JP2006158304A - Method for producing melanin precursor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently producing a melanin precursor. <P>SOLUTION: This method for producing the melanin precursor comprises a process for converting at least one substrate compound selected from the group consisting of tyrosine and its analogues in the presence of cells exhibiting high catechol oxidase activity due to one or more factors of the following (a) to (d) and a process for recovering the melanin precursor. (a) A gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity is expressed in the presence of a higher activity promoter than that of an originally expressed promoter. (b) The cells each has a plurality of gene copies encoding the polypeptide having the catechol oxidase activity. (c) The cells each exhibits high catechol oxidase activity, because of having a gene encoding a polypeptide having a mutated catechol oxidase activity. (d) The cells are subjected to a tyrosinase activation treatment to exhibit a high catechol oxidase activity. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、化粧品、ガラス、プラスティック、食品等に添加されるメラニン前駆体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a melanin precursor added to cosmetics, glasses, plastics, foods and the like.

メラニンは、動物及び植物に広く存在する黄色〜黒色の色素であり、紫外線吸収機能、ラジカル捕獲機能、酸化防止機能などを有することが知られている。メラニンは、生体由来の物質であり安全性が高いことから、化粧品、食品等の添加剤として広く使用されている。 Melanin is a yellow to black pigment widely present in animals and plants, and is known to have an ultraviolet absorption function, a radical capture function, an antioxidant function, and the like. Melanin is widely used as an additive for cosmetics, foods and the like because it is a biologically derived substance and has high safety.

例えば、メラニンは、日焼け防止クリーム、サングラス等に配合することによりこれらに紫外線吸収機能を持たせるために用いられている。また、食品やプラスティックの酸化防止剤としても使用されている。さらに、色素として白髪染めなどにも添加されている。   For example, melanin is used to give an ultraviolet absorbing function to sunscreen creams, sunglasses, and the like. It is also used as an antioxidant for foods and plastics. Furthermore, it is also added to white hair dyeing as a pigment.

このように、メラニンは非常に有益な物質であるため、その製造方法が種々検討されてきた。従来行われているメラニン製造法は、自然界に存在するメラニンの抽出、化学合成及びチロシナーゼを用いた酵素反応に大別される。   Thus, since melanin is a very useful substance, the manufacturing method has been variously examined. Conventional melanin production methods are roughly classified into extraction of melanin existing in nature, chemical synthesis, and enzymatic reaction using tyrosinase.

例えばメラニンを比較的大量に産生するオーレオバシジウム属微生物、アスペルギルス属微生物、ストレプトマイセス属微生物の培養物からメラニンを抽出及び精製することができる。しかし、野生型の微生物のメラニン産生量は限られており、実用上十分な量を製造するのは困難である。また、ストレプトマイセス属のチロシナーゼは分泌型であるため、培養菌体を再利用できず、効率が悪い。
また、ヤリイカの墨袋から抽出する方法も知られているが、ヤリイカの墨袋中のメラニンは溶解性が悪いとされている。
また、チロシンなどを原料として化学合成することも可能であるが、強力な酸化反応が必要であり、複雑でコスト高な技術を要する。チロシンを過酸化水素中で酸化させ、さらに重合反応を経てメラニンを合成する方法も知られているが、得られるメラニンは水に不溶であり、化粧品や染料などとして使用し難い。
図1に示すように、生体内において、メラニン色素は、メラニン生成酵素であるチロシナーゼが、基質であるチロシン又は3,4-ジヒドロキシフェニルアラニン(DOPA)の酸化を触媒することにより生成するドーパクロム、5,6-ジヒドロキシインドール、5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸のようなモノマーが重合することにより生合成される。このようにして生成するメラニン色素は、皮膚や髪等のメラニン産生細胞内に小粒となって存在しており、水に不溶で、熱濃硫酸や強アルカリに可溶な高分子化合物であり、その構造は明らかになっていない。
For example, melanin can be extracted and purified from cultures of Aureobasidium microorganisms, Aspergillus microorganisms, and Streptomyces microorganisms that produce melanin in a relatively large amount. However, the amount of melanin produced by wild-type microorganisms is limited, and it is difficult to produce a practically sufficient amount. Moreover, since tyrosinase belonging to the genus Streptomyces is secreted, the cultured cells cannot be reused and the efficiency is poor.
A method of extracting from a squid ink bag is also known, but melanin in a squid ink bag is said to have poor solubility.
Although it is possible to chemically synthesize tyrosine or the like as a raw material, it requires a strong oxidation reaction and requires a complicated and expensive technology. A method of oxidizing tyrosine in hydrogen peroxide and synthesizing melanin through a polymerization reaction is also known, but the obtained melanin is insoluble in water and is difficult to use as cosmetics or dyes.
As shown in FIG. 1, in vivo, melanin pigments are dopachromes produced by catalyzing the oxidation of tyrosine or 3,4-dihydroxyphenylalanine (DOPA), which is a melanin-producing enzyme, tyrosinase, Biosynthesized by polymerization of monomers such as 6-dihydroxyindole and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid. The melanin pigment produced in this way is present in small particles in melanin-producing cells such as skin and hair, is a polymer compound that is insoluble in water, soluble in hot concentrated sulfuric acid and strong alkali, Its structure is not clear.

基質のチロシン又はDOPAにチロシナーゼを作用させることによりドーパキノンを経て生成するモノマーの重合によりメラニンを製造することも試みられている。チロシナーゼとしては、マッシュルームから精製されたチロシナーゼ標品やマウスやハムスターの細胞から分離されたチロシナーゼ標品が市販されている。
しかし、チロシナーゼを用いて製造したメラニン色素は水に不溶であり、すみやかに沈殿する。繊維や皮革などの染料として利用する場合、不溶性の高分子色素は組織に浸透することができず、対象を染めることはできない。
従って、メラニンを染料などに利用するためには、これを染色対象中に浸透させるための工夫が必要になる。
Attempts have also been made to produce melanin by polymerizing monomers produced via dopaquinone by allowing tyrosinase to act on the substrate tyrosine or DOPA. As tyrosinase, tyrosinase preparations purified from mushrooms and tyrosinase preparations isolated from mouse and hamster cells are commercially available.
However, the melanin pigment produced using tyrosinase is insoluble in water and quickly precipitates. When used as dyes for fibers, leather, etc., insoluble polymer pigments cannot penetrate tissues and cannot dye objects.
Therefore, in order to use melanin as a dye or the like, it is necessary to devise a technique for penetrating it into the object to be dyed.

本発明は、メラニン前駆体の効率的な製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide an efficient method for producing a melanin precursor.

上記課題を解決するために本発明者は研究を重ね、以下の知見を得た。
(1) メラニンは水に溶け難い高分子であるため、例えば染料として用いる場合に対象物中に浸透させることが難しいが、重合体であるメラニンの構成モノマーの混合物(メラニン前駆体)の形で染料として用いれば、対象物品中に容易に浸透させることができる。さらに、染色対象物中で容易に重合させてメラニンを生成することができる。
(2) カテコールオキシダーゼはL-チロシン、D-チロシン、L-DOPA、D-DOPA及びこれらの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物に対する親和性は高いが、その酸化生成物であるドーパクロムに対しては親和性が低い。即ち、基質化合物に対して過剰量のカテコールオキシダーゼ活性を示す細胞又は過剰量のカテコールオキシダーゼ活性を示す酵素を作用させることより、酵素反応生成物であるドーパクロムの非酵素的な酸化が進行する前に基質化合物を急速に酵素酸化する事によりメラニン前駆体を効率的に蓄積させることができる。
(4) ドーパクロム溶液のpHを5〜7に調整し、この溶液を酸素の存在下で上記pHを維持しつつ保存する、あるいはpHを3〜5に調整しこの溶液を酸素非存在下で上記pHを維持しつつ保存する、あるいはpHを5〜10に調整し、この溶液を酸素非存在下で上記pHを維持しつつ保存することにより、効率よく5,6-ジヒドロキシインドールを生成させることができる。即ち、ドーパクロムは、自発的な脱炭酸によって5,6-ジヒドロキシインドールに変換されるが、本発明者は、ドーパクロムから5,6-ジヒドロキシインドールへの効率的な変換方法を見出した。
(5) ドーパクロム溶液に水溶性有機溶媒を添加して保存することにより、ドーパクロムが効率的に5,6-ジヒドロキシインドールに変換される。ただし、アミノエタノールのような塩基性を示す水溶性有機溶媒を用いた場合、5,6-ジヒドロキシインドールカルボン酸に効率よく変換され、安定に保存できる。
(6) ドーパクロム溶液に塩を添加して保存することにより、効率よく、ドーパクロムが5,6-ジヒドロキシインドールに変換される。
(7) ドーパクロム溶液に2価銅イオンを添加して保存することにより、非酵素的に効率よく、ドーパクロムが5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸に変換される。
(8) ドーパクロム溶液に緩衝剤、特にリン酸緩衝剤を添加し、-80〜-0℃程度の低温で保存することにより、非酵素的に効率よく、ドーパクロムが5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸に変換される。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor repeated research and obtained the following knowledge.
(1) Since melanin is a polymer that is hardly soluble in water, for example, when used as a dye, it is difficult to permeate into an object, but in the form of a mixture of melanin constituent monomers (melanin precursor) that is a polymer. If used as a dye, it can easily penetrate into the target article. Furthermore, it can be easily polymerized in the object to be dyed to produce melanin.
(2) Catechol oxidase has high affinity for at least one substrate compound selected from the group consisting of L-tyrosine, D-tyrosine, L-DOPA, D-DOPA and their analogs, but it is an oxidation product thereof. Low affinity for some dopachromes. That is, before the non-enzymatic oxidation of dopachrome, which is an enzyme reaction product, proceeds by allowing cells exhibiting an excessive amount of catechol oxidase activity or an enzyme exhibiting an excessive amount of catechol oxidase activity to act on the substrate compound. By rapidly enzymatically oxidizing the substrate compound, the melanin precursor can be efficiently accumulated.
(4) Adjust the pH of the dopachrome solution to 5 to 7 and store this solution in the presence of oxygen while maintaining the pH, or adjust the pH to 3 to 5 in the absence of oxygen. By storing the solution while maintaining the pH or adjusting the pH to 5 to 10 and storing the solution while maintaining the pH in the absence of oxygen, 5,6-dihydroxyindole can be efficiently produced. it can. That is, dopachrome is converted to 5,6-dihydroxyindole by spontaneous decarboxylation, but the present inventor has found an efficient method for converting dopachrome to 5,6-dihydroxyindole.
(5) By adding a water-soluble organic solvent to the dopachrome solution and storing it, dopachrome is efficiently converted into 5,6-dihydroxyindole. However, when a basic water-soluble organic solvent such as aminoethanol is used, it is efficiently converted to 5,6-dihydroxyindolecarboxylic acid and can be stored stably.
(6) By adding salt to the dopachrome solution and storing it, dopachrome is efficiently converted to 5,6-dihydroxyindole.
(7) By adding divalent copper ions to the dopachrome solution and storing it, dopachrome is converted into 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid efficiently and non-enzymatically.
(8) A buffer, especially a phosphate buffer, is added to the dopachrome solution and stored at a low temperature of about −80 to −0 ° C., so that non-enzymatically efficient dopachrome is 5,6-dihydroxyindole-2. -Converted to carboxylic acid.

本発明は上記知見に基づき完成されたものであり、以下のメラニン前駆体の製造方法を提供する。   The present invention has been completed based on the above findings, and provides the following method for producing a melanin precursor.

1. 反応液中に、チロシン、DOPA及びこれらの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物と、以下の(a)、(b)、 (c) 、及び(d)の1以上の要因で高いカテコールオキシダーゼ活性を示す細胞とを存在させた状態で、基質化合物を酸化してメラニン前駆体に変換する酸化工程と、
反応液からメラニン前駆体を回収する回収工程と
を含むメラニン前駆体の製造方法。
(a) カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を本来発現させているプロモーターより高活性のプロモーターの下でこの遺伝子を発現させている。
(b) カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を複数コピー有する。
(c) カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする変異した遺伝子を有することにより高いカテコールオキシダーゼ活性を示す。
(d) チロシナーゼ活性化処理されることにより高いカテコールオキシダーゼ活性を示す。
1. In the reaction solution, at least one substrate compound selected from the group consisting of tyrosine, DOPA and analogs thereof, and one or more factors of (a), (b), (c) and (d) below: An oxidation step of oxidizing a substrate compound and converting it into a melanin precursor in the presence of cells exhibiting high catechol oxidase activity in
The manufacturing method of a melanin precursor including the collection | recovery process which collect | recovers a melanin precursor from a reaction liquid.
(a) This gene is expressed under a promoter having a higher activity than a promoter that originally expresses a gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity.
(b) It has multiple copies of a gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity.
(c) High catechol oxidase activity is exhibited by having a mutated gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity.
(d) High catechol oxidase activity is exhibited by tyrosinase activation treatment.

2. L-DOPAを基質として用いた場合の細胞のカテコールオキシダーゼ活性が0.1U/OD600以上である項1に記載の方法。
3. 1molのL-DOPAを基質として用いた場合のカテコールオキシダーゼ活性が、5×105U/mol以上である項1又は2に記載の方法。
4. カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドがチロシナーゼである項1、2又は3に記載の方法。
2. Item 2. The method according to Item 1, wherein the catechol oxidase activity of the cell when L-DOPA is used as a substrate is 0.1 U / OD 600 or more.
3. Item 3. The method according to Item 1 or 2, wherein the catechol oxidase activity when 1 mol of L-DOPA is used as a substrate is 5 × 10 5 U / mol or more.
4). Item 4. The method according to Item 1, 2, or 3, wherein the polypeptide having catechol oxidase activity is tyrosinase.

5. チロシナーゼが、アスペルギルス(Aspergillus)属糸状菌、ニューロスポラ(Neurospora)属糸状菌、リゾムコール(Rhizomucor)属糸状菌、トリコデルマ(Tricoderma)属糸状菌、ペニシリウム(Penicillium)属糸状菌からなる群より選ばれる糸状菌のチロシナーゼである項4に記載の方法。   5. Filamentous tyrosinase selected from the group consisting of Aspergillus fungi, Neurospora fungi, Rhizomucor fungi, Tricoderma fungi, and Penicillium fungi Item 5. The method according to Item 4, which is a fungal tyrosinase.

6. チロシナーゼが、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)のmelBチロシナーゼ遺伝子、melDチロシナーゼ遺伝子又はmelOチロシナーゼ遺伝子にコードされるポリペプチドである項5に記載の方法。   6). Item 6. The method according to Item 5, wherein the tyrosinase is a polypeptide encoded by the melB tyrosinase gene, melD tyrosinase gene or melO tyrosinase gene of Aspergillus oryzae.

7. 細胞が大腸菌(Escherichia coli)、酵母及び糸状菌からなる群より選ばれる微生物細胞である項1〜6のいずれかに記載の方法。   7). Item 7. The method according to any one of Items 1 to 6, wherein the cell is a microbial cell selected from the group consisting of Escherichia coli, yeast and filamentous fungi.

8. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を2価銅イオンの存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(A)を含む項1〜7のいずれかに記載の方法。   8). Item 1 to 7 further comprising a composition adjustment step (A) for adjusting the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation step in the presence of divalent copper ions between the oxidation step and the recovery step. The method in any one of.

9. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を、緩衝剤の存在下で-80〜0℃保存することによりその組成を調整する組成調整工程(B)を含む項1〜8のいずれかに記載の方法。   9. Furthermore, a composition adjustment step (B) for adjusting the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation step in the presence of a buffer at −80 to 0 ° C. is included between the oxidation step and the recovery step. Item 9. The method according to any one of Items 1 to 8.

10. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を塩の存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(C)を含む項1〜7のいずれかに記載の方法。   Ten. Furthermore, the composition adjustment process (C) which adjusts the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation process in the presence of a salt between the oxidation process and the recovery process, The method described in 1.

11. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程において得られるメラニン前駆体を、酸素非存在下pH3〜5、酸素非存在下pH5〜10、又は酸素存在下pH5〜7に維持した状態で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(D)を含む項1〜7及び10のいずれかに記載の方法。   11. Furthermore, between the oxidation step and the recovery step, the melanin precursor obtained in the oxidation step is maintained at pH 3-5 in the absence of oxygen, pH 5-10 in the absence of oxygen, or pH 5-7 in the presence of oxygen. Item 11. The method according to any one of Items 1 to 7 and 10, which comprises a composition adjustment step (D) for adjusting the composition by storage.

12. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を、水溶性有機溶媒の存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(E)を含む項1〜7、10及び11のいずれかに記載の方法。   12. Furthermore, between the oxidation step and the recovery step, the melanin precursor obtained by the oxidation step includes a composition adjustment step (E) for adjusting the composition by storing the melanin precursor in the presence of a water-soluble organic solvent. The method according to any one of 7, 10 and 11.

13. チロシン、DOPA及びこれらの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物に対して、カテコールオキシダーゼ活性を有する酵素を、1molのL-DOPAを基質として用いた場合のカテコールオキシダーゼ活性が5×105U/mol以上となるようにして作用させることにより、基質化合物を酸化してメラニン前駆体に変換する酸化工程と、
反応液からメラニン前駆体を回収する回収工程と
を含むメラニン前駆体の製造方法。
13. When at least one substrate compound selected from the group consisting of tyrosine, DOPA, and analogs thereof is used, an enzyme having catechol oxidase activity has a catechol oxidase activity of 5 × when 1 mol of L-DOPA is used as a substrate. An oxidation step of oxidizing the substrate compound to convert it into a melanin precursor by acting so that it becomes 10 5 U / mol or more;
The manufacturing method of a melanin precursor including the collection | recovery process which collect | recovers a melanin precursor from a reaction liquid.

14. カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドがチロシナーゼである項13に記載の方法。   14. Item 14. The method according to Item 13, wherein the polypeptide having catechol oxidase activity is tyrosinase.

15. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を2価銅イオンの存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(A)を含む項13又は14に記載の方法。   15. Item 13 or 14 further includes a composition adjustment step (A) in which the melanin precursor obtained by the oxidation step is stored in the presence of divalent copper ions to adjust the composition between the oxidation step and the recovery step. The method described in 1.

16. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を、緩衝剤の存在下で-80〜0℃保存することによりその組成を調整する組成調整工程(B)を含む項13、14又は15に記載の方法。   16. Furthermore, a composition adjustment step (B) for adjusting the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation step in the presence of a buffer at −80 to 0 ° C. is included between the oxidation step and the recovery step. Item 16. The method according to Item 13, 14 or 15.

17. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を塩の存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(C)を含む項13又は14に記載の方法。   17. Item 13. The method according to Item 13 or 14, further comprising a composition adjustment step (C) for adjusting the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation step in the presence of a salt between the oxidation step and the recovery step. Method.

18. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程において得られるメラニン前駆体を、酸素非存在下pH3〜5、酸素非存在下pH5〜10、又は酸素存在下pH5〜7に維持した状態で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(D)を含む項13、14又は17に記載の方法。   18. Furthermore, between the oxidation step and the recovery step, the melanin precursor obtained in the oxidation step is maintained at pH 3-5 in the absence of oxygen, pH 5-10 in the absence of oxygen, or pH 5-7 in the presence of oxygen. Item 18. The method according to Item 13, 14 or 17, comprising a composition adjustment step (D) for adjusting the composition by storage.

19. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を、水溶性有機溶媒の存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(E)を含む項13、14、17又は18に記載の方法。   19. Furthermore, the composition adjustment step (E) for adjusting the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation step in the presence of a water-soluble organic solvent between the oxidation step and the recovery step, The method according to 14, 17 or 18.

20. 項1〜19のいずれかに記載の方法により得られるメラニン前駆体。   20. Item 20. A melanin precursor obtained by the method according to any one of items 1 to 19.

本発明によれば、メラニン前駆体の効率的な製造方法が提供された。さらにいえば、本発明方法によれば、メラニン前駆体の重合によるメラニンの生成を抑制して、メラニンの構成モノマーの混合物(メラニン前駆体)を効率的に製造することができる。   According to the present invention, an efficient method for producing a melanin precursor is provided. Furthermore, according to the method of the present invention, it is possible to efficiently produce a mixture of melanin constituent monomers (melanin precursor) by suppressing the production of melanin due to polymerization of the melanin precursor.

また本発明方法によればメラニン構成モノマーを簡単かつ安価に製造できるため、本発明方法はメラニン前駆体の工業的生産に好適である。   Further, according to the method of the present invention, the melanin constituent monomer can be produced easily and inexpensively, and therefore the method of the present invention is suitable for industrial production of melanin precursors.

メラニンは水難溶性の高分子であるため有機物を染色し難いが、メラニン前駆体は水溶性であるため、染色対象物にメラニン前駆体を浸透させた後に、重合させることにより効率良く対象物を染色することができる。
メラニン前駆体のうちインドール類には殺菌作用があるため、染色と同時に殺菌効果も期待できる。さらに、反応性が高いため有機物のみならずステンレスなどの金属も染色することが可能である。
また、反応条件を設定することにより、特定重合状態のメラニン(例えば平面的に重合したメラニン)になる組成のメラニン前駆体を製造することもできる。
Since melanin is a poorly water-soluble polymer, it is difficult to stain organic matter, but since melanin precursor is water-soluble, it penetrates the melanin precursor into the object to be dyed, and then polymerizes the object efficiently. can do.
Among the melanin precursors, indoles have a bactericidal action, so that a bactericidal effect can be expected simultaneously with the dyeing. Furthermore, since the reactivity is high, not only organic substances but also metals such as stainless steel can be dyed.
Moreover, the melanin precursor of the composition used as the melanin of a specific polymerization state (for example, planarly polymerized melanin) can also be manufactured by setting reaction conditions.

(I)第1のメラニン前駆体の製造方法
基本的構成
本発明の第1のメラニン前駆体の製造方法は、反応液中に、チロシン、DOPA及びこれらの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物と、高いカテコールオキシダーゼ活性を示す細胞とを存在させた状態で、基質化合物を酸化してメラニン前駆体に変換する酸化工程と;反応液からメラニン前駆体を回収する工程とを含む方法である。
基質化合物の酸化工程
<カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチド>
カテコールオキシダーゼ活性とは、カテコールの酸化によるo-キノンの生成を触媒する活性である。カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチド(以下、「カテコールオキシダーゼ」と略称する)には、カテコールオキシダーゼ、モノフェノールオキシダーゼ、ジフェノールオキシダーゼ、o-ジフェノラーゼ、チロシナーゼ等と称されている酵素が含まれる。これらは、通常、モノフェノールオキシダーゼ活性を有する。このほかモノフェノールオキシダーゼは有していないが、ポリフェノールオキシダーゼ活性を有しているラッカーゼ、ペルオキシダーゼもカテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドに含まれる。カテコールオキシダーゼ中でも、L-DOPAに対して親和性が高いために天然型メラニン前駆体を効率よく製造できる点で、チロシナーゼを使用することが好ましい。
(I) Method for producing first melanin precursor
Basic Structure The first method for producing a melanin precursor of the present invention exhibits at least one substrate compound selected from the group consisting of tyrosine, DOPA and analogs thereof and high catechol oxidase activity in the reaction solution. An oxidation step of oxidizing a substrate compound to convert it into a melanin precursor in the presence of cells; and a step of recovering the melanin precursor from the reaction solution.
Oxidation process of substrate compound
<Polypeptide having catechol oxidase activity>
Catechol oxidase activity is activity that catalyzes the production of o-quinone by oxidation of catechol. Polypeptides having catechol oxidase activity (hereinafter abbreviated as “catechol oxidase”) include enzymes called catechol oxidase, monophenol oxidase, diphenol oxidase, o-diphenolase, tyrosinase, and the like. These usually have monophenol oxidase activity. In addition, although it does not have monophenol oxidase, laccase and peroxidase having polyphenol oxidase activity are also included in the polypeptide having catechol oxidase activity. Among catechol oxidases, it is preferable to use tyrosinase from the viewpoint that a natural melanin precursor can be efficiently produced because of its high affinity for L-DOPA.

カテコールオキシダーゼは、どのような生物に由来する酵素であってもよいが、特に、発現効率がよく、かつ宿主細胞内で安定であることから、糸状菌由来のチロシナーゼが好ましい。このような糸状菌としては、アスペルギルス属糸状菌、ニューロスポラ属糸状菌、リゾムコール属糸状菌、トリコデルマ属糸状菌、ペニシリウム属糸状菌などが挙げられる。中でも、熱に対して比較的安定であり、かつ安全性が確かめられている点で、アスペルギルス属糸状菌のチロシナーゼが好ましく、具体的には、アスペルギルス・オリゼのmelB遺伝子(特開2002-191366号公報)、melD遺伝子(特願2002-373069)又はmelO遺伝子(Molecular cloning and nucleotide sequence of the protyrosinase gene, melO, from Aspergillus oryzae and expression of the gene in yeast cells.Biochim Biophys Acta. 1995 Mar 14;1261(1):151-154.)にコードされるチロシナーゼを挙げることができる。
<細胞>
高いカテコールオキシダーゼ活性を示す細胞としては、以下の(a)、(b)、(c)又は/及び(d)の細胞を用いる。
(a) カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を本来発現させているプロモーターより高活性のプロモーターの下でこの遺伝子を発現させている。
(b) カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を複数コピー有する。
(c) カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする変異した遺伝子を有することにより高いカテコールオキシダーゼ活性を示す。
(d) チロシナーゼ活性化処理されることにより高いカテコールオキシダーゼ活性を示す。
Catechol oxidase may be an enzyme derived from any organism, but tyrosinase derived from filamentous fungi is particularly preferable because of its high expression efficiency and stability in the host cell. Examples of such filamentous fungi include Aspergillus sp., Neurospora sp., Rhizomucor sp., Trichoderma sp., Penicillium sp. Among them, tyrosinase of Aspergillus filamentous fungi is preferable because it is relatively stable against heat and has been confirmed to be safe. Specifically, Aspergillus oryzae melB gene (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-191366) Gazette), melD gene (Japanese Patent Application No. 2002-373069) or melO gene (Molecular cloning and nucleotide sequence of the protyrosinase gene, melO, from Aspergillus oryzae and expression of the gene in yeast cells. Biochim Biophys Acta. 1995 Mar 14; 1261 ( 1): Tyrosinase encoded by 151-154.) Can be mentioned.
<Cell>
As the cells showing high catechol oxidase activity, the following cells (a), (b), (c) and / or (d) are used.
(a) This gene is expressed under a promoter having a higher activity than a promoter that originally expresses a gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity.
(b) It has multiple copies of a gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity.
(c) High catechol oxidase activity is exhibited by having a mutated gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity.
(d) High catechol oxidase activity is exhibited by tyrosinase activation treatment.

具体的には、例えば、タンパク質の大量発現用に通常用いられているベクターにカテコールオキシダーゼ遺伝子をクローニングしたものを宿主細胞に導入し、宿主染色体に組み込むか又はこれをプラスミド状態で有する宿主細胞を培養することによりカテコールオキシダーゼを大量に産生させることができる。これにより、その遺伝子を本来発現させているプロモーターより高活性のプロモーターの下でこの遺伝子を発現させればよい。   Specifically, for example, a catechol oxidase gene cloned into a vector usually used for mass expression of a protein is introduced into a host cell, and the host cell is incorporated into a host chromosome or cultured in a host cell having this in a plasmid state. By doing so, a large amount of catechol oxidase can be produced. Thus, this gene may be expressed under a promoter that is more active than the promoter that originally expresses the gene.

また、例えば、カテコールオキシダーゼ遺伝子を複数コピー保持する可能性のある2倍体以上の細胞にカテコールオキシダーゼ遺伝子を導入したものを用いればよい。また、例えば実用酵母の中には、3倍体や4倍体の細胞も存在するため、これらも好適に使用できる。このようにして、その遺伝子本来よりコピー数を多くすることにより、高いカテコールオキシダーゼ活性を示す細胞とすることができる。   In addition, for example, a diploid or higher cell in which a plurality of catechol oxidase genes may be retained may be used. In addition, for example, since there are triploid and tetraploid cells in practical yeasts, these can be preferably used. In this way, a cell exhibiting high catechol oxidase activity can be obtained by increasing the copy number from that of the gene.

さらに、カテコールオキシダーゼ遺伝子の変異により、カテコールオキシダーゼ活性が高くなった細胞又はこのような変異カテコールオキシダーゼ遺伝子を導入した細胞も使用できる。このようにして、天然型酵素より高い活性を示す変異型酵素とすることにより、高いカテコールオキシダーゼ活性を示す細胞とすることができる。   Furthermore, cells having increased catechol oxidase activity due to mutation of the catechol oxidase gene or cells into which such a mutated catechol oxidase gene has been introduced can be used. Thus, it can be set as the cell which shows high catechol oxidase activity by setting it as the variant enzyme which shows higher activity than a natural type enzyme.

また後述するように、2価銅イオンを配位させる処理や、pH2.8〜3.2程度の酸性溶液での処理などを施すことにより、そのカテコールオキシダーゼ活性を高めた細胞を用いることもできる。   As will be described later, a cell having enhanced catechol oxidase activity by performing a treatment for coordinating divalent copper ions or a treatment with an acidic solution of about pH 2.8 to 3.2 can also be used.

中でも、(a)のカテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を本来発現させているプロモーターより高活性のプロモーターの下でこの遺伝子を発現させている細胞が好ましい。   Among them, a cell in which this gene is expressed under a promoter having a higher activity than a promoter that originally expresses a gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity (a) is preferable.

