒドラターゼ活性を有する耐熱性タンパク質。
なお、スルホロブス・トコダイイ(Sulfolobus tokodaii)(JCM10545)は、理化学研究所生物基盤研究部微生物系統保存施設に保存されており、第三者の要求により分譲可能である。
In order to achieve the above object, the genome information of Sulfolobus tokodaii (JCM10545), a hyperthermophilic archaeon, was investigated, and it was found that this bacterium may produce aconite hydratase. It was. As a result of further research based on this finding, the inventors succeeded in expressing a novel heat-resistant protein having aconitate hydratase activity from the bacterial gene, and reached the present invention.
That is, the protein of the present invention is the following protein (a) or (b).
(A) A heat-resistant protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
(B) A heat-resistant protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and having aconite hydratase activity.
In addition, Sulfolobus tokodaii (JCM10545) is preserve | saved in the microorganisms preservation | save facility of RIKEN Biological Infrastructure Research Department, and can be distributed according to the request of a third party.

スルホロブス・トコダイイ(Sulfolobus tokodaii)(JCM10545)の生育温度は80℃であり、生育限界温度が87℃であるから、本発明のタンパク質は、80〜87℃の高温であっても活性がある。 Since the growth temperature of Sulfolobus tokodaii (JCM10545) is 80 ° C. and the growth limit temperature is 87 ° C., the protein of the present invention is active even at a high temperature of 80 to 87 ° C.

前記アコニット酸ヒドラターゼ活性は、クエン酸に作用して、シスアコニット酸を生成する機能である。   The aconitic acid hydratase activity is a function of acting on citric acid to produce cisaconitic acid.

前述のように、本発明の新規耐熱性タンパク質は、超好熱性古細菌由来であり、具体的には、スルホロブス・トコダイイ(Sulfolobus tokodaii)(JCM10545)由来である。但し、本発明のタンパク質は、この菌が産生するものに限定されず、遺伝子工学的手法により、他の生物が産生するものであってもよい。 As described above, the novel thermostable protein of the present invention is derived from a hyperthermophilic archaea, specifically, from Sulfolobus tokodaii (JCM10545). However, the protein of the present invention is not limited to those produced by this bacterium, and may be produced by other organisms by genetic engineering techniques.

つぎに、本発明の発現ベクターは、前記本発明のタンパク質をコードするDNAまたは配列番号2に記載のDNAを含むベクターである。   Next, the expression vector of the present invention is a vector comprising the DNA encoding the protein of the present invention or the DNA described in SEQ ID NO: 2.

つぎに、本発明の形質転換体は、前記本発明のベクターにより形質転換された形質転換体である。なお、宿主は特に制限されず、例えば、大腸菌等がある。   Next, the transformant of the present invention is a transformant transformed with the vector of the present invention. The host is not particularly limited, and examples thereof include E. coli.

つぎに、本発明のタンパク質の製造方法は、前記本発明の形質転換体を培養する工程と、前記培養工程において発現した前記タンパク質を回収する工程とを含む製造方法である。   Next, the method for producing a protein of the present invention is a production method including a step of culturing the transformant of the present invention and a step of recovering the protein expressed in the culturing step.

