JP2005312426A - Esherichia coli presenting protein on cell surface - Google Patents

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昌敏 鄭
Seung Pyo Hong
承杓 洪
Nichikan Lee
日漢 李
Ingo Sai
允濠 催
Tomomitsu Sewaki
智満 瀬脇
Akihiko Kondo
昭彦 近藤
Junya Narita
純也 成田
Kenji Soda
健次 左右田
Hideo Noda
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide Esherichia coli presenting a protein in its active state on the cell surface. <P>SOLUTION: This invention relates to the Esherichia coli presenting the protein in its active state on the cell surface, wherein the Esherichia coli has a recombinant DNA containing a promoter sequence, a DNA encoding a pgsA which is a poly-γ-glutamine acid producing enzyme, and a DNA encoding the protein in this order. The promoter sequence comprises a base sequence or its fragment selected from the group consisting of (A) two kinds of base sequences disclosed in the specification, (B) a base sequence wherein at least one base is substituted, deleted or added for/from/to the prescribed sequence, (C) a base sequence of a DNA hybridizable to the prescribed sequence in a stringent condition, and (D) a base sequence having at least 80% sequence identity to the prescribed sequence, and exhibits an activity of a constitutional promoter in the Esherichia coli. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、タンパク質を活性な状態で表層に提示する大腸菌、ならびに該大腸菌の使用方法に関する。   The present invention relates to Escherichia coli that presents a protein in an active state on the surface, and a method for using the Escherichia coli.

近年、酵母や細菌の細胞表層に有用なタンパク質を発現させる、細胞表層ディスプレイ技術が注目されている。   In recent years, cell surface display technology that expresses useful proteins on the cell surface of yeast and bacteria has attracted attention.

例えば、酵母表層には、細胞表層局在タンパク質のGPIアンカーを利用して、リパーゼ、アミラーゼ類、セルラーゼ類などの種々の酵素が提示されている(特許文献1および2)。また、酵母においては、糖鎖結合タンパク質ドメインを利用した、細胞表層ディスプレイ技術も開発されている(特許文献3)。   For example, various enzymes such as lipases, amylases, and cellulases are presented on the yeast surface using GPI anchors of cell surface localized proteins (Patent Documents 1 and 2). In yeast, a cell surface display technology using a sugar chain binding protein domain has also been developed (Patent Document 3).

細菌の表層への発現については、Bacillus sp.由来のポリ−γ−グルタミン酸生合成酵素の遺伝子を含む発現プラスミドを用いて検討され、グラム陽性菌である乳酸菌やグラム陰性菌である大腸菌の表層に種々のタンパク質を提示できることが知られている(特許文献4)。   Bacterial surface expression was examined using an expression plasmid containing the gene for poly-γ-glutamic acid biosynthetic enzyme derived from Bacillus sp., And was expressed on the surface layer of gram-positive lactic acid bacteria or gram-negative bacterium E. coli. It is known that various proteins can be presented (Patent Document 4).

大腸菌の表層へのタンパク質の提示については、種々の検討が行われているが、現在のところ、表層に提示可能なタンパク質のサイズに制限があり、比較的分子量が大きなタンパク質の発現は困難であると認識されている(非特許文献1〜3)。例えば、非特許文献3の総説には、表層提示し得るタンパク質サイズの上限は60〜70アミノ酸と考えられていたのに対して、253アミノ酸のタンパク質を提示できたと記載されている。しかし、より大きな分子を表層に提示すると細胞が生存できなくなるとの記載もある。上記特許文献4に開示されている表層提示された外来タンパク質の中で最大のサイズは、442アミノ酸であり、これは表層提示に利用されているポリ−γ−グルタミン酸生合成酵素とほぼ同じサイズである。これまでに実際に大腸菌の表層に提示された大きな外来タンパク質としては、約47kDaの酵素がある(非特許文献4)。しかし、この非特許文献4においても、通常の細胞表層ディスプレイ技術においては提示可能なサイズに制限があると記載されている。このように、現在のところ、50kDa以上の比較的大きなタンパク質を表層に提示している大腸菌はない。   Various studies have been conducted on the presentation of proteins on the surface of E. coli, but at present, there is a limit to the size of proteins that can be presented on the surface, and it is difficult to express proteins with a relatively large molecular weight. (Non-Patent Documents 1 to 3). For example, in the review of Non-Patent Document 3, it is described that the upper limit of the protein size that can be displayed on the surface layer was considered to be 60 to 70 amino acids, whereas a protein of 253 amino acids could be presented. However, there is a description that cells cannot survive if larger molecules are presented on the surface. The maximum size of the foreign protein displayed in the surface layer disclosed in Patent Document 4 is 442 amino acids, which is approximately the same size as the poly-γ-glutamate biosynthetic enzyme used for surface layer display. is there. A large foreign protein that has been actually presented on the surface of E. coli so far is an enzyme of about 47 kDa (Non-patent Document 4). However, this Non-Patent Document 4 also describes that there is a limit to the size that can be presented in the normal cell surface display technology. Thus, at present, no E. coli presents a relatively large protein of 50 kDa or more on the surface.

また、これまで、触媒機能を有した酵素などのタンパク質を大腸菌の細胞表層に提示することは困難であった。そのため、大腸菌における細胞表層提示では、異種ペプチドやフラグメントを表層に提示することが主であった(非特許文献1および4)。すなわち、表層提示のための固定化タンパク質として外膜局在タンパク質を用いて、目的タンパク質の立体構造を適切に保持しかつこのタンパク質の活性を十分に発揮させることができるような細胞表層提示技術が望まれている。
特開平11−290078号公報 国際公開第01/79483号パンフレット 国際公開第02/085935号パンフレット 国際公開第03/014360号パンフレット 国際公開第01/83787号パンフレット Samuelson P, Gunneriusson E, Nygren PA, およびStahl S,「Display of proteins on bacteria REVIEW」,Journal of Biotechnology,2002年,96巻,129-154頁 Hoischen C, Fritsche C, Gumpert J, Westermann M, Gura K, およびFahnert B,「Novel Bacterial Membrane Surface Display System Using Cell Wall-Less L-Forms of Proteus mirabilis and Escherichia coli」,APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY,2002年2月,525-531頁 Benhar I,「Biotechnological applications of phage and cell display」,Biotechnology Advances,2001年2月1日,19巻,1号,1-33頁 Lee SY, Choi JH, およびXu Z,「Microbial cell-surface display」,Trends in Biotechnology,2003年1月,21巻,1号,45-52頁
Until now, it has been difficult to present proteins such as enzymes having a catalytic function on the cell surface of E. coli. Therefore, in cell surface display in Escherichia coli, it was mainly to display heterologous peptides and fragments on the surface layer (Non-patent Documents 1 and 4). That is, there is a cell surface display technology that uses an outer membrane localized protein as an immobilized protein for surface layer display, can appropriately retain the three-dimensional structure of the target protein, and can fully exhibit the activity of this protein. It is desired.
JP-A-11-290078 International Publication No. 01/79483 Pamphlet International Publication No. 02/085935 Pamphlet International Publication No. 03/014360 Pamphlet International Publication No. 01/83787 Pamphlet Samuelson P, Gunneriusson E, Nygren PA, and Stahl S, “Display of proteins on bacteria REVIEW”, Journal of Biotechnology, 2002, 96, 129-154 Hoischen C, Fritsche C, Gumpert J, Westermann M, Gura K, and Fahnert B, “Novel Bacterial Membrane Surface Display System Using Cell Wall-Less L-Forms of Proteus mirabilis and Escherichia coli”, APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, 2002 Month, pp. 525-531 Benhar I, “Biotechnological applications of phage and cell display”, Biotechnology Advances, February 1, 2001, Vol. 19, No. 1, pp. 1-33 Lee SY, Choi JH, and Xu Z, “Microbial cell-surface display”, Trends in Biotechnology, January 2003, Vol. 21, No. 1, pp. 45-52

本発明の目的は、タンパク質を活性な状態で表層に提示する大腸菌を提供することである。   An object of the present invention is to provide Escherichia coli that presents proteins on the surface in an active state.