カテコールオキシダーゼを産生させる細胞の種類は、特に限定されないが、大量培養が容易である点で微生物であることが好ましい。使用し易い微生物としては、大腸菌、酵母及び糸状菌等を挙げることができる。中でも、安全で、カテコールオキシダーゼの産生効率がよく、さらに単細胞であり、かつ細胞の沈降速度が速いため、比較的低速回転の遠心分離で反応後の細胞を分離できる点で酵母を用いることが好ましい。中でも、菌体が堅牢であるために菌体由来のタンパク質の反応液中への流出が抑えられ、かつ遺伝子操作が容易である点で、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)が好ましい。
カテコールオキシダーゼ、特にチロシナーゼが活性を示すためには触媒活性中心に2価銅イオンが配位することが必要である。野生型細胞ではカテコールオキシダーゼの発現量が少ないため、その細胞内に存在する2価銅イオンの配位により十分活性を示すが、形質転換等によりカテコールオキシダーゼの発現量が向上している細胞では十分なカテコールオキシダーゼ活性が得られない場合がある。従って、上記(a)〜(d)のいずれの細胞を用いる場合も、細胞を予め2価銅イオンで処理することにより、カテコールオキシダーゼの触媒活性中心に2価銅イオンを配位させることが好ましい。具体的には、形質転換体を0.1〜2mM程度の例えば硫酸銅溶液に懸濁し、30〜40℃程度で0.5〜2時間程度静置することにより、細胞内のカテコールオキシダーゼに十分に2価銅イオンを配位させることができる。
また、上記(a)〜(d)のいずれの細胞を用いる場合も、カテコールオキシダーゼの中でもチロシナーゼ、特にアスペルギルス・オリゼ由来のチロシナーゼは、pH2.8〜3.2程度の酸性溶液で処理することにより、成熟化し、活性化する。従って、例えば、20〜200mM程度の酢酸ナトリウム緩衝溶液(pH=3)に懸濁し、0〜40℃程度で0.5〜1時間程度静置することにより、カテコールオキシダーゼ活性を一層向上させることができる。
細胞が酵母の場合、L-DOPAを基質として用いた場合に、0.1 U/OD600以上、好ましくは0.5 U/OD600以上、さらに好ましくは1U/OD600以上のカテコールオキシダーゼ活性を有する細胞を用いることが好ましい。酵母以外の細胞の場合も同様のカテコールオキシダーゼ活性を有する細胞を用いればよい。細胞のカテコールオキシダーゼ活性の上限は特に限定されないが、通常5U/OD600程度である。
Although the kind of cell which produces catechol oxidase is not specifically limited, It is preferable that it is a microorganism at the point which mass culture is easy. Examples of microorganisms that are easy to use include Escherichia coli, yeast, and filamentous fungi. Among them, it is preferable to use yeast because it is safe, has high production efficiency of catechol oxidase, is a single cell, and has a high cell sedimentation rate, so that the cells after reaction can be separated by centrifugation at a relatively low speed. . Among these, Saccharomyces cerevisiae is preferable in that the bacterial cell is robust, and thus the outflow of the protein derived from the bacterial cell into the reaction solution is suppressed and the genetic manipulation is easy.
In order for catechol oxidase, in particular tyrosinase, to exhibit activity, it is necessary to coordinate a divalent copper ion to the catalytic activity center. Since the expression level of catechol oxidase is small in wild type cells, it is sufficiently active due to the coordination of divalent copper ions present in the cells, but is sufficient for cells in which the expression level of catechol oxidase is improved by transformation or the like. Catechol oxidase activity may not be obtained. Accordingly, when any of the above cells (a) to (d) is used, it is preferable to coordinate the divalent copper ion to the catalytically active center of catechol oxidase by treating the cell with divalent copper ion in advance. . Specifically, the transformant is suspended in, for example, a copper sulfate solution of about 0.1 to 2 mM and allowed to stand at about 30 to 40 ° C. for about 0.5 to 2 hours to sufficiently divalent copper for intracellular catechol oxidase. Ions can be coordinated.
In addition, when using any of the above cells (a) to (d), among catechol oxidases, tyrosinase, in particular tyrosinase derived from Aspergillus oryzae, is matured by treatment with an acidic solution of about pH 2.8 to 3.2. And activate. Therefore, for example, by suspending in a sodium acetate buffer solution (pH = 3) of about 20 to 200 mM and allowing to stand at about 0 to 40 ° C. for about 0.5 to 1 hour, the catechol oxidase activity can be further improved.
When cells are yeast, when L-DOPA is used as a substrate, cells having catechol oxidase activity of 0.1 U / OD 600 or more, preferably 0.5 U / OD 600 or more, more preferably 1 U / OD 600 or more are used. It is preferable. In the case of cells other than yeast, cells having similar catechol oxidase activity may be used. The upper limit of the catechol oxidase activity of the cell is not particularly limited, but is usually about 5 U / OD 600 .

さらに、1molのL-DOPAを基質として用いた場合に、通常5×105U/mol以上、好ましくは5×106U/ mol以上となるようにすればよい。L-DOPA 1mol当たりのカテコールオキシダーゼ活性の上限は特に限定されないが、通常5×107U/ mol程度もあれば十分であり、それ以上はコスト高になる。
本発明において細胞のカテコールオキシダーゼ活性及び酵素のカテコールオキシダーゼ活性は実施例に記載の方法により測定される活性である。
Furthermore, when 1 mol of L-DOPA is used as a substrate, the concentration is usually 5 × 10 5 U / mol or more, preferably 5 × 10 6 U / mol or more. The upper limit of the catechol oxidase activity per 1 mol of L-DOPA is not particularly limited, but usually about 5 × 10 7 U / mol is sufficient, and more than that is expensive.
In the present invention, the catechol oxidase activity of cells and the catechol oxidase activity of enzymes are activities measured by the methods described in the Examples.

本発明方法においては、高いカテコールオキシダーゼを示す細胞を用いることにより、細胞内に、基質に対してカテコールオキシダーゼが過剰に存在する状態となる。これにより、基質化合物から生成したメラニン前駆体がさらに重合してメラニンが生成する速度より速く基質化合物からメラニン前駆体が生成し、反応系にメラニン前駆体が効率良く蓄積する。   In the method of the present invention, by using a cell exhibiting high catechol oxidase, the catechol oxidase is excessively present in the cell with respect to the substrate. Thereby, the melanin precursor produced | generated from the substrate compound further polymerizes, and a melanin precursor produces | generates from a substrate compound faster than the speed | rate which melanin produces | generates, and a melanin precursor accumulate | stores efficiently in a reaction system.

なお、細胞は、例えば担体結合法、包括法、架橋法、光架橋法のような公知の方法で固定化したものを用いることができ、これにより細胞を効率よく利用し、使用後は容易に反応系から分離することが可能となる。
<プロモーター>
高活性プロモーターの使用により大量にカテコールオキシダーゼを産生させる場合には、プロモーターは、この遺伝子を本来発現させているプロモーターより高活性のプロモーターであればよく、特に限定されない。使用する宿主に合わせて適したプロモーターを使用すればよい。
For the cells, for example, those immobilized by a known method such as a carrier binding method, a inclusion method, a crosslinking method, or a photocrosslinking method can be used. It becomes possible to separate from the reaction system.
<Promoter>
When a large amount of catechol oxidase is produced by using a highly active promoter, the promoter is not particularly limited as long as it is a promoter having a higher activity than the promoter that originally expresses this gene. A promoter suitable for the host to be used may be used.

例えば宿主として大腸菌を用いる場合は、T7プロモーター、tacプロモーター、tacIプロモーター、lacZプロモーター、trpプロモーター、BADプロモーター、lacプロモーター、λPLプロモーター、spaプロモーター、sp6プロモーター、lppプロモーターなどが挙げられる。中でも、T7プロモーター、tacプロモーター、trpプロモーターが好ましく、T7プロモーターがより好ましい。   For example, when E. coli is used as a host, examples include T7 promoter, tac promoter, tacI promoter, lacZ promoter, trp promoter, BAD promoter, lac promoter, λPL promoter, spa promoter, sp6 promoter, lpp promoter, and the like. Of these, the T7 promoter, tac promoter, and trp promoter are preferable, and the T7 promoter is more preferable.

宿主として酵母を用いる場合は、SED1プロモーター、ADH1プロモーター、PGKプロモーター、GAPDHプロモーター、TDH1プロモーター、PHO5プロモーター、GAL4プロモーター、GAL10プロモーター、CUP1プロモーターなどが挙げられる。中でも、SED1プロモーター、ADH1プロモーター、PGKプロモーター、GAPDHプロモーターが好ましく、SED1プロモーターがより好ましい。   When yeast is used as the host, SED1 promoter, ADH1 promoter, PGK promoter, GAPDH promoter, TDH1 promoter, PHO5 promoter, GAL4 promoter, GAL10 promoter, CUP1 promoter and the like can be mentioned. Among these, SED1 promoter, ADH1 promoter, PGK promoter, and GAPDH promoter are preferable, and SED1 promoter is more preferable.

宿主として麹菌を用いる場合は、melOプロモーター、glaAプロモーター、マンガン・スーパーオキシドディスムターゼプロモーター(sodMプロモーター)、銅、亜鉛・スーパーオキシドディスムターゼプロモーター、チトクロームP450プロモーター、カタラーゼAプロモーター、カタラーゼBプロモーター、スモールV−ATPaseプロモーター、アクチンプロモーター、ヒストンH2プロモーター(以上、特開2001-224381に記載);クルシフォーム結合タンパク質プロモーター、ペプチジルプロリルシストランスイソメラーゼプロモーター、ユビキチンコンジュゲーテリング酵素プロモーター、ATP依存性トランスポータープロモーター、H+トランスポーティングATPシンターゼプロモーター、ユビキチンプロモーター、Rab5様GTPaseプロモーター、リボソーム蛋白質L37プロモーター、リボソーム蛋白質S16プロモーター、ホスファチジルシンテターゼプロモーター、mRNA除去因子Iの25kDaサブユニットプロモーター、ヒストンH3サブユニットプロモーター、26Sプロテアソームp44.5蛋白質プロモーター、酵母由来飢餓生存蛋白質プロモーター、推定膜蛋白質プロモーター、脂質トランスポーターPOX18様蛋白質プロモーター、ペルオキシソーム膜蛋白質per10様蛋白質プロモーター、液胞H+ATPaseサブユニットプロモーター、DNA結合P52/P100複合体100kDaサブユニットプロモーター、アデノシンキナーゼプロモーター、複製因子A様蛋白質プロモーター、T. reesei様プロテインキナーゼプロモーター、カルシウム結合蛋白質プロモーター、マンノース結合蛋白質プロモーター、ソルビトールユーティリゼーション蛋白質プロモーター、チオレドキシンプロモーター、チトクロームCプロモーター、マンノースレクチンプロモーター、マンガンスーパーオキシドディスムターゼ2プロモーター、sar1プロモーター、d12-デサチュラーゼプロモーター、d9-デサチュラーゼプロモーター、d6-デサチュラーゼプロモーター、アルコールアシルトランスフェラーゼプロモーター、ccg-9プロモーター(以上、特開2002-320477に記載);GTP結合タンパク質プロモーター、ATP合成酵素プロモーター、シャペロンプロモーター、熱ショックタンパク質プロモーター、熱ショックタンパク質活性化タンパク質プロモーター、G4核酸結合タンパク質プロモーター、ATP/ADPキャリアータンパク質プロモーター(以上、特開2003-61659に記載);黒麹菌由来のマンガン・スーパーオキシドディスムターゼプロモーター(特開2003-164283に記載)などが挙げられる。中でも、sodMプロモーター、melOプロモーター、glaAプロモーターが好ましく、sodMプロモーターがより好ましい。
<基質化合物>
基質化合物としては、チロシン、DOPA及びDOPA類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を使用する。チロシン、DOPA及びDOPA類縁体は、L体又はD体のいずれであってもよい。類縁体としては、ドーパミン(Dopamine)や、DOPA又はチロシンの低級(炭素数1〜4)アルキルエステル、およびα−低級(炭素数1〜4)アルキルDOPA、α−低級(炭素数1〜4)アルキルチロシン等を例示できる。中でも、天然型メラニン前駆体が得られる点で、L-チロシン又は/及びL-DOPAを用いることが好ましく、酵素に対する親和性の点でL-DOPAを用いることがより好ましい。
When gonococcus is used as a host, melO promoter, glaA promoter, manganese superoxide dismutase promoter (sodM promoter), copper, zinc superoxide dismutase promoter, cytochrome P450 promoter, catalase A promoter, catalase B promoter, small V-ATPase Promoter, actin promoter, histone H2 promoter (described above, disclosed in JP-A-2001-224381); cruciform binding protein promoter, peptidylprolyl cis-trans isomerase promoter, ubiquitin conjugating enzyme promoter, ATP-dependent transporter promoter, H + trans Porting ATP synthase promoter, ubiquitin promoter, Rab5-like GTPase promoter, ribosomal protein L37 promoter, ribosomal protein S16 promoter, phosphatidyl synthetase promoter, mRNA removal factor I 25 kDa subunit promoter, histone H3 subunit promoter, 26S proteasome p44.5 protein promoter, yeast-derived starvation survival protein promoter, putative membrane Protein promoter, lipid transporter POX18-like protein promoter, peroxisome membrane protein per10-like protein promoter, vacuolar H + ATPase subunit promoter, DNA binding P52 / P100 complex 100 kDa subunit promoter, adenosine kinase promoter, replication factor A-like protein promoter , T. reesei-like protein kinase promoter, calcium-binding protein promoter, mannose-binding protein promoter, sorbit Rule utilization protein promoter, thioredoxin promoter, cytochrome C promoter, mannose lectin promoter, manganese superoxide dismutase 2 promoter, sar1 promoter, d12-desaturase promoter, d9-desaturase promoter, d6-desaturase promoter, alcohol acyltransferase promoter, ccg- 9 promoters (described in JP-A-2002-320477); GTP binding protein promoter, ATP synthase promoter, chaperone promoter, heat shock protein promoter, heat shock protein activation protein promoter, G4 nucleic acid binding protein promoter, ATP / ADP carrier Protein promoter (described in JP-A-2003-61659); Like Aspergillus origin of manganese superoxide dismutase promoter (described in JP 2003-164283) and the like. Among these, sodM promoter, melO promoter, and glaA promoter are preferable, and sodM promoter is more preferable.
<Substrate compound>
As the substrate compound, at least one compound selected from the group consisting of tyrosine, DOPA and DOPA analogs is used. Tyrosine, DOPA and DOPA analogs may be either L-form or D-form. Analogs include dopamine, DOPA or tyrosine lower (1 to 4 carbon) alkyl esters, and α-lower (1 to 4 carbon) alkyl DOPA, α-lower (1 to 4 carbons). Examples thereof include alkyltyrosine. Among them, L-tyrosine and / or L-DOPA is preferably used from the viewpoint of obtaining a natural melanin precursor, and L-DOPA is more preferably used from the viewpoint of affinity for the enzyme.

基質は1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
<反応>
反応開始時の基質の濃度は、通常10〜60mM程度とすることが好ましく、15〜25mM程度とすることがより好ましい。上記範囲であれば、十分量のメラニンを得ることができるとともに、メラニン生成量が増加し過ぎることによるメラニン前駆体の収率低下や未反応DOPAの残存が生じない。
A substrate can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
<Reaction>
The substrate concentration at the start of the reaction is usually preferably about 10 to 60 mM, more preferably about 15 to 25 mM. If it is the said range, while a sufficient amount of melanin can be obtained, the yield reduction of the melanin precursor by the excessive amount of melanin production | generation and the residual of unreacted DOPA will not arise.

また反応液のpHは、酵素が基質の酸化反応を触媒できる範囲であればよく特に限定されないが、通常4〜9程度に維持することが好ましく、5〜7程度に維持することがより好ましい。余りに低pHであると基質の酸化が進行せず、逆に余りに高pHであると生成したメラニンが蓄積せずに重合してしまうが、上記範囲であれば、メラニンの生成を抑えて反応液中に効率よくメラニン前駆体を蓄積させることができる。   The pH of the reaction solution is not particularly limited as long as the enzyme can catalyze the oxidation reaction of the substrate, but is usually preferably maintained at about 4 to 9, more preferably about 5 to 7. If the pH is too low, the oxidation of the substrate will not proceed. Conversely, if the pH is too high, the produced melanin will polymerize without accumulating. The melanin precursor can be efficiently accumulated therein.

反応液のpHは、反応液として緩衝液を用いることにより上記範囲に維持することもできるが、塩濃度が高いとメラニン前駆体の重合によるメラニンの生成が促進される場合があるため、KOH、NaOHのような強アルカリ及びH2SO4、HClのような強酸を少量添加することにより調整することが好ましい。 The pH of the reaction solution can be maintained in the above range by using a buffer solution as the reaction solution, but if the salt concentration is high, the production of melanin by polymerization of the melanin precursor may be promoted, so KOH, It is preferable to adjust by adding a small amount of a strong alkali such as NaOH and a strong acid such as H 2 SO 4 and HCl.

反応液中の細胞量は、1molのL-DOPAを基質とした場合のカテコールオキシダーゼ活性が、5×105U/mol以上となる範囲内で、少なければ少ないほど良い。細胞投入量は、通常反応液の体積に対して20容量%以下が好ましく、10容量%以下がより好ましい。上記の範囲内であれば、反応後の菌体分離を容易に行えることにより、メラニン前駆体の収率を高くすることができる。 The amount of cells in the reaction solution is preferably as small as possible so that the catechol oxidase activity is 5 × 10 5 U / mol or more when 1 mol of L-DOPA is used as a substrate. The cell input amount is usually preferably 20% by volume or less, more preferably 10% by volume or less, based on the volume of the reaction solution. If it is in said range, the yield of a melanin precursor can be made high because the bacterial cell separation after reaction can be performed easily.

反応温度は、酵素が基質の酸化反応を触媒できる範囲であればよく特に限定されないが、通常15〜35℃程度に維持することが好ましく、20〜30℃程度に維持することがより好ましい。上記範囲内であれば、十分に酸化反応が進行するとともに、酵素が失活し難く、またメラニン化が進行し難い。   The reaction temperature is not particularly limited as long as the enzyme can catalyze the oxidation reaction of the substrate, but is usually preferably maintained at about 15 to 35 ° C, more preferably about 20 to 30 ° C. Within the above range, the oxidation reaction proceeds sufficiently, the enzyme is hardly deactivated, and melanization is difficult to proceed.

