JP2006204285A - New aldolase and method for producing optically active ihog[4-(indol-3-ylmethyl)-4-hydroxy-2-oxoglutaric acid] and monatin - Google Patents

New aldolase and method for producing optically active ihog[4-(indol-3-ylmethyl)-4-hydroxy-2-oxoglutaric acid] and monatin Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an optically active IHOG useful for producing monatin, to provide a method for producing an optically active monatin, and to provide aldolase to be used for the above methods. <P>SOLUTION: The IHOG of high optical purity useful as an intermediate for synthesizing an optically active monatin is synthesized from indolepyruvic acid and pyruvic acid(or oxaroacetic acid). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、モナティンの前駆体である4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸(IHOG)を生成する新規アルドラーゼ、及びこれを用いた4R−IHOGの製造方法、ならびに4R−モナティンの製造方法に関する。   The present invention relates to a novel aldolase that produces 4- (indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutarate (IHOG), a precursor of monatin, a method for producing 4R-IHOG using the same, and The present invention relates to a method for producing 4R-monatin.

下記構造式で示される4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−グルタミン酸(3−(1−アミノ−1,3−ジカルボキシ−3−ヒドロキシ−ブタン−4−イル)−インドール)(以下、「モナティン」と称する。)は、植物シュレロチトン イリシホリアス(Schlerochiton ilicifolius)の根に含有され、甘味強度が著しく高いことから、特に低カロリー甘味料として期待される化合物である(特開昭64−25757号公報参照)。   4- (Indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-glutamic acid (3- (1-amino-1,3-dicarboxy-3-hydroxy-butan-4-yl) -indole) represented by the following structural formula ( (Hereinafter referred to as “monatin”) is a compound expected to be a particularly low calorie sweetener since it is contained in the roots of the plant Schlerochiton ilicifolia and has an extremely high sweetness intensity (Japanese Patent Laid-Open No. 64- No. 25757).

Figure 2006204285
Figure 2006204285

上記モナティンは2つの不斉(2位、4位)が存在し、立体異性体は、(2S,4S)体と報告されていた。その他に3種の立体異性体の存在が確認され、何れもショ糖の数十倍から数千倍の甘味強度を有することが確かめられている(表1)。   The above monatin has two asymmetry (2nd and 4th positions), and the stereoisomer has been reported as (2S, 4S). In addition, the presence of three types of stereoisomers has been confirmed, and it has been confirmed that all have a sweetness intensity several tens to several thousand times that of sucrose (Table 1).

Figure 2006204285
Figure 2006204285

表1に示すように、(2S,4S)−モナティンのみならず、その他の立体異性体の何れもがそれぞれ高倍率の甘味度を有しているが、特に、(2R,4R)−モナティンは甘味度がショ糖の2700倍と著しく高く、甘味剤或いは甘味剤成分(甘味料)として最も期待される異性体である。従って、(2R,4R)−モナティンを効率的に生成する方法の開発が望まれる。   As shown in Table 1, not only (2S, 4S) -monatin but all other stereoisomers each have a high degree of sweetness, and in particular, (2R, 4R) -monatin is It has a remarkably high sweetness of 2700 times that of sucrose, and is the most expected isomer as a sweetener or sweetener component (sweetener). Therefore, development of a method for efficiently generating (2R, 4R) -monatin is desired.

本発明者らは、試薬として購入可能であるインドールピルビン酸とピルビン酸とを用いて、下記の反応(a)及び(b)からなる新たなモナティンの合成方法を開発した(特許文献1)。
(a)インドールピルビン酸とピルビン酸(ないしオキサロ酢酸)のアルドール縮合により前駆体ケト酸(IHOG)を合成する反応工程
(b)IHOGの2位をアミノ化する反応工程
The present inventors have developed a new monatin synthesis method comprising the following reactions (a) and (b) using indolepyruvic acid and pyruvic acid, which can be purchased as reagents (Patent Document 1).
(A) Reaction step of synthesizing precursor keto acid (IHOG) by aldol condensation of indolepyruvic acid and pyruvic acid (or oxaloacetic acid) (b) Reaction step of amination of position 2 of IHOG

Figure 2006204285
Figure 2006204285

特許文献2は、上記モナティンの合成ルートにおける(a)のアルドール縮合反応について、インドールピルビン酸とピルビン酸(ないしオキサロ酢酸)から前駆体ケト酸(IHOG)を生成することができる酵素として、シュードモナス タエトロレンス(Pseudomonas taetrolens)及びシュードモナス コロナファシエンス(Pseudomonas coronafaciens)由来のアルドラーゼ等を開示している。これらのアルドラーゼは、IHOG以外にも、4−フェニルメチル−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸(PHOG)等のケト酸を生成する反応を触媒することが分かっている。   Patent Document 2 discloses Pseudomonas taetrolens as an enzyme capable of producing a precursor keto acid (IHOG) from indolepyruvic acid and pyruvic acid (or oxaloacetic acid) in the aldol condensation reaction (a) in the monatin synthesis route. (Pseudomonas taetrolens) and Pseudomonas coronafaciens-derived aldolases are disclosed. These aldolases have been shown to catalyze reactions that produce keto acids such as 4-phenylmethyl-4-hydroxy-2-oxoglutarate (PHOG) in addition to IHOG.

IHOGには4R体と4S体の2つの異性体が存在するが、最も甘味度の高い異性体である(2R,4R)−モナティンを効率的に生成するためには、上記モナティンの合成ルートにおける(a)のアルドール縮合反応において、4R体のIHOG(以下「4R−IHOG」、4S体を「4S−IHOG」という。)を優先的に生成させ、4R体リッチなIHOGを得ることが望ましい。また、キラル分子は、異性体ごとに異なる生理活性を示すことが多々あるが、IHOGについても異性体ごとに異なる性質を有している可能性があり、4R体と4S体を作り分けることにより、モナティンの前駆体以外で他の用途に利用することも考えられる。したがって、4R−IHOG、4S−IHOGのうち一方の異性体を優先的に生成する方法の開発は、工業上極めて有用である。   IHOG has two isomers, 4R and 4S. In order to efficiently produce (2R, 4R) -monatin, which is the most sweet isomer, in the above monatin synthesis route. In the aldol condensation reaction of (a), it is desirable to preferentially generate 4R IHOG (hereinafter, “4R-IHOG”, 4S isomer is referred to as “4S-IHOG”) to obtain 4R-rich IHOG. In addition, chiral molecules often exhibit different physiological activities for different isomers, but IHOG may also have different properties for different isomers. By separately creating 4R and 4S isomers, Other than the precursor of monatin, it can be used for other purposes. Therefore, development of a method for preferentially producing one isomer of 4R-IHOG and 4S-IHOG is extremely useful industrially.

国際公開第03/056026号パンフレットInternational Publication No. 03/056026 Pamphlet 国際公開第04/018672号パンフレットInternational Publication No. 04/018672 Pamphlet

しかしながら、従来の化学合成系では、生成するIHOGは、4R体と4S体の混合物(ラセミ体)であった。また、本発明者らはIHOGの合成に好適なアルドラーゼとして、Pseudomonas taetrolens由来のアルドラーゼを取得しているが、当該アルドラーゼによって生成されるIHOGは4R体リッチではなく、反応の条件にもよるが、むしろやや4S体リッチなIHOGを生成することが明らかとなっていた。(特許文献1、特許文献2)。また、4R−IHOGを優先的に生成するアルドラーゼについては、今までのところ、報告されてない。したがって、現状では、4R−IHOG、特に、4R体リッチなIHOGを効率的に生成する方法が確立されていない。   However, in the conventional chemical synthesis system, the generated IHOG was a mixture of 4R and 4S (racemic). In addition, the present inventors have obtained an aldolase derived from Pseudomonas taetrolens as an aldolase suitable for the synthesis of IHOG, but the IHOG produced by the aldolase is not rich in 4R form and depends on the reaction conditions. Rather, it has been clarified that IHOG rich in 4S body is generated. (Patent Document 1, Patent Document 2). In addition, no aldolase that preferentially produces 4R-IHOG has been reported so far. Therefore, at present, a method for efficiently generating 4R-IHOG, in particular, 4R-body-rich IHOG has not been established.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、PHOGやIHOG、特に4R−IHOGを生成する新規アルドラーゼ、及びこれを用いたIHOGの製造方法、ならびにモナティンの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a novel aldolase that produces PHOG and IHOG, particularly 4R-IHOG, a method for producing IHOG using the same, and a method for producing monatin. And

本発明者等は前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ある種の微生物に、目的とする4R−IHOGの合成に好適に利用できるアルドラーゼが存在することを見出し、これらを用いることにより、4R−IHOG及び4R−モナティンの製造方法に関する本発明に想到した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that aldolase that can be suitably used for the synthesis of the target 4R-IHOG exists in certain microorganisms, and by using these, 4R The present invention relating to a process for producing -IHOG and 4R-monatin has been conceived.

即ち、本発明は以下の内容を含むものである。
[1]
下記(a)又は(b)
(a)配列番号2記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(b)配列番号2記載のアミノ酸配列と少なくとも相同性が70%以上であって、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質、
のいずれかに記載のタンパク質、又は、それを含有する微生物を、
インドール−3−ピルビン酸及びピルビン酸又はオキサロ酢酸に作用させ、
光学純度70%以上の下記式(1)で示される(4R)−4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸(4R−IHOG)又はその塩を生成させることを特徴とする、4R−IHOG又はその塩の製造方法。

Figure 2006204285
That is, the present invention includes the following contents.
[1]
(A) or (b) below
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, or (b) a protein having at least 70% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 and having 4R-aldolase activity,
Or a microorganism containing the protein according to any one of
Act on indole-3-pyruvic acid and pyruvic acid or oxaloacetic acid,
(4R) -4- (Indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutaric acid (4R-IHOG) or a salt thereof represented by the following formula (1) having an optical purity of 70% or more is produced. A method for producing 4R-IHOG or a salt thereof.
Figure 2006204285

[2]
下記(a)又は(b)
(a)配列番号2記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(b)配列番号2記載のアミノ酸配列と少なくとも相同性が70%以上であって、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質、
のいずれかに記載のタンパク質、又は、それを含有する微生物を、
インドール−3−ピルビン酸及びピルビン酸又はオキサロ酢酸に作用させ、
4R−IHOG又はその塩を優先的に生成させる第1の工程、及び、
前記第1の工程によって得られた4R−IHOG又はその塩のカルボニル基をアミノ基に変換し、光学純度90%以上の下記式(2)で示される4R−モナティン又はその塩を得る第2の工程、
を含むことを特徴とする4R−モナティン又はその塩の製造方法。

Figure 2006204285
(式中、波線の結合はR−配置及びS−配置の両方を含むことを表す。)
[3]
前記第2の工程において、カルボニル基のアミノ基への変換が、4R−IHOGに酵素を作用せしめてアミノ化することにより行なわれるものである、[2]記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。
[4]
前記第2の工程において、カルボニル基のアミノ基への変換が、反応液に含まれる4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸を、中性又はアルカリ性条件下において下記一般式(3)
Figure 2006204285
(上記一般式(3)において、Rは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。)
で表されるアミン化合物又はその塩と反応せしめ、下記式(4)に示される4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸(IHOG−oxime)を生成させ、生成したIHOG−oxime又はその塩の4R体を晶析し、
得られた4R体のIHOG−oxime又はその塩を還元し、生成した光学純度90%以上の4R−モナティン又はその塩を採取するものである、[2]記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。
Figure 2006204285
[5]
前記一般式(3)で表されるアミン化合物が、ヒドロキシルアミン、メトキシアミン、ベンジルオキシアミンからなる群より選ばれる少なくとも一種のアミン化合物である、[4]記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。
[6]
4R体のIHOG−oxime又はその塩の還元が、水素及び水素添加触媒の存在下で実施されることを特徴とする[4]又は[5]に記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。
[7]
前記第2の工程において、晶析により(2R,4R)−モナティンを採取することを特徴とする[4]〜[6]のいずれか一項に記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。
[8]
前記第2の工程において、晶析溶媒として水、アルコール溶媒又は含水アルコール溶媒を用いることを特徴とする[4]〜[7]のいずれか1項に記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。
[9]
前記方法に用いられるタンパク質が、スフィンゴモナス属又はバークホルデリア属細菌から選ばれる微生物に由来するタンパク質である、[1]〜[8]のいずれか一項に記載の製造方法。
[10]
前記微生物は、スフィンゴモナス エスピー(Sphingomonas sp.)AJ110329株又はAJ110372株、バークホルデリア エスピー(Burkholderia sp.)AJ110371株であることを特徴とする[9]記載の製造方法。 [2]
(A) or (b) below
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, or (b) a protein having at least 70% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 and having 4R-aldolase activity,
Or a microorganism containing the protein according to any one of
Act on indole-3-pyruvic acid and pyruvic acid or oxaloacetic acid,
A first step of preferentially producing 4R-IHOG or a salt thereof; and
A second carbonyl group of 4R-IHOG or a salt thereof obtained in the first step is converted to an amino group to obtain 4R-monatin or a salt thereof represented by the following formula (2) having an optical purity of 90% or more. Process,
A process for producing 4R-monatin or a salt thereof.
Figure 2006204285
(In the formula, the combination of wavy lines indicates that both R-configuration and S-configuration are included.)
[3]
Production of 4R-monatin or a salt thereof according to [2], wherein in the second step, conversion of a carbonyl group to an amino group is carried out by aminating 4R-IHOG with an enzyme. Method.
[4]
In the second step, the conversion of the carbonyl group into an amino group is performed by converting 4- (indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutaric acid contained in the reaction solution under neutral or alkaline conditions as follows. General formula (3)
Figure 2006204285
(In the general formula (3), R represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.)
To produce 4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid (IHOG-oxime) represented by the following formula (4): Crystallize the produced 4HO form of IHOG-oxime or a salt thereof,
Production of 4R-monatin or a salt thereof according to [2], wherein the obtained 4R-form IHOG-oxime or a salt thereof is reduced, and the produced 4R-monatin or a salt thereof with an optical purity of 90% or more is collected. Method.
Figure 2006204285
[5]
Production of 4R-monatin or a salt thereof according to [4], wherein the amine compound represented by the general formula (3) is at least one amine compound selected from the group consisting of hydroxylamine, methoxyamine, and benzyloxyamine. Method.
[6]
The method for producing 4R-monatin or a salt thereof according to [4] or [5], wherein the reduction of 4R IHOG-oxime or a salt thereof is carried out in the presence of hydrogen and a hydrogenation catalyst.
[7]
The method for producing 4R-monatin or a salt thereof according to any one of [4] to [6], wherein (2R, 4R) -monatin is collected by crystallization in the second step.
[8]
The method for producing 4R-monatin or a salt thereof according to any one of [4] to [7], wherein in the second step, water, an alcohol solvent, or a hydrous alcohol solvent is used as a crystallization solvent. .
[9]
The production method according to any one of [1] to [8], wherein the protein used in the method is a protein derived from a microorganism selected from the genus Sphingomonas or Burkholderia.
[10]
[9] The method according to [9], wherein the microorganism is Sphingomonas sp. AJ110329 strain or AJ110372 strain, Burkholderia sp. AJ110371 strain.

[11]
下記(a)〜(c)のいずれかのタンパク質。
(a)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2記載のアミノ酸配列と少なくとも相同性が70%以上であって、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質
(c)配列表の配列番号2に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質
[12]
配列番号2記載のアミノ酸配列と少なくとも相同性が70%以上であって、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質が、配列番号13又は15のいずれかに記載のタンパク質である、[11]記載のタンパク質。
[13]
[11]又は[12]に記載のタンパク質をコードするDNA。
[14]
下記(d)又は(e)のDNA。
(d)配列番号1記載の塩基配列又は同配列中塩基番号210〜1004の塩基配列からなるDNA
(e)配列番号1記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号210〜1004の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
[15]
配列番号1記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号210〜1004の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAが、(f)配列番号12記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号399〜1253の塩基配列からなるDNA、又は(g)配列番号14記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号531〜1385の塩基配列からなるDNAのいずれかのDNAである、[14]記載のDNA。
[16]
[14]又は[15]に記載のDNAとベクターDNAを接続して得られることを特徴とする組換えDNA。
[17]
[16]記載の組換えDNAによって形質転換された細胞。
[18]
[17]記載の細胞を培地中で培養し、培地及び/又は細胞中にアルドラーゼ活性を有するタンパク質を蓄積させることを特徴とするアルドラーゼ活性を有するタンパク質の製造方法。
[11]
The protein in any one of the following (a)-(c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 (b) a protein having at least 70% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 and having 4R-aldolase activity (c) a sequence in the sequence listing A protein having an amino acid sequence containing substitution, deletion, insertion, addition, or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of No. 2 and having aldolase activity [12]
The protein according to [11], wherein the protein having at least 70% homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 and having 4R-aldolase activity is the protein described in either SEQ ID NO: 13 or 15.
[13]
DNA encoding the protein according to [11] or [12].
[14]
DNA of the following (d) or (e).
(D) DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or the nucleotide sequence of nucleotide numbers 210 to 1004 in the same sequence
(E) a protein that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the nucleotide sequences 210 to 1004 of the same sequence and has an aldolase activity DNA to do
[15]
A DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary to the base sequences 210 to 1004 in the same sequence and that encodes a protein having aldolase activity (F) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 12 or the base sequence of base numbers 399 to 1253 in the same sequence, or (g) the base sequence of SEQ ID NO: 14 or the base sequence of base numbers 531 to 1385 in the same sequence The DNA according to [14], which is any one of DNAs consisting of
[16]
A recombinant DNA obtained by connecting the DNA according to [14] or [15] and a vector DNA.
[17]
[16] A cell transformed with the recombinant DNA according to [16].
[18]
[17] A method for producing a protein having aldolase activity, comprising culturing the cell according to [17] in a medium and accumulating a protein having aldolase activity in the medium and / or the cell.

本発明のアルドラーゼを用いることにより、インドールピルビン酸とピルビン酸(ないしオキサロ酢酸)から4R−IHOGを優先的に生成できる。また、生成した4R−IHOGをアミノ化することにより4R−モナティンを生成できるため、高甘味度モナティンの製造にきわめて有利に用いることができる。   By using the aldolase of the present invention, 4R-IHOG can be preferentially produced from indolepyruvic acid and pyruvic acid (or oxaloacetic acid). In addition, since 4R-IHOG can be aminated to produce 4R-monatin, it can be used very advantageously in the production of high-sweetness monatin.

また、従来は、ラセミ体のIHOG(4R、4S−IHOG)から4R体を単離しようとする場合、4R、4S−IHOGをオキシム化し、得られた4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸(以下「IHOG−oxime」という。)にキラルアミンを作用させて4R体のIHOG−oxime(以下「4R−IHOG−oxime」という。)を晶析する必要があった。これに対し、本発明によれば、アルドール縮合反応の段階で4R体リッチなIHOGを生成させることができるため、晶析の際、キラルアミンを用いて光学分割する必要がなく、オキシム化後、そのまま4R−IHOG−oximeを晶析させることができる。したがって、4R−IHOGの精製処理プロセスを軽減することが可能となる。   Conventionally, when 4R isomers are to be isolated from racemic IHOG (4R, 4S-IHOG), 4R, 4S-IHOG is oximed, and the resulting 4-hydroxy-4- (3-indolyl) is obtained. Methyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid (hereinafter referred to as “IHOG-oxime”) must be allowed to act on a chiral amine to crystallize 4R IHOG-oxime (hereinafter referred to as “4R-IHOG-oxime”). It was. In contrast, according to the present invention, IHOG rich in 4R isomer can be generated at the stage of the aldol condensation reaction, so that it is not necessary to perform optical resolution using a chiral amine during crystallization. 4R-IHOG-oxime can be crystallized. Therefore, it becomes possible to reduce the purification process of 4R-IHOG.

本発明者らの研究により、ある種の微生物に、4R−IHOGを優先的に合成する活性を有するアルドラーゼを生成する菌株が存在することが確認され、4R−IHOG及び4R−モナティンの製造方法が見出された。   The present inventors confirmed that a strain that produces an aldolase having an activity of preferentially synthesizing 4R-IHOG exists in certain microorganisms, and a method for producing 4R-IHOG and 4R-monatin has been confirmed. It was found.

以下、本発明について、
[I] 光学活性IHOGの製造方法
[II] 光学活性モナティンの製造方法
の順に添付の図面を参照して詳細に説明する。
Hereinafter, regarding the present invention,
[I] Production Method of Optically Active IHOG [II] The production method of optically active monatin will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[I] 光学活性IHOGの製造方法
(1)反応
本発明の4R−IHOGの製造方法について述べる。本発明の4R−IHOGの製造方法は、下記式(5)

Figure 2006204285
で示されるインドールピルビン酸と、
下記一般式(6)
Figure 2006204285
(式中、Rは水素原子又はカルボキシル基)
で示されるピルビン酸又はオキサロ酢酸とを反応せしめることにより、
下記式(1)
Figure 2006204285
で示される4R−IHOGを優先的に製造する方法であって、
当該反応を触媒するタンパク質存在下で反応を実施する点に特徴を有する。 [I] Method for Producing Optically Active IHOG (1) Reaction The method for producing 4R-IHOG of the present invention will be described. The method for producing 4R-IHOG of the present invention has the following formula (5).
Figure 2006204285
Indole pyruvic acid represented by
The following general formula (6)
Figure 2006204285
(Wherein R is a hydrogen atom or a carboxyl group)
By reacting with pyruvic acid or oxaloacetic acid represented by
Following formula (1)
Figure 2006204285
A process for preferentially producing 4R-IHOG represented by:
The reaction is carried out in the presence of a protein that catalyzes the reaction.