本発明は、タンパク質を活性な状態で表層に提示する大腸菌を提供し、
該大腸菌は、プロモーター配列、ポリ−γ−グルタミン酸生合成酵素であるpgsAをコードするDNA、および該タンパク質をコードするDNAをこの順で含む組換えDNAを有し、そして
該プロモーター配列は、(A)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列、(B)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列において、少なくとも1塩基の置換、欠失、または付加を有する塩基配列、(C)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に、ストリンジェント条件下でハイブリダイズするDNAの塩基配列、および(D)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に少なくとも80%の配列同一性を有する塩基配列、からなる群より選択される1つの塩基配列またはその断片であり、そして該大腸菌において構成的プロモーター活性を呈する。
The present invention provides E. coli that presents proteins on the surface in an active state,
The E. coli has a promoter sequence, a DNA encoding pgsA, a poly-γ-glutamate biosynthetic enzyme, and a recombinant DNA containing DNA encoding the protein in this order, and the promoter sequence is (A (B) a base sequence having at least one base substitution, deletion, or addition in the base sequence described in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or (C) At least 80% sequence identity to the nucleotide sequence of DNA that hybridizes under stringent conditions to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and (D) the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 A base sequence selected from the group consisting of a sexual sequence, or a fragment thereof, and a constitutive Exhibit Ta activity.

好適な実施態様では、上記pgsAは、Bacillus sp.由来である。   In a preferred embodiment, the pgsA comprises Bacillus sp. Is from.

より好適な実施態様では、上記pgsAをコードするDNAは、配列番号3に記載の塩基配列;配列番号3に記載の塩基配列において、少なくとも1塩基の置換、欠失、または付加を有する塩基配列;配列番号3に記載の塩基配列に、ストリンジェント条件下でハイブリダイズするDNAの塩基配列;または、配列番号3に記載の塩基配列に少なくとも80%の配列同一性を有する塩基配列である。   In a more preferred embodiment, the DNA encoding the above pgsA is a base sequence represented by SEQ ID NO: 3; a base sequence having at least one base substitution, deletion, or addition in the base sequence represented by SEQ ID NO: 3; A base sequence of DNA that hybridizes under stringent conditions to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3; or a base sequence having at least 80% sequence identity to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3.

別の好適な実施態様では、上記タンパク質は、酵素である。   In another preferred embodiment, the protein is an enzyme.

さらに好適な実施態様では、上記酵素は、α−アミラーゼである。   In a further preferred embodiment, the enzyme is α-amylase.

さらに他の好適な実施態様では、上記酵素は、リパーゼである。   In yet another preferred embodiment, the enzyme is a lipase.

本発明はまた、タンパク質を活性な状態で大腸菌の表層に発現させる方法を提供し、該方法は、
(a)プロモーター配列、ポリ−γ−グルタミン酸生合成酵素であるpgsAをコードするDNA、および該タンパク質をコードするDNAをこの順で含む組換えDNAを構築する工程であって、該プロモーター配列が、(A)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列、(B)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列において、少なくとも1塩基の置換、欠失、または付加を有する塩基配列、(C)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に、ストリンジェント条件下でハイブリダイズするDNAの塩基配列、および(D)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に少なくとも80%の配列同一性を有する塩基配列、からなる群より選択される1つの塩基配列またはその断片であり、そして該大腸菌において構成的プロモーター活性を呈する、工程;
(b)該組換えDNAで大腸菌を形質転換する工程;および
(c)該形質転換した大腸菌を培養して、該タンパク質を該大腸菌の表層に発現させる工程、を含む。
The present invention also provides a method for expressing a protein in an active state on the surface of E. coli, the method comprising:
(A) a step of constructing a promoter sequence, a DNA encoding pgsA which is a poly-γ-glutamate biosynthetic enzyme, and a recombinant DNA containing DNA encoding the protein in this order, the promoter sequence comprising: (A) the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, (B) the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, having at least one base substitution, deletion, or addition, C) at least 80% of the base sequence of DNA that hybridizes under stringent conditions to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, and (D) the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 A base sequence selected from the group consisting of a base sequence having sequence identity, or a fragment thereof, and constitutive in said E. coli Exhibit promoter activity, process;
(B) transforming E. coli with the recombinant DNA; and (c) culturing the transformed E. coli and expressing the protein on the surface of the E. coli.

好適な実施態様では、上記タンパク質は、酵素である。   In a preferred embodiment, the protein is an enzyme.

本発明はさらに、上記いずれかの大腸菌の使用方法を提供し、該方法は、上記タンパク質と基質とを接触させ、該基質を結合するか、または該基質を他の物質に変換させる工程を含む。   The present invention further provides a method for using any of the above-mentioned E. coli, wherein the method comprises a step of contacting the protein with a substrate and binding the substrate or converting the substrate into another substance. .

好適な実施態様では、上記タンパク質はα−アミラーゼであり、上記基質はデンプンであり、上記大腸菌を好気的に培養して、乳酸を産生させる工程を含む。   In a preferred embodiment, the protein is α-amylase, the substrate is starch, and includes a step of aerobically culturing the E. coli to produce lactic acid.

別の好適な実施態様では、上記タンパク質はリパーゼであり、上記基質はラセミ体のアルコールおよびエステルであり、上記大腸菌をエステル交換反応の触媒として用いて、エナンチオ選択的にアルコールのエステルを製造する工程を含む。   In another preferred embodiment, the protein is a lipase, the substrate is a racemic alcohol and an ester, and the E. coli is used as a catalyst for a transesterification reaction to enantioselectively produce an alcohol ester. including.

本発明はまた、上記のいずれかの大腸菌を含む、酵素剤を提供する。   The present invention also provides an enzyme agent comprising any of the above-mentioned E. coli.

本発明によれば、タンパク質を活性な状態で表層に提示した大腸菌が提供される。また、本発明によれば、従来大腸菌では不可能と思われていた、サイズの大きなタンパク質を効率よく表層に提示した大腸菌が提供される。このような大腸菌は、大量に培養することが可能であり、提示されたタンパク質の用途に応じて、工業的に利用され得る。   According to the present invention, there is provided Escherichia coli in which proteins are presented on the surface layer in an active state. In addition, according to the present invention, E. coli that efficiently displays a large protein on the surface layer, which has been considered impossible with E. coli, is provided. Such Escherichia coli can be cultivated in a large amount and can be industrially used depending on the use of the presented protein.

本発明の大腸菌は、タンパク質を活性な状態で表層提示するように形質転換された大腸菌であり、プロモーター配列、ポリ−γ−グルタミン酸生合成酵素であるpgsAをコードするDNA、および該タンパク質をコードするDNAをこの順で含む組換えDNAが、該大腸菌中に組み込まれている。ここで、「活性な状態」とは、タンパク質が表層に提示されているだけでなく、タンパク質が目的の活性を発揮し得ることをいう。本発明の大腸菌において、目的のタンパク質のN末端側は、pgsAのC末端側とのみ連結した融合タンパク質として発現され、タンパク質の両端が表層に繋がれているわけではない。したがって、目的のタンパク質は、比較的安定な立体構造をとることができ、その活性を十分に発揮し得る。   The Escherichia coli of the present invention is Escherichia coli transformed so as to display the protein in an active state and encodes a promoter sequence, a DNA encoding polys-γ-glutamate biosynthetic enzyme pgsA, and the protein. Recombinant DNA containing DNA in this order is incorporated into the E. coli. Here, the “active state” means not only that the protein is presented on the surface layer but also that the protein can exhibit the desired activity. In the Escherichia coli of the present invention, the N-terminal side of the target protein is expressed as a fusion protein linked only to the C-terminal side of pgsA, and both ends of the protein are not connected to the surface layer. Therefore, the target protein can take a relatively stable three-dimensional structure and can sufficiently exhibit its activity.

本発明の大腸菌の表層に提示され得るタンパク質は、特に限定されず、本来大腸菌の細胞表層に局在しないタンパク質であって、大腸菌の細胞表層に固定することを目的として配置されるタンパク質が好ましい。例えば、分泌性タンパク質、外来タンパク質(抗体、リガンドなど)などが挙げられる。分泌性タンパク質としては、アミラーゼ類、セルラーゼ類、リパーゼなどが挙げられる。   The protein that can be presented on the surface layer of E. coli of the present invention is not particularly limited, and is preferably a protein that is not originally localized on the cell surface layer of E. coli and is arranged for the purpose of fixing to the cell surface layer of E. coli. For example, secretory proteins, foreign proteins (antibodies, ligands, etc.) and the like can be mentioned. Examples of secreted proteins include amylases, cellulases, lipases and the like.