反応開始直後は、酸化反応に大量の酸素が必要であるため、大量に通気することが好ましい。但し、攪拌速度が速すぎると細胞が損傷するため、反応液中の酸素濃度を監視し、酸素濃度が低下しなくなれば通気量および攪拌速度を減少することが好ましい。反応液中の酸素濃度は0.1〜8ppm程度に維持することが好ましく、1〜2ppm程度に維持することがより好ましい。通気や撹拌により反応液中に大量の泡が生じる場合は、シリコーン樹脂のような消泡剤を添加してもよい。   Immediately after the start of the reaction, a large amount of oxygen is required for the oxidation reaction. However, since the cells are damaged when the stirring speed is too high, it is preferable to monitor the oxygen concentration in the reaction solution and to reduce the aeration amount and stirring speed if the oxygen concentration does not decrease. The oxygen concentration in the reaction solution is preferably maintained at about 0.1 to 8 ppm, more preferably about 1 to 2 ppm. When a large amount of foam is generated in the reaction solution by aeration or stirring, an antifoaming agent such as a silicone resin may be added.

反応は、バッチ式又は連続式の何れであってもよい。未反応の基質と生成物を分離できる点でバッチ式が好ましい。バッチ式の場合の反応時間は、通常10分〜2時間程度とするのが好ましく、30分〜1時間程度とするのがより好ましい。余りに長時間反応させると生成したメラニン前駆体の重合反応が進行してしまうため収率が低下するが、この程度であれば、重合反応を最小限に抑えながら基質化合物を十分メラニン前駆体に変換できる。   The reaction may be either batch type or continuous type. The batch method is preferable in that the unreacted substrate and the product can be separated. In the case of a batch system, the reaction time is usually preferably about 10 minutes to 2 hours, more preferably about 30 minutes to 1 hour. If the reaction is carried out for too long, the polymerization reaction of the produced melanin precursor will proceed and the yield will decrease, but at this level, the substrate compound will be sufficiently converted to the melanin precursor while minimizing the polymerization reaction. it can.

連続式の場合は、基質濃度が10〜60mM程度、特に15〜25mM程度になるように細胞を含む反応容器に基質を供給しつつ反応液を連続的に回収すればよい。あるいは酵素または細胞を固定化した担体を充填したカラムに1〜10mM程度、特に3〜6mM程度になるような基質と、電子供与体として基質の2倍濃度の過酸化水素とを添加すればよい。   In the case of the continuous method, the reaction solution may be continuously collected while supplying the substrate to the reaction vessel containing cells so that the substrate concentration is about 10 to 60 mM, particularly about 15 to 25 mM. Alternatively, a column packed with a carrier on which an enzyme or cells are immobilized may be added with a substrate of about 1 to 10 mM, particularly about 3 to 6 mM, and hydrogen peroxide twice the concentration of the substrate as an electron donor. .

基質化合物としてチロシン又はDOPAを用いる場合は、上記酵素反応により基質化合物が酸化されてドーパクロムが生成する。この反応液を、静置すればドーパクロムの自発的な脱炭酸により5,6-ジヒドロキシインドールが生成し、或いは、細胞中に含まれるドーパクロムトートメラーゼにより、あるいは非酵素的な異性化によりドーパクロムから5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸が生成する。これにより、ドーパクロム、5,6-ジヒドロキシインドール及び5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸を含むメラニン前駆体が得られる。   When tyrosine or DOPA is used as the substrate compound, the substrate compound is oxidized by the above enzyme reaction to produce dopachrome. If this reaction solution is allowed to stand, 5,6-dihydroxyindole is produced by spontaneous decarboxylation of dopachrome, or it is produced from dopachrome by dopachrome tomerase contained in cells or by non-enzymatic isomerization. 5,6-Dihydroxyindole-2-carboxylic acid is produced. This gives a melanin precursor containing dopachrome, 5,6-dihydroxyindole and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid.

細胞を用いた酸化工程の後、直ぐに回収工程へ移り、反応液への酸素供給を遮断して組成を調整することにより、ドーパクロムの比率が高いメラニン前駆体が得られる。   After the oxidation step using cells, the melanin precursor having a high dopachrome ratio can be obtained by immediately moving to the recovery step and adjusting the composition by blocking the supply of oxygen to the reaction solution.

また基質化合物として、例えばドーパミン(Dopamine)を用いる場合は、基質化合物の酸化によりドーパミンクロム(Dopaminchrome)が生成する。この反応液を静置すればジヒドロキシインドールが生成し、これによってもメラニン前駆体が得られる。   Further, when dopamine, for example, is used as the substrate compound, dopamine chrome is generated by oxidation of the substrate compound. If this reaction solution is allowed to stand, dihydroxyindole is produced, and a melanin precursor can also be obtained.

またメラニン前駆体には、これらが2〜5分子程度重合した水溶性オリゴマーが含まれる場合もある。   The melanin precursor may contain a water-soluble oligomer obtained by polymerizing 2 to 5 molecules thereof.

この他、基質にシステイン又はグルタチオンのようなチオール化合物、コウジ酸などの異種化合物を添加しておくことにより、前述したメラニン前駆体構成成分にこれらの異種化合物が結合し、又は/及び、これらの異種化合物が混在するメラニン前駆体が得られる。これらの異種化合物は、酸化反応工程の途中又はその後、又は、後述する組成調整工程の途中又はその後に反応液に添加することもできる。チロシン、DOPA又はDOPA類縁体のいずれにも該当しない異種化合物を用いることにより得られる修飾されたメラニン前駆体も、本発明のメラニン前駆体に含まれる。   In addition, by adding a thiol compound such as cysteine or glutathione or a heterogeneous compound such as kojic acid to the substrate, these heterogeneous compounds bind to the melanin precursor constituents described above, and / or A melanin precursor in which different compounds are mixed is obtained. These heterogeneous compounds can also be added to the reaction solution during or after the oxidation reaction step, or during or after the composition adjustment step described later. Modified melanin precursors obtained by using heterogeneous compounds that do not fall under any of tyrosine, DOPA or DOPA analogs are also included in the melanin precursor of the present invention.

基質としてDOPA又はドーパミンを用いることにより得られるメラニン前駆体は重合により黒色のメラニンになる。また基質としてチロシンのアルキルエステル又はDOPAのアルキルエステルを用いることにより得られるメラニン前駆体は重合により黄色のメラニンになる。基質としてチロシンのα−アルキルエステル又はDOPAのα−アルキルエステルを用いることにより得られるメラニン前駆体は重合により黒色のメラニンになるが、pHを調節して重合させることにより黄色〜紫のメラニンを合成することができる。また基質としてチロシンやDOPAとシステインとを併用することにより得られるメラニン前駆体は重合により褐色のメラニンになる。
組成の調整工程
前述したように、酸化工程終了後に反応液を放置するとドーパクロムから5,6-ジヒドロキシインドールや5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸が生じることなくメラニンが生成してしまう。これに対して、酸化工程終了後に、例えば遠心分離などの方法で反応液から細胞を除去した後、以下の処理を行うことにより、メラニン前駆体の組成を調整することができる。酸化反応終了後は、酸化を防止するため、反応液は酸素を遮断した状態とするのが望ましい。
(i)5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸の比率が高い前駆体溶液の製造
<組成調整工程(A)>
カテコールオキシダーゼによる酸化工程終了後に、反応液に、通常0.1〜20mM程度、好ましくは5〜10mM程度の2価銅イオンを添加し、例えば10〜30分間程度保存することにより、メラニン前駆体中のドーパクロムの5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸への変換が促進される。
The melanin precursor obtained by using DOPA or dopamine as a substrate becomes black melanin by polymerization. Moreover, the melanin precursor obtained by using the alkyl ester of tyrosine or the alkyl ester of DOPA as a substrate becomes yellow melanin by polymerization. Melanin precursor obtained by using α-alkyl ester of tyrosine or α-alkyl ester of DOPA as a substrate becomes black melanin by polymerization, but yellow to purple melanin is synthesized by adjusting pH and polymerizing can do. The melanin precursor obtained by using tyrosine or DOPA and cysteine together as a substrate becomes brown melanin by polymerization.
Step of adjusting composition As described above, when the reaction solution is allowed to stand after completion of the oxidation step, melanin is generated without generating 5,6-dihydroxyindole or 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid from dopachrome. On the other hand, the composition of the melanin precursor can be adjusted by performing the following treatment after removing the cells from the reaction solution by a method such as centrifugation after the oxidation step. After the oxidation reaction is completed, it is desirable that the reaction solution is in a state of blocking oxygen in order to prevent oxidation.
(i) Production of a precursor solution having a high ratio of 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid
<Composition adjustment process (A)>
After completion of the oxidation step with catechol oxidase, about 0.1 to 20 mM, preferably about 5 to 10 mM of divalent copper ion is added to the reaction solution, and stored for about 10 to 30 minutes, for example, so that dopachrome in the melanin precursor is stored. Is promoted to 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid.

メラニン前駆体と2価銅イオンとの接触の際の温度は特に限定されず、酸化工程と同じ20〜30℃程度で行えばよい。また、反応液を室温下で静置してもよい。   The temperature at the time of a contact with a melanin precursor and a bivalent copper ion is not specifically limited, What is necessary is just to perform at about 20-30 degreeC same as an oxidation process. The reaction solution may be allowed to stand at room temperature.

本発明において、「保存」とは、一定状態で静置することのみを指す用語でははく、温度や処理剤濃度などが変化する場合も含まれる。また、静置する場合の他、震盪する場合等が含まれる。   In the present invention, “preservation” is not a term indicating only standing in a fixed state, but includes a case where temperature, treatment agent concentration, and the like change. Moreover, the case where it shakes other than the case where it leaves still is included.

銅イオンは、例えば硫酸銅溶液として添加することができる。   Copper ions can be added, for example, as a copper sulfate solution.

染料の染まり易さを決める要因の1つに染料の電気的性質がある。本発明方法により得られるメラニン前駆体を染料として用いる場合は、メラニン前駆体中の5,6-ジヒドロキシインドールと5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸との比率により染料の電気的性質が異なる。従って、染色対象の材質により、5,6-ジヒドロキシインドールと5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸との比率を適宜調整できれば便利である。5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸が多く含まれるメラニン前駆体は、例えばケラチンからなる繊維を染色するのに適している。
<組成調整工程(B)>
また、カテコールオキシダーゼによる酸化工程後に、反応産物であるメラニン前駆体を緩衝剤の存在下で、通常-80〜0℃程度、好ましくは-30〜-10℃程度で保存することができる。これによっても、メラニン前駆体中のドーパクロムの5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸への変換が促進される。
One of the factors that determine the ease of dyeing is the electrical properties of the dye. When the melanin precursor obtained by the method of the present invention is used as a dye, the electrical properties of the dye differ depending on the ratio of 5,6-dihydroxyindole and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid in the melanin precursor . Therefore, it is convenient if the ratio of 5,6-dihydroxyindole and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid can be appropriately adjusted depending on the material to be dyed. Melanin precursors rich in 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid are suitable for dyeing fibers made of keratin, for example.
<Composition adjustment process (B)>
Further, after the oxidation step with catechol oxidase, the melanin precursor as a reaction product can be stored in the presence of a buffer, usually at about -80 to 0 ° C, preferably at about -30 to -10 ° C. This also promotes the conversion of dopachrome in the melanin precursor to 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid.

具体的には、反応液に緩衝剤を添加することにより緩衝液とすればよい。緩衝液の種類は、pH4〜9程度の範囲で緩衝能を有するものであればよく、特に限定されないが、5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸への変換効率が高くなる点で、リン酸緩衝液が好ましい。リン酸緩衝液は、リン酸のみ含む緩衝液でもよく、その他の成分を含むものであってもよい。前者としては、リン酸ナトリウム緩衝液、リン酸カリウム緩衝液などを例示できる。後者としては、クエン酸−リン酸ナトリウム緩衝液、トリス−リン酸緩衝液を例示できる。   Specifically, a buffer solution may be obtained by adding a buffer to the reaction solution. The type of buffer is not particularly limited as long as it has a buffer capacity in the range of about pH 4 to 9, but it is phosphorous in that the conversion efficiency to 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid is increased. Acid buffer is preferred. The phosphate buffer may be a buffer containing only phosphoric acid or may contain other components. Examples of the former include sodium phosphate buffer and potassium phosphate buffer. Examples of the latter include citrate-sodium phosphate buffer and tris-phosphate buffer.

反応液中の緩衝剤の濃度は、例えば10mM〜500mM程度、好ましくは50mM〜200mM程度とすればよい。上記の緩衝剤濃度範囲であれば、緩衝剤の効果が十分に得られるとともに、メラニンの重合が促進されることがない。   The concentration of the buffer in the reaction solution may be, for example, about 10 mM to 500 mM, preferably about 50 mM to 200 mM. If it is said buffering agent concentration range, while the effect of a buffering agent will fully be acquired, superposition | polymerization of melanin will not be accelerated | stimulated.

また上記の保存温度範囲であれば、変換反応が十分効率的に進行するとともに、メラニンの生成量が増加し難い。   Moreover, if it is said storage temperature range, while conversion reaction will advance sufficiently efficiently, the production amount of melanin will not increase easily.

保存期間は、通常1〜7日間程度とすればよい。
(ii)5,6-ジヒドロキシインドールの比率が高い前駆体溶液の製造
<組成調整工程(C)>
また、カテコールオキシダーゼによる酸化工程後に、反応産物であるメラニン前駆体を塩の存在下で保存することができる。これにより、メラニン前駆体中のドーパクロムの5,6-ジヒドロキシインドールへの変換が促進される。
The storage period is usually about 1 to 7 days.
(ii) Production of a precursor solution having a high ratio of 5,6-dihydroxyindole
<Composition adjustment process (C)>
Moreover, the melanin precursor which is a reaction product can be preserve | saved in presence of a salt after the oxidation process by catechol oxidase. This promotes the conversion of dopachrome in the melanin precursor to 5,6-dihydroxyindole.

塩の種類は特に限定されず、公知の塩を制限なく使用できる。塩としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、炭酸、酢酸、リン酸のような酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などが挙げられる。   The kind of salt is not specifically limited, A well-known salt can be used without a restriction | limiting. Examples of the salt include alkali metal salts and alkaline earth metal salts of acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, carbonic acid, acetic acid, and phosphoric acid.

反応液中の塩濃度は、例えば0.5〜40重量%程度、好ましくは1〜5重量%程度とすればよい。塩濃度が余りにも高いと塩やメラニンが析出したりする場合があるが、上記の範囲であれば5,6-ジヒドロキシインドールへの変換が効率的に行われるとともに、塩やメラニンが析出しない。   The salt concentration in the reaction solution may be, for example, about 0.5 to 40% by weight, preferably about 1 to 5% by weight. If the salt concentration is too high, salt or melanin may precipitate, but if it is within the above range, conversion to 5,6-dihydroxyindole is efficiently performed, and salt or melanin does not precipitate.

保存温度は特に限定されず、酸化工程と同じ20〜30℃程度で行えばよい。また、反応液を室温下で静置してもよい。保存期間は、通常30分間〜3時間程度とすればよい。
<組成調整工程(D)>
カテコールオキシダーゼによる酸化工程後に、反応液のpHを5〜7程度に調整し、酸素存在下、即ち大気雰囲気中で反応液を保存することにより、メラニン前駆体中に含まれるドーパクロムの5,6-ジヒドロキシインドールへの変換が促進される。
The storage temperature is not particularly limited, and may be about 20 to 30 ° C., which is the same as that in the oxidation step. The reaction solution may be allowed to stand at room temperature. The storage period is usually about 30 minutes to 3 hours.
<Composition adjustment process (D)>
After the oxidation step with catechol oxidase, the pH of the reaction solution is adjusted to about 5 to 7, and the reaction solution is stored in the presence of oxygen, that is, in the atmospheric air, so that 5,6- dopachrome contained in the melanin precursor is stored. Conversion to dihydroxyindole is facilitated.