前記「反応を触媒するタンパク質」とは、好ましくは4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質であって、微生物に由来するものであっても、化学的に合成されたタンパク質であっても良い。すなわち、4R−アルドラーゼ活性とは、前記一般式(5)で表されるインドールピルビン酸と、前記一般式(6)で表されるピルビン酸又はオキサロ酢酸とのアルドール縮合により、前記一般式(1)で示される4R−IHOGを優先的に生成する反応、及び/又は、フェニルピルビン酸とピルビン酸から4R−PHOGを優先的に生成する反応を触媒できる活性をいう。このようなタンパク質であれば、特に限定なく本発明において使用可能である。本明細書において、「4R−IHOGを優先的に」製造するとは、生成されるIHOGの4位の光学純度がR体となる比率がS体となる比率よりも高いことを指し、好ましくは光学純度70%以上、特に好ましくは90%以上でR体となる反応効率を達成し得ることを指す。反応諸条件によっては、光学純度の比率は変動するが、当業者であれば反応の至適条件を容易に設定可能なため、最適な条件付近で上記比率が達成される方法であれば、反応条件を変動させた場合に上記比率が達成されない場合があっても本発明の方法に含まれる。また、4R体と4S体の混合比率を適宜調整する目的で、本発明に用いることの出来るタンパク質を用い、反応条件を調整することにより上記比率以下の反応を実施する場合も、本発明の製造方法に含まれる。なお、4R−IHOGの光学純度は、鏡像体過剰率(%e.e.)として([4R−IHOG]−[4S−IHOG])/([4R−IHOG]+[4S−IHOG])*100により決定できる。   The “protein that catalyzes the reaction” is preferably a protein having 4R-aldolase activity, and may be derived from a microorganism or may be a chemically synthesized protein. That is, 4R-aldolase activity is defined by the above general formula (1) by aldol condensation between indole pyruvic acid represented by the general formula (5) and pyruvic acid or oxaloacetic acid represented by the general formula (6). ) And / or a reaction that preferentially produces 4R-IHOG and / or an activity that can catalyze a reaction that preferentially produces 4R-PHOG from phenylpyruvic acid and pyruvic acid. Any such protein can be used in the present invention without any particular limitation. In the present specification, “to preferentially produce 4R-IHOG” means that the optical purity at the 4-position of the produced IHOG is higher than the ratio in which the R form is converted to the S form, preferably optical It means that the reaction efficiency of converting to R-form can be achieved with a purity of 70% or more, particularly preferably 90% or more. Depending on the reaction conditions, the ratio of optical purity varies, but those skilled in the art can easily set the optimal conditions for the reaction. Even if the ratio is not achieved when the conditions are changed, it is included in the method of the present invention. In addition, for the purpose of appropriately adjusting the mixing ratio of the 4R isomer and the 4S isomer, a protein that can be used in the present invention is used, and the reaction below the above ratio is performed by adjusting the reaction conditions. Included in the method. The optical purity of 4R-IHOG is ([4R-IHOG]-[4S-IHOG]) / ([4R-IHOG] + [4S-IHOG]) * as the enantiomeric excess (% ee). 100.

当該反応を触媒するタンパク質としては、(2)アルドラーゼ活性を有するタンパク質の項において後述するアルドラーゼが好ましい。反応に当たっては、当該反応を触媒するタンパク質(アルドラーゼ)を生成する菌体を培養して得たアルドラーゼを用いても良いし、組み換えDNA技術により当該反応を触媒するタンパク質を生成する形質転換体を作成し、当該形質転換体を培養して得たアルドラーゼを用いても良い。
当該反応を触媒するタンパク質は、4R−IHOGを優先的に合成する反応を触媒可能な限り、いかなる形態で反応系に添加してもよい。すなわち、当該反応を触媒するタンパク質を単体で反応系に添加してもよいし、当該反応を触媒するタンパク質(アルドラーゼ)を含むアルドラーゼ活性を有する組成物の形態で反応系に添加してもよい。
The protein that catalyzes the reaction is preferably an aldolase described later in the section of (2) a protein having aldolase activity. In the reaction, an aldolase obtained by culturing a cell that produces a protein (aldolase) that catalyzes the reaction may be used, or a transformant that produces a protein that catalyzes the reaction is prepared by recombinant DNA technology. Alternatively, an aldolase obtained by culturing the transformant may be used.
The protein that catalyzes the reaction may be added to the reaction system in any form as long as the reaction that preferentially synthesizes 4R-IHOG can be catalyzed. That is, a protein that catalyzes the reaction may be added alone to the reaction system, or may be added to the reaction system in the form of a composition having an aldolase activity including a protein (aldolase) that catalyzes the reaction.

ここで「アルドラーゼ活性を有する組成物」とは、当該反応を触媒するタンパク質(アルドラーゼ)を含むものであればよく、具体的には培養物、培地(培養物から菌体を除去したもの)、菌体(培養菌体、洗浄菌体のいずれも含む)、菌体を破砕あるいは溶菌させた菌体処理物、前記培地及び/又は細胞を精製処理することにより得られるアルドラーゼ活性を有する組成物(粗酵素液、精製酵素)などを含む。例えば、アルドラーゼ産生菌又は組み換えDNAによって形質転換された細胞を用いて、光学活性IHOGを製造する場合、培養しながら、培養液中に直接基質を添加してもよいし、培養液より分離された菌体、洗浄菌体などいずれも使用可能である。また、菌体を破砕あるいは溶菌させた菌体処理物をそのまま用いてもよいし、当該菌体処理物からアルドラーゼを回収し、粗酵素液として使用してもよいし、さらに、酵素を精製して用いてもよい。すなわち、アルドラーゼ活性を有する画分であれば、どのような形態であっても本発明の4R−IHOGの製造方法に使用することが可能である。   Here, the “composition having aldolase activity” only needs to contain a protein (aldolase) that catalyzes the reaction, and specifically, a culture, a medium (one obtained by removing cells from the culture), Bacteria (including both cultured cells and washed cells), treated cells obtained by crushing or lysing the cells, a composition having aldolase activity obtained by purifying the medium and / or cells ( Crude enzyme solution, purified enzyme). For example, in the case of producing optically active IHOG using cells transformed with aldolase-producing bacteria or recombinant DNA, a substrate may be added directly to the culture solution while culturing, or the optically active IHOG may be separated from the culture solution. Both bacterial cells and washed bacterial cells can be used. In addition, a cell-treated product obtained by crushing or lysing cells may be used as it is, or aldolase may be recovered from the cell-treated product and used as a crude enzyme solution, or the enzyme may be purified. May be used. In other words, any form having aldolase activity can be used in the method for producing 4R-IHOG of the present invention.

アルドラーゼ又はアルドラーゼ活性を有する組成物を用いてアルドール反応を進行させるには、インドールピルビン酸、及び、ピルビン酸又はオキサロ酢酸、当該反応を触媒するタンパク質又はアルドラーゼ含有物を含む反応液を20〜50℃の適当な温度に調整し、pH6〜12に保ちつつ、30分〜5日静置、振とう、又は攪拌すればよい。
ここで、より立体選択的にIHOGを生成せしめる場合に、自発的なアルドール縮合を抑制することにより、より高い立体選択性をもって目的とする4R−IHOGを生成せしめることも出来る。ここで、インドール−3−ピルビン酸とピルビン酸をアルドール縮合せしめてIHOGを生成させる場合を例として挙げる。本反応はpHをアルカリ側、例えばpH9〜12あたりで反応せしめることにより、自発的にアルドール縮合する。この自発的なアルドール縮合により生成したIHOGは、4位の立体に関しては選択性が低く、4Rと4Sの混合物(ラセミ体)を与える。そこで本発明の一態様においては、反応を触媒するタンパク質を作用せしめる際の、反応pHをpH9〜pH7、より好ましくはpH8.7〜pH8付近に制御することにより、自発的なIHOGの生成が抑制され、一方で当該タンパク質によって4R−IHOG選択的にアルドール縮合せしめるため、結果として生成したIHOGの4R選択性を上げることができる。このような反応条件については、当該業者であれば簡単な予備的検討によって条件を決定することが出来る。
In order to advance the aldol reaction using an aldolase or a composition having aldolase activity, a reaction solution containing indolepyruvic acid and pyruvic acid or oxaloacetic acid, a protein that catalyzes the reaction or an aldolase-containing material is 20 to 50 ° C. The temperature may be adjusted to an appropriate temperature and kept at pH 6 to 12, while standing for 30 minutes to 5 days, shaking or stirring.
Here, when IHOG is generated more stereoselectively, the desired 4R-IHOG can be generated with higher stereoselectivity by suppressing spontaneous aldol condensation. Here, a case where IHOG is generated by subjecting indole-3-pyruvic acid and pyruvic acid to aldol condensation will be described as an example. This reaction spontaneously undergoes aldol condensation by reacting the pH on the alkali side, for example, around pH 9-12. The IHOG produced by this spontaneous aldol condensation has low selectivity with respect to the 4-position stereo and gives a mixture of 4R and 4S (racemate). Therefore, in one embodiment of the present invention, when the protein that catalyzes the reaction is allowed to act, the reaction pH is controlled to be between pH 9 and pH 7, more preferably around pH 8.7 to pH 8, thereby suppressing spontaneous IHOG production. On the other hand, 4R-IHOG is selectively subjected to aldol condensation by the protein, so that the 4R selectivity of the resulting IHOG can be increased. Regarding such reaction conditions, those skilled in the art can determine the conditions by simple preliminary examination.

また、本発明で開示するアルドラーゼは2価カチオンを添加することにより酵素活性が増加する、いわゆるクラスIIのアルドラーゼに属すると考えられる。ここで反応系に添加する2価カチオンの濃度についても、自発的なアルドール縮合の進行に影響を与えることから、結果として生成するIHOGの4位の立体選択性に影響を与えることがある。反応系に添加する2価カチオンの種類や濃度については、当該業者であれば簡単な予備検討により好適な条件を決定することができる。   Moreover, it is considered that the aldolase disclosed in the present invention belongs to a so-called class II aldolase whose enzymatic activity is increased by adding a divalent cation. Here, the concentration of the divalent cation added to the reaction system also affects the progress of spontaneous aldol condensation, and thus may affect the stereoselectivity at the 4-position of the resulting IHOG. With regard to the type and concentration of the divalent cation added to the reaction system, those skilled in the art can determine suitable conditions by simple preliminary studies.

また、Mg2+、Mn2+、Ni2+、Co2+などの2価のカチオンを当該反応液に添加することによって反応速度を向上させることもできる。コスト等の面から、好ましくはMg2+を用いることがある。ここで、2価カチオンを反応液に添加する際は、反応を阻害しない限りにおいてはいずれの塩を用いてもよいが、好ましくはMgCl2、MgSO4、MnSO4等を用いることがある。これら2価カチオンの添加濃度は当該業者であれば簡単な予備検討によって決定することができるが、2価カチオンとして、Mg2+を添加した場合の例をあげると、添加するMg2+を1mM以下、好ましくは0.5mM以下、より好ましくは0.1mM以下にすることにより、自発的なIHOGの縮合速度を抑制し、結果としてアルドラーゼを作用せしめた場合に生成するIHOGの4R選択性を上げることが出来る。 In addition, the reaction rate can be improved by adding divalent cations such as Mg 2+ , Mn 2+ , Ni 2+ , and Co 2+ to the reaction solution. From the viewpoint of cost and the like, Mg 2+ is preferably used. Here, when the divalent cation is added to the reaction solution, any salt may be used as long as the reaction is not inhibited, but MgCl 2 , MgSO 4 , MnSO 4 and the like may be preferably used. The addition concentration of these divalent cations can be determined by a simple preliminary study by those skilled in the art, but as an example when Mg 2+ is added as a divalent cation, the added Mg 2+ is 1 mM. Below, preferably 0.5 mM or less, more preferably 0.1 mM or less, the spontaneous IHOG condensation rate is suppressed, and as a result, the 4R selectivity of IHOG produced when aldolase is allowed to act is increased. I can do it.

以下、本発明のIHOGの製造方法を実施する際の好ましい反応条件の一例を挙げれば、100mM バッファー、300mM インドール−3−ピルビン酸、600mM ピルビン酸、0.1mM MgCl2、1%(v/v)トルエンからなる反応液に、酵素源としてアルドラーゼ発現E.coliの洗浄菌体を10%(w/v)となるように添加し、37℃で4時間振とう反応させることにより、4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸(IHOG)が得られる。 Examples of preferable reaction conditions for carrying out the method for producing IHOG of the present invention are as follows: 100 mM buffer, 300 mM indole-3-pyruvic acid, 600 mM pyruvic acid, 0.1 mM MgCl 2 , 1% (v / v ) Expression of aldolase as an enzyme source in a reaction solution comprising toluene. 4- (indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutaric acid was obtained by adding the washed bacterial cells of E. coli to 10% (w / v) and shaking at 37 ° C. for 4 hours. (IHOG) is obtained.

生成したIHOGは、公知の手法により分離精製することができる。例えば、イオン交換樹脂に接触させて塩基性アミノ酸を吸着させ、これを溶離後晶析する方法又は溶離後、活性炭等による脱色濾過し晶析する方法等が挙げられる。また、生成したIHOGを含有する反応溶液を次の反応工程にそのまま用いることも可能である。   The generated IHOG can be separated and purified by a known method. Examples thereof include a method in which a basic amino acid is adsorbed by contacting with an ion exchange resin and crystallized after elution, or a method in which crystallization is performed by decolorizing filtration using activated carbon or the like after elution. Moreover, it is also possible to use the produced | generated reaction solution containing IHOG as it is for the next reaction process.

一例を挙げると、本発明の方法に従ってIHOGを生成させた場合の4S−IHOGと4R−IHOGの生成比は、例えば、300mMのインドール−3−ピルビン酸と600mMのピルビン酸を基質として、0.1mM MgCl2存在下、pH8.7〜pH8.0の反応条件では、SpALDではS−IHOGとR−IHOGを約4:96の比で生成することが確認されている(実施例12参照)。更に、このようにして得られた4R−IHOGを含有する反応液を、後述するオキシム化反応を経て晶析すると、4R−IHOG−oximeの4位の光学純度は90%以上を達成することが可能となる。なお、ヒドロキシルアミンをもちいてIHOGをIHOG−oximeへ変換する反応は4位の光学選択性を有さないため、光学純度の測定はいずれの形態で測定した場合も同等となる。このようにして得られる4R−IHOGは4R−モナティン製造のための中間体として極めて有用である。 For example, the production ratio of 4S-IHOG to 4R-IHOG in the case of producing IHOG according to the method of the present invention is, for example, 0. 300 mM indole-3-pyruvic acid and 600 mM pyruvic acid as a substrate. It has been confirmed that SpALD produces S-IHOG and R-IHOG at a ratio of about 4:96 under the reaction conditions of pH 8.7 to pH 8.0 in the presence of 1 mM MgCl 2 (see Example 12). Furthermore, when the reaction solution containing 4R-IHOG thus obtained is crystallized through an oximation reaction described later, the optical purity at the 4-position of 4R-IHOG-oxime can achieve 90% or more. It becomes possible. In addition, since the reaction which converts IHOG to IHOG-oxime using hydroxylamine does not have optical selectivity at the 4-position, the measurement of optical purity is the same in any form. The 4R-IHOG thus obtained is extremely useful as an intermediate for the production of 4R-monatin.

(2)アルドラーゼ活性を有するタンパク質(アルドラーゼ)
本発明の製造方法に用いる、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質(以下単に、「4R−アルドラーゼ」ということがある。)は、前記の反応を触媒する性質を有するものであるが、4R−アルドラーゼは、4R−アルドラーゼ活性を有する微生物から得ることもでき、当該微生物は、以下のスクリーニング方法によって得ることが出来る。
(2) Protein having aldolase activity (aldolase)
A protein having 4R-aldolase activity (hereinafter sometimes simply referred to as “4R-aldolase”) used in the production method of the present invention has a property of catalyzing the above reaction. It can also be obtained from a microorganism having 4R-aldolase activity, and the microorganism can be obtained by the following screening method.

(i)4R−アルドラーゼ活性を有する微生物
(a)4R−アルドラーゼ活性を有する微生物のスクリーニング方法
4R−アルドラーゼを産生する微生物は、土壌、水等の自然界から取得することができる。即ち、モナティン、IHOG、IHOG−oxime、PHG、PHOG、PHOG−oxime等の目的とするアルドラーゼが基質とする化合物を炭素源もしくは窒素源として、好ましくは、単一炭素源もしくは単一窒素源として、培地中に添加し、微生物源となるサンプルを接種の上、培養することが望ましい。また、それらの添加物はラセミ混合物を用いてもよいが、好ましくは4R−体、更に好ましくは、(2R,4R)−モナティンとすることが望ましい。炭素源以外の有機栄養源としては、通常の培地成分を適宜選択することが出来る。窒素源としては有機酸のアンモニウム塩、硝酸塩、およびペプトン、酵母エキス、肉エキスなどの有機窒素化合物あるいはこれらの混合物を使用できる。他に無機塩類、微量金属塩、ビタミン類などの通常用いられる栄養源を適宜混合できる。このような集積培養において生育可能な微生物はアルドラーゼ活性菌が多く含まれる。
(I) Microorganism having 4R-aldolase activity (a) Screening method for microorganism having 4R-aldolase activity A microorganism producing 4R-aldolase can be obtained from the natural world such as soil and water. That is, as a carbon source or a nitrogen source, preferably a single carbon source or a single nitrogen source, a compound of which the target aldolase is a substrate such as monatin, IHOG, IHOG-oxime, PHG, PHOG, PHOG-oxime, It is desirable to add it to the medium and inoculate a sample that is a source of microorganisms and incubate. In addition, a racemic mixture may be used as these additives, but it is preferable to use 4R-form, more preferably (2R, 4R) -monatin. As an organic nutrient source other than the carbon source, a normal medium component can be appropriately selected. As the nitrogen source, organic acid ammonium salts, nitrates, organic nitrogen compounds such as peptone, yeast extract and meat extract, or mixtures thereof can be used. In addition, commonly used nutrient sources such as inorganic salts, trace metal salts, and vitamins can be mixed as appropriate. Many microorganisms capable of growing in such enrichment culture contain aldolase-active bacteria.

次に、上記培地の集積菌から単コロニーを取得し、取得したコロニーを、再度目的とする基質を単一炭素源とした培養プレート上で生育を確認し、アルドラーゼ活性を評価する。スクリーニングの際の培養条件は、前記炭素源以外は、通常の培養条件を用いることができるが、一例としては、後述する(c)アルドラーゼ活性を有する微生物の培養方法の項で説明する条件が挙げられる。   Next, a single colony is obtained from the accumulated bacteria in the medium, and the obtained colony is again checked for growth on a culture plate using the target substrate as a single carbon source, and the aldolase activity is evaluated. As the culture conditions for the screening, normal culture conditions can be used except for the carbon source. As an example, the conditions described in the section of the method for culturing a microorganism having aldolase activity (c) described later can be given. It is done.

微生物の産生するアルドラーゼ活性の評価方法としては、微生物菌体より酵素を精製し、その酵素標品を用いて酵素反応を評価することが望ましい。具体的にはi)IHOGあるいはPHOGを基質として、遊離するピルビン酸を検出する方法(分解活性検出)、ii)インドールピルビン酸、もしくはフェニルピルビン酸とピルビン酸(ないしオキサロ酢酸)を基質としてアルドール縮合によって産生されるIHOG、あるいはPHOGを高速液体クロマトグラフィー(HPLC)測定によって検出する方法(合成活性検出)、が挙げられる。さらに、ii)のアルドール縮合によって産生されるIHOG、あるいはPHOGをHPLCによって4位の不斉を確認することで、4R選択性を評価することが望ましい。   As a method for evaluating the aldolase activity produced by the microorganism, it is desirable to purify the enzyme from the microorganism and evaluate the enzyme reaction using the enzyme preparation. Specifically, i) a method of detecting free pyruvic acid using IHOG or PHOG as a substrate (detection of degradation activity), ii) aldol condensation using indole pyruvic acid or phenylpyruvic acid and pyruvic acid (or oxaloacetic acid) as substrates And a method for detecting PHOG produced by HPLC (high-performance liquid chromatography (HPLC) measurement) (synthetic activity detection). Furthermore, it is desirable to evaluate 4R selectivity by confirming asymmetry at the 4-position of IHOG or PHOG produced by aldol condensation in ii) by HPLC.

具体的には、100mM バッファー、300mM インドール−3−ピルビン酸、600mMピルビン酸、0.1mM MgCl2、1%(v/v)トルエンからなる反応液にアルドラーゼを添加し、37℃で4時間振とう反応させ、HPLCにて生成したIHOG量を定量することにより、アルドラーゼ活性を見積もることができる。 Specifically, aldolase was added to a reaction solution consisting of 100 mM buffer, 300 mM indole-3-pyruvic acid, 600 mM pyruvic acid, 0.1 mM MgCl 2 , 1% (v / v) toluene, and shaken at 37 ° C. for 4 hours. The aldolase activity can be estimated by reacting and quantifying the amount of IHOG produced by HPLC.