本明細書において、リパーゼとは、油脂から脂肪酸を遊離し得る活性を有するタンパク質(酵素)をいう。ここで、油脂とは、グリセロールに脂肪酸が結合したものをいう。このような活性を有していれば、リパーゼの起源は特に限定されず、一般に、微生物、植物、および動物(例えば、豚膵臓)由来のリパーゼが用いられる。また、リパーゼは、1,3-特異的であってもよいし、非特異的であってもよい。リパーゼはまた、工業的には、エステル交換反応にも利用されており、このようなリパーゼとしては、例えば、Candida antarctica CBS6678株由来のリパーゼB、Rhisopus oryzae由来のリパーゼなどが挙げられる。   In this specification, lipase refers to a protein (enzyme) having an activity capable of liberating fatty acids from fats and oils. Here, the fats and oils are those in which fatty acids are bound to glycerol. If it has such activity, the origin of lipase will not be specifically limited, Generally, the lipase derived from microorganism, a plant, and an animal (for example, porcine pancreas) is used. The lipase may be 1,3-specific or non-specific. Lipases are also used industrially for transesterification, and examples of such lipases include lipase B derived from Candida antarctica CBS6678 strain, lipase derived from Risopus oryzae, and the like.

本発明においては分子量が60kDa以上のタンパク質であってもよい。上記のように、サイズが大きなタンパク質を大腸菌の表層に提示することは困難であると考えられていたが、本発明においては、たとえ60kDa以上であっても、表層提示は可能である。   In the present invention, a protein having a molecular weight of 60 kDa or more may be used. As described above, it was thought that it was difficult to display a large protein on the surface of E. coli, but in the present invention, surface display is possible even if the protein is 60 kDa or more.

本発明で用いられる分子量60kDa以上のタンパク質としては、アミラーゼ類(グルコアミラーゼ、α−アミラーゼなど)、セルラーゼ類(エンドグルカナーゼ、エキソセロビオヒドロラーゼ、β−グルコシダーゼなど)などが挙げられる。   Examples of the protein having a molecular weight of 60 kDa or more used in the present invention include amylases (such as glucoamylase and α-amylase) and cellulases (such as endoglucanase, exocellobiohydrolase and β-glucosidase).

本明細書において、アミラーゼ類とは、デンプンを加水分解する酵素をいう。代表的には、グルコアミラーゼおよびα−アミラーゼが挙げられ、さらに他にβ−アミラーゼ、イソアミラーゼなどが挙げられる。   In the present specification, amylases refer to enzymes that hydrolyze starch. Typical examples include glucoamylase and α-amylase, and also β-amylase and isoamylase.

本明細書において、グルコアミラーゼとは、デンプンの非還元末端からグルコース単位を切り離していくエキソ型の加水分解酵素をいい、通常その分子量は約65.1kDaである。このような活性を有していれば、その起源は限定されないが、RhizopusおよびAspergillusなどのカビ由来のグルコアミラーゼが好ましい。例えば、植田ら(Appl. Environ. Microbiol. 63:1362-1366(1997))に記載のように、Rhizopus oryzae由来のグルコアミラーゼが好適に用いられる。   As used herein, glucoamylase refers to an exo-type hydrolase that cleaves glucose units from the non-reducing end of starch, and usually has a molecular weight of about 65.1 kDa. As long as it has such activity, its origin is not limited, but fungal glucoamylases such as Rhizopus and Aspergillus are preferred. For example, as described in Ueda et al. (Appl. Environ. Microbiol. 63: 1362-1366 (1997)), a glucoamylase derived from Rhizopus oryzae is preferably used.

本発明において、α−アミラーゼとは、デンプンのα1,4−グルコシド結合を加水分解するエンド型の酵素をいい、通常その分子量は約77.3kDaである。この活性を有していればその起源は限定されず、例えば、動物(唾液、膵臓など)、植物(麦芽など)、および微生物由来のα−アミラーゼが用いられる。微生物由来のα−アミラーゼとしては、Bacillus stearothermophilus、Streptococcus bovisなどに由来するものが挙げられる。例えば、無蒸煮デンプンを炭素源とする場合には、Streptococcus bovis由来のα−アミラーゼが好ましい。   In the present invention, α-amylase refers to an endo-type enzyme that hydrolyzes the α1,4-glucoside bond of starch, and usually has a molecular weight of about 77.3 kDa. If it has this activity, the origin will not be limited, For example, (alpha) -amylase derived from an animal (saliva, pancreas, etc.), a plant (malt etc.), and microorganisms is used. Examples of the α-amylase derived from microorganisms include those derived from Bacillus stearothermophilus, Streptococcus bovis, and the like. For example, when non-cooked starch is used as the carbon source, α-amylase derived from Streptococcus bovis is preferable.

本明細書において、セルラーゼ類とは、セルロースを加水分解する酵素をいう。代表的には、エンドグルカナーゼおよびエキソセロビオヒドロラーゼが挙げられ、さらに他にβ−グルコシダーゼなどが挙げられる。   In this specification, cellulases refer to enzymes that hydrolyze cellulose. Representative examples include endoglucanase and exocellobiohydrolase, and other examples include β-glucosidase.

本明細書において、エンドグルカナーゼとは、セルロースのβ1,4−グルコシド結合を加水分解するエンド型の酵素をいい、通常その分子量は約77.8kDaである。この活性を有していればその起源は限定されず、昆虫(シロアリなど)、カビ由来および微生物由来のエンドグルカナーゼが用いられる。微生物由来のエンドグルカナーゼとしては、Clostridium cellulovorans、Clostridium thermocellumなどに由来するもの、ならびにカビ由来のエンドグルカナーゼとしては、Trichoderma reeseiなどに由来するものが挙げられる。   In this specification, endoglucanase refers to an endo-type enzyme that hydrolyzes the β1,4-glucoside bond of cellulose, and usually has a molecular weight of about 77.8 kDa. The origin is not limited as long as it has this activity, and insect (termite etc.), mold-derived and microorganism-derived endoglucanases are used. Examples of the endoglucanase derived from microorganisms include those derived from Clostridium cellulovorans, Clostridium thermocellum, and the like, and examples of mold derived endoglucanases derived from Trichoderma reesei and the like.

本発明において、エキソセロビオヒドロラーゼとは、セルロースの非還元末端からセロビオース単位を切り離していくエキソ型の加水分解酵素をいい、通常その分子量は約77.2kDaである。このような活性を有していれば、その起源は限定されず、カビ由来および微生物由来のエキソセロビオヒドロラーゼが用いられるが、カビ由来のエキソセロビオヒドロラーゼが好ましい。例えば、藤田ら(Appl. Environ. Microbiol. 70:1207-1212(2004))に記載のように、Trichoderma reesei由来のエキソセロビオヒドロラーゼが好適に用いられる。   In the present invention, exocellobiohydrolase refers to an exo-type hydrolase that cleaves cellobiose units from the non-reducing end of cellulose, and usually has a molecular weight of about 77.2 kDa. As long as it has such activity, its origin is not limited and mold-derived and microorganism-derived exo-cellobiohydrolase is used, but mold-derived exo-cellobiohydrolase is preferable. For example, as described in Fujita et al. (Appl. Environ. Microbiol. 70: 1207-1212 (2004)), an exocellobiohydrolase derived from Trichoderma reesei is preferably used.

本明細書において、β−グルコシダーゼとは、セルロースのβ1,4−グルコシド結合の加水分解によって生じたセロオリゴ糖をグルコース単位に加水分解する酵素をいい、通常その分子量は約91.1kDaである。この活性を有していればその起源は限定されないが、昆虫(シロアリなど)由来、植物(アーモンドなど)由来およびカビ由来のβ−グルコシダーゼが用いられる。カビ由来のβ−グルコシダーゼとしては、Aspergillus aculeatusなどに由来するものが挙げられる。   In the present specification, β-glucosidase refers to an enzyme that hydrolyzes cellooligosaccharide produced by hydrolysis of β1,4-glucoside bond of cellulose into glucose units, and its molecular weight is usually about 91.1 kDa. The origin is not limited as long as it has this activity, but β-glucosidase derived from insects (such as termites), plants (such as almonds), and fungi is used. Examples of mold-derived β-glucosidase include those derived from Aspergillus aculeatus.