また、反応液のpHを5〜10程度に調整し、酸素が存在しない状態又は殆ど存在しない状態で反応液を保存することによっても、5,6-ジヒドロキシインドールへの変換を促進することができる。pH5〜10程度では5,6-ジヒドロキシインドールが生成するが、pH7〜10程度では、生成した5,6-ジヒドロキシインドールが急激に酸化してしまうため、酸素非存在下で作業することにより、効率的に5,6-ジヒドロキシインドールを得ることができる。   Also, the conversion to 5,6-dihydroxyindole can be promoted by adjusting the pH of the reaction solution to about 5 to 10 and storing the reaction solution in a state where oxygen is not present or almost absent. . 5,6-dihydroxyindole is produced at a pH of about 5 to 10, but the produced 5,6-dihydroxyindole is rapidly oxidized at a pH of about 7 to 10, so that the efficiency is improved by working in the absence of oxygen. Thus, 5,6-dihydroxyindole can be obtained.

さらに、反応液のpHを5以下に調製し、酸素が存在しない状態又は殆ど存在しない状態で反応液を保存することによって得られる沈殿をpH5〜7で、酸素が存在しない状態又は殆ど存在しない状態で溶解させることにより、5,6-ジヒドロキシインドールが得られる。   Furthermore, the pH of the reaction solution is adjusted to 5 or less, and the precipitate obtained by storing the reaction solution in a state where oxygen is not present or almost absent is at a pH of 5 to 7, in a state where oxygen is absent or almost absent. The 5,6-dihydroxyindole is obtained by dissolving in

酸素が存在しない状態又は殆ど存在しない状態は、反応容器を密閉するか、又は、反応容器の上部気体を窒素ガス、不活性ガス(希ガス)又は二酸化炭素ガスなどで置換することにより達成できる。   The state where oxygen is not present or almost absent can be achieved by sealing the reaction vessel or replacing the upper gas of the reaction vessel with nitrogen gas, inert gas (rare gas) or carbon dioxide gas.

保存温度は特に限定されないが、例えば5〜40℃程度で保存すればよい。また3〜24時間程度保存すれば十分である。
<組成調整工程(E)>
また、カテコールオキシダーゼによる酸化工程後に、反応液に中性又は酸性の水溶性有機溶媒を添加して保存することによっても、メラニン前駆体中の5,6-ジヒドロキシインドールの比率を向上させることができる。
The storage temperature is not particularly limited, but may be stored at about 5 to 40 ° C., for example. It is sufficient to store for 3 to 24 hours.
<Composition adjustment process (E)>
In addition, the ratio of 5,6-dihydroxyindole in the melanin precursor can also be improved by adding a neutral or acidic water-soluble organic solvent to the reaction solution after the oxidation step with catechol oxidase. .

このような水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、s-ブチルアルコール、t-ブチルアルコールなどの低級アルコール;酢酸エチルエステルのような低級アルキルエステル;エチルエーテル、;アセトン;酢酸;アセトニトリル等が挙げられる。特に、安全性の点でアルコールが好ましく、中でもエタノール、アセトンがより好ましい。   Examples of such water-soluble organic solvents include lower alcohols such as methanol, ethanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, isobutyl alcohol, s-butyl alcohol, and t-butyl alcohol; lower alkyl esters such as acetic acid ethyl ester; Examples include ethyl ether, acetone, acetic acid, acetonitrile, and the like. In particular, alcohol is preferable from the viewpoint of safety, and ethanol and acetone are more preferable.

水溶液有機溶媒の添加量は、反応液の全量に対してアルコールの比率が、通常10〜70容量%程度、好ましくは40〜60容量%程度となるようにすればよい。溶媒添加量を多くしても特に問題はなく、逆に変換速度が速くなる、生成してしまったメラニンを除去できるという効果があるが、上記範囲であれば、実用上十分に5,6-ジヒドロキシインドールの比率を向上させることができるとともに安全に後処理を行うことができる。   The addition amount of the aqueous organic solvent may be such that the ratio of alcohol to the total amount of the reaction solution is usually about 10 to 70% by volume, preferably about 40 to 60% by volume. Even if the amount of the solvent added is increased, there is no particular problem. On the contrary, the conversion rate is increased, and the produced melanin can be removed. The ratio of dihydroxyindole can be improved and aftertreatment can be performed safely.

保存温度は特に限定されないが、例えば5〜40℃程度とすればよい。また、30分〜1時間程度も保存すれば十分である。   The storage temperature is not particularly limited, but may be, for example, about 5 to 40 ° C. In addition, it is sufficient to store for about 30 minutes to 1 hour.

前述した塩処理、pH5〜7下での脱酸素処理、及び中性又は酸性水溶性有機溶媒処理は、2以上を組み合わせて行うことができる。この場合の実施順序は特に制限されない。また、反応液に、塩及び/又は水溶性有機溶媒を添加して、又は/さらに、pHを5〜7に調整して酸素非存在下で保存することもできる。これらにより、5,6-ジヒドロキシインドールの比率を一層向上させることができる。
メラニン前駆体の回収工程
上記各工程の終了後に、メラニン前駆体を回収する。メラニン前駆体は、反応液中の細胞を例えば遠心分離などの手段で除去することにより回収できる。除去した細胞は、酸化工程用の容器に戻すことにより再利用することができる。なお、組成調整工程前に既に細胞を除去している場合は細胞除去は不要である。
The aforementioned salt treatment, deoxygenation treatment under pH 5-7, and neutral or acidic water-soluble organic solvent treatment can be performed in combination of two or more. The implementation order in this case is not particularly limited. Moreover, a salt and / or a water-soluble organic solvent can be added to the reaction solution, or / and the pH can be adjusted to 5 to 7 and stored in the absence of oxygen. As a result, the ratio of 5,6-dihydroxyindole can be further improved.
Step of recovering melanin precursor After completion of each of the above steps, the melanin precursor is recovered. The melanin precursor can be recovered by removing cells in the reaction solution by means such as centrifugation. The removed cells can be reused by returning them to the container for the oxidation step. In addition, cell removal is unnecessary when the cell has already been removed before the composition adjustment step.

また反応液からメラニン前駆体を精製してもよい。即ち、反応終了後の反応液には、通気及び撹拌により細胞が破損して生じたタンパク質又は細胞から流出したタンパク質が含まれている場合がある。従って、限外ろ過、ゲルろ過クロマトグラフィー等の公知の方法で除タンパクを行うことが好ましい。なお、カテコールオキシダーゼを産生させる細胞として酵母細胞を用いる場合は、細胞壁が強固であるため、反応液中に存在する細胞由来のタンパク質は少ない又は殆どないが、メラニン前駆体を医薬品や食品などとして使用する場合は、このような細胞由来のタンパク質を厳密に除去することが望ましいため、除タンパク工程を行うのが好ましい。   Moreover, you may refine | purify a melanin precursor from a reaction liquid. That is, the reaction solution after completion of the reaction may contain a protein produced by damaging cells by aeration and stirring or a protein flowing out from the cells. Therefore, it is preferable to perform protein removal by a known method such as ultrafiltration or gel filtration chromatography. When yeast cells are used as cells for producing catechol oxidase, the cell wall is strong, so there are few or almost no cell-derived proteins present in the reaction solution, but melanin precursors are used as pharmaceuticals and foods. In this case, since it is desirable to strictly remove such cell-derived protein, it is preferable to perform a protein removal step.

また、反応液中には、通常メラニン前駆体の他にこれらが重合したメラニンも含まれる。従って、限外ろ過などの方法でメラニンを除去することが好ましい。   Further, the reaction liquid usually contains melanin obtained by polymerization of these in addition to the melanin precursor. Therefore, it is preferable to remove melanin by a method such as ultrafiltration.

さらに、逆浸透濃縮、スプレードライ、凍結濃縮などの公知の方法で水分を除去してメラニン前駆体を濃縮することが好ましい。   Further, it is preferable to concentrate the melanin precursor by removing moisture by a known method such as reverse osmosis concentration, spray drying, freeze concentration and the like.

逆浸透濃縮装置は海水から純水を製造するのに用いられており、大量の溶液の処理が可能であることから、工業的にメラニン溶液を濃縮するのに適している。逆浸透濃縮装置にはバッチ型とクロスフロー型の2種類があるが、酸素が存在すると前駆体の化学的酸化が徐々に進んでしまうため、バッチ型を使用する場合は容器に空気が入らないように工夫することが望ましい。また圧力源となる窒素は出来る限り酸素含有量の少ないものを使用した方が良い。クロスフロー型装置は通常ポンプにより加圧するが、非透過液を循環させる必要があるので、あらかじめメラニン前駆体溶液を高純度窒素などにより置換し、液受けタンクも密閉型にすることが望ましい。   The reverse osmosis concentrator is used for producing pure water from seawater, and since it can process a large amount of solution, it is suitable for industrially concentrating a melanin solution. There are two types of reverse osmosis concentrators, a batch type and a cross flow type, but when oxygen is present, the chemical oxidation of the precursor gradually proceeds, so air does not enter the container when using the batch type. It is desirable to devise as follows. Also, it is better to use nitrogen as a pressure source with as little oxygen content as possible. The cross-flow type apparatus is usually pressurized by a pump, but it is necessary to circulate the non-permeated liquid. Therefore, it is desirable to replace the melanin precursor solution with high-purity nitrogen in advance and to make the liquid receiving tank sealed.

回収工程では、メラニン前駆体溶液を密閉容器に入れ、又はさらに上部気体を窒素、希ガス、二酸化炭素ガス等で置換することにより、酸素を遮断することが好ましい。これにより、メラニン前駆体の酸化の進行を抑えることができ、所望の組成のメラニン前駆体とすることができる。メラニン前駆体の保存
メラニン前駆体の単品又は混合物は、そのまま、濃縮状態又は乾燥粉末状態などのいずれの形態でも保存することができる。
In the recovery step, it is preferable to shut off oxygen by placing the melanin precursor solution in a sealed container or further replacing the upper gas with nitrogen, rare gas, carbon dioxide gas or the like. Thereby, progress of the oxidation of a melanin precursor can be suppressed and it can be set as the melanin precursor of a desired composition. Preservation of melanin precursor A single product or a mixture of melanin precursors can be preserved in any form such as a concentrated state or a dry powder state.

ドーパクロムは、-40℃以下の低温で冷凍することにより安定に保存できる。また5,6-ジヒドロキシインドールは、酸素非存在下又は-40℃以下の低温で冷凍することにより安定に保存でき、5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸は、酸素非存在下又は0℃以下の低温で冷凍することにより安定に保存できる。ドーパクロム以外は、酸素を除去すれば室温下で保存できるため、実用性が高い。
(I)第2のメラニン前駆体の製造方法
基本的構成
本発明の第2のメラニン前駆体の製造方法は、チロシン、DOPA及びこれらの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物に対して、カテコールオキシダーゼ活性を有する酵素を、1molのL-DOPAを基質として用いた場合のカテコールオキシダーゼ活性が5×105U/mol以上となるようにして作用させることにより、基質化合物を酸化してメラニン前駆体に変換する酸化工程と;反応液からメラニン前駆体を回収する回収工程とを含む方法である。
基質化合物の酸化工程
<カテコールオキシダーゼ活性を有する酵素>
カテコールオキシダーゼ活性を有する酵素の種類は第1の製造方法と同様である。酵素の由来は特に限定されず、細菌、真菌、植物、動物などどのような生物に由来するものであってもよい。
この酵素は、そのまま反応液に添加して使用すればよい。また、固定化酵素とすることにより、反応液中の酵素の安定性が向上し、使用後は容易に反応系から分離することが可能となる。また、反応系にタンパク質が混入しないというメリットもある。酵素の固定化方法は特に限定されず公知の方法を採用できる。公知の固定化方法としては、例えば、固定化担体により酵素分子間を架橋する方法、アルギン酸ゲルのようなゲルに内包させる方法等が挙げられる。
酵素は、生物由来の夾雑物を含む粗標品でもよく、精製酵素でもよいが、固定化する場合は精製されたものであることが望ましい。
本発明では、基質に対して過剰量の酵素を作用させる。1molのL-DOPAを基質として用いた場合の活性は、通常5×105U/mol以上、好ましくは5×103U/mol以上となるようにすればよい。L-DOPA 1mol当たりのカテコールオキシダーゼ活性の上限は特に限定されないが、通常5×107U/mol程度もあれば十分である。
Dopachrome can be stably stored by freezing at a low temperature of -40 ° C or lower. In addition, 5,6-dihydroxyindole can be stably stored by freezing in the absence of oxygen or at a low temperature of -40 ° C or lower, and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid can be stored in the absence of oxygen or at 0 ° C. It can be stably stored by freezing at the following low temperatures. Except for dopachrome, it is highly practical because it can be stored at room temperature if oxygen is removed.
(I) Method for producing second melanin precursor
Basic Structure The second method for producing a melanin precursor of the present invention comprises 1 mol of an enzyme having catechol oxidase activity for at least one substrate compound selected from the group consisting of tyrosine, DOPA and analogs thereof. An oxidation step of oxidizing the substrate compound to convert it into a melanin precursor by reacting with catechol oxidase activity of 5 × 10 5 U / mol or more when using L-DOPA as a substrate; reaction A recovery step of recovering the melanin precursor from the liquid.
Oxidation process of substrate compound
<Enzyme having catechol oxidase activity>
The type of enzyme having catechol oxidase activity is the same as in the first production method. The origin of the enzyme is not particularly limited, and it may be derived from any organism such as bacteria, fungi, plants, and animals.
This enzyme may be used as it is added to the reaction solution. Further, by using an immobilized enzyme, the stability of the enzyme in the reaction solution is improved, and it can be easily separated from the reaction system after use. There is also an advantage that no protein is mixed into the reaction system. The method for immobilizing the enzyme is not particularly limited, and a known method can be adopted. Examples of known immobilization methods include a method of crosslinking enzyme molecules with an immobilization carrier, a method of encapsulating in a gel such as an alginate gel, and the like.
The enzyme may be a crude sample containing contaminants derived from living organisms or a purified enzyme, but it is preferably purified when immobilized.
In the present invention, an excessive amount of enzyme is allowed to act on the substrate. The activity when 1 mol of L-DOPA is used as a substrate is usually 5 × 10 5 U / mol or more, preferably 5 × 10 3 U / mol or more. The upper limit of the catechol oxidase activity per 1 mol of L-DOPA is not particularly limited, but usually about 5 × 10 7 U / mol is sufficient.

また第1の製造方法と同様に、カテコールオキシダーゼ活性を有する酵素を2価銅イオンの配位や、pH2.8〜3.2程度の酸性溶液による処理などにより、活性化することが望ましい。また、この酵素は、トリプシン等の特定のペプチド結合を選択的に切断するエンドペプチダーゼのようなプロテアーゼで処理することによっても活性化することができる。プロテアーゼ処理することにより、酵素のN末端および/またはC末端側の配列が取り除かれ酵素活性が向上する。
<基質化合物>
基質化合物については、第1の製造方法と同様である。
<反応>
基質の酸化反応及びメラニン前駆体の組成の調整方法は、第1の製造方法と同様である。
メラニン前駆体の回収工程
上記各工程の終了後に、メラニン前駆体を回収する。メラニン前駆体は、反応液中の酵素を例えば限外ろ過、ろ過、遠心分離などの手段で除去することにより回収できる。除去した酵素は、酸化工程用の容器に戻すことにより再利用することができる。なお、組成調整工程前に既に酵素を除去している場合は酵素除去は不要である。
メラニン前駆体の保存
メラニン前駆体の保存方法は、第1の製造方法の場合と同様である。
実施例
以下、本発明を実施例を示してさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
<メラニン前駆体の各成分の定量方法>
各実施例では、Waters社製HPLC Alliance2695-2996を用いて、以下の条件でメラニン前駆体の各成分を検出及び定量した。
Similarly to the first production method, it is desirable to activate an enzyme having catechol oxidase activity by coordination of divalent copper ions or treatment with an acidic solution having a pH of about 2.8 to 3.2. The enzyme can also be activated by treatment with a protease such as endopeptidase that selectively cleaves specific peptide bonds such as trypsin. By treating with a protease, the N-terminal and / or C-terminal sequences of the enzyme are removed, and the enzyme activity is improved.
<Substrate compound>
The substrate compound is the same as in the first production method.
<Reaction>
The method for adjusting the oxidation reaction of the substrate and the composition of the melanin precursor is the same as in the first production method.
Step of recovering melanin precursor After completion of each of the above steps, the melanin precursor is recovered. The melanin precursor can be recovered by removing the enzyme in the reaction solution by means such as ultrafiltration, filtration, and centrifugation. The removed enzyme can be reused by returning it to the container for the oxidation step. In addition, enzyme removal is unnecessary when the enzyme has already been removed before the composition adjustment step.
Storage of melanin precursor The storage method of the melanin precursor is the same as in the case of the first production method.
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
<Quantification method of each component of melanin precursor>
In each Example, each component of the melanin precursor was detected and quantified under the following conditions using Waters HPLC Alliance2695-2996.