IHOGの定量は、例えば、ジーエルサイエンス社製「Inertsil ODS−2」(5μm、4.6×250mm)を利用したHPLC分析にて定量できる。分析条件の一例を以下に示す。   IHOG can be quantified by, for example, HPLC analysis using “Inertsil ODS-2” (5 μm, 4.6 × 250 mm) manufactured by GL Sciences. An example of analysis conditions is shown below.

移動相:40%(v/v)アセトニトリル/5mM リン酸二水素テトラブチルアンモニウム溶液
流速: 1ml/min
カラム温度: 40℃
検出: UV210nm
Mobile phase: 40% (v / v) acetonitrile / 5 mM tetrabutylammonium dihydrogen phosphate flow rate: 1 ml / min
Column temperature: 40 ° C
Detection: UV210nm

(b)スクリーニングにより取得された微生物
本発明者らは、上記スクリーニングの結果、集積菌からスフィンゴモナス属に属する微生物及びバークホルデリア属に属する微生物を選択し、両属に属する微生物又はこれらに近縁の微生物から、本発明に使用可能なアルドラーゼが産生されることを見出した。従って、本発明に用いることが出来るアルドラーゼ活性を有する微生物としては、スフィンゴモナス属、バークホルデリア属、又はこれらに近縁の属に属する微生物が挙げられる。スフィンゴモナス属の近縁の属としては、例えば、リゾモナス属、ブラストモナス属、エリスロマイクロビウム属、ポルフィロバクター属、アグロバクテリウム属、エリスロバクター属が挙げられる。なお、スフィンゴモナス属については、近年再分類の提案がなされており、スフィンゴビウム属、ノボスフィンゴビウム属又はスフィンゴピキシス属と呼ばれる場合もあるが(International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology(2001), 51,1405−1417)、本明細書においては、これらも含む意味でスフィンゴモナス属の用語を用いる。
(B) Microorganisms obtained by screening As a result of the screening, the present inventors selected microorganisms belonging to the genus Sphingomonas and microorganisms belonging to the genus Burkholderia from the accumulated bacteria, and microorganisms belonging to both genera or close to these microorganisms. It has been found that aldolase that can be used in the present invention is produced from related microorganisms. Therefore, microorganisms having aldolase activity that can be used in the present invention include microorganisms belonging to the genus Sphingomonas, Burkholderia, or related genera. Examples of closely related genera of the genus Sphingomonas include the genus Rhizomonas, the genus Blastmonas, the genus erythromicrobium, the genus Porphylobacter, the genus Agrobacterium, and the genus Erytrobacter. In addition, about the genus Sphingomonas, the proposal of the reclassification has been made in recent years, and there are cases where it is called the genus Sphingobiium, Novosphingobium genus or Sphingopixis (International Journal of Evolutionary Microbiology (2001)). , 51, 1405-1417), and in the present specification, the term of the genus Sphingomonas is used to include these.

スフィンゴモナス属に属する微生物としては、例えば、以下のものを例示することができる。
Sphingomonas sp., Sphingomonas trueperi, Sphingomonas parapaucimobilis, Sphingomonas sanguinis, Sphingomonas paucimobilis, Sphingomonas adhaesiva, Sphingomonas pruni, Sphingomonas mali, Sphingomonas asaccharolytica, Sphingomonas echinoids, Sphingomonas yanoikuyae, Sphingomonas herbicidovorans, Sphingomonas chlorophenolica, Sphingomonas agrestis, Sphingomonas rosa, Sphingomonas subarctica, Sphingomonas stygia, Sphingomonas subterranean, Sphingomonas aromaticivorans, Sphingomonas capsulate, Sphingomonas macrogoltabidus, Sphingomonas terrae, Rhizomonas suberifaciens, Blastomonas natatoria, Blastomonas ursincola, Agrobacterium sanguineum, Erythrobacter longus, Erythrobacter litoralis等が挙げられる。
Examples of microorganisms belonging to the genus Sphingomonas include the following.
Sphingomonas sp. , Sphingomonas trueperi, Sphingomonas parapaucimobilis, Sphingomonas sanguinis, Sphingomonas paucimobilis, Sphingomonas adhaesiva, Sphingomonas pruni, Sphingomonas mali, Sphingomonas asaccharolytica, Sphingomonas echinoids, Sphingomonas yanoikuyae, Sphingomonas herbicidovorans, Sphingomonas chlorophenolica, Sphingomonas agrestis, Sphingomonas rosa, S hingomonas subarctica, Sphingomonas stygia, Sphingomonas subterranean, Sphingomonas aromaticivorans, Sphingomonas capsulate, Sphingomonas macrogoltabidus, Sphingomonas terrae, Rhizomonas suberifaciens, Blastomonas natatoria, Blastomonas ursincola, Agrobacterium sanguineum, Erythrobacter longus, Erythrobacter litoralis, and the like.

バークホルデリア属に属する微生物としては、例えば以下のものを例示することができる。
Burkholderia sp., Burkholderia phenazinium, Burkholderia caribensis, Burkholderia graminis, Burkholderia kururiensis, Burkholderia brasilensis, Burkholderia caryophylli, Burkholderia glathei, Burkholderia plantarii, Burkholderia vandii, Burkholderia glumae, Burkholderia cocovenenans, Burkholderia gladioli, Burkholderia vietnamiensis, Burkholderia multivorans, Burkholderia cepacia, Burkholderia pyrrocinia, Burkholderia thailandensis, Burkholderia pseudomallei, Burkholderia mallei, Burkholderia andropogonis等が挙げられる(Current Microbiology Vol. 42 (2001), pp. 269−275)。
Examples of microorganisms belonging to the genus Burkholderia include the following.
Burkholderia sp. , Burkholderia phenazinium, Burkholderia caribensis, Burkholderia graminis, Burkholderia kururiensis, Burkholderia brasilensis, Burkholderia caryophylli, Burkholderia glathei, Burkholderia plantarii, Burkholderia vandii, Burkholderia glumae, Burkholderia cocovenenans, Burkholderia gladioli, Burkholderia vietnamiensis, Burkholderia multivorans, Burkho deria cepacia, Burkholderia pyrrocinia, Burkholderia thailandensis, Burkholderia pseudomallei, Burkholderia mallei, Burkholderia andropogonis the like (Current Microbiology Vol. 42 (2001), pp. 269-275).

特に好ましくは、以下の微生物が挙げられる。これらの微生物の寄託先を下記に示す。
・Sphingomonas sp. AJ110329株(C77株)
(i)受託番号 FERM BP−10027
(ii)原寄託申請の受託日 2004年5月21日
(iii)寄託先 独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6)
・Sphingomonas sp. AJ110372株(C43株)
(i)受託番号 FERM BP−10156
(ii)原寄託申請の受託日 2004年10月28日
(iii)寄託先 独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6)
・Burkholderia sp. AJ110371株(C24株)
(i)受託番号 FERM BP−10155
(ii)原寄託申請の受託日 2004年10月28日
(iii)寄託先 独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6)
Particularly preferred are the following microorganisms. The depository of these microorganisms is shown below.
・ Sphingomonas sp. AJ110329 strain (C77 strain)
(I) Accession number FERM BP-10027
(Ii) Date of application for original deposit application May 21, 2004 (iii) Depositee National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit Center (1st, 1st, 1st East, 1-chome, Tsukuba, Ibaraki, Japan)
・ Sphingomonas sp. AJ110372 strain (C43 strain)
(I) Accession number FERM BP-10156
(Ii) Date of application for the original deposit application October 28, 2004 (iii) Depositee National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center (1st, 1st, 1st East, 1-chome, Tsukuba, Ibaraki, Japan)
・ Burkholderia sp. AJ110371 strain (C24 strain)
(I) Accession number FERM BP-10155
(Ii) Date of application for the original deposit application October 28, 2004 (iii) Depositee National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center (1st, 1st, 1st East, 1-chome, Tsukuba, Ibaraki, Japan)

尚、AJ110329株(C77株、FERM BP−10027)は、以下の分類実験の結果、上述のSphingomonas sp.であることが同定された。
AJ110329株のゲノムDNAよりPCRにより16S ribosomal RNA遺伝子(16S rDNA)のうち、5’末端側約500bpの領域を増幅し、塩基配列を決定した(配列番号16)。得られた配列の相同性解析を、MicroSeq Bacterial 500 Library v.0023(Applied Biosystems,CA,USA)をデータベースとし、MicroSeq Microbial Identification System Software V.1.4.1.を用いて解析した。その結果、AJ110329株16S rDNA部分塩基配列と一致する既知配列は存在せず、相同率96.6%でSphingomonas capsulataの16S rDNAに対し最も高い相同性を示した。分子系統樹上でもAJ110329株の16S rDNAはSphingomonasの16S rDNAが形成するクラスター内に含まれた。また、表2に示す菌学的性質についても上記16S rDNA塩基配列解析結果と矛盾するものではなく、AJ110329株をSphingomonas sp.と推定した。
In addition, AJ110329 strain (C77 strain, FERM BP-10027) was obtained from the above-mentioned Sphingomonas sp. Was identified.
A region of about 500 bp on the 5 ′ end side of 16S ribosomal RNA gene (16S rDNA) was amplified from the genomic DNA of AJ110329 strain by PCR, and the base sequence was determined (SEQ ID NO: 16). Homology analysis of the resulting sequences was performed using MicroSeq Bacterial 500 Library v. 0023 (Applied Biosystems, CA, USA) as a database, MicroSeq Microbial Identification System Software V. 1.4.1. Was used for analysis. As a result, there was no known sequence corresponding to the AJ110329 strain 16S rDNA partial nucleotide sequence, and the homology was 96.6%, which showed the highest homology to 16S rDNA of Sphingomonas capsula. Even in the molecular phylogenetic tree, 16S rDNA of AJ110329 strain was included in the cluster formed by 16S rDNA of Sphingomonas. In addition, the bacteriological properties shown in Table 2 are not inconsistent with the results of the 16S rDNA nucleotide sequence analysis described above, and the strain AJ110329 was designated as Sphingomonas sp. Estimated.

AJ110372株(C43株、FERM BP−10156)は、以下の分類実験の結果、上述のSphingomonas sp.であることが同定された。
AJ110372株のゲノムDNAよりPCRにより16S ribosomal RNA遺伝子(16S rDNA)のうち、5’末端側約500bpの領域を増幅し、塩基配列を決定した(配列番号17)。得られた配列の相同性解析を、MicroSeq Bacterial 500 Library v.0023 (Applied Biosystems,CA,USA)をデータベースとし、MicroSeq Microbial Identification System Software V.1.4.1.を用いて解析した。その結果、AJ110372株16S rDNA部分塩基配列と一致する既知配列は存在せず、相同率98.94%でSphingomonas yanoikuyaeの16S rDNAに対し最も高い相同性を示した。分子系統樹上でもAJ110372株の16S rDNAはSphingomonas yanoikuyaeの16S rDNAが形成するクラスター内に含まれ、AJ110372株をSphingomonas sp.と推定した。
As a result of the following classification experiment, the AJ110372 strain (C43 strain, FERM BP-10156) Was identified.
From the genomic DNA of the AJ110372 strain, a region of about 500 bp on the 5 ′ end side of the 16S ribosomal RNA gene (16S rDNA) was amplified by PCR, and the base sequence was determined (SEQ ID NO: 17). Homology analysis of the resulting sequences was performed using MicroSeq Bacterial 500 Library v. 0023 (Applied Biosystems, CA, USA) as a database, MicroSeq Microbial Identification System Software V. 1.4.1. Was used for analysis. As a result, there was no known sequence corresponding to the AJ110372 strain 16S rDNA partial base sequence, and the homology was 98.94%, which showed the highest homology to 16S rDNA of Sphingomonas yanokuyae. Also in the molecular phylogenetic tree, the 16S rDNA of the AJ110372 strain is contained in the cluster formed by the 16S rDNA of Sphingomonas yanokuyae, and the AJ110372 strain is included in the Sphingomonas sp. Estimated.

AJ110371株(C24株、FERM BP−10155)は、以下の分類実験の結果、上述のBurkholderia sp.であることが同定された。
AJ110371株のゲノムDNAよりPCRにより16S ribosomal RNA遺伝子(16S rDNA)のうち、5’末端側約500bpの領域を増幅し、塩基配列を決定した(配列番号18)。得られた配列の相同性解析を、MicroSeq Bacterial 500 Library v.0023(Applied Biosystems,CA,USA)をデータベースとし、MicroSeq Microbial Identification System Software V.1.4.1.を用いて解析した。その結果、AJ110371株16S rDNA部分塩基配列と一致する既知配列は存在せず、相同率95.21%でBurkholderia phenaziniumの16S rDNAに対し最も高い相同性を示した。分子系統樹上でもAJ110371株の16S rDNAはBurkholderiaの16S rDNAが形成するクラスター内に含まれた。また、表3に示す菌学的性質についても上記16S rDNA塩基配列解析結果と矛盾するものではなく、AJ110371株をBurkholderia sp.と推定した。
As a result of the following classification experiment, AJ110371 strain (C24 strain, FERM BP-10155) was found to have the above-mentioned Burkholderia sp. Was identified.
From the genomic DNA of the AJ110371 strain, a region of about 500 bp on the 5 ′ end side of the 16S ribosomal RNA gene (16S rDNA) was amplified by PCR, and the base sequence was determined (SEQ ID NO: 18). Homology analysis of the resulting sequences was performed using MicroSeq Bacterial 500 Library v. 0023 (Applied Biosystems, CA, USA) as a database, MicroSeq Microbial Identification System Software V. 1.4.1. Was used for analysis. As a result, there was no known sequence corresponding to the AJ110371 strain 16S rDNA partial base sequence, and the homology was 95.21%, which showed the highest homology to Burkholderia phenazinium 16S rDNA. Even in the molecular phylogenetic tree, 16S rDNA of AJ110371 strain was included in the cluster formed by Burkholderia 16S rDNA. In addition, the bacteriological properties shown in Table 3 are not inconsistent with the results of the 16S rDNA nucleotide sequence analysis, and the AJ110371 strain was identified as Burkholderia sp. Estimated.

Sphingomonas sp. AJ110329株(FERM BP−10027)の菌学的性質は、以下の表2に記載の通りである。

Figure 2006204285
Burkholderia sp. AJ110371株(FERM BP−10155)の菌学的性質は、以下の表3に記載の通りである。
Figure 2006204285
参考文献および使用キット
1)BARROW,(G.I.)and FELTHAM,(R.K.A):Cowan and Steel’s Manual for the Identificaation of Medical Bacteria. 3rd edition.1993,Cambridge University Press.
2)坂崎利一・吉崎悦郎・三木寛二:新細菌培地学講座・下〈第二版〉.1988,近大出版,東京.
3)細菌同定キットAPI20,NE,
(bioMerieux,France:http://www.biomerieux.fr/home_en.htm). Sphingomonas sp. The mycological properties of AJ110329 strain (FERM BP-10027) are as shown in Table 2 below.
Figure 2006204285
Burkholderia sp. The mycological properties of AJ110371 strain (FERM BP-10155) are as shown in Table 3 below.
Figure 2006204285
References and kits used 1) BARROW, (GI) and FELTHAM, (RKA): Cowan and Steel's Manual for the Identification of Medical Bacteria. 3 rd edition. 1993, Cambridge University Press.
2) Toshikazu Sakazaki, Goro Yoshizaki, Kanji Miki: New Bacteriological Culture Course, 2nd edition. 1988, Jindai Publishing, Tokyo.
3) Bacteria identification kit API20, NE,
(BioMerieux, France: http://www.biomerieux.fr/home_en.htm).

(c)アルドラーゼ活性を有する微生物の培養方法
アルドラーゼの取得源となる微生物の培養形態は液体培養、固体培養いずれも可能であるが、工業的に有利な方法は、深部通気撹拌培養法である。栄養培地の栄養源としては、微生物培養に通常用いられる炭素源、窒素源、無機塩及びその他の微量栄養源を使用できる。使用菌株が利用できる栄養源であればすべてを使用できる。
(C) Method for culturing microorganisms having aldolase activity The culture form of microorganisms as an acquisition source of aldolase can be either liquid culture or solid culture, but an industrially advantageous method is the deep aeration stirring culture method. As a nutrient source of the nutrient medium, a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, and other trace nutrient sources that are usually used for microbial culture can be used. Any nutrient source for which the strain used is available can be used.

通気条件としては、好気条件を採用する。培養温度としては、菌が発育し、アルドラーゼが生産される範囲であれば良い。従って、厳密な条件は無いが、通常10〜50℃、好ましくは30〜40℃である。培養時間は、その他の培養条件に応じて変化する。例えば、アルドラーゼが最も生産される時間まで培養すれば良く、通常5時間〜7日間、好ましくは10時間〜3日間程度である。   The aerobic condition is adopted as the aeration condition. The culture temperature may be within a range in which bacteria grow and aldolase is produced. Therefore, although there is no strict condition, it is usually 10 to 50 ° C, preferably 30 to 40 ° C. The culture time varies depending on other culture conditions. For example, it may be cultured until the time when the aldolase is most produced, and is usually 5 hours to 7 days, preferably about 10 hours to 3 days.

(d)微生物からのアルドラーゼの取得方法
アルドラーゼ活性を有する微生物を培養した後、菌体を遠心分離(たとえば、10,000xg、10分)により集菌する。アルドラーゼの大部分は菌体中に存在するので、この菌体を破砕、又は溶菌させることにより、アルドラーゼの可溶化を行う。菌体破砕には、超音波破砕、フレンチプレス破砕、ガラスビーズ破砕等の方法を用いることができ、また溶菌させる場合には、卵白リゾチームや、ペプチダーゼ処理又はこれらを適宜組み合わせた方法が用いられる。
(D) Method for obtaining aldolase from microorganism After culturing a microorganism having aldolase activity, the cells are collected by centrifugation (for example, 10,000 × g, 10 minutes). Since most of the aldolase is present in the cells, the aldolase is solubilized by crushing or lysing the cells. For crushing the cells, methods such as ultrasonic crushing, French press crushing, and glass bead crushing can be used. In the case of lysis, egg white lysozyme, peptidase treatment, or a combination of these methods is used.

アルドラーゼ産生菌由来のアルドラーゼを精製する場合、酵素可溶化液を出発材料として精製することになるが、未破砕あるいは未溶菌残渣が存在するようであれば、可溶化液を再度遠心分離操作に供し、沈殿する残渣を除いた方が、精製に有利である。   When purifying aldolase derived from an aldolase-producing bacterium, the enzyme lysate is purified as a starting material. If undisrupted or undissolved bacteria residue is present, the lysate is again subjected to centrifugation. It is advantageous for purification to remove the precipitated residue.

アルドラーゼの精製には、通常酵素の精製を行うために用いられる全ての常法、例えば硫安塩析法、ゲル濾過クロマトグラフィー法、イオン交換クロマトグラフィー法、疎水性クロマトグラフィー法、ハイドロキシアパタイトクロマトグラフィー等を採用することができる。その結果、より比活性が高いアルドラーゼ含有画分を得ることができる。   For the purification of aldolase, all conventional methods usually used for purifying enzymes such as ammonium sulfate salting out method, gel filtration chromatography method, ion exchange chromatography method, hydrophobic chromatography method, hydroxyapatite chromatography, etc. Can be adopted. As a result, an aldolase-containing fraction with higher specific activity can be obtained.

精製されたアルドラーゼ標品を調製した後、エドマン分解法(Edman,P.,Acta Chem.Scand.4,227(1950))によるプロテインシーケンサーに供することによって、N末端アミノ酸配列を知ることが出来る。さらに、ペプチダーゼ処理を施した後、逆相HPLCによりペプチド標品を分取精製し、エドマン分解法によるプロテインシーケンサーに供することによって、内部アミノ酸配列を知ることが出来る。   After preparing a purified aldolase preparation, the N-terminal amino acid sequence can be known by subjecting it to a protein sequencer by Edman degradation method (Edman, P., Acta Chem. Scand. 4, 227 (1950)). Furthermore, after the peptidase treatment, the peptide preparation is separated and purified by reverse phase HPLC, and then subjected to a protein sequencer by Edman degradation, whereby the internal amino acid sequence can be known.

明らかとなったアミノ酸配列に基づいて、これをコードするDNAの塩基配列を演繹できる。DNAの塩基配列を演繹するには、ユニバーサルコドンを採用することが出来る。   Based on the revealed amino acid sequence, the base sequence of the DNA encoding it can be deduced. To deduct the base sequence of DNA, universal codons can be employed.

演繹された塩基配列に基づいて、30塩基対程度のDNA分子を合成する。該DNA分子を合成する方法はTetrahedron Letters,22,1859(1981)に開示されている。また、Applied Biosystems社製のシンセサイザーを用いて該DNA分子を合成できる。該DNA分子は、アルドラーゼをコードするDNA全長を、アルドラーゼ産生菌染色体遺伝子ライブラリーから単離する際に、プローブとして利用できる。あるいは、本発明のアルドラーゼをコードするDNAをPCR法で増幅する際に、プライマーとして利用できる。ただし、PCR法を用いて増幅されるDNAはアルドラーゼをコードするDNA全長を含んでいない場合もあるので、PCR法を用いて増幅されるDNAをプローブとして用いて、アルドラーゼをコードするDNA全長をアルドラーゼ産生菌染色体遺伝子ライブラリーから単離する。   Based on the deduced base sequence, a DNA molecule of about 30 base pairs is synthesized. A method for synthesizing the DNA molecule is disclosed in Tetrahedron Letters, 22, 1859 (1981). Further, the DNA molecule can be synthesized using a synthesizer manufactured by Applied Biosystems. The DNA molecule can be used as a probe when isolating a full-length DNA encoding an aldolase from an aldolase-producing bacterium chromosomal gene library. Alternatively, it can be used as a primer when the DNA encoding the aldolase of the present invention is amplified by the PCR method. However, since the DNA amplified using the PCR method may not contain the entire DNA encoding the aldolase, the DNA amplified using the PCR method is used as a probe, and the entire DNA encoding the aldolase is converted into the aldolase. Isolate from the production chromosome gene library.