このような目的のタンパク質をコードするDNAは、例えば、生物から単離する方法;適切なプローブまたはプライマーを用いて、生物のゲノムDNAから選抜する方法;あるいは、既知の配列に基づいて化学合成する方法によって得られ得る。   DNA encoding such a protein of interest is, for example, a method of isolating from a living organism; a method of selecting from genomic DNA of an organism using an appropriate probe or primer; or a chemical synthesis based on a known sequence It can be obtained by a method.

本発明で使用されるプロモーター配列は、配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に相同なDNAまたはその断片であって、そして上記大腸菌において構成的プロモーター活性を呈する。   The promoter sequence used in the present invention is DNA homologous to the base sequence described in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 or a fragment thereof, and exhibits constitutive promoter activity in the E. coli.

ここで、「プロモーター配列」とは、転写開始点(+1)から20〜30塩基対上流にあって、正確な位置からRNAポリメラーゼに転写を開始させる機能を担っているTATAボックスまたはTATAボックス類似の領域の配列をいい、この配列以外に、発現調節のためにRNAポリメラーゼ以外のタンパク質が会合するために必要な配列を含んでいてもよい。   Here, the “promoter sequence” is 20-30 base pairs upstream from the transcription start point (+1) and has a function of causing RNA polymerase to start transcription from an accurate position, or similar to the TATA box. It refers to the sequence of the region, and in addition to this sequence, it may contain a sequence necessary for protein other than RNA polymerase to associate for regulation of expression.

本発明で使用されるプロモーター配列は、特許文献5に開示されているように、Bacillus sp. SK-1株由来のD−アミノ酸アミノトランスフェラーゼのORFの上流に局在し、そして構成的であるため、誘導物質による遺伝子発現誘導を行わなくても、目的の遺伝子を効率的に発現させ得る。具体的には、プロモーター配列は、(A)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列、(B)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列において、少なくとも1塩基の置換、欠失、または付加を有する塩基配列、(C)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に、ストリンジェント条件下でハイブリダイズするDNAの塩基配列、および(D)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に少なくとも80%の配列同一性を有する塩基配列、からなる群より選択される1つの塩基配列である。宿主の大腸菌において構成的プロモーター活性を呈するのであれば、上記DNAの断片であってもよい。   Since the promoter sequence used in the present invention is localized upstream of the ORF of the D-amino acid aminotransferase derived from Bacillus sp. SK-1 strain as disclosed in Patent Document 5, and is constitutive. The target gene can be efficiently expressed without inducing gene expression with an inducer. Specifically, the promoter sequence is (A) a base sequence described in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, and (B) a substitution or deletion of at least one base in the base sequence described in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Or (C) the base sequence of DNA that hybridizes under stringent conditions to the base sequence described in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, and (D) the base sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. One base sequence selected from the group consisting of base sequences having at least 80% sequence identity to the described base sequences. A fragment of the above DNA may be used as long as it exhibits constitutive promoter activity in the host E. coli.

ここで、「ストリンジェント条件」とは、例えば、以下の条件をいう。例えば、6×SSC(1×SSCは、0.15M NaCl、0.015M クエン酸ナトリウム、pH7.0)、0.5% SDS、5×Denhard't(0.1%ウシ血清アルブミン、0.1%ポリビニルピロリドン、0.1%フィコール400)、および100μg/mLサケ精子DNAを含む溶液中、50℃にて一晩保温する条件が挙げられる。   Here, “stringent conditions” refers to the following conditions, for example. For example, 6 × SSC (1 × SSC is 0.15M NaCl, 0.015M sodium citrate, pH 7.0), 0.5% SDS, 5 × Denhard't (0.1% bovine serum albumin, 0.1% polyvinylpyrrolidone, 0.1% Ficoll) 400), and 100 μg / mL salmon sperm DNA in a solution containing 50 ° C. overnight.

「配列同一性」とは、2つのポリヌクレオチド間の残基の配列類似性をいい、比較対象の塩基配列の領域にわたって、最適な状態にアラインメントされた2つの塩基配列を比較することにより決定され得る。配列同一性の数値(パーセンテージ)は、両方の配列に存在する同一の核酸塩基を決定して、適合部位の数を決定し、次いで、この適合部位の数を比較対象の配列領域内の塩基の総数で割り、得られた数値に100をかけることにより算出され得る。最適なアラインメントおよびホモロジーを得るためのアルゴリズムは、当業者が通常利用可能な種々のアルゴリズム(例えば、BLASTアルゴリズム、FASTAアルゴリズムなど)が挙げられる。核酸間の配列同一性は、例えば、配列解析ソフトウエア(例えば、BLASTN、FASTAなど)を用いて測定される。   “Sequence identity” refers to the sequence similarity of residues between two polynucleotides, and is determined by comparing two base sequences that are optimally aligned over the region of the base sequence being compared. obtain. The sequence identity number (percentage) determines the number of matching sites by determining the same nucleobase present in both sequences, and then calculating the number of matching sites by the number of bases in the sequence region to be compared. It can be calculated by dividing by the total number and multiplying the resulting value by 100. Algorithms for obtaining optimal alignment and homology include various algorithms that are usually available to those skilled in the art (eg, BLAST algorithm, FASTA algorithm, etc.). Sequence identity between nucleic acids is measured using, for example, sequence analysis software (for example, BLASTN, FASTA, etc.).

ポリ−γ−グルタミン酸生合成酵素(pgsBCA)は、納豆の糸であるポリ−γ−グルタミン酸の合成に関与する細胞膜タンパク質であり、393アミノ酸のpgsB、149アミノ酸のpgsC、および380アミノ酸のpgsAからなる酵素複合体である。それぞれの機能は未だ解明されていないが、pgsAは、N末端およびC末端に親水性アミノ酸配列を有しており、これは、細胞内膜の通過に際して、分泌シグナル、ターゲティングシグナル、および付着シグナルとして作用すると考えられている。   Poly-γ-glutamic acid biosynthetic enzyme (pgsBCA) is a cell membrane protein involved in the synthesis of poly-γ-glutamic acid, which is a thread of natto, and consists of 393 amino acids pgsB, 149 amino acids pgsC, and 380 amino acids pgsA. It is an enzyme complex. Although the functions of each have not yet been elucidated, pgsA has hydrophilic amino acid sequences at the N-terminus and C-terminus, which are used as a secretion signal, targeting signal, and adhesion signal upon passage through the intracellular membrane. It is thought to work.

このpgsAをコードするDNAを有する発現ベクターを用いて、大腸菌の表面に比較的サイズが小さいタンパク質を発現できることが知られている(特許文献4)。本発明においては、より大きなサイズのタンパク質を細胞表層に提示するために、このpgsAをコードするDNAを利用する。   It is known that a protein having a relatively small size can be expressed on the surface of Escherichia coli using an expression vector having DNA encoding pgsA (Patent Document 4). In the present invention, this pgsA-encoding DNA is used in order to present a larger size protein on the cell surface.

本発明においては、上記pgsAは、Bacillus sp.由来であることが好ましい。より好ましくは、pgsAをコードするDNAは、配列番号3に記載の塩基配列;配列番号3に記載の塩基配列において、少なくとも1塩基の置換、欠失、または付加を有する塩基配列;配列番号3に記載の塩基配列に、ストリンジェント条件下でハイブリダイズするDNAの塩基配列;または、配列番号3に記載の塩基配列に少なくとも80%の配列同一性を有する塩基配列である。ここで、ストリンジェント条件および配列同一性とは、上記のとおりである。   In the present invention, the above pgsA is Bacillus sp. It is preferably derived from. More preferably, the DNA encoding pgsA has the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3; the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3; the base sequence having at least one base substitution, deletion, or addition; A base sequence of DNA that hybridizes to the base sequence described under stringent conditions; or a base sequence having at least 80% sequence identity to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3. Here, stringent conditions and sequence identity are as described above.