以下、本発明について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

本発明者らは、海洋底から採取された超好熱性古細菌であって、好気性thermoacidophilic crenarchaeonの1種であるスルホロブス・トコダイイ(Sulfolobus tokodaii)種7(JCM10545)の遺伝子配列からアコニット酸ヒドラターゼ活性を示すと推定される遺伝子(配列番号2)をクローニングし、これを大腸菌を用いて発現させることにより、本発明の新規耐熱性タンパク質を得るに至った。遺伝子のクローニング方法は、後記した実施例1に記載した通り実施した。クローニングされた遺伝子の塩基配列は配列番号2に示す通りとおりであり、また、その推定アミノ酸配列は配列番号1に示す通りである。なお、本発明の耐熱性タンパク質は、アコニット酸ヒドラターゼ活性を有していれば、配列番号1のアミノ酸配列において、一つ以上若しくは数個のアミノ酸残基が、欠質、置換、付加若しくは挿入されていてもよい。このアミノ酸配列における「アミノ酸の欠失、置換、付加若しくは挿入」は、当業者に公知の方法(例えば、突然変異誘発法)に従って実施することができる。 The present inventors have obtained aconitic acid hydratase activity from the gene sequence of Sulfolobus tokodaii species 7 (JCM10545), which is a hyperthermophilic archaea collected from the ocean floor and is a kind of aerobic thermoacidophilic crenarchaeon. The novel gene (SEQ ID NO: 2) presumed to be expressed was cloned and expressed using Escherichia coli, whereby the novel heat-resistant protein of the present invention was obtained. The gene cloning method was performed as described in Example 1 described later. The base sequence of the cloned gene is as shown in SEQ ID NO: 2, and its deduced amino acid sequence is as shown in SEQ ID NO: 1. As long as the thermostable protein of the present invention has aconitate hydratase activity, one or more or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 are missing, substituted, added or inserted. It may be. The “amino acid deletion, substitution, addition or insertion” in this amino acid sequence can be performed according to a method known to those skilled in the art (for example, mutagenesis).

本発明のタンパク質は、前述の本発明のタンパク質の製造方法により製造可能であるが、これに限定されず、他の製造方法で製造されてもよい。例えば配列番号1に示すように、そのアミノ酸配列が決定されているタンパク質については、その配列を元に当業者に公知の手法、例えば、個々のアミノ酸を化学的に重合してタンパク質を合成する方法に従って調製することができる。   The protein of the present invention can be produced by the above-described method for producing the protein of the present invention, but is not limited thereto, and may be produced by other production methods. For example, as shown in SEQ ID NO: 1, for a protein whose amino acid sequence is determined, a method known to those skilled in the art based on the sequence, for example, a method of chemically polymerizing individual amino acids to synthesize a protein Can be prepared according to

本発明のタンパク質をコードする遺伝子の一例としては、配列番号2に示す遺伝子がある。前記遺伝子は、例えば、後記する実施例2に示すように超好熱性古細菌スルホロブス・トコダイイ(Sulfolobus tokodaii)(JCM10545)のゲノムから、例えば配列番号2で示される塩基配列の一部をプライマーとして用いるPCR法あるいは該DNA断片をプローブとして用いるハイブリダイゼーション法により調製することができる。また、その塩基配列をもとに、当業者に公知である核酸化学合成法等に従って前記遺伝子を得ることもできるが、これらに限定されない。 An example of a gene encoding the protein of the present invention is the gene shown in SEQ ID NO: 2. For example, a part of the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 is used as a primer from the genome of the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus tokodaii (JCM10545) as shown in Example 2 described later. It can be prepared by a PCR method or a hybridization method using the DNA fragment as a probe. Further, based on the base sequence, the gene can be obtained according to a nucleic acid chemical synthesis method known to those skilled in the art, but is not limited thereto.

本発明の発現ベクターは、前記遺伝子もしくは配列番号2のDNAを適当なベクターに挿入することによって得ることができる。本発明の遺伝子を挿入するためのベクターは、宿主中で複製可能なものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、プラスミドDNA、ファージDNA、AcMNPVなどのバキュロウイルスなどが挙げられる。プラスミドDNAは、大腸菌やアグロバクテリウムからアルカリ抽出法またはその変法などにより調製することができる。また、市販プラスミドとして、例えばpET-11a(Novagen社製)あるいはバチルス属の宿主を用いた分泌型のプラスミドなどを用いてもよい。これらのプラスミドは、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子などが含まれていてもよい。   The expression vector of the present invention can be obtained by inserting the gene or DNA of SEQ ID NO: 2 into an appropriate vector. The vector for inserting the gene of the present invention is not particularly limited as long as it can replicate in the host, and examples thereof include plasmid DNA, phage DNA, and baculoviruses such as AcMNPV. Plasmid DNA can be prepared from Escherichia coli or Agrobacterium by an alkali extraction method or a modified method thereof. Further, as a commercially available plasmid, for example, pET-11a (Novagen) or a secretory plasmid using a Bacillus host may be used. These plasmids may contain an ampicillin resistance gene, a kanamycin resistance gene, a chloramphenicol resistance gene, and the like.