PCR法の操作については、White,T.J.et al.,Trends Genet.5,185(1989)等に記載されている。染色体DNAを調製する方法、さらにDNA分子をプローブとして用いて、遺伝子ライブラリーから目的とするDNA分子を単離する方法については、Molecular Cloning,2nd edition,Cold Spring Harbor Press(1989)等に記載されている。   For the operation of the PCR method, see White, T .; J. et al. et al. , Trends Genet. 5, 185 (1989). A method for preparing chromosomal DNA and a method for isolating a target DNA molecule from a gene library using the DNA molecule as a probe are described in Molecular Cloning, 2nd edition, Cold Spring Harbor Press (1989) and the like. ing.

単離されたアルドラーゼをコードするDNAの塩基配列を決定する方法は、A Practical Guide to Molecular Cloning,John Wiley & Sons, Inc.(1985)に記載されている。また、Applied Biosystems社製のDNAシークエンサーを用いて、塩基配列を決定することができる。   A method for determining the base sequence of the DNA encoding the isolated aldolase is described in A Practical Guide to Molecular Cloning, John Wiley & Sons, Inc. (1985). Further, the base sequence can be determined using a DNA sequencer manufactured by Applied Biosystems.

アルドラーゼ産生菌よりアルドラーゼをコードするDNAを取得する方法としては、本発明のアルドラーゼをコードするDNAの全長あるいは、部分配列をプローブとしてハイブリダイズするDNAを取得する方法も挙げられる。   Examples of a method for obtaining DNA encoding an aldolase from an aldolase-producing bacterium include a method for obtaining DNA that hybridizes using the full-length DNA of the present invention or a partial sequence as a probe.

アルドラーゼ産生菌よりアルドラーゼをコードするDNAを取得する方法としては、本発明のアルドラーゼのアミノ酸配列をアライメントすることによって、保存性の高いアミノ酸部分から演繹されるDNA配列をプローブDNAとして利用することが出来る。もしくはPCR法のプライマーとして利用することが出来る。PCR法を用いて増幅されるDNAはアルドラーゼをコードするDNA全長を含まない場合があるので、PCR法を用いて増幅されるDNAをプローブとして用いて、アルドラーゼをコードするDNA全長をアルドラーゼ産生菌染色体遺伝子ライブラリーから単離することが出来る。
このようにして、アルドラーゼ活性を有する微生物を取得し、取得された微生物からアルドラーゼ及びアルドラーゼをコードするDNAを取得することが出来る。
As a method for obtaining DNA encoding an aldolase from an aldolase-producing bacterium, a DNA sequence deduced from a highly conserved amino acid portion can be used as a probe DNA by aligning the amino acid sequences of the aldolase of the present invention. . Or it can utilize as a primer of PCR method. Since the DNA amplified using the PCR method may not contain the full length DNA encoding the aldolase, using the DNA amplified using the PCR method as a probe, the full length DNA encoding the aldolase is converted to the aldolase producing bacterial chromosome. It can be isolated from a gene library.
In this manner, a microorganism having aldolase activity can be obtained, and aldolase and DNA encoding the aldolase can be obtained from the obtained microorganism.

(ii)アルドラーゼ
本発明者らは、上記スクリーニング方法により選択された、C77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)より、アルドラーゼを取得し、SpALDと命名した。前述の方法によって特定された本発明のSpALDをコードするDNAを配列表の配列番号1(CDS:塩基番号210〜1004)、SpALDのアミノ酸配列を配列番号2に示す。
(Ii) Aldolase The present inventors obtained aldolase from C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329 strain) selected by the above screening method and named it SpALD. The DNA encoding the SpALD of the present invention identified by the aforementioned method is shown in SEQ ID NO: 1 (CDS: base numbers 210 to 1004) in the sequence listing, and the amino acid sequence of SpALD is shown in SEQ ID NO: 2.

本発明者らは更に微生物スクリーニングを実施し(実施例において詳述する)、配列番号1記載の塩基配列の一部をプローブとしたサザン解析、コロニーハイブリダイゼーションにより、C43株(Sphingomonas sp. AJ110372株)及びC24株(Burkholderia sp. AJ110371株)から新規なアルドラーゼ遺伝子を取得し(配列番号12及び14)、配列番号13のアミノ酸配列を有するタンパク質(SpALD2)及び配列番号15のアミノ酸配列を有するタンパク質(BuALD)を得た。SpALD、SpALD2、BuALDの配列を比較した結果を図1に示す。3種のアルドラーゼに共通するアルドラーゼのコア配列(配列番号23)を図中の上段に示した。3種のアルドラーゼに共通するアミノ酸残基数は200個存在し全体の70.2%を占め、更に、3種のアルドラーゼ中2種に共通するアミノ酸残基は76残基存在し、コア配列と合わせた合計は実に全体の96.8%を占める。また、SpALD/SpALD2間の相同性は88.4%、SpALD/BuALD間の相同性は74.7%である。   The present inventors further carried out microorganism screening (detailed in the Examples), and by Southern analysis and colony hybridization using a part of the nucleotide sequence described in SEQ ID NO: 1 as a probe, C43 strain (Sphingomonas sp. AJ110372 strain) ) And C24 strain (Burkholderia sp. AJ110371 strain) (SEQ ID NOs: 12 and 14), a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13 (SpALD2) and a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15 ( BuALD) was obtained. The result of comparing the sequences of SpALD, SpALD2, and BuALD is shown in FIG. The aldolase core sequence (SEQ ID NO: 23) common to the three aldolases is shown in the upper part of the figure. There are 200 amino acid residues common to the three aldolases, accounting for 70.2% of the total, and 76 amino acid residues common to two of the three aldolases are present. The combined total really accounts for 96.8% of the total. Moreover, the homology between SpALD / SpALD2 is 88.4%, and the homology between SpALD / BuALD is 74.7%.

更に、その他公知の配列との相同性を調査した結果、配列表の配列番号2のアミノ酸配列は、Escherichia coli C株由来の2,4−dihydroxyhept−2−ene−1,7−dioic acid aldolase (HpcH)(Stringfellow JMら、Gene. 1995 166(1):73−6)と20%の相同性を有している。その他では、既知のPseudomonas taetrolens細菌由来のIHOG aldolase(遺伝子名PtALD)、Pseudomonas coronafaciens細菌由来のIHOG aldolase(遺伝子名PcALD)(国際公開第03/056026号パンフレット)、Comamonas testeroni ATCC49249由来の4−Hydroxy−4−methyl−2−oxoglutarate aldolase(遺伝子名proA)、あるいはPseudomonas straminea由来の4−Hydroxy−4−methyl−2−oxoglutarate aldolase(遺伝子名proA)とは、いずれも10%以下と、ほとんど相同性が無く、本発明等が見出したアルドラーゼが極めて新規なタンパク質であることがわかる。本発明者らが見出した3種のアルドラーゼもまた、本発明の一部を構成し、以下総称して「本発明のアルドラーゼ」ということがある。   Furthermore, as a result of investigating homology with other known sequences, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 in the sequence listing was 2,4-dihydroxyhept-2-ene-1, 7-dioic acid alcoholase (derived from Escherichia coli C strain). HpcH) (Stringfall JM et al., Gene. 1995 166 (1): 73-6) and 20% homology. In addition, IHOG aldolase (gene name PtALD) derived from known Pseudomonas taetrolens bacteria, IHOG aldolase (gene name PcALD) derived from Pseudomonas coronafaciens bacteria (International Publication No. 03/056026 pamphlet) 4-methyl-2-oxoglutarate alcohol (gene name proA) or 4-Hydroxy-4-methyl-2-oxoglutarate alcohol (gene name proA) derived from Pseudomonas straminea is almost less than 10% and almost homologous. There is no present invention etc. Aldolase is found to be extremely novel protein. The three aldolases found by the present inventors also constitute a part of the present invention, and are sometimes collectively referred to as “the aldolase of the present invention”.

なお、ここでの相同性の解析は、遺伝子解析ソフト「Genetyx ver.6」(ゲネティクス社)を用い、パラメータを初期設定値として算出した値である。   The homology analysis here is a value calculated using the gene analysis software “Geneticx ver. 6” (Genetics) with the parameters as initial setting values.

従って、配列番号2記載のアミノ酸配列と70%以上、好ましくは74%以上、更に好ましくは80%以上、とりわけ好ましくは85%以上、極めて好ましくは95%以上の相同性を有するタンパク質は、いずれも、同様の酵素活性を有するものであって、本発明に用いることが出来る。更に、配列番号2記載のアミノ酸配列と70%以上の相同性を有し、かつ、配列番号23記載のアルドラーゼのコア配列を有するタンパク質であれば、極めて好適に用いることが出来る。   Therefore, any protein having 70% or more, preferably 74% or more, more preferably 80% or more, particularly preferably 85% or more, and most preferably 95% or more homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 Have the same enzyme activity and can be used in the present invention. Furthermore, any protein having 70% or more homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 and having the aldolase core sequence described in SEQ ID NO: 23 can be used very suitably.

従って、本発明の製造方法に用いる、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質としては、本発明のアルドラーゼを含み、好ましくは、下記(a)又は(b)のタンパク質が挙げられる。
(a)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2記載のアミノ酸配列と少なくとも相同性が70%以上であって、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質
更に、上記(b)のタンパク質としては、以下の(c)のタンパク質も含まれる。
(c)配列番号13又は15のいずれかに記載のアミノ酸配列からなるタンパク質
Therefore, the protein having 4R-aldolase activity used in the production method of the present invention includes the aldolase of the present invention, and preferably includes the following protein (a) or (b).
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 (b) a protein having at least 70% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 and having 4R-aldolase activity; The protein includes the following protein (c).
(C) a protein comprising the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 13 and 15

また、本発明のアルドラーゼとしては、以下のタンパク質が含まれる。
(d)配列番号2、13又は15のいずれかに記載のアミノ酸配列からなるタンパク質
(e)配列番号2、13又は15のいずれかに記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質
The aldolase of the present invention includes the following proteins.
(D) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 13, or 15 (e) substitution of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 13, or 15 , A protein having an amino acid sequence containing a deletion, insertion, addition or inversion, and having aldolase activity

ここで、「1若しくは数個」とは、アミノ酸残基のタンパク質の立体構造や、アルドラーゼ活性を大きく損なわない範囲のものであり、具体的には、1〜90個、好ましくは1〜75個、さらに好ましくは1〜57個、とりわけ好ましくは1〜43個、極めて好ましくは1〜15個である。ただし、配列表の配列番号2、11又は13のいずれかに記載のアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位を含むアミノ酸配列の場合には、33℃、pH9の条件下で配列表の配列番号2、11又は13のいずれかに記載のアミノ酸配列を有するタンパク質の10%以上、好ましくは30%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上のアルドラーゼ活性、好ましくは4R−アルドラーゼ活性をそれぞれ保持していることが望ましい。   Here, “one or several” is a range that does not significantly impair the three-dimensional structure of the protein of the amino acid residue and the aldolase activity, specifically 1 to 90, preferably 1 to 75. More preferably, it is 1 to 57, particularly preferably 1 to 43, and most preferably 1 to 15. However, in the case of an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, addition or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence described in any of SEQ ID NO: 2, 11 or 13 in the sequence listing, 10% or more, preferably 30% or more, more preferably 50% or more, still more preferably 10% or more, preferably 30% or more, of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 11 or 13 in the sequence listing under conditions of 33 ° C. and pH 9 It is desirable to retain at least 70% aldolase activity, preferably 4R-aldolase activity.

上記のような置換、欠失、挿入又は付加は、アルドラーゼ活性が維持されるような保存的変異が含まれる。保存的変異は、代表的には保存的置換である。アルドラーゼの元々のアミノ酸を置換し、かつ、保存的置換とみなされるアミノ酸としては、AlaからSer又はThrへの置換、ArgからGln、His又はLysへの置換、AsnからGlu、Gln、Lys、His又はAspへの置換、AspからAsn、Glu又はGlnへの置換、CysからSer又はAlaへの置換、GlnからAsn、Glu、Lys、His、Asp又はArgへの置換、GluからAsn、Gln、Lys又はAspへの置換、GlyからProへの置換、HisからAsn、Lys、Gln、Arg又はTyrへの置換、IleからLeu、Met、Val又はPheへの置換、LeuからIle、Met、Val又はPheへの置換、LysからAsn、Glu、Gln、His又はArgへの置換、MetからIle、Leu、Val又はPheへの置換、PheからTrp、Tyr、Met、Ile又はLeuへの置換、SerからThr又はAlaへの置換、ThrからSer又はAlaへの置換、TrpからPhe又はTyrへの置換、TyrからHis、Phe又はTrpへの置換、及び、ValからMet、Ile又はLeuへの置換が挙げられる。   Substitutions, deletions, insertions or additions as described above include conservative mutations such that aldolase activity is maintained. Conservative mutations are typically conservative substitutions. Amino acids that replace the original amino acid of the aldolase and are considered conservative substitutions include Ala to Ser or Thr, Arg to Gln, His or Lys, Asn to Glu, Gln, Lys, His Or Asp, Asp to Asn, Glu or Gln, Cys to Ser or Ala, Gln to Asn, Glu, Lys, His, Asp or Arg, Glu to Asn, Gln, Lys Or Asp, Gly to Pro, His to Asn, Lys, Gln, Arg or Tyr, Ile to Leu, Met, Val or Phe, Leu to Ile, Met, Val or Phe Replacement from Lys to Asn, Glu, Gln, His or Arg Substitution, substitution from Met to Ile, Leu, Val or Phe, substitution from Phe to Trp, substitution from Tyr, Met, Ile or Leu, substitution from Ser to Thr or Ala, substitution from Thr to Ser or Ala, from Trp Substitution to Phe or Tyr, substitution from Tyr to His, Phe or Trp, and substitution from Val to Met, Ile or Leu.

ここに、アルドラーゼ活性とは、本発明の製造方法において用いられる場合は前記の4R−アルドラーゼ活性をいい、本発明のアルドラーゼ(タンパク質)の性質としては、光学選択性を厳密に要求するものではないが、4R−アルドラーゼ活性がより好ましい。以下、「アルドラーゼ活性」の用語を用いる場合において、本発明の製造方法に用いる場合は4R−アルドラーゼ活性を指し、前記(1)反応の項で述べたように、インドールピルビン酸と、ピルビン酸又はオキサロ酢酸とのアルドール縮合により、4R−IHOGを優先的に生成する反応を触媒できる活性である。ここに、「4R−IHOGを優先的に」生成するとは、生成されるIHOGの4位の光学純度がR体となる比率がS体となる比率よりも高いことを指し、好ましくは光学純度70%以上、特に好ましくは90%以上でR体となる反応効率を達成し得ることを指す。一方、「アルドラーゼ活性」が、本発明のタンパク質の活性を意味する場合は、光学選択性を要求しないアルドラーゼ活性を意味し、光学選択性を要求しないアルドラーゼ活性とは、インドールピルビン酸とピルビン酸(ないしオキサロ酢酸)からIHOGを合成する活性を意味し、光学選択性を問わない。光学選択性の程度を問わず、本発明のアルドラーゼは有用だからである。   Here, the aldolase activity means the aforementioned 4R-aldolase activity when used in the production method of the present invention, and the property of the aldolase (protein) of the present invention does not strictly require optical selectivity. However, 4R-aldolase activity is more preferable. Hereinafter, when the term “aldolase activity” is used, it refers to 4R-aldolase activity when used in the production method of the present invention, and as described in the above (1) reaction section, indole pyruvic acid and pyruvic acid or This activity is capable of catalyzing a reaction that preferentially produces 4R-IHOG by aldol condensation with oxaloacetic acid. Here, “preferentially producing 4R-IHOG” means that the optical purity at the 4-position of the produced IHOG is higher than the ratio of R-form, preferably 70% optical purity. % Or more, particularly preferably 90% or more means that the reaction efficiency to be an R form can be achieved. On the other hand, when the “aldolase activity” means the activity of the protein of the present invention, it means an aldolase activity that does not require optical selectivity, and an aldolase activity that does not require optical selectivity means indole pyruvic acid and pyruvic acid ( Or oxaloacetic acid) means activity to synthesize IHOG, regardless of optical selectivity. This is because the aldolase of the present invention is useful regardless of the degree of optical selectivity.

次に、精製されたSpALD,BuALDについて調べた酵素化学的性質を以下に述べる。
SpALD及びBuALDは、インドールピルビン酸と、ピルビン酸又はオキサロ酢酸とを反応せしめることにより、4R−IHOGを優先的に製造する反応を触媒する。
Next, the enzyme chemical properties examined for the purified SpALD and BuALD are described below.
SpALD and BuALD catalyze the reaction of preferentially producing 4R-IHOG by reacting indolepyruvic acid with pyruvic acid or oxaloacetic acid.

SpALDの至適pHは、37℃において、約7.1−8.0付近にある。また、pH8以下でpH安定性を有する。また、50℃以下で温度安定性を有し、特に30℃以下の範囲内で高い温度安定性を有する。   The optimum pH of SpALD is around 7.1-8.0 at 37 ° C. Moreover, it has pH stability at pH 8 or less. Moreover, it has temperature stability at 50 degrees C or less, and has high temperature stability especially in the range of 30 degrees C or less.

SpALDの分子量をゲル濾過法により測定したところ約155kDaであり、SDS−PAGE法により測定したところ約30kDaであったことから、SpALDは、分子量約30kDaのサブユニット6量体構造をとると推察される。
したがって、本発明のタンパク質の別の様態は、
(A)インドール−3−ピルビン酸とピルビン酸とをアルドール縮合させて4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸を生成する反応を触媒する活性、及び/又は、フェニルピルビン酸とピルビン酸とをアルドール縮合させて4−フェニルメチル−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸を生成する反応を触媒する活性を有し、
(B)(A)記載の活性の至適pHが37℃において約7.5−8.0であり、
(C)pH8以下でpH安定性を有し、
(D)50℃以下で温度安定性を有し、かつ、
(E)ゲルろ過法により測定した分子量が約155kDaであり、SDS−PAGE法により測定したサブユニットあたりの分子量が約30kDaである
ことを特徴とするタンパク質である。
When the molecular weight of SpALD was measured by gel filtration, it was about 155 kDa, and when measured by SDS-PAGE, it was about 30 kDa. Therefore, it was presumed that SpALD had a subunit hexamer structure with a molecular weight of about 30 kDa. The
Thus, another aspect of the protein of the invention is:
(A) an activity of catalyzing a reaction in which indole-3-pyruvic acid and pyruvic acid are subjected to aldol condensation to form 4- (indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutaric acid, and / or phenyl Having an activity of catalyzing a reaction in which pyruvic acid and pyruvic acid are subjected to aldol condensation to form 4-phenylmethyl-4-hydroxy-2-oxoglutarate,
(B) The optimum pH of the activity described in (A) is about 7.5-8.0 at 37 ° C,
(C) pH stability at pH 8 or lower,
(D) having temperature stability at 50 ° C. or lower, and
(E) A protein characterized in that the molecular weight measured by gel filtration is about 155 kDa, and the molecular weight per subunit measured by SDS-PAGE is about 30 kDa.

BuALDの至適pHは、37℃において、約6.5−7.5付近にある。また、pH7.5以下でpH安定性を有する。また、37℃以下で温度安定性を有し、特に30℃以下の範囲内で高い温度安定性を有する。   The optimum pH of BuALD is around 6.5-7.5 at 37 ° C. Moreover, it has pH stability at pH 7.5 or less. Moreover, it has temperature stability at 37 degrees C or less, and has high temperature stability especially in the range of 30 degrees C or less.

BuALDの分子量をゲル濾過法により測定したところ約160kDaであり、SDS−PAGE法により測定したところ約30kDaであったことから、BuALDは、分子量約30kDaのサブユニット6量体構造をとると推察される。
従って、本発明のタンパク質の別の態様は、
(A)インドール−3−ピルビン酸とピルビン酸とをアルドール縮合させて4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸を生成する反応を触媒する活性、及び/又は、フェニルピルビン酸とピルビン酸とをアルドール縮合させて4−フェニルメチル−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸を生成する反応を触媒する活性を有し、
(B)(A)記載の活性の至適pHが37℃において約6.5−7.5であり、
(C)pH8.5以下でpH安定性を有し、
(D)37℃以下で温度安定性を有し、かつ、
(E)ゲルろ過法により測定した分子量が約160kDaであり、SDS−PAGE法により測定したサブユニットあたりの分子量が約30kDaである
ことを特徴とするタンパク質である。
The molecular weight of BuALD was about 160 kDa as measured by gel filtration, and about 30 kDa as measured by SDS-PAGE, so it was assumed that BuALD had a subunit hexamer structure with a molecular weight of about 30 kDa. The
Accordingly, another aspect of the protein of the present invention is:
(A) an activity of catalyzing a reaction in which indole-3-pyruvic acid and pyruvic acid are subjected to aldol condensation to form 4- (indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutaric acid, and / or phenyl Having an activity of catalyzing a reaction in which pyruvic acid and pyruvic acid are subjected to aldol condensation to form 4-phenylmethyl-4-hydroxy-2-oxoglutarate,
(B) the optimum pH of the activity described in (A) is about 6.5-7.5 at 37 ° C;
(C) having pH stability at pH 8.5 or lower,
(D) having temperature stability at 37 ° C. or lower, and
(E) A protein having a molecular weight of about 160 kDa measured by gel filtration and a molecular weight of about 30 kDa measured by SDS-PAGE.