上記のプロモーター配列、pgsAをコードするDNA、および目的のタンパク質をコードするDNAをこの順で含む組換えDNAは、発現ベクターの形態で宿主に導入されてもよく、あるいは宿主の遺伝子に挿入して、または宿主の遺伝子と相同組換えを起こして染色体に取り込まれてもよい。組換えDNA中、pgsAをコードするDNAおよび目的のタンパク質をコードするDNAは、pgsAのC末端側と目的のタンパク質のN末端側が連結した融合タンパク質として発現されるように配置される。pgsAと目的のタンパク質とは、直接連結されてもよく、あるいは数アミノ酸〜数十アミノ酸でなるスペーサーを介して連結されてもよい。このような融合タンパク質をコードするDNAは、上記プロモーターの制御下に配置される。これらの各種DNAおよび組換えDNAの合成、結合、および発現ベクターへの挿入は、当業者が通常用い得る技法で行われ得る。   The above-mentioned promoter sequence, DNA encoding pgsA, and recombinant DNA containing DNA encoding the protein of interest in this order may be introduced into the host in the form of an expression vector, or inserted into the host gene. Alternatively, homologous recombination with the host gene may occur and be incorporated into the chromosome. In the recombinant DNA, the DNA encoding pgsA and the DNA encoding the target protein are arranged so as to be expressed as a fusion protein in which the C-terminal side of pgsA and the N-terminal side of the target protein are linked. pgsA and the target protein may be directly linked or may be linked via a spacer consisting of several amino acids to several tens of amino acids. DNA encoding such a fusion protein is placed under the control of the promoter. These various types of DNA and recombinant DNA can be synthesized, combined, and inserted into an expression vector by techniques that can be commonly used by those skilled in the art.

上記の組換えDNAが挿入される発現ベクターとしては、プラスミドベクター、ファージベクターなどが挙げられる。プラスミドベクターとしては、pUC18、pUC19、pBluescript、pETなどが挙げられる。また、ファージベクターとしては、λgt10、λgt11などのλファージベクターなどが挙げられる。   Examples of expression vectors into which the above recombinant DNA is inserted include plasmid vectors and phage vectors. Examples of plasmid vectors include pUC18, pUC19, pBluescript, pET and the like. Examples of phage vectors include λ phage vectors such as λgt10 and λgt11.

このような発現ベクターは、複製起点を有しており、また、例えば、大腸菌の選択マーカーを有することが好ましい。選択マーカーとしては、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挙げられる。また、タンパク質の構造遺伝子を効率よく発現させるために、この遺伝子の発現を調節するオペレーター、ターミネーター、エンハンサーなどのいわゆる調節配列をさらに含むことが望ましい。   Such an expression vector has an origin of replication and preferably has, for example, a selection marker for E. coli. Examples of selection markers include ampicillin resistance gene, kanamycin resistance gene, chloramphenicol resistance gene, and the like. Further, in order to efficiently express the structural gene of the protein, it is desirable to further include a so-called regulatory sequence such as an operator, terminator, enhancer, etc. that regulates the expression of this gene.

本発明の大腸菌は、上記組換えDNAまたは発現ベクターを導入することにより得られる。DNAの導入とは、大腸菌の中にDNAを導入し、発現させることを意味する。DNAの導入の方法には、形質転換、形質導入、トランスフェクション、コトランスフェクション、エレクトロポレーション、ヒートショック法などの方法があり、具体的には、酢酸リチウムを用いる方法、プロトプラスト法などがある。   The Escherichia coli of the present invention can be obtained by introducing the above recombinant DNA or expression vector. The introduction of DNA means that DNA is introduced into E. coli and expressed. Methods for introducing DNA include methods such as transformation, transduction, transfection, co-transfection, electroporation, and heat shock, and specifically include methods using lithium acetate and protoplast methods. .

本発明において宿主として用いられる大腸菌は、その種類は、特に限定されないが、非病原性の株であることが好ましく、遺伝子工学の分野で通常使用されている市販の株がより好ましい。例えば、Escherichia coli K-12株系統のHB101株、C600株、JM109株、DH5α株、DH10B株、XL-1BlueMRF'株、TOP10F株などが挙げられる。   The type of E. coli used as a host in the present invention is not particularly limited, but is preferably a non-pathogenic strain, and more preferably a commercially available strain that is usually used in the field of genetic engineering. Examples include Escherichia coli K-12 strain HB101 strain, C600 strain, JM109 strain, DH5α strain, DH10B strain, XL-1BlueMRF ′ strain, TOP10F strain, and the like.

組換えDNAが導入された大腸菌は、適切な培地中で培養して選択マーカーで選択され、発現されたタンパク質の活性を測定することにより選択される。タンパク質が細胞表層に固定されていることは、抗タンパク質抗体とFITC標識抗IgG抗体とを用いる免疫抗体法によって確認し得る。   E. coli into which the recombinant DNA has been introduced is selected by culturing in an appropriate medium, selecting with a selectable marker, and measuring the activity of the expressed protein. Whether the protein is immobilized on the cell surface can be confirmed by an immunoantibody method using an anti-protein antibody and a FITC-labeled anti-IgG antibody.

上記のようにして得られた本発明の大腸菌は、細胞表層に提示された目的のタンパク質を基質と接触させ、この基質を結合するか、またはこの基質を他の物質に変換させる目的で使用され得る。例えば、α−アミラーゼが表層提示されている場合、この大腸菌をデンプンを含む培地中で嫌気的に培養することにより、デンプンを液化および糖化できる。培地中のデンプンを十分に糖化させた後、この大腸菌を好気的に培養することによって乳酸発酵が行われ得る。あるいは、例えば、リパーゼが表層提示されている場合、この大腸菌細胞をエステル交換反応の生体触媒(whole-cell biocatalyst)として用いることができる。   The Escherichia coli of the present invention obtained as described above is used for the purpose of bringing the target protein displayed on the cell surface into contact with the substrate and binding the substrate or converting the substrate into another substance. obtain. For example, when α-amylase is displayed on the surface, starch can be liquefied and saccharified by anaerobically culturing the E. coli in a medium containing starch. After sufficiently saccharifying the starch in the medium, lactic acid fermentation can be carried out by culturing the E. coli aerobically. Alternatively, for example, when lipase is displayed on the surface, this E. coli cell can be used as a biocatalyst for a transesterification reaction.

本発明の大腸菌は、タンパク質が酵素である場合、酵素を表層提示する大腸菌を含む酵素剤として、提供されてもよい。具体的には、本発明の酵素剤としては、本発明の大腸菌および該大腸菌を維持し得る培地を含む懸濁液、あるいは本発明の大腸菌が凍結保存あるいは凍結乾燥、さらには低温乾燥されたものが挙げられる。   When the protein is an enzyme, the Escherichia coli of the present invention may be provided as an enzyme agent containing E. coli that displays the enzyme on the surface. Specifically, the enzyme agent of the present invention includes a suspension containing the Escherichia coli of the present invention and a medium capable of maintaining the Escherichia coli, or the Escherichia coli of the present invention which is cryopreserved or freeze-dried, and further dried at low temperature. Is mentioned.

さらに、本発明の大腸菌は、ランダムに変異を導入した種々のタンパク質(酵素、抗体、リガンドなど)をそれぞれ別の大腸菌の表層に提示させ、コンビナトリアルライブラリーとして使用することもできる。このようなライブラリーから、目的に応じた最適な性質を有するクローンを迅速かつ簡便に選択することも可能である。ここでいうコンビナトリアルライブラリーとは、遺伝子レベルでランダムに変異を導入し、タンパク質の多様性を人為的に拡大した種々の変異体の集合をいう。   Furthermore, the E. coli of the present invention can be used as a combinatorial library by presenting various proteins (enzymes, antibodies, ligands, etc.) into which mutations are randomly introduced on the surface of different E. coli. From such a library, it is also possible to quickly and easily select a clone having the optimum properties according to the purpose. The combinatorial library herein refers to a collection of various mutants in which mutations are randomly introduced at the gene level and the diversity of proteins is artificially expanded.

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated, this invention is not limited by this Example.

(実施例1:α−アミラーゼを細胞表層に提示する大腸菌の作成)
(1)大腸菌の細胞表層へのアミラーゼ提示用ベクターの構築(図1を参照のこと)
まず、ポリ−γ−グルタミン酸生合成酵素の1つであるpgsAの遺伝子(配列番号3)を含むプラスミドpHCE1LB-pgaBCA(Bioleaders Corporationより入手)を鋳型とし、配列番号4および5の各プライマーを用いて、PCRを行った。得られた断片を制限酵素PvuIIおよびHindIIIで消化し、PvuII-HindIII断片を得た。
(Example 1: Preparation of E. coli displaying α-amylase on the cell surface)
(1) Construction of a vector for displaying amylase on the cell surface of Escherichia coli (see FIG. 1)
First, a plasmid pHCE1LB-pgaBCA (obtained from Bioleaders Corporation) containing the gene for pgsA (SEQ ID NO: 3), which is one of poly-γ-glutamate biosynthetic enzymes, was used as a template, and the primers of SEQ ID NOs: 4 and 5 were used. PCR was performed. The obtained fragment was digested with restriction enzymes PvuII and HindIII to obtain a PvuII-HindIII fragment.