成分の分離にはImtakt社製逆相カラムUnison UK-C18(4.6×150mm)を用い、移動相として1.5%リン酸溶液(A液)及び99.9%メタノール(B液)を用い、移動相中のB液が初発0%、5分後に50%となるようにグラジエントを設けた。流速は1.0ml/minとした。   Separation of components using Imtakt reverse phase column Unison UK-C18 (4.6 x 150 mm), 1.5% phosphoric acid solution (A solution) and 99.9% methanol (B solution) as the mobile phase. The gradient was set so that the B liquid was 0% at the initial stage and 50% after 5 minutes. The flow rate was 1.0 ml / min.

注入するサンプルは、サンプル10μlに対し、20mMの亜二チオン酸ナトリウム(Na2S2O4)を100μl及び1.5%のリン酸(H3PO4)溶液を890μl添加し、0.45μmのフィルターで濾過することにより調製した。これを上記カラムに20μl注入して測定を行った。 For the sample to be injected, add 10 μl of sample to 100 μl of 20 mM sodium dithionite (Na 2 S 2 O 4 ) and 890 μl of 1.5% phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution, and use a 0.45 μm filter. Prepared by filtration. 20 μl of this was injected into the above column for measurement.

ドーパの検出は、極大吸収波長である280nmにおける吸光度でモニターした。ドーパクロムは上記測定条件では還元されたロイコドーパクロムとして定量される。5,6-ジヒドロキシインドールは標準物質が存在するため定量が可能であるが、5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸は標準物質が存在しないため定量できない。そのため、各成分濃度は280nmにおけるピークエリア面積で単純に比較した。但し、5,6-ジヒドロキシインドールの極大吸収波長は300nmであり、5,6-ジヒドロキシインドールカルボン酸の極大吸収波長は320nmであることから、5,6-ジヒドロキシインドール及び5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸は実際の濃度よりも少ないピークエリアが測定されている。   The detection of dopa was monitored by the absorbance at 280 nm, which is the maximum absorption wavelength. Dopachrome is quantified as reduced leucodopachrome under the above measurement conditions. 5,6-dihydroxyindole can be quantified because of the presence of a standard substance, but 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid cannot be quantified because there is no standard substance. Therefore, each component concentration was simply compared with the peak area at 280 nm. However, since the maximum absorption wavelength of 5,6-dihydroxyindole is 300 nm and the maximum absorption wavelength of 5,6-dihydroxyindolecarboxylic acid is 320 nm, 5,6-dihydroxyindole and 5,6-dihydroxyindole- 2-Carboxylic acid has a peak area that is less than the actual concentration.

(アスペルギルス・オリゼのチロシナーゼ遺伝子のクローニング)
発明者らは鋭意研究の結果、麹菌Aspergillus oryzaeが米麹などの固体培養でmelBチロシナーゼ遺伝子を大量に発現することを見出した(特開2002-191366)。解析したmelB遺伝子のゲノム塩基配列を元に、常法により逆転写PCRを行いcDNAをクローニングした。
(Cloning of Aspergillus oryzae tyrosinase gene)
As a result of intensive studies, the inventors have found that Aspergillus oryzae expresses a large amount of melB tyrosinase gene in solid culture such as rice bran (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-191366). Based on the analyzed genomic base sequence of melB gene, reverse transcription PCR was performed by a conventional method to clone cDNA.

具体的には麹菌Aspergillus oryzae OSI-1013株(産業技術総合研究所特許生物寄託センターにFERM P-16528として寄託済み)を蒸米に接種し、常法により製麹した麹を1.5g秤量し、液体窒素中で完全に破砕した。次いで、日本ジーン社製ISOGENTMを用いて、その取扱説明書の記述に従って240μgの全RNAを抽出した。さらに120μgの全RNAからタカラバイオ株式会社製OligotexTM-dT30<Super>を用いて、その取扱説明書の記述にしたがって1μgのmRNAを精製した。このようにして得られたmRNAをもとにして、Clontech社製SMARTTM cDNA Library Construction KitによりcDNAライブラリーを作成し、PCRによりmelB cDNAのみを増幅した。
反応条件を詳述すれば、3μlのmRNA溶液(50ngのmRNAを含む)にキット添付のSMART IIIオリゴ溶液、CSD III/3' PCR primer溶液をそれぞれ1μlずつ添加し、72℃で2分間保持した後、氷上で2分間急冷した。遠心後、2μlの5×First Strand buffer、1μl のDTT(20mM)溶液、1μlのdNTP Mix (10mM)溶液、1μl のMMLV RTase溶液を添加し、42℃で1時間逆転写反応を行った。得られたcDNAライブラリーは引き続きmelB cDNAを特異的に増幅するためのテンプレートとして用いた。2μlのcDNAライブラリー溶液に80μlの滅菌蒸留水、10μlの10×Advantage 2 PCR buffer、2μl の50×dNTP mix溶液、2μl の5' PCR primer(melB開始コドンからの配列;5'-atgccctacc tcatcaccgg tatcccaaag-3';配列番号1)溶液、2μl のCSD III/3' PCR primer溶液、2μl の50×Advantage 2 polymerase mix溶液を添加した。パーキンエルマー社製サーマルサイクラーPE2400を用いて95℃で20秒間の後、95℃で5秒間及び68℃で6分間のサイクルを30回行い、反応を終了した。
得られたPCR産物をアガロースゲル電気泳動に供し、目的の約1.8Kbpのバンドのみが増幅されていることを確認した。また、塩基配列解析の結果、正常にイントロン配列が取り除かれていることも確認した。
Specifically, the Aspergillus oryzae OSI-1013 strain (deposited as FERM P-16528 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology as the FERM P-16528) was inoculated into steamed rice, and 1.5 g of the koji produced in a conventional manner was weighed, and the liquid Completely crushed in nitrogen. Subsequently, 240 μg of total RNA was extracted using ISOGEN manufactured by Nippon Gene Co., Ltd. as described in the instruction manual. Furthermore, 1 μg of mRNA was purified from 120 μg of total RNA using Oligotex -dT30 <Super> manufactured by Takara Bio Inc. according to the description in the instruction manual. Based on the mRNA thus obtained, a cDNA library was prepared by SMART cDNA Library Construction Kit manufactured by Clontech, and only melB cDNA was amplified by PCR.
To describe the reaction conditions in detail, 1 μl each of SMART III oligo solution and CSD III / 3 ′ PCR primer solution attached to the kit was added to 3 μl mRNA solution (including 50 ng mRNA) and kept at 72 ° C. for 2 minutes. Then, it was rapidly cooled on ice for 2 minutes. After centrifugation, 2 μl of 5 × First Strand buffer, 1 μl of DTT (20 mM) solution, 1 μl of dNTP Mix (10 mM) solution, and 1 μl of MMLV RTase solution were added, and reverse transcription reaction was performed at 42 ° C. for 1 hour. The obtained cDNA library was subsequently used as a template for the specific amplification of melB cDNA. 2 μl cDNA library solution, 80 μl sterile distilled water, 10 μl 10 × Advantage 2 PCR buffer, 2 μl 50 × dNTP mix solution, 2 μl 5 ′ PCR primer (sequence from melB start codon; 5′-atgccctacc tcatcaccgg tatcccaaag -3 ′; SEQ ID NO: 1) solution, 2 μl of CSD III / 3 ′ PCR primer solution, and 2 μl of 50 × Advantage 2 polymerase mix solution were added. The reaction was completed by using 30 cycles of 95 ° C for 5 seconds and 68 ° C for 6 minutes using PerkinElmer's thermal cycler PE2400.
The obtained PCR product was subjected to agarose gel electrophoresis, and it was confirmed that only the target band of about 1.8 Kbp was amplified. As a result of the base sequence analysis, it was also confirmed that the intron sequence was normally removed.

酵母への組み込み
実施例1によりcDNAをInvitrogen社製大腸菌用発現ベクターpET23b、日本国特許特開2003-265177公報記載の酵母Saccharomyces cerevisiae発現ベクター(SED1プロモーター使用)、日本国特許特開2001-224381公報記載の麹菌Aspergillus oryzae発現ベクター(sodMプロモーター使用)に発現可能な状態で接続することにより、各菌体内での大量発現に成功した。ここでは酵母における発現についてのみ詳細に述べる。
SED1プロモーターは発明者らの鋭意研究の結果、対数増殖期後半から特に非常に強く発現することを見出したものである。
Integration into yeast According to Example 1, cDNA was expressed as an expression vector pET23b for Escherichia coli manufactured by Invitrogen, a yeast Saccharomyces cerevisiae expression vector (using SED1 promoter) described in Japanese Patent JP-A 2003-265177, and Japanese Patent JP By connecting to the Aspergillus oryzae expression vector described in 2001-224381 (using sodM promoter) in an expressible state, large-scale expression in each cell was successful. Only the expression in yeast is described in detail here.
As a result of the inventors' diligent research, the SED1 promoter was found to be very strongly expressed from the latter half of the logarithmic growth phase.

プラスミド構築方法を図2に示す。SED1プロモーターとADH1ターミネーターを持つ発現ベクターのプロモーター直下のSmaI部位にPCRにより増幅したmelB cDNAを挿入した。さらに、URA3マーカー内部に存在するStuI部位で切断することにより得られるmelB cDNAを含む断片を導入用カセットとして精製した。   The plasmid construction method is shown in FIG. The melB cDNA amplified by PCR was inserted into the SmaI site immediately below the promoter of the expression vector having the SED1 promoter and ADH1 terminator. Furthermore, a fragment containing melB cDNA obtained by cutting at the StuI site present inside the URA3 marker was purified as an introduction cassette.

宿主として使用した酵母は清酒の醸造に用いられる実用酵母・協会9号由来のウラシル要求性株を用いた。実験室酵母でなく実用酵母を利用したのは2倍体であるため、ベクターが2コピー導入される可能性があるためである。実用酵母には3倍体、4倍体のものが存在することが知られており、これらの酵母を利用すればより多くのコピー数を持つ形質転換体を得ることが可能である。   The yeast used as the host was a uracil auxotrophic strain derived from the Practical Yeast Association No. 9 used for sake brewing. The reason why the practical yeast is used instead of the laboratory yeast is that the diploid is used, so that two copies of the vector may be introduced. It is known that there are triploid and tetraploid yeasts in practical use. If these yeasts are used, transformants having a larger copy number can be obtained.

組換え酵母のチロシナーゼ活性測定
<チロシナーゼの活性化処理>
実施例2により得られた組替え酵母は遠心分離によって菌体を回収し、次いで蒸留水で洗浄することにより培地成分をよく取り除いた。菌体を、菌体質量の約10倍程度の、2mMの硫酸銅を含む50mM Tris-HCl緩衝液(pH8.0)に懸濁し4℃で一晩静置した。菌体を遠心分離により回収し、過剰な銅イオンを除去するため0.1MのEDTA溶液で洗浄した。
Measurement of tyrosinase activity in recombinant yeast
<Activation treatment of tyrosinase>
The recombinant yeast obtained in Example 2 collected the cells by centrifugation, and then washed with distilled water to remove the medium components well. The cells were suspended in 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 2 mM copper sulfate, which was about 10 times the mass of the cells, and allowed to stand at 4 ° C. overnight. The cells were collected by centrifugation and washed with 0.1 M EDTA solution to remove excess copper ions.

銅添加処理に引き続き酸活性化処理を行った。即ち、銅添加処理し、洗浄した後の菌体を0.2Mの酢酸緩衝液(pH3.0)に懸濁し、室温で1時間静置した。活性化後の菌体は遠心分離で回収した。
<チロシナーゼ活性測定>
菌体のチロシナーゼ活性の測定は次のようにして行った。すなわち、回収した菌体の一部を水に懸濁し、その0.1mlに対して30℃に保温しておいた10mM L-DOPA(0.005Nの塩酸に溶解)0.8ml及び1Mリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.0)0.1mlを添加し、30℃で5分間反応させた後、15,000rpmで30秒間遠心分離を行うことにより菌体を取り除き、DOPAの吸収極大波長である475nmにおける吸光度を測定した。菌体の懸濁量は、実験の便宜上、反応の後の反応液の475nmにおける吸光度が0.1〜0.3に収まるように調整した。
本発明において、チロシナーゼ活性の1Uは1mlのDOPA溶液を30℃で5分間反応させた場合の475nmにおける吸光度を1増加させる活性とし、反応に用いた菌体の密度(600nmにおける吸光度)で除したものを菌体のチロシナーゼ活性とした。
Following the copper addition treatment, an acid activation treatment was performed. That is, the cells after copper addition treatment and washing were suspended in 0.2 M acetate buffer (pH 3.0) and allowed to stand at room temperature for 1 hour. The activated cells were collected by centrifugation.
<Measurement of tyrosinase activity>
The tyrosinase activity of the bacterial cells was measured as follows. That is, a part of the collected cells were suspended in water, 0.8 ml of 10 mM L-DOPA (dissolved in 0.005N hydrochloric acid) kept at 30 ° C. with respect to 0.1 ml and 1 M sodium phosphate After adding 0.1 ml of buffer solution (pH 6.0) and reacting at 30 ° C. for 5 minutes, the cells were removed by centrifuging at 15,000 rpm for 30 seconds, and the absorbance at 475 nm, which is the maximum absorption wavelength of DOPA. Was measured. The amount of suspended cells was adjusted so that the absorbance at 475 nm of the reaction solution after the reaction was 0.1 to 0.3 for the convenience of the experiment.
In the present invention, 1U of tyrosinase activity is defined as an activity that increases the absorbance at 475 nm when a 1 ml DOPA solution is reacted at 30 ° C. for 5 minutes, and is divided by the density of the cells used in the reaction (absorbance at 600 nm). This was regarded as the tyrosinase activity of the bacterial cells.

菌体のチロシナーゼ活性=U/OD600
このようにして測定した各形質転換株のうち最もチロシナーゼ活性の高い酵母(チロシナーゼ活性:1.9〜4.4 U/OD600)を、YPD培地を用いて定常期まで培養し、実施例4以下に用いた。
Tyrosinase activity of bacterial cells = U / OD 600
The yeast having the highest tyrosinase activity (tyrosinase activity: 1.9 to 4.4 U / OD 600 ) among the transformed strains thus measured was cultured to the stationary phase using YPD medium, and used in Examples 4 and below. .

ドーパクロムの蓄積反応
実施例3により得られた酵母の形質転換体を用いて、L-DOPAを基質としてメラニン前駆体であるドーパクロムの蓄積反応を行った。なお、同様の反応は組換え大腸菌体、組換え麹菌体でも可能であるが、ここでは特に酵母を用いた反応について記載する。
Accumulation reaction of dopachrome Using the yeast transformant obtained in Example 3, an accumulation reaction of dopachrome, which is a melanin precursor, was performed using L-DOPA as a substrate. The same reaction can be performed with recombinant Escherichia coli and recombinant rod-shaped cells, but here, the reaction using yeast is described in particular.