なお、ここで、数値に付された「約」という用語は、その数値の20%の偏差範囲を含み得ることを示し、許容される偏差としてより好ましくは10%、さらに好ましくは5%、さらに好ましくは2.5%を示すものである。   Here, the term “about” attached to a numerical value indicates that a deviation range of 20% of the numerical value can be included, and the allowable deviation is more preferably 10%, further preferably 5%, Preferably it shows 2.5%.

(iii)アルドラーゼをコードするDNA
本発明者らは、前記(i)(ii)記載の通り、本発明者らが単離したアルドラーゼ産生菌であるSphingomonas sp. AJ110329株(C77株)より、配列表の配列番号1の塩基配列を有する本発明のアルドラーゼ遺伝子、Sphingomonas sp. AJ110372株(C43株)より、配列番号12の塩基配列を有する本発明のアルドラーゼ遺伝子、及び、Burkholderia sp. AJ110371株(C24株)より、配列番号14の塩基配列を有する本発明のアルドラーゼ遺伝子を得た。これらの遺伝子は、本発明の、インドールピルビン酸とピルビン酸(ないしオキサロ酢酸)からIHOGを合成する反応を触媒するアルドラーゼをコードしており、本発明に含有される。
(Iii) DNA encoding aldolase
As described in the above (i) and (ii), the present inventors have identified the sphingomonas sp., Which is an aldolase-producing bacterium isolated by the present inventors. From the AJ110329 strain (C77 strain), the aldolase gene of the present invention having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing, Sphingomonas sp. From the AJ110372 strain (C43 strain), the aldolase gene of the present invention having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 12, and Burkholderia sp. The aldolase gene of the present invention having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 14 was obtained from AJ110371 strain (C24 strain). These genes encode aldolase that catalyzes the reaction of synthesizing IHOG from indolepyruvic acid and pyruvic acid (or oxaloacetic acid) of the present invention, and are included in the present invention.

なお、アルドラーゼをコードするDNAは、配列表の配列番号1、12及び14に示されるDNAだけではない。すなわち、インドールピルビン酸とピルビン酸(ないしオキサロ酢酸)からIHOGを合成する反応を触媒するアルドラーゼを生成するSphingomonas属及びBurkholderia属のうち、種及び株ごとに、塩基配列の違いが観察されるはずだからである。   The DNA encoding aldolase is not limited to the DNAs shown in SEQ ID NOs: 1, 12, and 14 in the sequence listing. That is, among the species of Sphingomonas and Burkholderia that generate aldolase that catalyzes the reaction of synthesizing IHOG from indolepyruvic acid and pyruvic acid (or oxaloacetic acid), a difference in base sequence should be observed for each species and strain. It is.

すなわち、配列番号2記載のアミノ酸配列と70%以上、好ましくは74%以上、更に好ましくは80%以上、とりわけ好ましくは85%以上、極めて好ましくは95%以上の相同性を有するタンパク質であって、アルドラーゼ活性、好ましくは4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質、又は、配列番号2記載のアミノ酸配列と70%以上の相同性を有し、かつ、配列番号23記載のアルドラーゼのコア配列を有するタンパク質であって、アルドラーゼ活性、好ましくは4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAであれば、本発明のDNAに含まれる。   That is, a protein having a homology of 70% or more, preferably 74% or more, more preferably 80% or more, particularly preferably 85% or more, very preferably 95% or more with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, A protein having aldolase activity, preferably 4R-aldolase activity, or a protein having 70% or more homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 and having the aldolase core sequence described in SEQ ID NO: 23 Any DNA encoding a protein having aldolase activity, preferably 4R-aldolase activity, is included in the DNA of the present invention.

また、本発明のDNAは単離されたアルドラーゼをコードするDNAのみではなく、当然ながら、アルドラーゼ産生菌の染色体DNAから単離されたアルドラーゼをコードするDNAに人工的に変異を加えたDNAであっても、アルドラーゼをコードする場合には、本発明のDNAである。人工的に変異を加える方法として頻繁に用いられるものとして、Method. in Enzymol.,154(1987)に記載されている部位特異的変異導入法が挙げられる。   Further, the DNA of the present invention is not limited to DNA encoding isolated aldolase, but of course, DNA obtained by artificially mutating DNA encoding aldolase isolated from chromosomal DNA of aldolase-producing bacteria. However, when encoding an aldolase, it is the DNA of the present invention. As a method frequently used for artificially adding mutation, Method. in Enzymol. 154 (1987), a site-directed mutagenesis method.

また、配列表配列番号1、12又は14のいずれかに記載の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、アルドラーゼ活性、好ましくは4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAも本発明のDNAである。ここで「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。この条件を明確に数値化することは困難であるが、一例を示せば、相同性が高いDNA同士、例えば50%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上の相同性を有するDNA同士がハイブリダイズし、それより相同性が低いDNA同士がハイブリダイズしない条件、あるいは通常のサザンハイブリダイゼーションの洗いの条件である37℃、0.1×SSC、0.1% SDS、好ましくは60℃、0.1×SSC、0.1% SDS、さらに好ましくは65℃、0.1×SSC、0.1% SDSに相当する塩濃度でハイブリダイズする条件があげられる。ここに、「アルドラーゼ活性」又は「4R−アルドラーゼ活性」とは、前記(ii)アルドラーゼの項で述べた説明と同義である。ただし、配列表の配列番号1,12又は14のいずれかに記載の塩基配列と相補的な塩基配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列の場合には、33℃、pH9の条件下で配列表の配列番号2,13又は15のいずれかに記載のアミノ酸配列を有するタンパク質の10%以上、好ましくは30%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上のアルドラーゼ活性、好ましくは4R−アルドラーゼ活性をそれぞれ保持していることが望ましい。   Further, a protein that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 12, or 14 in the sequence listing, and has aldolase activity, preferably 4R-aldolase activity The DNA encoding is also the DNA of the present invention. Here, “stringent conditions” refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. Although it is difficult to clearly quantify this condition, for example, highly homologous DNAs, for example, 50% or more, more preferably 80% or more, further preferably 90% or more, particularly preferably 95%. % Of DNA that has a homology of at least%, and DNA that has a lower homology than that does not hybridize, or 37 ° C., 0.1 × SSC, 0 The conditions for hybridization at a salt concentration corresponding to 1% SDS, preferably 60 ° C., 0.1 × SSC, 0.1% SDS, more preferably 65 ° C., 0.1 × SSC, 0.1% SDS can give. Here, “aldolase activity” or “4R-aldolase activity” has the same meaning as described in the section (ii) Aldolase. However, in the case of a base sequence that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the base sequence described in SEQ ID NO: 1, 12 or 14 in the sequence listing, under conditions of 33 ° C. and pH 9 Aldolase activity of 10% or more, preferably 30% or more, more preferably 50% or more, more preferably 70% or more, preferably 10% or more of the protein having the amino acid sequence shown in any one of SEQ ID NO: 2, 13 or 15 in the sequence listing Each preferably retains 4R-aldolase activity.

さらに、配列表の配列番号1,12又は14のいずれかに記載のDNAがコードするアルドラーゼと実質的に同一のタンパク質をコードするDNAも本発明のDNAである。すなわち、
(a)配列番号1記載の塩基配列のうち、塩基番号210〜1004の塩基配列からなるDNA
(b)配列番号12記載の塩基配列のうち、塩基番号399〜1253の塩基配列からなるDNA
(c)配列番号14記載の塩基配列のうち、塩基番号531〜1385の塩基配列からなるDNA
(d)配列番号1記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号210〜1004の塩基配列、配列番号12記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号399〜1253の塩基配列、又は配列番号14記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号531〜1385の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
(e)配列番号2、13又は15のいずれかに記載のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA
(f)配列番号2、13又は15のいずれかに記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
(g)配列番号2、13又は15のいずれか記載のアミノ酸配列と70%以上相同性を有するアミノ酸配列からなるタンパク質であって、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
も本発明のDNAに含まれる。ここで、「1若しくは数個」の意義は、前記(ii)アルドラーゼの項で述べたものと同じである。
Furthermore, a DNA encoding a protein substantially the same as the aldolase encoded by the DNA described in any one of SEQ ID NOs: 1, 12, or 14 in the sequence listing is also the DNA of the present invention. That is,
(A) DNA consisting of base sequences 210 to 1004 of the base sequence described in SEQ ID NO: 1
(B) DNA comprising the nucleotide sequence of nucleotide numbers 399 to 1253 among the nucleotide sequences described in SEQ ID NO: 12
(C) DNA consisting of the nucleotide sequences of base numbers 531 to 1385 among the base sequences described in SEQ ID NO: 14
(D) the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the nucleotide sequence of nucleotide numbers 210 to 1004 in the same sequence, the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 12 or the nucleotide sequence of nucleotide numbers 399 to 1253 of the same sequence, or the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 14 A DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the base sequence of base numbers 531 to 1385 in the same sequence or that encodes a protein having aldolase activity
(E) DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 2, 13, or 15
(F) having an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, addition, or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 2, 13, or 15; DNA encoding a protein having aldolase activity
(G) a DNA comprising an amino acid sequence having 70% or more homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 13, or 15 and encoding a protein having aldolase activity
Is also included in the DNA of the present invention. Here, the meaning of “one or several” is the same as that described in the section of (ii) aldolase.

(3)アルドラーゼの製造方法
次に本発明のアルドラーゼの製造方法について説明する。本発明のアルドラーゼの製造方法としては、(i)アルドラーゼ産生菌を微生物培養することによりアルドラーゼを生成蓄積させる方法と、(ii)組み換えDNA技術によりアルドラーゼを生成する形質転換体を作成し、当該形質転換体を培養することによりアルドラーゼを生成蓄積させる方法の2つがある。(i)については、アルドラーゼ産生菌の取得方法、アルドラーゼ産生菌を微生物培養する方法として、前記(2)(i)の項で述べた。以下に、(ii)について説明する。
(3) Method for Producing Aldolase Next, the method for producing the aldolase of the present invention will be described. The method for producing the aldolase of the present invention includes (i) a method for producing and accumulating aldolase by culturing an aldolase-producing bacterium, and (ii) producing a transformant that produces aldolase by recombinant DNA technology. There are two methods for producing and accumulating aldolase by culturing the transformant. Regarding (i), the method for obtaining an aldolase-producing bacterium and the method for culturing the aldolase-producing bacterium as described in the above section (2) (i). Hereinafter, (ii) will be described.

(ii)組み換えDNA技術による製法
組み換えDNA技術を利用して酵素、生理活性物質等の有用タンパク質を製造する例は数多く知られており、組み換えDNA技術を用いることで、天然に微量に存在する有用タンパク質を大量生産できる。
(Ii) Production method using recombinant DNA technology There are many known examples of producing useful proteins such as enzymes and physiologically active substances using recombinant DNA technology. Protein can be mass-produced.

図2は、本発明のアルドラーゼの製造工程のフローチャートである。
先ず、本発明のアルドラーゼをコードするDNAを調製する(ステップS1)。
次に、調製したDNAをベクターDNAと接続して組み換えDNAを作製し(ステップS2)、該組み換えDNAによって細胞を形質転換して形質転換体を作製する(ステップS3)。続いて、該形質転換体を培地中で培養し、培地中及び/又は細胞中にアルドラーゼを生成蓄積させる(ステップS4)。
その後、ステップS5に進み、該酵素を回収・精製することによって精製アルドラーゼを製造する。
また、ステップS5で生産した精製アルドラーゼ又はステップS4のアルドラーゼが蓄積された培地及び/又は細胞をアルドール反応に用いることで、目的とする光学活性IHOGを大量に製造することができる(ステップS6)。
FIG. 2 is a flowchart of the production process of the aldolase of the present invention.
First, DNA encoding the aldolase of the present invention is prepared (step S1).
Next, the prepared DNA is connected to the vector DNA to produce a recombinant DNA (step S2), and cells are transformed with the recombinant DNA to produce a transformant (step S3). Subsequently, the transformant is cultured in a medium, and aldolase is produced and accumulated in the medium and / or cells (step S4).
Then, it progresses to step S5 and refine | purified aldolase is manufactured by collect | recovering and refine | purifying this enzyme.
Moreover, the target optically active IHOG can be produced in large quantities by using the purified aldolase produced in step S5 or the medium and / or cells in which the aldolase from step S4 is accumulated in the aldol reaction (step S6).

なお、ベクターDNAと接続されるDNAは、本発明のアルドラーゼが発現可能であればよい。   The DNA connected to the vector DNA only needs to be capable of expressing the aldolase of the present invention.

ここで、ベクターDNAに接続されるアルドラーゼ遺伝子としては、上述の(2)アルドラーゼ(iii)DNAの項に記載したいずれのDNAをも用いることが出来る。   Here, as the aldolase gene connected to the vector DNA, any of the DNAs described in the above section (2) Aldolase (iii) DNA can be used.

タンパクを組み換えDNA技術を用いて大量生産する場合、該タンパクを生産する形質転換体内で該タンパクが会合し、タンパクの封入体(inclusion body)を形成させることが好ましい。この発現生産方法の利点は、目的のタンパク質を菌体内に存在するプロテアーゼによる消化から保護する点及び目的のタンパク質を菌体破砕に続く遠心分離操作によって簡単に精製できる点等である。   When a protein is mass-produced using recombinant DNA technology, it is preferable that the protein associates in a transformant producing the protein to form an inclusion body of the protein. Advantages of this expression production method include that the target protein is protected from digestion by proteases present in the microbial cells, and that the target protein can be easily purified by a centrifugation operation following cell disruption.

このようにして得られるタンパク封入体は、タンパク変性剤により可溶化され、主にその変性剤を除去することによる活性再生操作を経た後、正しく折り畳まれた生理的に活性なタンパクに変換される。例えば、ヒトインターロイキン−2の活性再生(特開昭61−257931号公報)等多くの例がある。   The protein inclusion body obtained in this way is solubilized by a protein denaturing agent, and after being subjected to an activity regeneration operation mainly by removing the denaturing agent, it is converted into a correctly folded physiologically active protein. . For example, there are many examples such as activity regeneration of human interleukin-2 (Japanese Patent Laid-Open No. 61-257931).

タンパク封入体から活性型タンパクを得るためには、可溶化・活性再生等の一連の操作が必要であり、直接活性型タンパクを生産する場合よりも操作が複雑になる。しかし、菌体の生育に影響を及ぼすようなタンパクを菌体内で大量に生産させる場合は、不活性なタンパク封入体として菌体内に蓄積させることにより、その影響を抑えることができる。   In order to obtain an active protein from a protein inclusion body, a series of operations such as solubilization and activity regeneration are required, and the operation becomes more complicated than when directly producing an active protein. However, when a large amount of a protein that affects the growth of the bacterial cell is produced in the bacterial cell, the effect can be suppressed by accumulating it in the bacterial cell as an inactive protein inclusion body.

目的タンパクを封入体として大量生産させる方法として、強力なプロモータの制御下、目的のタンパクを単独で発現させる方法の他、大量発現することが知られているタンパクとの融合タンパクとして発現させる方法がある。   As a method for mass production of the target protein as inclusion bodies, in addition to a method of expressing the target protein alone under the control of a strong promoter, a method of expressing it as a fusion protein with a protein known to be expressed in large quantities is there.

さらに、融合タンパクとして発現させた後に、目的のタンパクを切り出すため、制限プロテアーゼの認識配列を適当な位置に配しておくことも有効である。   Furthermore, it is also effective to place a restriction protease recognition sequence at an appropriate position in order to cut out the target protein after expression as a fusion protein.

タンパクを組み換えDNA技術を用いて大量生産する場合、形質転換される宿主細胞としては、細菌細胞、放線菌細胞、酵母細胞、カビ細胞、植物細胞、動物細胞等を用いることができる。宿主−ベクター系が開発されている細菌細胞としてはエシェリヒア属細菌、シュードモナス属細菌、コリネバクテリウム属細菌、バチルス属細菌などが挙げられるが、好ましくはエシェリヒア・コリが用いられる。エシェリヒア・コリを用いてタンパクを大量生産する技術について数多くの知見があるためである。以下、形質転換された大腸菌を用いてアルドラーゼを製造する方法を説明する。   When a protein is mass-produced using recombinant DNA technology, bacterial cells, actinomycetes cells, yeast cells, mold cells, plant cells, animal cells, etc. can be used as host cells to be transformed. Bacterial cells for which host-vector systems have been developed include Escherichia bacteria, Pseudomonas bacteria, Corynebacterium bacteria, Bacillus bacteria, etc., preferably Escherichia coli is used. This is because there is a lot of knowledge about the technology for mass production of proteins using Escherichia coli. Hereinafter, a method for producing aldolase using transformed E. coli will be described.

アルドラーゼをコードするDNAを発現させるプロモータとしては、通常大腸菌における異種タンパク生産に用いられるプロモータを使用することができ、例えば、T7プロモータ、trpプロモータ、lacプロモータ、tacプロモータ、PLプロモータ等の強力なプロモータが挙げられる。   As a promoter for expressing DNA encoding aldolase, a promoter usually used for heterologous protein production in Escherichia coli can be used. For example, a strong promoter such as T7 promoter, trp promoter, lac promoter, tac promoter, PL promoter, etc. Is mentioned.

アルドラーゼを融合タンパク封入体として生産させるためには、アルドラーゼ遺伝子の上流あるいは下流に、他のタンパク、好ましくは親水性であるペプチドをコードする遺伝子を連結して、融合タンパク遺伝子とする。このような他のタンパクをコードする遺伝子としては、融合タンパクの蓄積量を増加させ、変性・再生工程後に融合タンパクの溶解性を高めるものであればよく、例えば、T7gene10、β−ガラクトシダーゼ遺伝子、デヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、インターフェロンγ遺伝子、インターロイキン−2遺伝子、プロキモシン遺伝子等が候補として挙げられる。   In order to produce aldolase as a fusion protein inclusion body, a gene encoding another protein, preferably a hydrophilic peptide, is linked upstream or downstream of the aldolase gene to form a fusion protein gene. Any gene encoding such other proteins may be used as long as it increases the accumulation amount of the fusion protein and enhances the solubility of the fusion protein after the denaturation / regeneration process. For example, T7gene10, β-galactosidase gene, dehydro Candidates include folate reductase gene, interferon γ gene, interleukin-2 gene, prochymosin gene and the like.

これらの遺伝子とアルドラーゼをコードする遺伝子とを連結する際には、コドンの読み取りフレームが一致するようにする。適当な制限酵素部位で連結するか、あるいは適当な配列の合成DNAを利用すればよい。
また、生産量を増大させるためには、融合タンパク遺伝子の下流に転写終結配列であるターミネーターを連結することが好ましい。このターミネータとしては、T7ターミネータ、fdファージターミネータ、T4ターミネータ、テトラサイクリン耐性遺伝子のターミネータ、大腸菌trpA遺伝子のターミネータ等が挙げられる。
When these genes and the gene encoding aldolase are linked, the codon reading frames are made to coincide. Ligation may be performed at an appropriate restriction enzyme site, or synthetic DNA having an appropriate sequence may be used.
In order to increase the production amount, it is preferable to link a terminator, which is a transcription termination sequence, downstream of the fusion protein gene. Examples of the terminator include T7 terminator, fd phage terminator, T4 terminator, tetracycline resistance gene terminator, E. coli trpA gene terminator, and the like.

アルドラーゼ又はアルドラーゼと他のタンパクとの融合タンパクをコードする遺伝子を大腸菌に導入するためのベクターとしては、いわゆるマルチコピー型のものが好ましく、Col E1由来の複製開始点を有するプラスミド、例えばpUC系のプラスミドやpBR322系のプラスミド、あるいはその誘導体が挙げられる。ここで、「誘導体」とは、塩基の置換、欠失、挿入、付加又は逆位などによってプラスミドに改変を施したものを意味する。なお、ここでいう改変とは、変異剤やUV照射などによる変異処理、あるいは自然変異などによる改変をも含む。   As a vector for introducing a gene encoding an aldolase or a fusion protein of an aldolase and another protein into Escherichia coli, a so-called multi-copy type is preferable, and a plasmid having a replication origin derived from Col E1, such as pUC type Examples include plasmids, pBR322-based plasmids, and derivatives thereof. Here, the “derivative” means one obtained by modifying a plasmid by base substitution, deletion, insertion, addition or inversion. In addition, the modification here includes modification by mutation treatment with a mutation agent, UV irradiation, or natural mutation.

また、形質転換体を選別するために、該ベクターがアンピシリン耐性遺伝子等のマーカーを有することが好ましい。このようなプラスミドとして、強力なプロモーターを持つ発現ベクターが市販されている(pUC系(宝酒造(株)製)、pPROK系(クローンテック製)、pKK233−2(クローンテック製)ほか)。   In order to select transformants, the vector preferably has a marker such as an ampicillin resistance gene. As such a plasmid, expression vectors having a strong promoter are commercially available (pUC system (Takara Shuzo Co., Ltd.), pPROK system (Clontech), pKK233-2 (Clontech), etc.).