ベクターへの遺伝子等の挿入は、例えば、精製された遺伝子の塩基配列を適当な制限酵素で切断し、適当なベクターDNAの制限酵素部位またはマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法などを用いることができるが、これらに限定されない。また、本発明の遺伝子の機能が発揮されるように、本発明の発現ベクターには本発明の遺伝子のほか、プロモーター、ターミネーター、リボソーム結合配列などを組み込んでいてもよい。さらに、本発明の遺伝子も他のタンパク質のコードする配列を融合したものを挿入してもよい。   The insertion of a gene or the like into a vector includes, for example, a method in which the base sequence of the purified gene is cleaved with a suitable restriction enzyme, inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of a suitable vector DNA, and linked to the vector. Although it can be used, it is not limited to these. In addition to the gene of the present invention, a promoter, a terminator, a ribosome binding sequence and the like may be incorporated in the expression vector of the present invention so that the function of the gene of the present invention is exhibited. Furthermore, the gene of the present invention may be inserted by fusing sequences encoded by other proteins.

前記発現ベクターで宿主生物を形質転換すれば、本発明の形質転換体が得られる。宿主生物としては、本発明の遺伝子を発現できるものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、大腸菌などの原核生物細胞などの原核細胞が挙げられるが、これらに限定されない。形質転換法としては、既に公知である塩化カルシウム法などを使用することができるが、これらの方法に限定されない。   If a host organism is transformed with the expression vector, the transformant of the present invention can be obtained. The host organism is not particularly limited as long as it can express the gene of the present invention, and examples thereof include, but are not limited to, prokaryotic cells such as prokaryotic cells such as Escherichia coli. As the transformation method, a known calcium chloride method or the like can be used, but it is not limited to these methods.

本発明のタンパク質の製造方法は、前記形質転換体を培養する工程と、前記培養工程において発現した前記タンパク質を回収する工程とを含む製造方法である。前記培養する方法は、宿主細胞の培養に用いられる通常の方法に従って行われる。大腸菌等の微生物を宿主とした形質転換体を培養する培地としては、微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類などを含有し、形質転換体の培養を効率的に行えるものであれば、天然培地、合成培地などのいずれを用いてもよい。本発明のタンパク質の回収は、特に制限されない。前記タンパク質が菌体内または細胞内に生産される場合には、菌体または細胞を破砕することによって前記タンパク質を回収する。また、本発明の前記タンパク質が菌体外または細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離などにより菌体または細胞を除去した後、タンパク質の単離精製に用いられる一般的な生化学的方法、例えば、硫酸アンモニウム沈殿、ゲルクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィーなどを単独でまたは適宜組み合わせて用いることにより、培養物中から本発明のタンパク質を単離精製することができる。なお、培養液をそのまま使用する場合、熱処理をすることにより、他のタンパク質が失活するので、実質上、本発明のタンパク質のみの酵素液として使用できる。   The protein production method of the present invention is a production method comprising a step of culturing the transformant and a step of recovering the protein expressed in the culture step. The culturing method is performed according to a usual method used for culturing host cells. As a medium for culturing a transformant using a microorganism such as Escherichia coli as a host, a medium containing a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, etc. that can be assimilated by the microorganism can be used so long as the transformant can be cultured efficiently. Any of natural media, synthetic media and the like may be used. The recovery of the protein of the present invention is not particularly limited. When the protein is produced in cells or cells, the protein is recovered by crushing the cells or cells. When the protein of the present invention is produced outside the cells or cells, the culture solution is used as it is, or after removing the cells or cells by centrifugation or the like, it is used for protein isolation and purification. The protein of the present invention is isolated and purified from the culture by using general biochemical methods such as ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, etc. alone or in appropriate combination. can do. When the culture solution is used as it is, other proteins are inactivated by heat treatment, so that it can be used substantially as an enzyme solution containing only the protein of the present invention.