このpgsA遺伝子のPvuII-HindIII断片をプラスミドpHCE1LB(Bioleaders Corporationより入手)の制限酵素EcoRVおよびHindIIIの切断部位に挿入して、Ligation-Convenience Kit(株式会社ニッポンジーン製)によって連結することにより、表層提示プラスミドpHLAを得た。   The PvuII-HindIII fragment of this pgsA gene was inserted into restriction sites EcoRV and HindIII of the plasmid pHCE1LB (obtained from Bioleaders Corporation) and ligated with a Ligation-Convenience Kit (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.). pHLA was obtained.

次いで、プラスミドpQE31(キアゲン社)にStreptococcus bovis 148株由来のα−アミラーゼ遺伝子(amyA;配列番号6)(E.Satohら、Appl. Environ. Microbiol. 63:4593-4596 (1997))が挿入されたプラスミドpQE31-amyAを鋳型とし、配列番号7および8の各プライマーを用いて、PCRを行った。得られた断片を制限酵素BamHIおよびHindIIIで消化し、BamHI-HindIII断片を得た。   Next, an α-amylase gene (amyA; SEQ ID NO: 6) derived from Streptococcus bovis 148 strain (E. Satoh et al., Appl. Environ. Microbiol. 63: 4593-4596 (1997)) was inserted into plasmid pQE31 (Qiagen). PCR was performed using the plasmid pQE31-amyA as a template and the primers of SEQ ID NOs: 7 and 8. The obtained fragment was digested with restriction enzymes BamHI and HindIII to obtain a BamHI-HindIII fragment.

このamyA遺伝子のBamHI-HindIII断片を、プラスミドpHLAの制限酵素BamHIおよびHindIIIの切断部位に挿入して、Ligation-Convenience Kit(株式会社ニッポンジーン製)によって連結することにより、pgsA−amyAをこの順で有する、目的のアミラーゼ提示用ベクターpHLAαAFを得た。このベクターを、制限酵素BamHIおよびHindIIIで消化し、amyA遺伝子の導入を確認し、ABI PRISM(登録商標)310 Genetic Analyzer(Applide Biosystems社製)を用いて、その塩基配列を確認した。   The BamHI-HindIII fragment of this amyA gene is inserted into the cleavage sites of the restriction enzymes BamHI and HindIII of the plasmid pHLA, and ligated by a Ligation-Convenience Kit (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.), thereby having pgsA-amyA in this order. Thus, the target amylase display vector pHLAαAF was obtained. This vector was digested with restriction enzymes BamHI and HindIII, the introduction of the amyA gene was confirmed, and the base sequence was confirmed using ABI PRISM (registered trademark) 310 Genetic Analyzer (manufactured by Applide Biosystems).

(2)細胞表層にα−アミラーゼを提示する大腸菌の作成
上記(1)で得たベクターpHLAαAFを、大腸菌NovaBlue(Novagen社)コンピテントセルにヒートショック法によって形質転換した。得られた形質転換体を、100μg/mLのアンピシリンおよび0.25w/v%レマゾールブリリアントブルーデンプン(ナカライテスク社)を含むLuria-Bertani(以下、LB)寒天培地(ペプトン1w/v%、イーストエキストラクト0.5w/v%、塩化ナトリウム0.5w/v%、および寒天1.5w/v%)上に塗布し、37℃にて24時間培養した。コロニーの周囲のレマゾールブリリアントブルーデンプンが分解されて生じるハロを確認した株を選択した。
(2) Preparation of E. coli presenting α-amylase on cell surface layer The vector pHLAαAF obtained in (1) above was transformed into E. coli NovaBlue (Novagen) competent cells by the heat shock method. The obtained transformant was added to Luria-Bertani (hereinafter referred to as LB) agar medium (pepton 1 w / v%, yeast extra) containing 100 μg / mL ampicillin and 0.25 w / v% remazole brilliant blue starch (Nacalai Tesque). 0.5 w / v%, sodium chloride 0.5 w / v%, and agar 1.5 w / v%) and cultured at 37 ° C. for 24 hours. A strain in which halo formed by the degradation of Remazole brilliant blue starch surrounding the colony was selected was selected.

次いで、選択した形質転換体を、可溶性デンプン20g/Lを含むLB培地中で微生物培養装置BMJ-PI(エイブル株式会社および株式会社バイオット製)を用いて、37℃にて培養し、48時間まで経時的にサンプリングした。培養培地を遠心分離により培地と菌体とに分離して、それぞれのα−アミラーゼ活性を測定した。コントロールとして、大腸菌NovaBlueを用いた。α−アミラーゼ活性は、α−アミラーゼ測定キット(キッコーマン株式会社製)を用いて、プロトコルに従って行った。   Subsequently, the selected transformant is cultured at 37 ° C. in a LB medium containing soluble starch 20 g / L using a microorganism culture apparatus BMJ-PI (manufactured by Able Co., Ltd. and Biot Co., Ltd.) for up to 48 hours. Sampled over time. The culture medium was separated into a medium and cells by centrifugation, and each α-amylase activity was measured. E. coli NovaBlue was used as a control. The α-amylase activity was performed according to a protocol using an α-amylase measurement kit (manufactured by Kikkoman Corporation).

形質転換した大腸菌は、α−アミラーゼ活性を有していた。図2に示すように、培養後48時間で、最も高い活性を示した。図2において、α−アミラーゼ活性の1Uは、1分間にN3−G5−β−CNP(合成基質2-クロロ-4-ニトロフェニル65-アジド-65-デオキシ-β-マルトペンタオシド)から1μmolのCNP(2-クロロ-4-ニトロフェノール)を遊離する力価を表す。一方、形質転換体の培養上清中には、α−アミラーゼ活性はほとんど認められなかった。 The transformed E. coli had α-amylase activity. As shown in FIG. 2, the highest activity was exhibited 48 hours after culturing. In FIG. 2, 1U of α-amylase activity is N3-G5-β-CNP (synthetic substrate 2-chloro-4-nitrophenyl 6 5 -azido-6 5 -deoxy-β-maltopentaoside) per minute. Represents the titer of liberating 1 μmol of CNP (2-chloro-4-nitrophenol). On the other hand, almost no α-amylase activity was observed in the culture supernatant of the transformant.

(実施例2:リパーゼを細胞表層に提示する大腸菌の作成)
(1−1)大腸菌の細胞表層へのリパーゼ提示用ベクターの構築
まず、Candida antarctica CBS6678株由来のリパーゼBの遺伝子(CALB;配列番号9)を含むプラスミドpWIFS-CALBを鋳型とし、配列番号10および11の各プライマーを用いて、PCRを行った。得られた断片を制限酵素SalIおよびXhoIで消化し、SalI-XhoI断片を得た。
(Example 2: Preparation of E. coli displaying lipase on cell surface)
(1-1) Construction of a vector for displaying lipase on the cell surface of E. coli First, a plasmid pWIFS-CALB containing a lipase B gene (CALB; SEQ ID NO: 9) derived from Candida antarctica CBS6678 strain was used as a template. PCR was performed using 11 primers. The obtained fragment was digested with restriction enzymes SalI and XhoI to obtain a SalI-XhoI fragment.

このCALB遺伝子のSalI-XhoI断片を、プラスミドpHLAの制限酵素SalIおよびXhoIの切断部位に挿入して、Ligation-Convenience Kit(株式会社ニッポンジーン製)によって連結することにより、pgsA−CALBをこの順で有する、目的のリパーゼ提示用ベクターpHLACALBを得た。このベクターを、制限酵素SalIおよびXhoIで消化し、CALB遺伝子の導入を確認し、ABI PRISM(登録商標)310 Genetic Analyzer(Applide Biosystems社製)を用いて、その塩基配列を確認した。   By inserting the SalI-XhoI fragment of this CALB gene into the restriction sites SalI and XhoI of the plasmid pHLA and ligating them with a Ligation-Convenience Kit (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.), pgsA-CALB is obtained in this order. The target lipase display vector pHLACALB was obtained. This vector was digested with restriction enzymes SalI and XhoI, the introduction of the CALB gene was confirmed, and the base sequence was confirmed using ABI PRISM (registered trademark) 310 Genetic Analyzer (manufactured by Applide Biosystems).