プロモータ、アルドラーゼ又はアルドラーゼと他のタンパクとの融合タンパクをコードする遺伝子、ターミネータの順に連結したDNA断片と、ベクターDNAとを連結して組み換えDNAを得る。   Recombinant DNA is obtained by ligating a promoter, aldolase or a gene encoding a fusion protein of aldolase and another protein, a DNA fragment ligated in the order of terminator, and vector DNA.

該組み換えDNAを用いて大腸菌を形質転換し、この大腸菌を培養すると、アルドラーゼ又はアルドラーゼと他のタンパクとの融合タンパクが発現生産される。形質転換される宿主は、異種遺伝子の発現に通常用いられる株を使用することができるが、特にエシェリヒア・コリ JM109(DE3)株、JM109株が好ましい。形質転換を行う方法、及び形質転換体を選別する方法はMolecular Cloning,2nd edition,Cold Spring Harbor press(1989)等に記載されている。   When E. coli is transformed with the recombinant DNA and the E. coli is cultured, an aldolase or a fusion protein of aldolase and another protein is expressed and produced. As a host to be transformed, a strain usually used for expression of a heterologous gene can be used, and Escherichia coli JM109 (DE3) strain and JM109 strain are particularly preferable. Methods for performing transformation and methods for selecting transformants are described in Molecular Cloning, 2nd edition, Cold Spring Harbor press (1989) and the like.

融合タンパクとして発現させた場合、血液凝固因子Xa、カリクレインなどの、アルドラーゼ内に存在しない配列を認識配列とする制限プロテアーゼを用いてアルドラーゼを切り出せるようにしてもよい。   When expressed as a fusion protein, the aldolase may be excised using a restriction protease such as blood coagulation factor Xa, kallikrein, etc., which has a sequence not present in the aldolase as a recognition sequence.

生産培地としては、M9−カザミノ酸培地、LB培地など、大腸菌を培養するために通常用いる培地を用いてもよい。また、培養条件、生産誘導条件は、用いたベクターのマーカー、プロモータ、宿主菌等の種類に応じて適宜選択する。   As the production medium, a medium usually used for culturing Escherichia coli such as M9-casamino acid medium and LB medium may be used. The culture conditions and production induction conditions are appropriately selected according to the type of the marker, promoter, host fungus and the like used.

アルドラーゼ又はアルドラーゼと他のタンパクとの融合タンパクを回収するには、以下の方法などがある。アルドラーゼあるいはその融合タンパク質が菌体内に可溶化されていれば、菌体を回収した後、菌体を破砕あるいは溶菌させ、粗酵素液として使用できる。さらに、必要に応じて、通常の沈澱、濾過、カラムクロマトグラフィー等の手法によりアルドラーゼあるいはその融合タンパク質を精製して用いることも可能である。この場合、アルドラーゼあるいは融合タンパク質の抗体を利用した精製法も利用できる。   In order to recover aldolase or a fusion protein of aldolase and another protein, there are the following methods. If aldolase or a fusion protein thereof is solubilized in the microbial cells, the microbial cells can be recovered and then disrupted or lysed to be used as a crude enzyme solution. Furthermore, if necessary, aldolase or a fusion protein thereof can be purified and used by a conventional method such as precipitation, filtration, column chromatography and the like. In this case, a purification method using an antibody of aldolase or fusion protein can also be used.

タンパク封入体が形成される場合には、変性剤でこれを可溶化する。菌体タンパクとともに可溶化してもよいが、以降の精製操作を考慮すると、封入体を取り出して、これを可溶化するのが好ましい。封入体を菌体から回収するには、従来公知の方法で行えばよい。例えば、菌体を破壊し、遠心分離操作等によって封入体を回収する。タンパク封入体を可溶化させる変性剤としては、グアニジン塩酸(例えば、6M、pH5〜8)や尿素(例えば8M)などが挙げられる。   When a protein inclusion body is formed, it is solubilized with a denaturing agent. Although it may be solubilized together with the bacterial protein, it is preferable to take out the inclusion body and solubilize it in consideration of the subsequent purification operation. In order to recover the inclusion body from the microbial cell, a conventionally known method may be used. For example, the microbial cells are destroyed, and the inclusion bodies are collected by centrifugation operation or the like. Examples of denaturing agents that solubilize protein inclusion bodies include guanidine hydrochloride (eg, 6M, pH 5-8), urea (eg, 8M), and the like.

これらの変性剤を透析等により除くと、活性を有するタンパクとして再生される。透析に用いる透析溶液としては、トリス塩酸緩衝液やリン酸緩衝液などを用いればよく、濃度としては20mM〜0.5M、pHとしては5〜8が挙げられる。   When these denaturing agents are removed by dialysis or the like, they are regenerated as active proteins. As a dialysis solution used for dialysis, a Tris-HCl buffer or a phosphate buffer may be used, and the concentration may be 20 mM to 0.5 M, and the pH may be 5 to 8.

再生工程時のタンパク濃度は、500μg/ml程度以下に抑えるのが好ましい。再生したアルドラーゼが自己架橋を行うのを抑えるために、透析温度は5℃以下であることが好ましい。また、変性剤除去の方法として、この透析法のほか、希釈法、限外濾過法などがあり、いずれを用いても活性の再生が期待できる。   The protein concentration during the regeneration step is preferably suppressed to about 500 μg / ml or less. In order to suppress the regenerated aldolase from self-crosslinking, the dialysis temperature is preferably 5 ° C. or lower. Further, as a method for removing the denaturant, there are a dialysis method, a dilution method, an ultrafiltration method, and the like, and regeneration of activity can be expected by using any of them.

アルドラーゼをコードするDNAとして、配列表配列番号1,12又は14に示されるDNAを用いた場合には配列番号2,13又は15に記載のアミノ酸配列を有するアルドラーゼがそれぞれ生産される。   When the DNA shown in SEQ ID NO: 1, 12 or 14 is used as the DNA encoding aldolase, an aldolase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, 13 or 15 is produced.

[II]光学活性モナティンの製造方法
本発明の光学活性モナティンの製造方法は、[I]光学活性IHOGの製造方法の項に記載した方法により光学活性IHOGを製造した後、当該IHOGをモナティンに変換する方法である。本発明の方法に従い生産されるIHOGは、4R−IHOGが優位に生産されているため、本発明において製造されるIHOGからは、4R体の光学活性モナティン、すなわち(2R,4R)−モナティン及び(2S,4R)−モナティンが優位に生成される(以下、(2R,4R)−モナティン及び(2S,4R)−モナティンを総称して4R−モナティンという)。
[II] Method for Producing Optically Active Monatin The method for producing the optically active monatin of the present invention is as follows. [I] Optically active IHOG is produced by the method described in the method for producing optically active IHOG, and then converted to monatin It is a method to do. Since IHOG produced according to the method of the present invention is predominantly produced by 4R-IHOG, the 4H-isomer optically active monatin, ie, (2R, 4R) -monatin and ( 2S, 4R) -monatin is produced predominantly (hereinafter, (2R, 4R) -monatin and (2S, 4R) -monatin are collectively referred to as 4R-monatin).

モナティンの異性体4種のうち、最も甘味度の高い異性体である(2R,4R)−モナティンを効率的に生産するためには、4R体リッチなIHOGを用いることが好ましい。この場合、IHOGの全体量に対する4R−IHOGの割合が、55%超となることが好ましく、より好ましくは、60%超、さらに好ましくは70%超、特に好ましくは80%超である。   In order to efficiently produce (2R, 4R) -monatin, which is an isomer having the highest sweetness among the four isomers of monatin, it is preferable to use 4HO-rich IHOG. In this case, the ratio of 4R-IHOG to the total amount of IHOG is preferably more than 55%, more preferably more than 60%, still more preferably more than 70%, and particularly preferably more than 80%.

IHOGをモナティンに変換する方法は特に限定されず、化学反応法、酵素法等の公知の方法を用いることができる。   The method for converting IHOG to monatin is not particularly limited, and a known method such as a chemical reaction method or an enzymatic method can be used.

(1)化学反応法
化学反応法によって光学活性IHOGから光学活性モナティンを製造する方法としては、光学活性IHOGをオキシム化し、対応する下記式(4)記載のIHOG−oxime又はその塩を化学的に還元して光学活性モナティンを生成する方法を挙げることができる。

Figure 2006204285
(1) Chemical reaction method As a method for producing optically active monatin from optically active IHOG by a chemical reaction method, optically active IHOG is oximed and the corresponding IHOG-oxime or its salt described in the following formula (4) is chemically treated. A method for producing optically active monatin by reduction can be mentioned.
Figure 2006204285

好ましくは、4R体リッチなIHOGをオキシム化し、この4R体リッチなIHOG−oximeを含有する溶液から晶析によって4R−IHOG−oxime又はその塩を単離し、この4R−IHOG−oxime又はその塩を化学的に還元して4R−モナティンを生成する。   Preferably, 4R-IHOG-oxime or a salt thereof is isolated by crystallization from a solution containing the 4R-isomer-rich IHOG and crystallizing from the solution containing the 4R-isomer-rich IHOG-oxime, and the 4R-IHOG-oxime or a salt thereof is isolated. Chemical reduction to produce 4R-monatin.

IHOGのオキシム化は、中性又はアルカリ性条件下において、IHOGと、下記一般式(3)

Figure 2006204285
(上記一般式(3)において、Rは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。)
に表されるアミン化合物又はその塩とを反応せしめることによって行う。ここに、Rがアルキル基、アリール基又はアラルキル基である場合、Rは炭素原子を1〜3有するアルキル基、又は、側鎖に置換基を有していてもよいアリール基又はアラルキル基が好ましく、結晶化の観点からより好ましくは、Rはメチル基、エチル基、ベンジル基から選択される。 Oxidation of IHOG is carried out under the neutral or alkaline conditions with IHOG and the following general formula (3)
Figure 2006204285
(In the general formula (3), R represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.)
The reaction is carried out by reacting with the amine compound represented by Here, when R is an alkyl group, an aryl group or an aralkyl group, R is preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or an aryl group or aralkyl group which may have a substituent in the side chain. From the viewpoint of crystallization, R is more preferably selected from a methyl group, an ethyl group, and a benzyl group.

このオキシム化反応は、IHOGを含むアルドラーゼ反応液に、直接上記一般式(3)のアミンを添加することによって行うことができる。この4R体リッチなIHOG−oximeを含有する溶液から、4R−IHOG−oxime又はその塩を晶析することによって、4R体を単離することができる。晶析溶媒としては、水、アルコール溶媒又は含水アルコール溶媒を用いることが好ましい。   This oximation reaction can be performed by directly adding the amine of the above general formula (3) to an aldolase reaction solution containing IHOG. The 4R isomer can be isolated by crystallizing 4R-IHOG-oxime or a salt thereof from the solution containing the 4R isomer-rich IHOG-oxime. As the crystallization solvent, it is preferable to use water, an alcohol solvent or a hydrous alcohol solvent.

晶析によって得られた4R−IHOG−oxime又はその塩を還元することによって4R−モナティンを得ることができる。4R−IHOG−oxime又はその塩の還元は、水素及び水素添加触媒の存在下で実施する。水素添加触媒としては、シリカ、アルミナ、チタニア、マグネシア、ジルコニア、活性炭などの担体に、白金、ロジウム、パラジウム、ニッケル、コバルトなどの金属触媒を担持させた金属担持触媒を用いることが好ましい。   4R-monatin can be obtained by reducing 4R-IHOG-oxime or a salt thereof obtained by crystallization. The reduction of 4R-IHOG-oxime or a salt thereof is carried out in the presence of hydrogen and a hydrogenation catalyst. As the hydrogenation catalyst, it is preferable to use a metal-supported catalyst in which a metal catalyst such as platinum, rhodium, palladium, nickel, or cobalt is supported on a carrier such as silica, alumina, titania, magnesia, zirconia, or activated carbon.

従来は、光学活性IHOGを効率的に生成させることができなかったため、ラセミ体のIHOG(4R、4S−IHOG)から4R−IHOGを単離するには、4R、4S−IHOGをオキシム化した後、キラルアミンを作用させて4R−IHOG−oximeを晶析させる必要があった。これに対し、本発明によれば、アルドール縮合反応の段階で4R体リッチなIHOGを生成させることができるため、晶析の際、キラルアミンを用いて光学分割する必要がなく、4R体リッチなIHOGをオキシム化した後、そのまま4R−IHOG−oximeを晶析させることができる。したがって、4R−IHOGの精製処理プロセスに要するコストを軽減することが可能となる。   Conventionally, since optically active IHOG could not be efficiently produced, 4R-IHOG was isolated from racemic IHOG (4R, 4S-IHOG) after oximation of 4R, 4S-IHOG. It was necessary to cause 4R-IHOG-oxime to crystallize by acting a chiral amine. In contrast, according to the present invention, 4R-rich IHOG can be generated at the stage of the aldol condensation reaction, so that it is not necessary to perform optical resolution using a chiral amine during crystallization, and the 4R-rich IHOG is rich. After oximation, the 4R-IHOG-oxime can be crystallized as it is. Therefore, it is possible to reduce the cost required for the purification process of 4R-IHOG.

化学的還元法によって得られる4R−モナティンは、(2R、4R)−モナティン及び(2S、4R)−モナティンのラセミ混合物となる。(2R、4R)−モナティンを単離する場合は、晶析によって(2R、4R)−モナティンを析出させればよい。具体的には国際公開第03/059865号パンフレットに記載の方法を用いることが出来る。   The 4R-monatin obtained by the chemical reduction method becomes a racemic mixture of (2R, 4R) -monatin and (2S, 4R) -monatin. When (2R, 4R) -monatin is isolated, (2R, 4R) -monatin may be precipitated by crystallization. Specifically, the method described in International Publication No. 03/059865 pamphlet can be used.

(2)酵素法
酵素法によって4R−IHOGから4R−モナティンを製造する場合、4R−IHOGの2位をアミノ化する反応を触媒する酵素の存在下で4R−IHOGをアミノ化すればよい。当該反応を触媒する酵素としては、例えば4R−IHOGに対してアミノ基転移反応を触媒するアミノトランスフェラーゼ、また、4R−IHOGの還元的アミノ化反応を触媒するデヒドロゲナーゼ等を例示することができるが、アミノトランスフェラーゼを用いることがより好ましい。
(2) Enzymatic method When 4R-monatin is produced from 4R-IHOG by the enzymatic method, 4R-IHOG may be aminated in the presence of an enzyme that catalyzes the reaction of aminating the 2-position of 4R-IHOG. Examples of the enzyme that catalyzes the reaction include an aminotransferase that catalyzes a transamination reaction to 4R-IHOG, and a dehydrogenase that catalyzes a reductive amination reaction of 4R-IHOG. More preferably, aminotransferase is used.

アミノトランスフェラーゼを用いる場合、アミノトランスフェラーゼ及びアミノ基供与体の存在下で、4R−IHOGを反応させることによって、4R−モナティンを生成することができる。具体的には、国際公開第03/056026号パンフレットに記載の方法を用いることが出来る。   When an aminotransferase is used, 4R-monatin can be produced by reacting 4R-IHOG in the presence of an aminotransferase and an amino group donor. Specifically, the method described in International Publication No. 03/056026 pamphlet can be used.

この際、アミノトランスフェラーゼとしてはL−アミノトランスフェラーゼ及びD−アミノトランスフェラーゼのいずれも使用することが可能である。L−アミノトランスフェラーゼを用いた場合は、IHOGの2位にL−アミノ酸のアミノ基を転移することによって2S−モナティンを選択的に生成することができる。また、D−アミノトランスフェラーゼを用いた場合は、IHOGの2位にD−アミノ酸のアミノ基を転移することによって2R−モナティンを選択的に生成することができる。したがって、甘味度の高い(2R,4R)−モナティンを選択的に生成するには、D−アミノトランスフェラーゼを用いて、4R−IHOGを反応させることが好ましい。
アミノトランスフェラーゼを用いてモナティンを生成させる反応は、上記のアルドール縮合を行った後に生成した4R−IHOGを一旦単離精製してから行ってもよいし、アルドラーゼとアミノトランスフェラーゼを共存させて同一系内で反応を実施してもよい。同一系内で反応を実施する場合、アルドラーゼをコードするDNAとアミノトランスフェラーゼをコードするDNAを共発現する微生物を用いてもよく、また、別途酵素を調製し、反応系内に添加することでもよい。アルドラーゼをコードするDNAとアミノトランスフェラーゼをコードしているDNAを共発現する微生物(宿主細胞)は、上記したようなアルドラーゼをコードするDNAを機能的に含有する発現ベクターとアミノトランスフェラーゼをコードするDNAを機能的に含有する発現ベクターとの共形質導入やアルドラーゼをコードするDNAとアミノトランスフェラーゼをコードするDNAとを、宿主細胞内で活性を有した状態で発現し得るような形態で含有する発現ベクターによる形質転換等によって調製することができる。
In this case, both L-aminotransferase and D-aminotransferase can be used as the aminotransferase. When L-aminotransferase is used, 2S-monatin can be selectively produced by transferring the amino group of the L-amino acid to the 2-position of IHOG. When D-aminotransferase is used, 2R-monatin can be selectively produced by transferring the amino group of the D-amino acid to the 2-position of IHOG. Therefore, in order to selectively produce (2R, 4R) -monatin having a high sweetness level, it is preferable to react 4R-IHOG using D-aminotransferase.
The reaction for producing monatin using aminotransferase may be performed after isolating and purifying 4R-IHOG produced after the above-mentioned aldol condensation, or in the same system by coexisting aldolase and aminotransferase. The reaction may be carried out at When the reaction is carried out in the same system, a microorganism co-expressing the DNA encoding the aldolase and the DNA encoding the aminotransferase may be used, or a separate enzyme may be prepared and added to the reaction system. . A microorganism (host cell) co-expressing an aldolase-encoding DNA and an aminotransferase-encoding DNA comprises an expression vector functionally containing the aldolase-encoding DNA as described above and an aminotransferase-encoding DNA. Co-transduction with functionally containing expression vectors, or expression vectors containing aldolase-encoding DNA and aminotransferase-encoding DNA in a form that can be expressed in a host cell with activity. It can be prepared by transformation or the like.

以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。なお、実施例において、基質として用いたIHOG、PHOG及び(2R,4R)−モナティンは、参考例1、2及び3に記載の方法により合成したものである。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to only these examples. In the Examples, IHOG, PHOG and (2R, 4R) -monatin used as substrates were synthesized by the methods described in Reference Examples 1, 2, and 3.

なお、本実施例におけるIHOG及びPHOGの定量はジーエルサイエンス社製「Inertsil ODS−2 」(5μm, 4.6×250mm)を利用したHPLC分析を用いて行った。分析条件は、以下に示す通りである。
移動相:40%(v/v)アセトニトリル/5mM リン酸二水素テトラブチルアンモニウム溶液
流速:1ml/min
カラム温度:40℃
検出:UV210nm
また、生成したIHOGあるいはPHOGの4位の不斉の解析は、ジーエルサイエンス社製「Inertsil ODS−3」(5μm,4.6×160mm)と住化分析センター製「SUMICHIRAL OA−7100」(5μm,4.6×250mm)を順に直結したHPLC分析にて解析した。分析条件は、以下に示すとおりである。
移動相A:5%(v/v)アセトニトリル20mM リン酸カリウム緩衝液(pH6.8)
移動相B:50%(v/v)アセトニトリル20mM リン酸カリウム緩衝液(pH6.8)
0〜90分まで移動相Aで溶出し、90分〜120分まで移動相Bで溶出・洗浄
流速:0.4ml/min
カラム温度:17℃
検出:UV210nm
In this example, IHOG and PHOG were quantified by HPLC analysis using “Inertsil ODS-2” (5 μm, 4.6 × 250 mm) manufactured by GL Sciences. The analysis conditions are as shown below.
Mobile phase: 40% (v / v) acetonitrile / 5 mM tetrabutylammonium dihydrogen phosphate solution Flow rate: 1 ml / min
Column temperature: 40 ° C
Detection: UV210nm
In addition, the 4th-position asymmetric analysis of the generated IHOG or PHOG is performed by “Inertsil ODS-3” (5 μm, 4.6 × 160 mm) manufactured by GL Sciences and “SUMICIRAL OA-7100” (5 μm) manufactured by Sumika Chemical Analysis Center. , 4.6 × 250 mm) was analyzed by HPLC analysis directly connected in order. The analysis conditions are as shown below.
Mobile phase A: 5% (v / v) acetonitrile 20 mM potassium phosphate buffer (pH 6.8)
Mobile phase B: 50% (v / v) acetonitrile 20 mM potassium phosphate buffer (pH 6.8)
Elution with mobile phase A from 0 to 90 minutes, elution and washing with mobile phase B from 90 to 120 minutes Flow rate: 0.4 ml / min
Column temperature: 17 ° C
Detection: UV210nm

実施例1 自然界からのIHOG アルドラーゼ活性菌の採取
(2R,4R)−モナティン(以下RRモナティン)を単一炭素源とした培地を用いて集積培養を行うことにより、4R−IHOG光学選択的アルドラーゼ活性菌株を自然界より単離・取得した。
Example 1 Collection of IHOG aldolase-active bacteria from nature (2R, 4R)-4R-IHOG optically selective aldolase activity by performing enrichment culture using a medium using monatin (hereinafter RR monatin) as a single carbon source The strain was isolated and obtained from nature.