以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらにより限定されない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.

染色体DNAの調製
スルホロブス・トコダイイ(Sulfolobus tokodaii(JCM10545))をL培地中で37℃にて一晩培養して集菌したものに、SSC溶液(0.15M NaCl、0.015M クエン酸ナトリウム)10mL、0.5M EDTA、100mg/ml ニワトリ卵白リゾチーム0.1mlおよび10%非イオン性界面活性剤Brij-58を0.5mL加え、0℃で30分間放置した後、プロテイナーゼK(Merck社製)5mgを10%SDS 0.2mLに溶かした溶液を加え、37℃で2、3日間放置した。この溶液に水飽和フェノール、クロロホルム、イソアミルアルコールの混合溶液を加えて、37℃で1時間放置した後、水層を分取し、そこへエタノールを加えてDNAを沈殿濃縮した。このDNAの沈殿をTE溶液(10mM Tris-HCl(pH7.5)、1mM EDTA(pH8.0))10mLに溶解し、リボヌクレアーゼ0.25mL(最終濃度0.25mg/mL)を加えて、37℃で一晩放置した後、エタノールで沈殿させた。次いで、DNAをTE溶液5mLに溶解した後、260nmの吸光度より、DNA濃度を決定した(Clarke,L.& Carbon,J.(1979) Methods Enzymol.68,396-408)。
Preparation of chromosomal DNA Sulfolobus tokodaii (JCM10545) was cultured overnight in L medium at 37 ° C. and collected into 10 mL of SSC solution (0.15 M NaCl, 0.015 M sodium citrate). 0.5 M EDTA, 100 mg / ml 0.1 ml chicken egg white lysozyme and 0.5 ml 10% nonionic surfactant Brij-58, left at 0 ° C. for 30 minutes, then proteinase K (manufactured by Merck) 5 mg Was dissolved in 0.2 mL of 10% SDS and allowed to stand at 37 ° C. for a few days. A mixed solution of water-saturated phenol, chloroform and isoamyl alcohol was added to this solution, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. for 1 hour. The aqueous layer was separated, ethanol was added thereto, and DNA was precipitated and concentrated. This DNA precipitate was dissolved in 10 mL of a TE solution (10 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM EDTA (pH 8.0)), and 0.25 mL of ribonuclease (final concentration: 0.25 mg / mL) was added. And allowed to stand overnight, and then precipitated with ethanol. Next, after the DNA was dissolved in 5 mL of TE solution, the DNA concentration was determined from the absorbance at 260 nm (Clarke, L. & Carbon, J. (1979) Methods Enzymol. 68, 396-408).

発現プラスミドの構築と遺伝子発現
1.発現プラスミドの構築
耐熱性アコニット酸ヒドラターゼ遺伝子の翻訳領域の前後に制限酵素NdeIおよびBamHI、NotIサイトを含むDNAを構築する目的で下記のDNAプライマーを合成し、このプライマーを用いたPCRで耐熱性アコニット酸ヒドラターゼ遺伝子の翻訳領域の前後に制限酵素サイトを導入した。用いたDNAポリメラーゼはKOD Dash(東洋紡社製)であった。
Forward primer(配列番号3):5'-ATATCATATGGTAGACTTGTTTATGAAATTTCAGATTTCT-3'
Reverse primer(配列番号4):5'-ATATGGATCCGCGGCCGCTTATTAACTTTCATATAATAATTT-3'
Construction of expression plasmid and gene expression Construction of expression plasmids The following DNA primers were synthesized for the purpose of constructing DNA containing restriction enzymes NdeI, BamHI, and NotI sites before and after the translation region of the thermostable aconite hydratase gene, and thermostable aconit by PCR using this primer. Restriction enzyme sites were introduced before and after the translation region of the acid hydratase gene. The DNA polymerase used was KOD Dash (manufactured by Toyobo).
Forward primer (SEQ ID NO: 3): 5'-ATATCATATGGTAGACTTGTTTATGAAATTTCAGATTTCT-3 '
Reverse primer (SEQ ID NO: 4): 5'-ATATGGATCCGCGGCCGCTTATTAACTTTCATATAATAATTT-3 '