(1−2)大腸菌の細胞表層へのROL提示用ベクターの構築
まず、Rhizopus oryzae由来のリパーゼの遺伝子(ROL;配列番号12)を含むプラスミドpWIFSProROL(T. Matsumotoら、Appl. Environ. Microbiol. 68: 4517-4522 (2002))を鋳型とし、配列番号13および14の各プライマーを用いて、PCRを行った。得られた断片を制限酵素BamHIおよびSalIで消化し、BamHI-SalI断片を得た。
(1-2) Construction of vector for ROL display on cell surface of E. coli First, plasmid pWIFSProROL (T. Matsumoto et al., Appl. Environ. Microbiol. 68) containing Rhizopus oryzae lipase gene (ROL; SEQ ID NO: 12). : 4517-4522 (2002)) as a template, and PCR was performed using the primers of SEQ ID NOS: 13 and 14. The obtained fragment was digested with restriction enzymes BamHI and SalI to obtain a BamHI-SalI fragment.

このROL遺伝子のBamHI-SalI断片を、プラスミドpHLAの制限酵素BamHIおよびSalI切断部位に挿入して、Ligation-Convenience Kit(株式会社ニッポンジーン製)によって連結することにより、pgsA-ROLをこの順で有する、目的のリパーゼ提示用ベクターpHLAROLを得た。このベクターを、制限酵素BamHIおよびSalIで消化し、ROL遺伝子の導入を確認し、ABI PRISM(登録商標)310 Genetic Analyzer (Applide Biosystems 社製)を用いて、その塩基配列を確認した。   The BamHI-SalI fragment of this ROL gene is inserted into the restriction enzyme BamHI and SalI cleavage sites of the plasmid pHLA, and ligated with a Ligation-Convenience Kit (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.), thereby having pgsA-ROL in this order. The target lipase display vector pHLAROL was obtained. This vector was digested with restriction enzymes BamHI and SalI, the introduction of the ROL gene was confirmed, and the base sequence was confirmed using ABI PRISM (registered trademark) 310 Genetic Analyzer (Applide Biosystems).

(2)細胞表層にリパーゼBを提示する大腸菌の作成
上記(1−1)および(1−2)で得たベクターpHLACALBおよびpHLAROLを、大腸菌NovaBlue(Novagen社)コンピテントセルにそれぞれヒートショック法によって形質転換した。得られた形質転換体を、100μg/mLのアンピシリン、1w/v%のGall powder(胆汁粉:Sigma社)、および1v/v%のトリ-n-ブチリンを含むLB寒天培地上に塗布し、37℃にて24〜48時間培養した。コロニーの周囲にハロを確認した株を選択した。
(2) Preparation of E. coli presenting lipase B on the cell surface The vectors pHLACALB and pHLAROL obtained in (1-1) and (1-2) above were transferred to E. coli NovaBlue (Novagen) competent cells by the heat shock method. Transformed. The obtained transformant was spread on an LB agar medium containing 100 μg / mL ampicillin, 1 w / v% Gall powder (bile powder: Sigma), and 1 v / v% tri-n-butyrin, The cells were cultured at 37 ° C for 24-48 hours. A strain in which halo was confirmed around the colony was selected.

次いで、選択した形質転換体を、LB液体培地中で37℃にて培養し、48時間まで経時的にサンプリングした。培養培地を遠心分離により培地と菌体とに分離して、菌体を洗浄し、−80℃で凍結させた後、真空乾燥機を用いて凍結乾燥した。得られた凍結乾燥菌体を破砕し、それぞれのリパーゼ活性を測定した。コントロールとして、大腸菌NovaBlueを用いた。リパーゼ活性は、リパーゼキットS(マルコ製薬株式会社製)を用いて、プロトコルに従って行った。   The selected transformants were then cultured in LB liquid medium at 37 ° C. and sampled over time up to 48 hours. The culture medium was separated into a medium and cells by centrifugation, the cells were washed, frozen at −80 ° C., and then freeze-dried using a vacuum dryer. The obtained freeze-dried cells were crushed and the lipase activity of each was measured. E. coli NovaBlue was used as a control. The lipase activity was performed using a lipase kit S (manufactured by Marco Pharmaceutical Co., Ltd.) according to the protocol.

形質転換した大腸菌は、リパーゼ活性を有していた。図3Aに示すように、CALBは培養後48時間まで活性が増大した。また、図3Bに示すように、ROLは培養後48時間まで高い活性を保持した。図3において、リパーゼ活性の1IUは、30℃で1分間に基質から1μmolのSH基を遊離する力価と定義する。一方、この形質転換体の培養上清中には、リパーゼ活性はほとんど認められなかった。   The transformed E. coli had lipase activity. As shown in FIG. 3A, CALB increased in activity up to 48 hours after culture. In addition, as shown in FIG. 3B, ROL retained high activity until 48 hours after culturing. In FIG. 3, 1 IU of lipase activity is defined as the titer that liberates 1 μmol of SH groups from the substrate per minute at 30 ° C. On the other hand, almost no lipase activity was observed in the culture supernatant of this transformant.

(実施例3:リパーゼを細胞表層に提示する大腸菌による光学分割反応の検討)
CALBは、有機化合物(特に、医薬中間体など)の合成に比較的頻繁に利用されるリパーゼであるため、光学分割反応について以下のように検討を行った。上記実施例2で得たリパーゼBを提示する大腸菌(CALB表層提示大腸菌)を、LB液体培地中で37℃にて24時間培養した。培養培地を遠心分離して菌体を分離・洗浄し、−80℃で凍結させた後、真空乾燥機を用いて凍結乾燥した。得られた凍結乾燥菌体を破砕し、光学分割反応における全細胞生体触媒(whole-cell biocatalyst)として用いた。
(Example 3: Examination of optical resolution by Escherichia coli presenting lipase on the cell surface)
Since CALB is a lipase that is relatively frequently used for the synthesis of organic compounds (especially pharmaceutical intermediates, etc.), the optical resolution reaction was examined as follows. Escherichia coli presenting lipase B obtained in Example 2 (CALB surface-displaying E. coli) was cultured in an LB liquid medium at 37 ° C. for 24 hours. The culture medium was centrifuged to separate and wash the cells, frozen at −80 ° C., and then lyophilized using a vacuum dryer. The obtained freeze-dried microbial cells were crushed and used as whole-cell biocatalyst in the optical resolution reaction.

本実施例における光学分割反応を、以下の式に示す。すなわち、(RS)−1−フェニルエタノール(RS−1−PE)と酢酸ビニルモノマー(VA)とから、リパーゼによるエステル交換反応によって、(R)−1−フェニルエチルアセテート(R−PEA)を得る反応である。   The optical resolution reaction in this example is shown in the following formula. That is, (R) -1-phenylethyl acetate (R-PEA) is obtained from (RS) -1-phenylethanol (RS-1-PE) and vinyl acetate monomer (VA) by transesterification with lipase. It is a reaction.

Figure 2005312426
Figure 2005312426

5mLのn−ヘキサン中、50mgの(RS)−1−フェニルエタノール、35.3mgの酢酸ビニルモノマー、0.5gのモレキュラーシーブ4Aビーズ(ナカライテスク株式会社製)、および50mgの破砕した凍結乾燥菌体を含む反応液を、150rpmで振盪しながら37℃にてインキュベートした。なお、反応液中のRS−1−PEおよびVAの濃度は、80mMであった。25時間まで経時的にサンプリングして、R体およびS体の1−フェニルエチルアセテートの生成量(収率)をHPLCにて測定した。   In 5 mL of n-hexane, 50 mg of (RS) -1-phenylethanol, 35.3 mg of vinyl acetate monomer, 0.5 g of molecular sieve 4A beads (manufactured by Nacalai Tesque), and 50 mg of crushed lyophilized cells The containing reaction solution was incubated at 37 ° C. with shaking at 150 rpm. The concentration of RS-1-PE and VA in the reaction solution was 80 mM. Sampling was performed over time up to 25 hours, and the production amount (yield) of R-form and S-form 1-phenylethyl acetate was measured by HPLC.