RRモナティン単一C源培地(RR−モナティン・1カリウム塩 0.4g/l、Yeast Nitrogen base without amino acid(Difco)0.67g/l)1mlを含む試験管に土壌試料を接種し、30℃で7日間振とう培養した。得られた培養液0.1mlを再度RRモナティン単一C源培地1mlを含む試験管に接種し、再度30℃で7日間振とう培養した。得られた培養液を滅菌生理食塩水で適宜希釈した後に、CM2G平板培地(グルコース 5g/l、酵母エキス 10g/l、ペプトン 10g/l、NaCl 5g/l、寒天末20g/l(pH7.0))に塗布し、30℃で24時間培養してコロニーを単離した。   A test tube containing 1 ml of RR monatin single C source medium (RR-monatin monopotassium salt 0.4 g / l, Yeast Nitrogen base without amino acid (Difco) 0.67 g / l) was inoculated with a soil sample, and 30 ° C. And cultured with shaking for 7 days. 0.1 ml of the obtained culture solution was again inoculated into a test tube containing 1 ml of RR monatin single C source medium, and again cultured with shaking at 30 ° C. for 7 days. The obtained culture solution was appropriately diluted with sterilized physiological saline, and then CM2G plate medium (glucose 5 g / l, yeast extract 10 g / l, peptone 10 g / l, NaCl 5 g / l, agar powder 20 g / l (pH 7.0). )) And cultured at 30 ° C. for 24 hours to isolate colonies.

集積により得られた菌株からアルドラーゼ活性株を選抜した。ブイヨン平板培地(栄研化学)に供試微生物を接種し、30℃で24時間培養した。これを酵素生産培地(グリセロール 5g/l、フマル酸 5g/l、酵母エキス 3g/l、ペプトン 2g/l、硫安 3g/l、K2HPO4 3g/l、KH2PO4 1g/l、MgSO4・7H2O 0.5g/l、フタル酸ナトリウム 2.5g/l、寒天末 20g/l(pH6.5))を含むプレートに接種し、30℃で24時間培養した。得られた菌体を湿菌体重量で約1%(w/v)となるように、100mM Tris−HCl(pH8.0)、50mM PHOG、1mM MgCl2、5mM リン酸カリウム溶液(KPi)、1%(v/v)トルエンからなる反応液に接種し、30℃で24時間反応させた。該反応液中の遊離ピルビン酸濃度はlactate dehydrogenae(LDH)を用いた酵素法にて定量した。100mM Tris−HCl(pH8.0)、1.5mM NADH、5mM MgCl2、25U/ml LDHからなる反応液200μlにサンプル10μlを添加し、30℃で10分間インキュベートした。反応後の340nmの吸光度を測定し、NADHの減少量からサンプル中のピルビン酸量を定量した。 Aldolase active strains were selected from the strains obtained by accumulation. The test microorganisms were inoculated on a broth flat plate medium (Eiken Chemical) and cultured at 30 ° C. for 24 hours. Enzyme production medium (glycerol 5 g / l, fumaric acid 5 g / l, yeast extract 3 g / l, peptone 2 g / l, ammonium sulfate 3 g / l, K 2 HPO 4 3 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l, MgSO The plate containing 0.5 g / l of 4.7H 2 O, 2.5 g / l of sodium phthalate, and 20 g / l of agar powder (pH 6.5) was inoculated and cultured at 30 ° C. for 24 hours. 100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 50 mM PHOG, 1 mM MgCl 2 , 5 mM potassium phosphate solution (KPi), so that the obtained bacterial body is about 1% (w / v) by the wet bacterial body weight, A reaction solution composed of 1% (v / v) toluene was inoculated and reacted at 30 ° C. for 24 hours. The concentration of free pyruvate in the reaction solution was quantified by an enzymatic method using lactate dehydrogenae (LDH). 10 μl of a sample was added to 200 μl of a reaction solution consisting of 100 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1.5 mM NADH, 5 mM MgCl 2 , 25 U / ml LDH, and incubated at 30 ° C. for 10 minutes. Absorbance at 340 nm after the reaction was measured, and the amount of pyruvic acid in the sample was quantified from the decreased amount of NADH.

また生成フェニルピルビン酸量はジーエルサイエンス社製「Inertsil ODS−2」(5μm,4.6×250mm)を利用したHPLC分析にて定量した。分析条件は、以下に示す通りである。
移動相:20%(v/v)アセトニトリル/0.05%(v/v)トリフルオロ酢酸水溶液
流速:1ml/min
カラム温度:40℃
検出:UV 210nm
本条件により、PHOGは約9.8分に、フェニルピルビン酸は約12分の保持時間に溶出され、それぞれ分別、定量できた。
The amount of generated phenylpyruvic acid was quantified by HPLC analysis using “Inertsil ODS-2” (5 μm, 4.6 × 250 mm) manufactured by GL Sciences. The analysis conditions are as shown below.
Mobile phase: 20% (v / v) acetonitrile / 0.05% (v / v) aqueous trifluoroacetic acid Flow rate: 1 ml / min
Column temperature: 40 ° C
Detection: UV 210nm
Under these conditions, PHOG was eluted at about 9.8 minutes and phenylpyruvic acid was eluted at a retention time of about 12 minutes.

供試菌体添加区においてPHOGより生成したピルビン酸ないしフェニルピルビン酸量より対照区(菌体無添加区)の生成量を差し引いた値をアルドラーゼによる生成量とした。その結果、PHOGを基質としたアルドラーゼ活性菌株を見出した。   A value obtained by subtracting the production amount of the control group (cell-free group) from the amount of pyruvic acid or phenylpyruvic acid produced from PHOG in the test cell-added group was defined as the production amount by aldolase. As a result, an aldolase active strain using PHOG as a substrate was found.

次に採取したアルドラーゼ活性菌株を用いてIHOG合成反応を実施した。供試菌株を酵素生産培地(グリセロール 5g/l、フマル酸 5g/l、酵母エキス 3g/l、ペプトン 2g/l、硫安 3g/l、K2HPO4 3g/l、KH2PO4 1g/l、MgSO4・7H2O 0.5g/l、フタル酸ナトリウム 2.5g/l(pH6.5))を3mlを含む試験管に接種し、30℃で16時間培養した。得られた菌体を湿菌体重量で約1%(w/v)となるように、下記のIHOG合成反応溶液に懸濁して反応を行った。 Next, IHOG synthesis reaction was carried out using the collected aldolase activity strain. The test strains were enzyme production medium (glycerol 5 g / l, fumaric acid 5 g / l, yeast extract 3 g / l, peptone 2 g / l, ammonium sulfate 3 g / l, K 2 HPO 4 3 g / l, KH 2 PO 4 1 g / l. , MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g / l, sodium phthalate 2.5 g / l (pH 6.5)) was inoculated into a test tube containing 3 ml, and cultured at 30 ° C. for 16 hours. The obtained cells were suspended in the following IHOG synthesis reaction solution and reacted so that the wet cell weight was about 1% (w / v).

IHOG合成反応溶液:100 mM Hepes−KOH(pH8.5),300mMインドールピルビン酸,750mM ピルビン酸ナトリウム, 1mM MgCl2, 5mM リン酸カリウム緩衝液(pH8.5) IHOG synthesis reaction solution: 100 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 300 mM indole pyruvate, 750 mM sodium pyruvate, 1 mM MgCl 2 , 5 mM potassium phosphate buffer (pH 8.5)

反応液を37℃で16時間インキュベートした後に、生成したIHOGを定量し、さらに反応生成物の4位の不斉についても解析した。その結果、集積菌C77株において表4に示す通り、4R−IHOG優先的なアルドール縮合活性を見出した。   After incubating the reaction solution at 37 ° C. for 16 hours, the produced IHOG was quantified, and the asymmetry at the 4-position of the reaction product was also analyzed. As a result, 4R-IHOG preferential aldol condensation activity was found as shown in Table 4 in the integrated strain C77.

Figure 2006204285
Figure 2006204285

実施例2 C77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)由来IHOGアルドラーゼ(SpALD)の精製
C77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)の可溶性画分からIHOGアルドラーゼの精製を以下の通り行った。アルドラーゼ活性測定は、PHOGを基質としたアルドール分解活性を以下の条件で測定した。
反応条件:50mM Hepes−KOH(pH8.5)、2mM PHOG、0.25mM NADH、0.2mM KPi、1mM MgCl2、16U/ml lactate dehydrogenase、3μl酵素/600μl反応液、30℃、340nmの吸光度を測定。
Example 2 Purification of IHOG aldolase (SpALD) derived from C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329 strain) IHOG aldolase was purified from the soluble fraction of C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329 strain) as follows. In the aldolase activity measurement, the aldol decomposition activity using PHOG as a substrate was measured under the following conditions.
Reaction conditions: 50 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 2 mM PHOG, 0.25 mM NADH, 0.2 mM KPi, 1 mM MgCl 2 , 16 U / ml lactate dehydrogenase, 3 μl enzyme / 600 μl reaction solution, 30 ° C., absorbance at 340 nm Measurement.

(1)可溶性画分の調製
ブイヨン平板培地で30℃、24時間培養したC77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)菌体を一白金耳かきとり、50mlの酵素生産培地(5g/l グリセロール、5g/l フマル酸、5 g/l 硫酸アンモニウム、3g/l K2HPO4、1g/l KH2PO4、0.5g/l MgSO4・7H2O、3g/l、酵母エキス、2g/l ペプトン、2.5g/l フタル酸ナトリウム、(Sigma社製)、pH6.5にKOHで調整)を含む500ml容フラスコに接種し、30℃で24時間振とう培養した。該培養液0.5mlを酵素生産培地50mlを含む500ml容フラスコ20本に接種し、30℃で24時間振とう培養した。得られた培養液から遠心分離により集菌し、バッファーA(20mM Hepes−KOH(pH7.6))に懸濁して洗浄した後、再度遠心分離にて集菌した。得られた洗浄菌体を80mlのバッファーAに懸濁し、4℃で30分間超音波破砕した。破砕液を遠心分離(x8000rpm、10分間×2回)により菌体残渣を除き、得られた上清を可溶性画分とした。
(1) Preparation of soluble fraction C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329 strain) cultured in a broth flat plate medium at 30 ° C. for 24 hours was scraped with one platinum ear, and 50 ml of enzyme production medium (5 g / l glycerol, 5 g / l) Fumaric acid, 5 g / l ammonium sulfate, 3 g / l K 2 HPO 4 , 1 g / l KH 2 PO 4 , 0.5 g / l MgSO 4 .7H 2 O, 3 g / l, yeast extract, 2 g / l peptone, 2 Inoculated into a 500 ml flask containing 0.5 g / l sodium phthalate (manufactured by Sigma), adjusted to pH 6.5 with KOH), and cultured with shaking at 30 ° C. for 24 hours. 0.5 ml of the culture solution was inoculated into 20 500 ml flasks containing 50 ml of enzyme production medium and cultured with shaking at 30 ° C. for 24 hours. The cells were collected from the obtained culture broth by centrifugation, suspended in buffer A (20 mM Hepes-KOH (pH 7.6)), washed, and then collected again by centrifugation. The obtained washed cells were suspended in 80 ml of buffer A and sonicated at 4 ° C. for 30 minutes. The disrupted solution was centrifuged (x8000 rpm, 10 minutes × twice) to remove the cell residue, and the resulting supernatant was used as a soluble fraction.

(2)陰イオン交換クロマトグラフィー:Q−Sepharose FF
上記の可溶性画分40mlをバッファーAで平衡化した陰イオン交換クロマトグラフィーカラムQ−Sepharose FF 26/10(ファルマシア社製、CV=20ml)に供して担体に吸着させた。担体に吸着しなかったタンパク質(非吸着タンパク質)をバッファーAを用いて洗い流した後、KCl濃度を0Mから0.7Mまで直線的に変化させて(total 140ml)吸着したタンパク質の溶出を行った。各溶出画分についてPHOGアルドラーゼ活性を検出したところ、約0.4M相当の画分にPHOGアルドラーゼ活性のピークを検出した。同様のクロマト操作を2度繰り返して実施した。
(2) Anion exchange chromatography: Q-Sepharose FF
The soluble fraction (40 ml) was subjected to an anion exchange chromatography column Q-Sepharose FF 26/10 (Pharmacia, CV = 20 ml) equilibrated with buffer A, and adsorbed onto a carrier. After washing away the protein not adsorbed on the carrier (non-adsorbed protein) with buffer A, the KCl concentration was linearly changed from 0 M to 0.7 M (total 140 ml), and the adsorbed protein was eluted. When PHOG aldolase activity was detected for each eluted fraction, a peak of PHOG aldolase activity was detected in a fraction corresponding to about 0.4 M. The same chromatographic operation was repeated twice.

(3)疎水性クロマトグラフィー:Phenyl Sepharose HP HR 16/10
アルドラーゼ活性が検出された溶液をバッファーB(20mM Hepes−KOH、1M硫酸アンモニウム、pH7.6)に対して4℃で一晩透析し0.45μmのフィルターで濾過した。得られた濾液を、バッファーBで平衡化した疎水性クロマトグラフィーカラムPhenyl Sepharose HP HR 16/10(ファルマシア社製)に供した。この操作によりアルドラーゼは担体に吸着した。
担体に吸着しなかった非吸着タンパク質をバッファーBを用いて洗い流した後、硫酸アンモニウム濃度を1Mから0Mまで直線的に変化させてアルドラーゼを溶出させた。得られた各溶出画分についてアルドラーゼ活性を測定し、硫酸アンモニウム濃度がおよそ0.4〜0.5Mの溶出位置にアルドラーゼ活性が認められた。
(3) Hydrophobic chromatography: Phenyl Sepharose HP HR 16/10
The solution in which the aldolase activity was detected was dialyzed overnight at 4 ° C. against buffer B (20 mM Hepes-KOH, 1M ammonium sulfate, pH 7.6) and filtered through a 0.45 μm filter. The obtained filtrate was subjected to a hydrophobic chromatography column Phenyl Sepharose HP HR 16/10 (manufactured by Pharmacia) equilibrated with buffer B. By this operation, aldolase was adsorbed on the carrier.
After washing away non-adsorbed protein that was not adsorbed on the carrier with buffer B, the aldolase was eluted by linearly changing the ammonium sulfate concentration from 1M to 0M. The aldolase activity was measured for each of the obtained elution fractions, and the aldolase activity was observed at the elution position where the ammonium sulfate concentration was approximately 0.4 to 0.5M.

(4)ゲルろ過クロマトグラフィー:Sephadex 200 HP 16/60
アルドラーゼを含む画分をそれぞれ集めて、バッファーAに対して透析し、0.45μmのフィルターで濾過した。得られた濾液を、限外ろ過膜centriprep 10を用いて濃縮した。得られた濃縮液を、バッファーC(20mM Hepes−KOH,0.1M KCl,pH7.6)で平衡化されたゲルろ過Sephadex200 HP 16/60(ファルマシア社製)に供し、1ml/minの流速で溶出した。この操作によりアルドラーゼは66ml付近の画分に溶出された。活性のピークの溶出位置より、該アルドラーゼの分子量は約155kDaと見積もられた。
(4) Gel filtration chromatography: Sephadex 200 HP 16/60
Each fraction containing aldolase was collected, dialyzed against buffer A, and filtered through a 0.45 μm filter. The obtained filtrate was concentrated using an ultrafiltration membrane centriprep 10. The obtained concentrated solution was subjected to gel filtration Sephadex 200 HP 16/60 (Pharmacia) equilibrated with buffer C (20 mM Hepes-KOH, 0.1 M KCl, pH 7.6) at a flow rate of 1 ml / min. Eluted. By this operation, aldolase was eluted in a fraction of around 66 ml. From the elution position of the activity peak, the molecular weight of the aldolase was estimated to be about 155 kDa.

(5)陰イオン交換クロマトグラフィー:Mono Q HR5/5
得られた画分を0.45μmのフィルターで濾過した。ここで得られた濾液を、バッファーAで平衡化された陰イオン交換クロマトグラフィーカラム Mono−Q HR 5/5(ファルマシア社製)に供した。この操作により、アルドラーゼは担体に吸着した。バッファーAにより非吸着タンパク質を洗い流した後、KCl濃度を直線的に0mMから700mMへ変化させてタンパク質の溶出をおこなった(Total 24ml)。各溶出画分についてアルドラーゼ活性を測定し、KCl濃度が約0.4Mの溶出位置にアルドラーゼ活性が認められた。
得られた画分をSDS−PAGEに供したところ、活性画分には10本程度のバンドが認められた。その中で、活性プロフィールとSDS−PAGEバンド強度のプロフィールが一致する約30kDaのバンドが存在し、当該バンドをアルドラーゼの候補としてSDS−PAGEから切り出し、アミノ酸配列解析に供した。
(5) Anion exchange chromatography: Mono Q HR 5/5
The obtained fraction was filtered through a 0.45 μm filter. The filtrate obtained here was applied to an anion exchange chromatography column Mono-Q HR 5/5 (Pharmacia) equilibrated with buffer A. By this operation, aldolase was adsorbed on the carrier. After washing away non-adsorbed protein with buffer A, protein elution was performed by linearly changing the KCl concentration from 0 mM to 700 mM (Total 24 ml). The aldolase activity was measured for each elution fraction, and the aldolase activity was observed at the elution position where the KCl concentration was about 0.4M.
When the obtained fraction was subjected to SDS-PAGE, about 10 bands were observed in the active fraction. Among them, there was a band of about 30 kDa in which the activity profile and the SDS-PAGE band intensity profile matched, and the band was cut out from SDS-PAGE as a candidate for aldolase and subjected to amino acid sequence analysis.

Figure 2006204285
Figure 2006204285

実施例3 IHOG aldolaseの内部アミノ酸配列の決定
精製したアルドラーゼ画分をSDS−PAGEに供した後、30kDaに相当するバンドを切り出し、SDS−PAGEゲル中の試料をトリプシン処理し(pH8.5、35℃、20時間)、逆相HPLCに供して断片ペプチドを分離した。分取したフラクションのうち、2つのフラクションについてそれぞれ17残基、12残基分のアミノ酸配列(配列番号3、4)を下記表6の通り決定した。
Example 3 Determination of internal amino acid sequence of IHOG aldolase After the purified aldolase fraction was subjected to SDS-PAGE, a band corresponding to 30 kDa was excised, and the sample in the SDS-PAGE gel was trypsinized (pH 8.5, 35). C., 20 hours), and subjected to reverse phase HPLC to separate the fragment peptides. Among the fractions collected, the amino acid sequences of 17 residues and 12 residues (SEQ ID NOs: 3 and 4) of the two fractions were determined as shown in Table 6 below.

Figure 2006204285
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実施例4 C77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)由来IHOGアルドラーゼ遺伝子のクローニング
(1)染色体DNAの調製
C77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)を50mlのCM2G培地を用いて30℃で一晩培養した(前培養)。この培養液5mlを種菌として、50mlのブイヨン培地を用いて本培養を行った。対数増殖後期まで培養した後、培養液50mlを遠心分離操作(12000xg、4℃、15分間)に供し、集菌した。この菌体を用いて定法に従って染色体DNAを調製した。
Example 4 Cloning of IHOG aldolase gene derived from C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329) (1) Preparation of chromosomal DNA C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329 strain) was cultured overnight at 30 ° C. using 50 ml of CM2G medium ( Pre-culture). Using 5 ml of this culture as an inoculum, main culture was performed using 50 ml of bouillon medium. After culturing until the late stage of logarithmic growth, 50 ml of the culture solution was subjected to centrifugation (12000 × g, 4 ° C., 15 minutes) to collect the cells. Using these cells, chromosomal DNA was prepared according to a conventional method.

(2)PCRによる内部配列の取得
決定したIHOGアルドラーゼの内部アミノ酸配列をもとに、表7記載のミックスプライマー(配列番号5、6)を合成した。
(2) Acquisition of internal sequence by PCR Based on the determined internal amino acid sequence of IHOG aldolase, mix primers (SEQ ID NOs: 5 and 6) described in Table 7 were synthesized.

Figure 2006204285
Figure 2006204285

作製したミックスプライマーを用いて、C77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)の染色体DNAを鋳型としてPCRによる増幅を行った。PCR反応は、PCR Thermal PERSONEL(TaKaRa社製)を用いて行い、以下の条件で30サイクル行った。
94℃ 30秒
55℃ 30秒
72℃ 1分
PCR産物をアガロースゲル電気泳動に供したところ、約200bpの断片の増幅が認められた。該DNA断片をpT7Blue (Novagen社製)にクローニングし、塩基配列を決定したところ、取得したDNA断片から推定されるアミノ酸配列が、IHOGアルドラーゼの内部アミノ酸配列と一致しており、目的のアルドラーゼ遺伝子が取得されたことが確認された。
Using the prepared mix primer, amplification by PCR was performed using the chromosomal DNA of the C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329 strain) as a template. The PCR reaction was performed using PCR Thermal PERSONEL (TaKaRa), and 30 cycles were performed under the following conditions.
94 ° C. 30 seconds 55 ° C. 30 seconds 72 ° C. 1 minute When the PCR product was subjected to agarose gel electrophoresis, amplification of a fragment of about 200 bp was observed. When the DNA fragment was cloned into pT7Blue (manufactured by Novagen) and the nucleotide sequence was determined, the amino acid sequence deduced from the obtained DNA fragment was consistent with the internal amino acid sequence of IHOG aldolase, and the target aldolase gene was It was confirmed that it was acquired.