前述したように、できるだけ高濃度のメラニン前駆体溶液を得るにはL-DOPAの初発濃度を高くすればよいが、ここでは残存DOPAを検出限界以下にし、かつ高濃度のメラニン前駆体を得るための方法について述べる。
5Lの反応槽で2Lの反応溶液の反応を行う場合、7.9gのL-DOPAを0.03N H2SO4 500mlに溶解させ、2N KOHを用いてこの溶液のpHをmelBチロシナーゼの至適pHであるpH5.5に調整した。このL-DOPA溶液に、反応液1Lあたり菌体の活性値が1.35×105U/Lとなる量の組換え酵母菌体(実施例3により得られたもの)を、バッチ式反応槽に投入し、反応を開始した。
反応温度は最適温度の25℃となるように、冷水及びヒーターにより温度調節を行った。
反応開始直後は酸化反応により生じる水素イオンの受容体として大量の酸素が必要であるため、通気量及び攪拌速度を最大とした。また、反応初期はpHが低下するため、2N KOHを滴下することによってpHを5.5に調節した。ドーパクロムは化学的に酸化される。その際は逆にpHが上昇するため0.3NのH2SO4を滴下してpHを5.5に調節した。pHの調節はオンラインモニターにより自動的に行った。
このようにして、40分間反応を行った。
反応液中の通気量及び撹拌速度の推移を図3に示す。また、反応液のpH及び酸素濃度(OD)の推移を図4に示す。また、反応液のpHを5.5に維持するために添加した2N KOH溶液及び0.3N H2SO4溶液の累積添加量を図5に示す。
反応経過観察
反応中に適宜サンプリングを行い、急速に-80℃で凍結させて保存した。保存サンプルは反応終了後、上述した方法でドーパクロム、5,6-ジヒドロキシインドールを定量した。反応液中のL-DOPA濃度及びメラニン前駆体濃度の推移を図6に示す。
この反応条件では5,6-ジヒドロキシインドールカルボン酸の生成はほとんど無く、無視できる程度であるため、得られる前駆体濃度はドーパクロム濃度と5,6-ジヒドロキシインドール濃度との合計である。
なお、メラニン前駆体濃度の経時的変化と、記録しておいた酸素濃度及びpH維持のための酸、アルカリ添加量の経時的変化などを照合し、反応終了の判断基準を設定した。なお、L-DOPAを検出限界以下にするために、事前に決定した条件よりも長めに反応を行った。
As described above, the initial concentration of L-DOPA can be increased to obtain as high a melanin precursor solution as possible, but here the residual DOPA is below the detection limit and a high concentration of melanin precursor is obtained. The method is described.
When performing reaction of 2L reaction solution in 5L reaction tank, dissolve 7.9g of L-DOPA in 500ml of 0.03NH 2 SO 4 and use 2N KOH to adjust the pH of this solution to the optimum pH of melB tyrosinase. The pH was adjusted to 5.5. Recombinant yeast cells (obtained in Example 3) with an activity value of 1.35 × 10 5 U / L per liter of reaction solution are added to this L-DOPA solution in a batch reaction tank. The reaction was started.
The temperature was adjusted with cold water and a heater so that the reaction temperature would be 25 ° C., the optimum temperature.
Immediately after the start of the reaction, a large amount of oxygen is required as an acceptor for hydrogen ions generated by the oxidation reaction, so the aeration amount and the stirring speed were maximized. In addition, since the pH dropped at the beginning of the reaction, 2N KOH was added dropwise to adjust the pH to 5.5. Dopachrome is chemically oxidized. At that time, since the pH increased, 0.3N H 2 SO 4 was added dropwise to adjust the pH to 5.5. The pH was adjusted automatically by an online monitor.
In this way, the reaction was carried out for 40 minutes.
The transition of the aeration amount and the stirring speed in the reaction solution is shown in FIG. Moreover, transition of pH and oxygen concentration (OD) of the reaction solution is shown in FIG. Further, FIG. 5 shows the cumulative amount of 2N KOH solution and 0.3NH 2 SO 4 solution added to maintain the pH of the reaction solution at 5.5.
Observation of reaction progress Sampling was appropriately performed during the reaction and rapidly frozen at -80C and stored. After the reaction, the stored sample was quantified for dopachrome and 5,6-dihydroxyindole by the method described above. The transition of the L-DOPA concentration and the melanin precursor concentration in the reaction solution is shown in FIG.
Under these reaction conditions, 5,6-dihydroxyindolecarboxylic acid is hardly formed and is negligible, so the precursor concentration obtained is the sum of the dopachrome concentration and the 5,6-dihydroxyindole concentration.
In addition, the time-dependent change of the melanin precursor density | concentration was collated with the time-dependent change of the acid and alkali addition amount for recording oxygen concentration and pH maintenance, etc., and the criterion for judging the completion of the reaction was set. In order to bring L-DOPA below the detection limit, the reaction was carried out longer than previously determined conditions.

前駆体溶液の除タンパク
実施例4により得たメラニン前駆体溶液は、強固な細胞壁を有する酵母細胞を用いているため、メラニン前駆体溶液中に存在する菌体の破片や菌体から流出したタンパク質は存在しない又は殆ど存在しないと考えられる。しかし、本品を食品や医薬品として用いる場合、タンパク質が含まれていないことが望ましいため、限外ろ過によりタンパク質除去を行った。
Deproteinization of the precursor solution Since the melanin precursor solution obtained in Example 4 uses yeast cells having a strong cell wall, the fragments of the cells present in the melanin precursor solution and the proteins that have flowed out of the cells Is considered to be absent or almost absent. However, when this product is used as a food or medicine, it is desirable that no protein is contained, and therefore protein removal was performed by ultrafiltration.

限外ろ過装置として、ダイセンメンブラン社製限外濾過モジュール・モルセップFS10-FUS0181(分画分子量1万)を用いた。ろ過により得られた溶液をSDS-PAGEに供し、銀染色を行うことにより、除タンパクされていることを確認した。一般に行われているように280nmにおける吸光度を測定する方法を採用しなかったのは、ドーパクロム自身が280nm付近に吸収を持つこと、及び、インドールの反応性が高いため呈色試薬と反応し易いなどの理由による。銀染色の結果、限外濾過後はタンパク質と考えられるバンドは検出されなかった。   As an ultrafiltration device, an ultrafiltration module Molsep FS10-FUS0181 (fractional molecular weight 10,000) manufactured by Daisen Membrane Co. was used. The solution obtained by filtration was subjected to SDS-PAGE, and silver staining was performed to confirm that the protein was deproteinized. The method of measuring the absorbance at 280 nm as is generally done was not adopted because dopachrome itself has absorption near 280 nm, and the indole has high reactivity, so it easily reacts with the color reagent. Because of the reason. As a result of silver staining, no band considered to be protein was detected after ultrafiltration.

前駆体溶液の濃縮
反応により得られるメラニン前駆体濃度を高くするために、当初の基質(L-DOPA)濃度を高くすると、反応後に得られるメラニン前駆体溶液中にL-DOPAが検出される。逆に実施例4で用いたような比較的低濃度のL-DOPAを用いると高濃度のメラニン前駆体溶液が得られない。
従って、実施例5により除タンパクしたメラニン前駆体溶液を以下のようにして濃縮した。濃縮には、海水から純水を製造するのに用いられるクロスフロー型逆浸透濃縮装置(日東電工マテックス社製)を用いた。この装置は、概略構成を図7に示すように、メラニン前駆体溶液を入れた密閉タンクと逆浸透濃縮モジュールNTR7410-HG-S4Fとの間で溶液を循環させるものであり、逆浸透濃縮モジュールにより生成する純水は、このモジュールから透過水タンクに導かれる。純水の生成に伴い、タンク内にメラニン前駆体が濃縮される。循環はポンプにより圧力2Mpaで行った。
この結果、約30分間の操作により50Lのメラニン前駆体溶液が約30Lに濃縮された。濃縮中の溶液を経時的にサンプリングし、HPLCにより、メラニン前駆体中の5,6-ジヒドロインドール濃度を測定した。濃縮によりメラニン前駆体透過液中にはメラニンは殆ど生成しておらず、メラニン前駆体(5,6-ジヒドロインドール濃度で代表される)の回収率は85%以上であった。濃縮による溶液中の5,6-ジヒドロインドール濃度の推移を図8に示す。
このようにして得られた濃縮後の溶液を-80℃での凍結保存が可能であった。また、濃縮液を超高純度窒素ガスで置換後アンプルに封入し、40℃で保存したところ、図9に示すように、1年間安定に保存できた。
Concentration of precursor solution In order to increase the concentration of melanin precursor obtained by the reaction, if the initial substrate (L-DOPA) concentration is increased, L-DOPA is contained in the melanin precursor solution obtained after the reaction. Detected. Conversely, when a relatively low concentration of L-DOPA as used in Example 4 is used, a high concentration melanin precursor solution cannot be obtained.
Therefore, the melanin precursor solution deproteinized in Example 5 was concentrated as follows. For the concentration, a cross flow type reverse osmosis concentration device (manufactured by Nitto Denko Matex Co., Ltd.) used for producing pure water from seawater was used. As shown in FIG. 7, this apparatus circulates a solution between a closed tank containing a melanin precursor solution and a reverse osmosis concentration module NTR7410-HG-S4F. The pure water to be generated is led from this module to the permeate tank. As pure water is produced, the melanin precursor is concentrated in the tank. Circulation was performed by a pump at a pressure of 2 Mpa.
As a result, 50 L of melanin precursor solution was concentrated to about 30 L by operation for about 30 minutes. The solution during concentration was sampled over time, and the concentration of 5,6-dihydroindole in the melanin precursor was measured by HPLC. Concentration produced almost no melanin in the melanin precursor permeate, and the recovery rate of the melanin precursor (represented by the 5,6-dihydroindole concentration) was 85% or more. The transition of the 5,6-dihydroindole concentration in the solution by concentration is shown in FIG.
The concentrated solution thus obtained could be stored frozen at -80 ° C. Further, when the concentrated solution was replaced with an ultrapure nitrogen gas and then sealed in an ampoule and stored at 40 ° C., it could be stably stored for one year as shown in FIG.

前駆体の粉末化
製造したメラニン前駆体は粉末化することもできる。実施例6により得られたメラニン前駆体溶液をヤマト科学社製のスプレードライ・パルビスGB22を用いて粉末化した。
Powdered <br/> producing melanin precursor The precursor may be powdered. The melanin precursor solution obtained in Example 6 was pulverized using Spray Dry Parvis GB22 manufactured by Yamato Kagaku.

実施例6により得られた濃縮メラニン前駆体、脱酸素剤を同封した濃縮メラニン前駆体、乾燥メラニン前駆体、及び、脱酸素剤を同封した乾燥メラニン前駆体をそれぞれ40℃で保存した。経時的に、5,6-ジヒドロキシインドール含有量を測定した結果を図10に示す。図10から明らかなように、脱酸素剤を同封して酸素非存在の状態にすることにより、メラニン前駆体は1年間安定に保存できることが分かる。特に、乾燥状態で酸素を遮断することにより高い安定性が得られた。   The concentrated melanin precursor obtained in Example 6, the concentrated melanin precursor encapsulating the oxygen scavenger, the dried melanin precursor, and the dry melanin precursor encapsulating the oxygen scavenger were each stored at 40 ° C. The results of measuring the 5,6-dihydroxyindole content over time are shown in FIG. As is clear from FIG. 10, it can be seen that the melanin precursor can be stably stored for one year by enclosing the oxygen scavenger and leaving it in the absence of oxygen. In particular, high stability was obtained by blocking oxygen in the dry state.

なお、図示しないが、脱酸素剤を同封した乾燥メラニン前駆体は、40℃で3ヶ月以上安定に保存できた。   Although not shown, the dried melanin precursor enclosed with an oxygen scavenger could be stably stored at 40 ° C. for 3 months or more.

pHによる前駆体溶液の組成コントロール
実施例5により除タンパクされたメラニン前駆体溶液(主にドーパクロムを含む)について5つのサンプルを作り、それぞれpHを2、4、6、8及び10に調整し、全てのサンプルをマイクロチューブに封入することにより容器内に酸素が存在しない状態とし、40℃で2時間保存した。
保存後の各サンプル中に含まれる5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸濃度及び5,6-ジヒドロキシインドール濃度をHPLCを用いて測定した。
Control of precursor solution composition by pH Five samples were prepared for the melanin precursor solution deproteinized according to Example 5 (mainly containing dopachrome) and the pH was 2, 4, 6, 8 and 10 respectively. And all samples were sealed in microtubes so that no oxygen was present in the container and stored at 40 ° C. for 2 hours.
The 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid concentration and the 5,6-dihydroxyindole concentration contained in each sample after storage were measured using HPLC.

結果を図11に示す。この結果、pH5〜7で保存する場合に、5,6-ジヒドロキシインドールの比率が高くなり、またドーパクロムが殆ど全て5,6-ジヒドロキシインドールに変換されることが分かる。pHが高くなるほどメラニン前駆体溶液中の5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸の割合が大きくなっている。また、pH2及びpH4では沈殿が生成した。   The results are shown in FIG. As a result, when stored at pH 5-7, the ratio of 5,6-dihydroxyindole is increased, and it is understood that almost all dopachrome is converted to 5,6-dihydroxyindole. The higher the pH, the greater the proportion of 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid in the melanin precursor solution. In addition, precipitation occurred at pH 2 and pH 4.

有機溶媒による前駆体溶液の組成コントロール
実施例5により除タンパクすることにより得られたメラニン前駆体溶液(ドーパクロムを主に含む)にエタノールを、全量に対して50容量%になるように添加し、室温で2時間保存した。同様にして、前駆体溶液の全量に対して50容量%になるように、アセトン及び水をそれぞれ加え、室温で2時間保存した。保存後の各溶液中のドーパクロム、5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸及び5,6-ジヒドロキシインドールの各濃度をHPLCで測定した。
Composition control of precursor solution by organic solvent Ethanol is added to 50% by volume of the total amount of melanin precursor solution (mainly containing dopachrome) obtained by deproteinization in Example 5. And stored at room temperature for 2 hours. Similarly, acetone and water were added respectively so that it might become 50 volume% with respect to the whole quantity of a precursor solution, and it preserve | saved at room temperature for 2 hours. The concentrations of dopachrome, 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid and 5,6-dihydroxyindole in each solution after storage were measured by HPLC.

結果を図12に示す。中性又は酸性の水溶性溶媒であるメタノール、エタノール、アセトン、アセトン、2-プロパノール及びアセトニトリルの存在下でメラニン前駆体溶液を保存することにより、ドーパクロムが効率的に5,6-ジヒドロキシインドールに変換されたことが分かる。また、塩基性の水溶性有機溶媒である2-アミノエタノールの存在下でメラニン前駆体溶液を保存することにより、ドーパクロムが効率的に5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸に変換されたことが分かる。
また、エタノール又はアセトンを添加して保存することにより、同量の水を添加して保存する場合に較べて5,6-ジヒドロキシインドールの収量が多くなることが分かる。
The results are shown in FIG. By storing the melanin precursor solution in the presence of neutral or acidic water-soluble solvents methanol, ethanol, acetone, acetone, 2-propanol and acetonitrile, dopachrome is efficiently converted to 5,6-dihydroxyindole You can see that In addition, by storing the melanin precursor solution in the presence of 2-aminoethanol, a basic water-soluble organic solvent, dopachrome was efficiently converted to 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid. I understand.
In addition, it can be seen that by adding ethanol or acetone for storage, the yield of 5,6-dihydroxyindole increases as compared with the case of storing by adding the same amount of water.