結果を図4に示す。図4に示すように、CALB表層提示大腸菌は、光学分割反応を触媒し、25時間目において、R−PEAの収率は76.3%そしてエナンチオ過剰率は98.2%に達した。CALBは、酵母の表層では発現しにくいリパーゼであるが、本実施例により、大腸菌においては実用可能なレベルの活性で表層に発現可能であることがわかった。   The results are shown in FIG. As shown in FIG. 4, the CALB surface-displayed E. coli catalyzed the optical resolution reaction. At 25 hours, the yield of R-PEA reached 76.3% and the enantiomeric excess reached 98.2%. CALB is a lipase that is difficult to express on the surface of yeast, but it was found from this example that it can be expressed on the surface with a practical level of activity in E. coli.

本発明によれば、タンパク質を活性な状態で表層に提示した大腸菌が提供される。また、本発明によれば、従来大腸菌では不可能と思われていた、サイズの大きな外来タンパク質を表層に提示した大腸菌が提供される。このような大腸菌は、大量に培養することが可能であり、提示されたタンパク質の用途に応じて、工業的に利用され得る。特に、活性な状態でタンパク質が表層提示されているため、例えば、タンパク質がリパーゼである場合は、医薬品原料化合物の製造における光学分割の触媒として、非常に有効に利用され得る。   According to the present invention, there is provided Escherichia coli in which proteins are presented on the surface layer in an active state. In addition, according to the present invention, there is provided Escherichia coli that presents a large foreign protein on the surface, which has been considered impossible with Escherichia coli. Such Escherichia coli can be cultivated in a large amount and can be industrially used depending on the use of the presented protein. In particular, since the protein is displayed on the surface in an active state, for example, when the protein is a lipase, it can be used very effectively as a catalyst for optical resolution in the production of a pharmaceutical raw material compound.

大腸菌の細胞表層へのアミラーゼ提示用ベクターの構築の模式図である。It is a schematic diagram of construction of a vector for displaying amylase on the cell surface of E. coli. 形質転換した大腸菌のα−アミラーゼ活性の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the alpha-amylase activity of transformed Escherichia coli. CALBを表層提示した大腸菌のリパーゼ活性の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the lipase activity of colon_bacillus | E._coli which displayed CALB on the surface. ROLを表層提示した大腸菌のリパーゼ活性の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the lipase activity of colon_bacillus | E._coli which displayed ROL surface layer. CALBを細胞表層に提示した大腸菌を用いた光学分割反応の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the optical resolution reaction using colon_bacillus | E._coli which displayed CALB on the cell surface layer.

Claims (12)

タンパク質を活性な状態で表層に提示する大腸菌であって、
該大腸菌が、プロモーター配列、ポリ−γ−グルタミン酸生合成酵素であるpgsAをコードするDNA、および該タンパク質をコードするDNAをこの順で含む組換えDNAを有し、そして
該プロモーター配列が、(A)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列、(B)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列において、少なくとも1塩基の置換、欠失、または付加を有する塩基配列、(C)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に、ストリンジェント条件下でハイブリダイズするDNAの塩基配列、および(D)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に少なくとも80%の配列同一性を有する塩基配列、からなる群より選択される1つの塩基配列またはその断片であり、そして該大腸菌において構成的プロモーター活性を呈する、
大腸菌。
E. coli that presents protein in an active state on the surface,
The E. coli has a promoter sequence, a DNA encoding pgsA, a poly-γ-glutamate biosynthetic enzyme, and a recombinant DNA comprising DNA encoding the protein in this order, and the promoter sequence is (A (B) a base sequence having at least one base substitution, deletion, or addition in the base sequence described in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or (C) At least 80% sequence identity to the nucleotide sequence of DNA that hybridizes under stringent conditions to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and (D) the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 A base sequence selected from the group consisting of a sexual sequence, or a fragment thereof, and a constitutive Exhibit Ta activity,
E. coli.
前記pgsAが、Bacillus sp.由来である、請求項1に記載の大腸菌。   The pgsA is a Bacillus sp. The Escherichia coli according to claim 1, which is derived from Escherichia coli. 前記pgsAをコードするDNAが、配列番号3に記載の塩基配列;配列番号3に記載の塩基配列において、少なくとも1塩基の置換、欠失、または付加を有する塩基配列;配列番号3に記載の塩基配列に、ストリンジェント条件下でハイブリダイズするDNAの塩基配列;または、配列番号3に記載の塩基配列に少なくとも80%の配列同一性を有する塩基配列である、請求項1または2に記載の大腸菌。   The DNA encoding pgsA is a base sequence shown in SEQ ID NO: 3; a base sequence having at least one base substitution, deletion, or addition in the base sequence shown in SEQ ID NO: 3; a base shown in SEQ ID NO: 3 The Escherichia coli according to claim 1 or 2, which is a base sequence of DNA that hybridizes to the sequence under stringent conditions; or a base sequence having at least 80% sequence identity to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3. . 前記タンパク質が、酵素である、請求項1から3のいずれかの項に記載の大腸菌。   The E. coli according to any one of claims 1 to 3, wherein the protein is an enzyme. 前記酵素が、α−アミラーゼである、請求項4に記載の大腸菌。   The E. coli according to claim 4, wherein the enzyme is α-amylase. 前記酵素が、リパーゼである、請求項4に記載の大腸菌。   The E. coli according to claim 4, wherein the enzyme is a lipase. タンパク質を活性な状態で大腸菌の表層に発現させる方法であって、
(a)プロモーター配列、ポリ−γ−グルタミン酸生合成酵素であるpgsAをコードするDNA、および該タンパク質をコードするDNAをこの順で含む組換えDNAを構築する工程であって、該プロモーター配列が、(A)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列、(B)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列において、少なくとも1塩基の置換、欠失、または付加を有する塩基配列、(C)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に、ストリンジェント条件下でハイブリダイズするDNAの塩基配列、および(D)配列番号1または配列番号2に記載の塩基配列に少なくとも80%の配列同一性を有する塩基配列、からなる群より選択される1つの塩基配列またはその断片であり、そして該大腸菌において構成的プロモーター活性を呈する、工程;
(b)該組換えDNAで大腸菌を形質転換する工程;および
(c)該形質転換した大腸菌を培養して、該タンパク質を該大腸菌の表層に発現させる工程、
を含む、方法。
A method for expressing a protein in an active state on the surface of E. coli,
(A) a step of constructing a promoter sequence, a DNA encoding pgsA which is a poly-γ-glutamate biosynthetic enzyme, and a recombinant DNA containing DNA encoding the protein in this order, the promoter sequence comprising: (A) the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, (B) the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, having at least one base substitution, deletion, or addition, C) at least 80% of the base sequence of DNA that hybridizes under stringent conditions to the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, and (D) the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 A base sequence selected from the group consisting of a base sequence having sequence identity, or a fragment thereof, and constitutive in said E. coli Exhibit promoter activity, process;
(B) transforming E. coli with the recombinant DNA; and (c) culturing the transformed E. coli and expressing the protein on the surface of the E. coli,
Including the method.
前記タンパク質が、酵素である、請求項7に記載の方法。   The method according to claim 7, wherein the protein is an enzyme. 請求項1から6のいずれかの項に記載の大腸菌の使用方法であって、前記タンパク質と基質とを接触させ、該基質を結合するか、または該基質を他の物質に変換させる工程を含む、方法。   The method for using Escherichia coli according to any one of claims 1 to 6, comprising a step of bringing the protein into contact with a substrate and binding the substrate or converting the substrate into another substance. ,Method. 前記タンパク質がα−アミラーゼであり、前記基質がデンプンであり、前記大腸菌を好気的に培養して、乳酸を産生させる工程を含む、請求項9に記載の方法。   The method according to claim 9, wherein the protein is α-amylase, the substrate is starch, and the bacterium is aerobically cultured to produce lactic acid. 前記タンパク質がリパーゼであり、前記基質がラセミ体のアルコールおよびエステルであり、前記大腸菌をエステル交換反応の触媒として用いて、エナンチオ選択的にアルコールのエステルを製造する工程を含む、請求項9に記載の方法。   10. The method according to claim 9, wherein the protein is a lipase, the substrate is a racemic alcohol and an ester, and enantioselectively produces an alcohol ester using the Escherichia coli as a catalyst for a transesterification reaction. the method of. 請求項4から6のいずれかの項に記載の大腸菌を含む、酵素剤。   An enzyme agent comprising the Escherichia coli according to any one of claims 4 to 6.
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