PCR反応後、Ex Taq(宝酒造社製)を用いて増幅断片の3’末端側にデオキシアデノシンを付加した後、pGEM-T Easy Vector(Promega社製)と、T4リガーゼで15℃、30分間反応させ連結した。連結したDNAを大腸菌DH5αのコンピテントセルに導入し、形質転換体のコロニーを得た。得られた形質転換体をアンピシリンを含むLB培地(18mL)で24時間培養し、その培養液からプラスミドを改変アルカリSDS法で精製した。プラスミド中に期待される大きさのインサートが存在することを、アガロース電気泳動で確認した。精製プラスミドのインサートの塩基配列は、BigDye Terminator kit(登録商標:Applied Biosystems社製)とABI PRISM 3700 DNA Analyzer(登録商標:Applied Biosystems社製)を用いて決定し、インサートの塩基配列が、耐熱性アコニット酸ヒドラターゼ遺伝子の正しい配列であることを確認した。正しい配列を有するプラスミドの一部を制限酵素NdeIとBamHIで完全分解(37℃で2時間)した後、アガロース電気泳動により、耐熱性アコニット酸ヒドラターゼ遺伝子を精製した。pET-11a(Novagen社製)を制限酵素NdeIとBamHIで切断・精製した後、上記の構造遺伝子とT4リガーゼで反応させ連結した。連結したDNAの一部を大腸菌DH5αのコンピテントセルに導入し、アンピシリンを含むLB寒天プレートに適量まき、37℃で一晩培養し、形質転換体のコロニーを得た。得られた形質転換体をアンピシリンを含むLB培地(18mL)で24時間培養し、その培養液から発現プラスミドを改変アルカリSDS法で精製した。   After the PCR reaction, deoxyadenosine was added to the 3 ′ end side of the amplified fragment using Ex Taq (Takara Shuzo), and then reacted with pGEM-T Easy Vector (Promega) and T4 ligase at 15 ° C. for 30 minutes. Connected. The ligated DNA was introduced into competent cells of E. coli DH5α to obtain transformant colonies. The obtained transformant was cultured in an LB medium (18 mL) containing ampicillin for 24 hours, and the plasmid was purified from the culture solution by a modified alkaline SDS method. The presence of the expected size insert in the plasmid was confirmed by agarose electrophoresis. The base sequence of the insert of the purified plasmid was determined using BigDye Terminator kit (registered trademark: Applied Biosystems) and ABI PRISM 3700 DNA Analyzer (registered trademark: Applied Biosystems). The correct sequence of the aconitic acid hydratase gene was confirmed. A part of the plasmid having the correct sequence was completely digested with restriction enzymes NdeI and BamHI (2 hours at 37 ° C.), and then the thermostable aconite hydratase gene was purified by agarose electrophoresis. pET-11a (Novagen) was cleaved and purified with restriction enzymes NdeI and BamHI, and then ligated by reacting with the above structural gene and T4 ligase. A part of the ligated DNA was introduced into competent cells of Escherichia coli DH5α, and an appropriate amount was spread on an LB agar plate containing ampicillin and cultured at 37 ° C. overnight to obtain transformant colonies. The obtained transformant was cultured in an LB medium (18 mL) containing ampicillin for 24 hours, and the expression plasmid was purified from the culture solution by a modified alkaline SDS method.