リン酸緩衝液による前駆体溶液の組成コントロール
実施例5により除タンパクすることにより得られたメラニン前駆体溶液(ドーパクロムを主に含む)に、1Mリン酸緩衝液を添加することにより、メラニン前駆体を含むpH6.0の0.1Mリン酸緩衝液とした。この前駆体溶液を−20℃程度で7日間保存し、経時的にサンプリングして、HPLCで、ドーパクロム、5,6-ジヒドロキシインドール及び5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸を定量した。
結果を図13に示す。図13から、酸成分としてリン酸を含むリン酸緩衝液中で低温保存することにより、ドーパクロムが効率よく5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸に変換されたことが分かる。なお前述したように、5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸の280nmにおけるピークエリアから算出した濃度は実際の濃度より低くなるため、実際には、ドーパクロムの殆ど全てが5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸に変換されていると考えられる。
Control of composition of precursor solution by phosphate buffer By adding 1M phosphate buffer to the melanin precursor solution (mainly containing dopachrome) obtained by deproteinization in Example 5. A pH 6.0 0.1M phosphate buffer containing a melanin precursor was prepared. This precursor solution was stored at about −20 ° C. for 7 days, sampled over time, and dopachrome, 5,6-dihydroxyindole and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid were quantified by HPLC.
The results are shown in FIG. FIG. 13 shows that dopachrome was efficiently converted to 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid by low-temperature storage in a phosphate buffer containing phosphoric acid as an acid component. As mentioned above, since the concentration calculated from the peak area of 280 nm of 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid is lower than the actual concentration, in reality, almost all of dopachrome is 5,6-dihydroxyindole. It is thought that it has been converted to -2-carboxylic acid.

塩溶液による前駆体溶液の組成コントロール
実施例5により除タンパクすることにより得られたメラニン前駆体溶液(ドーパクロムを主に含む)に、最終濃度2.5%になるように塩化ナトリウム及びアスコルビン酸ナトリウム溶液をそれぞれ添加し、室温で45分間静置した。
Control of composition of precursor solution by salt solution Sodium chloride and ascorbine were added to the melanin precursor solution (mainly containing dopachrome) obtained by deproteinization in Example 5 to a final concentration of 2.5%. Each of the sodium acid solutions was added and allowed to stand at room temperature for 45 minutes.

静置後のメラニン前駆体溶液中のドーパクロム、5,6-ジヒドロキシインドール及び5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸の各濃度をHPLCで測定した。また、塩を添加せずにメラニン前駆体溶液をそのまま室温で静置したコントロール溶液についても同様にして測定した。
結果を図14に示す。図14から明らかなように、メラニン前駆体に塩を添加することによりドーパクロムの5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸への変換が促進されたことが分かる。特にアスコルビン酸ナトリウムを添加した場合、その酸化防止作用が相乗効果をもたらし、著量の5,6-ジヒドロキシインドールが蓄積することが分かる。
The concentrations of dopachrome, 5,6-dihydroxyindole and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid in the melanin precursor solution after standing were measured by HPLC. Moreover, it measured similarly about the control solution which left the melanin precursor solution as it was at room temperature, without adding salt.
The results are shown in FIG. As is apparent from FIG. 14, it can be seen that the addition of salt to the melanin precursor promoted the conversion of dopachrome to 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid. In particular, when sodium ascorbate is added, the antioxidant action has a synergistic effect, and it can be seen that a significant amount of 5,6-dihydroxyindole accumulates.

2価銅イオンによる前駆体溶液の組成コントロール
実施例5により除タンパクすることにより得られたメラニン前駆体溶液(ドーパクロムを主に含む)に最終1mMとなるように硫酸銅を添加して、室温で15分間静置した。
Composition control of precursor solution by divalent copper ions Copper sulfate was added to the melanin precursor solution (mainly containing dopachrome) obtained by deproteinization in Example 5 so that the final concentration was 1 mM, and at room temperature. Let stand for 15 minutes.

静置後のメラニン前駆体溶液中のドーパクロム、5,6-ジヒドロキシインドール及び5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸の各濃度をHPLCで測定した。また、2価銅イオンを添加せずにメラニン前駆体溶液をそのまま室温で静置したコントロール溶液についても同様にして測定した。   The concentrations of dopachrome, 5,6-dihydroxyindole and 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid in the melanin precursor solution after standing were measured by HPLC. Moreover, it measured similarly about the control solution which left the melanin precursor solution as it was at room temperature, without adding a bivalent copper ion.

結果を図15に示す。図15から明らかなように、メラニン前駆体に2価銅イオンを接触させることによりドーパクロムの5,6-ジヒドロキシインドール-2-カルボン酸への変換が促進されたことが分かる。   The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 15, it was found that the conversion of dopachrome to 5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid was promoted by contacting the melanin precursor with a divalent copper ion.

メラニンの生合成経路を示す図である。It is a figure which shows the biosynthesis pathway of melanin. アスペルギルス・オリゼのmelBチロシナーゼ遺伝子導入カセットの構築方法を説明する図である。It is a figure explaining the construction method of the melB tyrosinase gene introduction cassette of Aspergillus oryzae. 実施例4における、チロシナーゼ産生細胞によるL-DOPAの酸化反応中の撹拌速度及び通気量の推移を示す図である。In Example 4, it is a figure which shows transition of the stirring speed and ventilation | gas_flowing amount in the oxidation reaction of L-DOPA by the tyrosinase production cell. 実施例4における、チロシナーゼ産生細胞によるL-DOPAの酸化反応中の反応液のpH及び酸素濃度の推移を示す図である。In Example 4, it is a figure which shows transition of pH and oxygen concentration of the reaction liquid in the oxidation reaction of L-DOPA by the tyrosinase producing cell. 実施例4における、チロシナーゼ産生細胞によるL-DOPAの酸化反応中に添加した酸及びアルカリの累積量を示す図である。In Example 4, it is a figure which shows the cumulative amount of the acid and alkali added during the oxidation reaction of L-DOPA by the tyrosinase producing cell. 実施例4における、チロシナーゼ産生細胞によるL-DOPAの酸化反応の反応液中のL-DOPA濃度及びメラニン前駆体濃度の推移を示す図である。In Example 4, it is a figure which shows transition of the L-DOPA density | concentration and the melanin precursor density | concentration in the reaction liquid of the oxidation reaction of L-DOPA by the tyrosinase producing cell. 実施例6においてメラニン前駆体溶液の濃縮に用いた逆浸透濃縮装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the reverse osmosis concentration apparatus used for the concentration of the melanin precursor solution in Example 6. 実施例6のメラニン前駆体溶液の濃縮工程における5,6-ジヒドロキシインドール濃度及び濃縮倍率の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the 5, 6- dihydroxyindole density | concentration in the concentration process of the melanin precursor solution of Example 6, and a concentration rate. 濃縮メラニン前駆体が酸素非存在下で40℃保存できたことを示す図である。It is a figure which shows that the concentrated melanin precursor was preserve | saved at 40 degreeC in oxygen absence. 乾燥メラニン前駆体が酸素非存在下で40℃保存できたことを示す図である。It is a figure which shows that the dried melanin precursor was able to preserve | save at 40 degreeC in oxygen absence. pHによるメラニン前駆体溶液の組成の調整結果を示す図である。It is a figure which shows the adjustment result of the composition of the melanin precursor solution by pH. 水溶性有機溶媒によるメラニン前駆体溶液の組成の調整結果を示す図である。It is a figure which shows the adjustment result of the composition of the melanin precursor solution by a water-soluble organic solvent. リン酸緩衝液によるメラニン前駆体溶液の組成の調整結果を示す図である。It is a figure which shows the adjustment result of the composition of the melanin precursor solution by a phosphate buffer. 塩溶液による前駆体溶液の組成の調整結果を示す図であるIt is a figure which shows the adjustment result of the composition of the precursor solution by a salt solution. 2価銅イオンによるメラニン前駆体溶液の組成の調整結果を示す図である。It is a figure which shows the adjustment result of the composition of the melanin precursor solution by bivalent copper ion.

Claims (20)

反応液中に、チロシン、DOPA及びこれらの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物と、以下の(a)、(b)、 (c) 、及び(d)の1以上の要因で高いカテコールオキシダーゼ活性を示す細胞とを存在させた状態で、基質化合物を酸化してメラニン前駆体に変換する酸化工程と、
反応液からメラニン前駆体を回収する回収工程と
を含むメラニン前駆体の製造方法。
(a) カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を本来発現させているプロモーターより高活性のプロモーターの下でこの遺伝子を発現させている。
(b) カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする遺伝子を複数コピー有する。
(c) カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする変異した遺伝子を有することにより高いカテコールオキシダーゼ活性を示す。
(d) チロシナーゼ活性化処理されることにより高いカテコールオキシダーゼ活性を示す。
In the reaction solution, at least one substrate compound selected from the group consisting of tyrosine, DOPA and analogs thereof, and one or more factors of (a), (b), (c) and (d) below: An oxidation step of oxidizing a substrate compound and converting it into a melanin precursor in the presence of cells exhibiting high catechol oxidase activity in
The manufacturing method of a melanin precursor including the collection | recovery process which collect | recovers a melanin precursor from a reaction liquid.
(a) This gene is expressed under a promoter having a higher activity than a promoter that originally expresses a gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity.
(b) It has multiple copies of a gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity.
(c) High catechol oxidase activity is exhibited by having a mutated gene encoding a polypeptide having catechol oxidase activity.
(d) High catechol oxidase activity is exhibited by tyrosinase activation treatment.
L-DOPAを基質として用いた場合の細胞のカテコールオキシダーゼ活性が0.1U/OD600以上である請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the catechol oxidase activity of the cell when L-DOPA is used as a substrate is 0.1 U / OD 600 or more. 1molのL-DOPAを基質として用いた場合のカテコールオキシダーゼ活性が、5×105U/mol以上である請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the catechol oxidase activity when 1 mol of L-DOPA is used as a substrate is 5 x 10 5 U / mol or more. カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドがチロシナーゼである請求項1、2又は3に記載の方法。 The method according to claim 1, 2 or 3, wherein the polypeptide having catechol oxidase activity is tyrosinase. チロシナーゼが、アスペルギルス(Aspergillus)属糸状菌、ニューロスポラ(Neurospora)属糸状菌、リゾムコール(Rhizomucor)属糸状菌、トリコデルマ(Tricoderma)属糸状菌、ペニシリウム(Penicillium)属糸状菌からなる群より選ばれる糸状菌のチロシナーゼである請求項4に記載の方法。 Filamentous tyrosinase selected from the group consisting of Aspergillus fungi, Neurospora fungi, Rhizomucor fungi, Tricoderma fungi, and Penicillium fungi The method according to claim 4, which is a fungal tyrosinase. チロシナーゼが、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)のmelBチロシナーゼ遺伝子、melDチロシナーゼ遺伝子又はmelOチロシナーゼ遺伝子にコードされるポリペプチドである請求項5に記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the tyrosinase is a polypeptide encoded by the melB tyrosinase gene, melD tyrosinase gene or melO tyrosinase gene of Aspergillus oryzae. 細胞が大腸菌(Escherichia coli)、酵母及び糸状菌からなる群より選ばれる微生物細胞である請求項1〜6のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the cell is a microbial cell selected from the group consisting of Escherichia coli, yeast and filamentous fungi. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を2価銅イオンの存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(A)を含む請求項1〜7のいずれかに記載の方法。 Furthermore, the composition adjustment process (A) which adjusts the composition by storing the melanin precursor obtained by an oxidation process in presence of a bivalent copper ion between an oxidation process and a collection | recovery process is included. 8. The method according to any one of 7. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を、緩衝剤の存在下で-80〜0℃保存することによりその組成を調整する組成調整工程(B)を含む請求項1〜8のいずれかに記載の方法。 Furthermore, a composition adjustment step (B) for adjusting the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation step in the presence of a buffer at −80 to 0 ° C. is included between the oxidation step and the recovery step. The method according to claim 1. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を塩の存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(C)を含む請求項1〜7のいずれかに記載の方法。 Furthermore, the composition adjustment process (C) which adjusts the composition by preserving the melanin precursor obtained by an oxidation process in presence of a salt between an oxidation process and a collection | recovery process is any one of Claims 1-7 The method of crab. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程において得られるメラニン前駆体を、酸素非存在下pH3〜5、酸素非存在下pH5〜10、又は酸素存在下pH5〜7に維持した状態で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(D)を含む請求項1〜7及び10のいずれかに記載の方法。 Furthermore, between the oxidation step and the recovery step, the melanin precursor obtained in the oxidation step is maintained at pH 3-5 in the absence of oxygen, pH 5-10 in the absence of oxygen, or pH 5-7 in the presence of oxygen. The method according to any one of claims 1 to 7 and 10, further comprising a composition adjustment step (D) for adjusting the composition by storage. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を、水溶性有機溶媒の存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(E)を含む請求項1〜7、10及び11のいずれかに記載の方法。 Furthermore, the composition adjustment process (E) which adjusts the composition by storing the melanin precursor obtained by an oxidation process in presence of a water-soluble organic solvent between an oxidation process and a collection | recovery process is included. The method according to any one of -7, 10 and 11. チロシン、DOPA及びこれらの類縁体からなる群より選ばれる少なくとも1種の基質化合物に対して、カテコールオキシダーゼ活性を有する酵素を、1molのL-DOPAを基質として用いた場合のカテコールオキシダーゼ活性が5×105U/mol以上となるようにして作用させることにより、基質化合物を酸化してメラニン前駆体に変換する酸化工程と、
反応液からメラニン前駆体を回収する回収工程と
を含むメラニン前駆体の製造方法。
When at least one substrate compound selected from the group consisting of tyrosine, DOPA, and analogs thereof is used, an enzyme having catechol oxidase activity has a catechol oxidase activity of 5 × when 1 mol of L-DOPA is used as a substrate. An oxidation step of oxidizing the substrate compound to convert it into a melanin precursor by acting so that it becomes 10 5 U / mol or more;
The manufacturing method of a melanin precursor including the collection | recovery process which collect | recovers a melanin precursor from a reaction liquid.
カテコールオキシダーゼ活性を有するポリペプチドがチロシナーゼである請求項13に記載の方法。 14. The method according to claim 13, wherein the polypeptide having catechol oxidase activity is tyrosinase. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を2価銅イオンの存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(A)を含む請求項13又は14に記載の方法。 Furthermore, the composition adjustment step (A) for adjusting the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation step in the presence of divalent copper ions between the oxidation step and the recovery step is included. 14. The method according to 14. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を、緩衝剤の存在下で-80〜0℃保存することによりその組成を調整する組成調整工程(B)を含む請求項13、14又は15に記載の方法。 Furthermore, a composition adjustment step (B) for adjusting the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation step in the presence of a buffer at −80 to 0 ° C. is included between the oxidation step and the recovery step. 16. A method according to claim 13, 14 or 15. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を塩の存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(C)を含む請求項13又は14に記載の方法。 Furthermore, the composition adjustment step (C) for adjusting the composition by storing the melanin precursor obtained by the oxidation step in the presence of a salt between the oxidation step and the recovery step is included in claim 13 or 14. the method of. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程において得られるメラニン前駆体を、酸素非存在下pH3〜5、酸素非存在下pH5〜10、又は酸素存在下pH5〜7に維持した状態で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(D)を含む請求項13、14又は17に記載の方法。 Furthermore, between the oxidation step and the recovery step, the melanin precursor obtained in the oxidation step is maintained at pH 3-5 in the absence of oxygen, pH 5-10 in the absence of oxygen, or pH 5-7 in the presence of oxygen. The method according to claim 13, 14 or 17, further comprising a composition adjustment step (D) for adjusting the composition by storage. さらに、酸化工程と回収工程との間に、酸化工程により得られるメラニン前駆体を、水溶性有機溶媒の存在下で保存することによりその組成を調整する組成調整工程(E)を含む請求項13、14、17又は18に記載の方法。 Furthermore, a composition adjustment step (E) for adjusting the composition of the melanin precursor obtained by the oxidation step by storing it in the presence of a water-soluble organic solvent is included between the oxidation step and the recovery step. , 14, 17 or 18. 請求項1〜19のいずれかに記載の方法により得られるメラニン前駆体。

The melanin precursor obtained by the method in any one of Claims 1-19.

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