2.組換え遺伝子の発現
大腸菌Rosetta-gami(DE3)(Novagen社製)のコンピテントセルを融解して、ファルコンチューブに0.1mL移した。その中に上記1.の精製発現プラスミドの溶液0.002mLを加え氷中に20分間放置した後、42℃でヒートショックを90秒間行い、氷中に1分間放置した後、クロラムフェニコールとアンピシリンを含むLB寒天プレートに適量まき、37℃で一晩培養し、形質転換体を得た。得られた形質転換体をアンピシリンを含むLB培地(5mL)で18時間培養し、耐熱性アコニット酸ヒドラターゼ遺伝子を発現した。培養後、遠心分離(13,000G、10分)で集菌した。集菌した菌体に、破砕液(20mM Tris-HCl、100mM KCl、pH7.5)を0.2mL加え、超音波発生器で細胞を破砕し、その懸濁液を0.1mLずつ2本のサンプルチューブに分けた。一方のサンプルチューブは遠心分離(13,000G、10分)して上清と沈殿に分け、沈殿は破砕液0.1mLで懸濁した。もう一方のサンプルチューブは、熱処理(70℃、10分)を施した後、遠心分離(13,000G、10分)して上清と沈殿に分け、沈殿は破砕液0.1mLで懸濁した。これらの試料の一部をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)で分析し、発現を確認できた。この結果を、図1のSDS−PAGE写真に示す。
耐熱性アコニット酸ヒドラターゼの発現が見られた試料についてSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動を行った後、エレクトロブロッティングによりPVDF膜に転写し、染色によって可視化された耐熱性アコニット酸ヒドラターゼのバンドを切り出し、プロテインシーケンサーModel492Procise(Applied Biosystems社製)を用いて、アミノ末端配列を解析した結果、配列番号5に示すように7残基のアミノ末端配列が決定できた。この配列により、発現タンパク質が耐熱性アコニット酸ヒドラターゼであることを確認できた。このタンパク質は、855アミノ酸残基より構成されており、その推定分子量は95.8kDであり、図1の結果とほぼ一致した。
2. Recombinant gene expression A competent cell of Escherichia coli Rosetta-gami (DE3) (Novagen) was thawed and transferred to a Falcon tube by 0.1 mL. Among them, the above 1. After adding 0.002 mL of the purified expression plasmid solution and leaving it on ice for 20 minutes, heat shocking at 42 ° C. for 90 seconds, leaving it on ice for 1 minute, and then an LB agar plate containing chloramphenicol and ampicillin An appropriate amount was spread and cultured overnight at 37 ° C. to obtain a transformant. The obtained transformant was cultured in LB medium (5 mL) containing ampicillin for 18 hours to express the thermostable aconitic acid hydratase gene. After incubation, the cells were collected by centrifugation (13,000 G, 10 minutes). To the collected cells, 0.2 mL of a disruption solution (20 mM Tris-HCl, 100 mM KCl, pH 7.5) is added, and the cells are disrupted with an ultrasonic generator. Divided into sample tubes. One sample tube was centrifuged (13,000 G, 10 minutes) to separate into a supernatant and a precipitate, and the precipitate was suspended in 0.1 mL of a crushed liquid. The other sample tube was heat-treated (70 ° C., 10 minutes) and then centrifuged (13,000 G, 10 minutes) to separate the supernatant and the precipitate. The precipitate was suspended in 0.1 mL of the disrupted solution. . A part of these samples was analyzed by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE), and the expression could be confirmed. The results are shown in the SDS-PAGE photograph in FIG.
Samples in which the expression of thermostable aconite hydratase was observed were subjected to SDS polyacrylamide gel electrophoresis, transferred to a PVDF membrane by electroblotting, and the thermostable aconate hydratase band visualized by staining was excised. As a result of analyzing the amino terminal sequence using Model492Procise (Applied Biosystems), the amino terminal sequence of 7 residues was determined as shown in SEQ ID NO: 5. This sequence confirmed that the expressed protein was a thermostable aconitic acid hydratase. This protein is composed of 855 amino acid residues, and its estimated molecular weight is 95.8 kD, which almost coincides with the result of FIG.

本発明により、アコニット酸ヒドラターゼ活性を有する新規耐熱性タンパク質が提供できる。本発明のタンパク質は、高温下で使用することが可能であり、工業的用途が広がると共に、基質濃度の増加、反応効率の向上、混入微生物の除去、保存期間および耐用期間の延長などの多くの利点がもたらされる。   According to the present invention, a novel thermostable protein having aconite hydratase activity can be provided. The protein of the present invention can be used at high temperatures, and has a wide range of industrial applications, as well as many substrate concentrations, increased reaction efficiency, removal of contaminating microorganisms, extended shelf life and longevity, etc. Benefits are provided.

図1は、本発明の一実施例における組換えタンパク質のSDS-PAGE写真である。FIG. 1 is an SDS-PAGE photograph of a recombinant protein in one example of the present invention.

配列番号1:耐熱性アコニット酸ヒドラターゼのアミノ酸配列
配列番号2:耐熱性アコニット酸ヒドラターゼのアミノ酸配列をコードする塩基配列
配列番号3:耐熱性アコニット酸ヒドラターゼの構造遺伝子の末端に制限酵素部位NdeIおよびBamHI、NotIを導入するための順方向プライマー
配列番号4:耐熱性アコニット酸ヒドラターゼの構造遺伝子の末端に制限酵素部位NdeIおよびBamHI、NotIを導入するための逆方向プライマー
配列番号5:N末端アミノ酸配列
SEQ ID NO: 1: amino acid sequence of thermostable aconitic acid hydratase SEQ ID NO: 2: base sequence encoding amino acid sequence of thermostable aconitic acid hydratase SEQ ID NO: 3: restriction enzyme sites NdeI and BamHI at the end of the structural gene of thermostable aconitic acid hydratase , Forward primer for introducing NotI SEQ ID NO: 4: Reverse primer for introducing restriction enzyme sites NdeI, BamHI and NotI at the end of the structural gene of thermostable aconite hydratase SEQ ID NO: 5: N-terminal amino acid sequence

Claims (7)

下記の(a)または(b)の耐熱性タンパク質
(a) 配列番号1のアミノ酸配列からなる耐熱性タンパク質。
(b) 配列番号1のアミノ酸配列において、1つ若しくは数個のアミノ酸残基が、欠失、置換、付加若しくは挿入されたアミノ酸配列からなり、アコニット酸ヒドラターゼ活性を有する耐熱性タンパク質。
The following heat-resistant protein (a) or (b) (a) A heat-resistant protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
(B) A heat-resistant protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are deleted, substituted, added or inserted in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and having aconitic acid hydratase activity.
前記アコニット酸ヒドラターゼ活性が、クエン酸に作用して、シスアコニット酸を生成する機能である請求項1記載のタンパク質。 The protein according to claim 1, wherein the aconitic acid hydratase activity has a function of acting on citric acid to produce cisaconitic acid. 超好熱性古細菌由来である請求項1または2記載のタンパク質。 The protein according to claim 1 or 2, which is derived from a hyperthermophilic archaea. 超好熱性古細菌が、スルホロブス・トコダイイ(Sulfolobus tokodaii)(JCM10545)である請求項3記載のタンパク質。 The protein according to claim 3, wherein the hyperthermophilic archaea is Sulfolobus tokodaii (JCM10545). 請求項1から4のいずれかに記載のタンパク質をコードするDNAまたは配列番号2に記載のDNAを含むベクター。 A vector comprising the DNA encoding the protein of any one of claims 1 to 4 or the DNA of SEQ ID NO: 2. 請求項5記載のベクターにより形質転換された形質転換体。 A transformant transformed with the vector according to claim 5. 請求項1から4のいずれかに記載のタンパク質の製造方法であって、請求項6記載の形質転換体を培養する工程と、前記培養工程において発現した前記タンパク質を回収する工程とを含む製造方法。 A method for producing the protein according to any one of claims 1 to 4, comprising a step of culturing the transformant according to claim 6 and a step of recovering the protein expressed in the culturing step. .
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