(3)コロニーハイブリダイゼーションによる全長遺伝子の取得
PCRで増幅したDNA断片を用いて、サザン解析及びコロニーハイブリダイゼーションによって全長遺伝子の取得を行った。DNAプローブの作製はDIGHigh Prime(ロシュダイアグノスティック社製)を使用して、説明書通りに37℃でO/Nインキュベートしてプローブの標識を行った。サザン解析は染色体DNA 1μgを各種制限酵素で完全に消化し、0.8%アガロースゲルで電気泳動したのちに、ナイロンメンブレンにブロッティングし、以下マニュアルに従って行った。ハイブリダイゼーションはDIG Easy Hyb(ロシュダイアグノスティック社製)を用いて行い、50℃で1時間プレハイブリダイゼーションを行った後にプローブを添加して、O/Nでハイブリダイゼーションさせた。バンドの検出はDIG Nucleotide Detection Kitを用いて行った。その結果、該PCR断片をプローブとして強くハイブリダイゼーションする約3.2kbpのPstI/BamHI断片を検出した。次に、このPstI/BamHI断片をコロニーハイブリダイゼーションにて取得した。染色体DNA 20μgをPstI/BamHIで処理後アガロースゲル電気泳動に供し約3.2kbpの大きさの断片を回収した。これをpUC19に連結し、E.coli JM109にてライブラリーを作製した。コロニーをナイロンメンブレンフィルター(Hybond−N、アマシャム社製)にうつし、アルカリ変性、中和、固定化の処理を行った。ハイブリダイゼーションはDIG Easy Hybを用いて行った。フィルターをバッファー中に浸し、42℃で1時間プレハイブリダイゼーションを行った。その後、作成した標識プローブを添加し、42℃で16時間ハイブリダイゼーションを行った。SSCでの洗浄後、プローブとハイブリダイズするコロニーの検出をDIG Nucleotide Detection Kit(ロシュダイアグノスティック社製)を用いて行った。その結果、プローブと強くハイブリダイゼーションするクローンを取得した。
(3) Acquisition of full-length gene by colony hybridization Using a DNA fragment amplified by PCR, a full-length gene was acquired by Southern analysis and colony hybridization. The DNA probe was prepared by using DIGH High Prime (Roche Diagnostics) and labeling the probe by incubating at 37 ° C. according to the instruction manual. Southern analysis was performed by digesting 1 μg of chromosomal DNA completely with various restriction enzymes, electrophoresis on 0.8% agarose gel, blotting on nylon membrane, and following the manual below. Hybridization was performed using DIG Easy Hyb (Roche Diagnostics), prehybridization was performed at 50 ° C. for 1 hour, a probe was added, and hybridization was performed with O / N. Band detection was performed using the DIG Nucleotide Detection Kit. As a result, an about 3.2 kbp PstI / BamHI fragment that strongly hybridizes using the PCR fragment as a probe was detected. Next, this PstI / BamHI fragment was obtained by colony hybridization. After treating 20 μg of chromosomal DNA with PstI / BamHI, it was subjected to agarose gel electrophoresis, and a fragment having a size of about 3.2 kbp was recovered. This is linked to pUC19. A library was prepared using E. coli JM109. The colony was transferred to a nylon membrane filter (Hybond-N, Amersham) and subjected to alkali denaturation, neutralization, and immobilization. Hybridization was performed using DIG Easy Hyb. The filter was immersed in a buffer and prehybridization was performed at 42 ° C. for 1 hour. Thereafter, the prepared labeled probe was added, and hybridization was performed at 42 ° C. for 16 hours. After washing with SSC, colonies that hybridized with the probe were detected using DIG Nucleotide Detection Kit (Roche Diagnostics). As a result, a clone that strongly hybridized with the probe was obtained.

取得したクローンより回収したプラスミドDNAの塩基配列を決定したところ、配列番号1に記載の塩基配列を有することが明らかになった。決定した内部アミノ酸配列に対応する塩基配列(配列番号1にて519〜569番目、及び、666〜701番目)を含む855 bpのorfを見出し、目的とするアルドラーゼの全長を取得した。   When the base sequence of plasmid DNA recovered from the obtained clone was determined, it was revealed that it had the base sequence described in SEQ ID NO: 1. An 855 bp orf containing the nucleotide sequence corresponding to the determined internal amino acid sequence (519th to 569th and 666 to 701th in SEQ ID NO: 1) was found, and the full length of the target aldolase was obtained.

実施例5 E.coliでのIHOGアルドラーゼ(SpALD)の大量発現
(1)trpプロモーター及びrrnBターミネーター搭載プラスミドpTrp4の構築
E. coli W3110染色体DNA上のtrpオペロンのプロモーター領域を表8に示すオリゴヌクレオチドをプライマーとしてPCR(配列番号7及び配列番号8の組み合わせ)により目的遺伝子領域を増幅し、得られたDNA断片をpGEM−Teasyベクター(プロメガ製)にライゲーションした。このライゲーション溶液でE.coli JM109を形質転換し、アンピシリン耐性株の中からtrpプロモーターの方向がlacプロモーターと反対向きに挿入された目的のプラスミドを有する株を選択した。次にこのプラスミドをEcoO109i/EcoRIにて処理して得られるtrpプロモーターを含むDNA断片と、pUC19(Takara製)のEcoO109i/EcoRI処理物とライゲーションした。このライゲーション溶液でE.coli JM109を形質転換し、アンピシリン耐性株の中から目的のプラスミドを有する株を選択し、プラスミドをpTrp1と命名した。次にpKK223−3(Amersham Pharmacia製)をHindIII/HincIIにて処理し、得られたrrnBターミネーターを含むDNA断片とpTrp1のHindIII/PvuII処理物とライゲーションした。このライゲーション溶液でE.coli JM109を形質転換し、アンピシリン耐性株の中から目的のプラスミドを有する株を選択し、プラスミドをpTrp2と命名した。次にpTrp2を鋳型として表8に示すオリゴヌクレオチドをプライマーとしてPCR(配列番号7及び配列番号9の組み合わせ)によりtrpプロモーター領域を増幅した。このDNA断片をEcoO109i/NdeIにより処理し、pTrp2のEcoO109i/NdeI処理物とライゲーションした。このライゲーション溶液でE.coli JM109を形質転換し、アンピシリン耐性株の中から目的のプラスミドを有する株を選択し、このプラスミドをpTrp4と命名した。
Example 5 Mass expression of IHOG aldolase (SpALD) in E. coli (1) Construction of trp promoter and rrnB terminator loaded plasmid pTrp4 The target gene region was amplified by PCR (combination of SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8) using the trp operon promoter region on E. coli W3110 chromosomal DNA as a primer in Table 8, and the resulting DNA fragment was pGEM-Teasy Ligated to a vector (Promega). With this ligation solution E. coli JM109 was transformed, and a strain having the desired plasmid in which the direction of the trp promoter was inserted in the opposite direction to the lac promoter was selected from ampicillin resistant strains. Next, this plasmid was ligated with a DNA fragment containing the trp promoter obtained by treating with EcoO109i / EcoRI and an EcoO109i / EcoRI-treated product of pUC19 (manufactured by Takara). With this ligation solution E. coli JM109 was transformed, a strain having the target plasmid was selected from ampicillin resistant strains, and the plasmid was named pTrp1. Next, pKK223-3 (manufactured by Amersham Pharmacia) was treated with HindIII / HincII, and ligated with the obtained DNA fragment containing the rrnB terminator and the HindIII / PvuII-treated product of pTrp1. With this ligation solution E. coli JM109 was transformed, a strain having the target plasmid was selected from ampicillin resistant strains, and the plasmid was named pTrp2. Next, the trp promoter region was amplified by PCR (combination of SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 9) using pTrp2 as a template and oligonucleotides shown in Table 8 as primers. This DNA fragment was treated with EcoO109i / NdeI and ligated with the pTrp2 treated product of EcoO109i / NdeI. With this ligation solution E. coli JM109 was transformed, a strain having the desired plasmid was selected from ampicillin resistant strains, and this plasmid was named pTrp4.

Figure 2006204285
Figure 2006204285

(2)アルドラーゼ遺伝子発現プラスミドptrpSpALDの構築とE.coliでの発現
表9に示すプライマー(配列番号10及び11)を用いてC77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)の染色体DNAより増幅した断片をNdeI/PstI消化し、pTrp4のNdeI/PstIサイトに挿入したプラスミドptrpSpALDを構築した。このプラスミドは配列番号1に記載の塩基配列のうち210番目のATGを翻訳開始コドンとして1004番目まで翻訳することにより得られる、配列番号2記載のアミノ酸配列からなるアルドラーゼ遺伝子を発現する。
(2) Construction of an aldolase gene expression plasmid ptrpSpALD and E. coli. Expression in E. coli Using the primers shown in Table 9 (SEQ ID NOs: 10 and 11), a fragment amplified from the chromosomal DNA of C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329) was digested with NdeI / PstI and inserted into the NdeI / PstI site of pTrp4 The constructed plasmid ptrpSpALD was constructed. This plasmid expresses an aldolase gene consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, which is obtained by translating the 210th ATG of the nucleotide sequence described in SEQ ID NO: 1 to the 1004th as a translation initiation codon.

Figure 2006204285
Figure 2006204285

構築した発現プラスミドをE.coli JM109に導入し、形質転換体を100μg/mlアンピシリンを含むLB培地50mlに1白金耳接種し、37℃で16時間振盪させた。培養終了後、得られた培養液1mlを集菌、洗浄し、1mlの20mM Hepes−KOH(pH7.6)に懸濁し、超音波破砕にて菌体を破砕した。破砕液を15000rpmで10分間遠心分離した上清を粗酵素液とした。   The constructed expression plasmid was transformed into E. coli. After introduction into E. coli JM109, one platinum loop was inoculated into 50 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin and shaken at 37 ° C. for 16 hours. After completion of the culture, 1 ml of the obtained culture solution was collected, washed, suspended in 1 ml of 20 mM Hepes-KOH (pH 7.6), and the cells were disrupted by ultrasonic disruption. The supernatant obtained by centrifuging the disrupted solution at 15000 rpm for 10 minutes was used as a crude enzyme solution.

該粗酵素液を用いてアルドラーゼ活性を測定した。アルドラーゼ活性測定は、PHOGを基質としたアルドール分解活性を以下の条件で測定した。
反応条件:50mM Hepes−KOH(pH8.5)、2mM PHOG、0.25mM NADH、0.2mM KPi、1mM MgCl2、16U/ml lactate dehydrogenase、3μl酵素/600μl反応液、30℃、340nmの吸光度を測定
測定した結果、pTrp4を導入したE.coli(コントロール)においてはアルドラーゼ活性は検出されなかったのに対して、ptrpSpALD導入株においては33.6U/mg proteinのアルドラーゼ活性が検出された。これにより、SpALD高発現プラスミドの構築と併せて、確かに目的とするアルドラーゼをクローニングしたことも確認できた。
Aldolase activity was measured using the crude enzyme solution. In the aldolase activity measurement, the aldol decomposition activity using PHOG as a substrate was measured under the following conditions.
Reaction conditions: 50 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 2 mM PHOG, 0.25 mM NADH, 0.2 mM KPi, 1 mM MgCl 2 , 16 U / ml lactate dehydrogenase, 3 μl enzyme / 600 μl reaction solution, 30 ° C., absorbance at 340 nm Measurement As a result of the measurement, E. coli introduced pTrp4. No aldolase activity was detected in E. coli (control), whereas an aldolase activity of 33.6 U / mg protein was detected in the ptrpSpALD-introduced strain. Thereby, it was confirmed that the target aldolase was certainly cloned together with the construction of the SpALD high expression plasmid.

実施例6 C77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)由来アルドラーゼの組み換え酵素の精製
C77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)由来アルドラーゼ(SpALD)を高発現させたE.coliの可溶性画分から組み換えSpALDの精製を以下の通り行った。アルドラーゼ活性測定は、PHOGを基質としたアルドール分解活性を以下の条件で測定した。
反応条件:50mM Hepes−KOH(pH8.5)、2mM PHOG、0.25mM NAD、1mM MgCl2、16U/ml lactate dehydrogenase、3μl酵素/600μl反応液、30℃、340nmの吸光度を測定
Example 6 Purification of Aldolase Recombinant Enzyme Derived from C77 Strain (Sphingomonas sp. AJ110329) Aldolase (SpALD) derived from C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329) was highly expressed. Purification of recombinant SpALD from the soluble fraction of E. coli was performed as follows. In the aldolase activity measurement, the aldol decomposition activity using PHOG as a substrate was measured under the following conditions.
Reaction conditions: 50 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 2 mM PHOG, 0.25 mM NAD, 1 mM MgCl 2 , 16 U / ml lactate dehydrogenase, 3 μl enzyme / 600 μl reaction solution, 30 ° C., absorbance at 340 nm is measured

(1)可溶性画分の調製:
LB−amp平板培地で37℃、16時間培養したE.coli JM109 / ptrpSpALD菌体を一白金耳かきとり、LB−amp培地50mlを含む500ml容フラスコ10本に接種し、37℃で16時間振とう培養した。得られた培養液から遠心分離により集菌し、バッファーA(20mM Hepes−KOH,pH7.6)に懸濁して洗浄した後、再度遠心分離にて集菌した。得られた洗浄菌体を20mlのバッファーAに懸濁し、4℃で30分間超音波破砕した。破砕液を遠心分離(x8000rpm、10分間×2回)により菌体残渣を除き、得られた上清を粗抽出画分とした。
(1) Preparation of soluble fraction:
E. coli cultured in LB-amp plate medium at 37 ° C. for 16 hours. E. coli JM109 / ptrpSpALD cells were scraped off from one platinum ear, inoculated into 10 500 ml flasks containing 50 ml of LB-amp medium, and cultured with shaking at 37 ° C. for 16 hours. Bacteria were collected from the obtained culture broth by centrifugation, suspended in buffer A (20 mM Hepes-KOH, pH 7.6), washed, and collected again by centrifugation. The obtained washed cells were suspended in 20 ml of buffer A and sonicated at 4 ° C. for 30 minutes. The disrupted liquid was centrifuged (x8000 rpm, 10 minutes × twice) to remove cell residue, and the resulting supernatant was used as a crude extract fraction.

(2)陰イオン交換クロマトグラフィー:Q−Sepharose FF
上記の可溶性画分20mlをバッファーAで平衡化した陰イオン交換クロマトグラフィーカラムQ−Sepharose FF 26/10(ファルマシア社製、CV=20 ml)に供して担体に吸着させた。担体に吸着しなかったタンパク質(非吸着タンパク質)をバッファーAを用いて洗い流した後、KCl濃度を0Mから0.7Mまで直線的に変化させて(total 140ml)吸着したタンパク質の溶出を行った。各溶出画分についてPHOGアルドラーゼ活性を検出したところ、約0.4M相当の画分にPHOGアルドラーゼ活性のピークを検出した。
(2) Anion exchange chromatography: Q-Sepharose FF
The soluble fraction (20 ml) was subjected to an anion exchange chromatography column Q-Sepharose FF 26/10 (Pharmacia, CV = 20 ml) equilibrated with buffer A, and adsorbed onto a carrier. After washing away the protein not adsorbed on the carrier (non-adsorbed protein) with buffer A, the KCl concentration was linearly changed from 0 M to 0.7 M (total 140 ml), and the adsorbed protein was eluted. When PHOG aldolase activity was detected for each eluted fraction, a peak of PHOG aldolase activity was detected in a fraction corresponding to about 0.4 M.

(3)疎水性クロマトグラフィー:Phenyl Sepharose HP HR 16/10
アルドラーゼ活性が検出された溶液をバッファーB(20mM Hepes−KOH、1M硫酸アンモニウム、pH7.6)に対して4℃で一晩透析し0.45μmのフィルターで濾過した。得られた濾液を、バッファーBで平衡化した疎水性クロマトグラフィーカラムPhenyl Sepharose HP HR 16/10(ファルマシア社製)に供した。この操作によりアルドラーゼは担体に吸着した。
担体に吸着しなかった非吸着タンパク質をバッファーBを用いて洗い流した後、硫酸アンモニウム濃度を1Mから0Mまで直線的変化させてアルドラーゼを溶出させた。得られた各溶出画分についてアルドラーゼ活性を測定し、硫酸アンモニウム濃度がおよそ0.4〜0.5Mの溶出位置にアルドラーゼ活性が認められた。
(3) Hydrophobic chromatography: Phenyl Sepharose HP HR 16/10
The solution in which the aldolase activity was detected was dialyzed overnight at 4 ° C. against buffer B (20 mM Hepes-KOH, 1M ammonium sulfate, pH 7.6) and filtered through a 0.45 μm filter. The obtained filtrate was subjected to a hydrophobic chromatography column Phenyl Sepharose HP HR 16/10 (manufactured by Pharmacia) equilibrated with buffer B. By this operation, aldolase was adsorbed on the carrier.
After washing away non-adsorbed protein that was not adsorbed on the carrier with buffer B, the aldolase was eluted by linearly changing the ammonium sulfate concentration from 1M to 0M. The aldolase activity was measured for each of the obtained elution fractions, and the aldolase activity was observed at the elution position where the ammonium sulfate concentration was approximately 0.4 to 0.5M.

(4)ゲルろ過クロマトグラフィー:Sephadex 200 HP 16/60
アルドラーゼを含む画分をそれぞれ集めて、バッファーAに対して透析し、0.45μmのフィルターで濾過した。得られた濾液を、限外ろ過膜centriprep 10を用いて濃縮した。得られた濃縮液を、バッファーC(20mM Hepes−KOH,0.1M KCl,pH7.6)で平衡化されたゲルろ過Sephadex 200 HP 16/60(ファルマシア社製)に供し、1ml/minの流速で溶出した。この操作によりアルドラーゼは66ml付近の画分に溶出された。
(4) Gel filtration chromatography: Sephadex 200 HP 16/60
Each fraction containing aldolase was collected, dialyzed against buffer A, and filtered through a 0.45 μm filter. The obtained filtrate was concentrated using an ultrafiltration membrane centriprep 10. The obtained concentrated solution is subjected to gel filtration Sephadex 200 HP 16/60 (Pharmacia) equilibrated with buffer C (20 mM Hepes-KOH, 0.1 M KCl, pH 7.6), and a flow rate of 1 ml / min. Eluted with. By this operation, aldolase was eluted in a fraction of around 66 ml.

(5)陰イオン交換クロマトグラフィー:Mono Q HR5/5
得られた画分を0.45μmのフィルターで濾過した。ここで得られた濾液を、バッファーAで平衡化された陰イオン交換クロマトグラフィーカラムMono−Q HR 5/5(ファルマシア社製)に供した。この操作により、アルドラーゼは担体に吸着した。バッファーAにより非吸着タンパク質を洗い流した後、KCl濃度を直線的に0 mMから700mMへ変化させてタンパク質の溶出をおこなった(Total 24ml)。各溶出画分についてアルドラーゼ活性を測定し、KCl濃度が約0.4Mの溶出位置にアルドラーゼ活性が認められた。
(5) Anion exchange chromatography: Mono Q HR 5/5
The obtained fraction was filtered through a 0.45 μm filter. The filtrate obtained here was applied to an anion exchange chromatography column Mono-Q HR 5/5 (manufactured by Pharmacia) equilibrated with buffer A. By this operation, aldolase was adsorbed on the carrier. After washing away non-adsorbed protein with buffer A, protein elution was performed by linearly changing the KCl concentration from 0 mM to 700 mM (Total 24 ml). The aldolase activity was measured for each elution fraction, and the aldolase activity was observed at the elution position where the KCl concentration was about 0.4M.

以上のカラムクロマト操作により精製した画分をSDS−PAGEに供したところ、約30kDaに相当する位置にCBB染色で単一なバンドとして検出された。取得した組み換えSpALD溶液はバッファーAに対して4℃で一晩透析した。上記の操作により、452U/mlのSpALD溶液を1.5ml取得した。   When the fraction purified by the above column chromatographic operation was subjected to SDS-PAGE, it was detected as a single band by CBB staining at a position corresponding to about 30 kDa. The obtained recombinant SpALD solution was dialyzed against buffer A at 4 ° C. overnight. By the above operation, 1.5 ml of 452 U / ml SpALD solution was obtained.

実施例7 SpALDを用いたインドール−3−ピルビン酸とピルビン酸からの4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸(IHOG)の合成
実施例6にて作製したSpALDを酵素源として用いて、インドール−3−ピルビン酸とピルビン酸からの4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸(IHOG)の合成を実施した。100mM Hepes−KOH(pH8.5)、300mM インドール−3−ピルビン酸、750mM ピルビン酸、1mM MgCl2からなる反応液にSpALDを7.9mg/mlとなるように添加し、37℃で3分間反応させた。酵素反応液を適宜希釈してHPLC分析に供し、生成したIHOGを定量した。その結果、該アルドラーゼによるIHOG生成を確認した。当該条件でのIHOG合成反応初速度は、451U/mgと見積もられた。
Example 7 Synthesis of 4- (indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutarate (IHOG) from indole-3-pyruvic acid and pyruvic acid using SpALD SpALD produced in Example 6 was prepared. Using as an enzyme source, synthesis of 4- (indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutarate (IHOG) from indole-3-pyruvic acid and pyruvic acid was performed. SpALD was added to a reaction solution consisting of 100 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 300 mM indole-3-pyruvic acid, 750 mM pyruvic acid, and 1 mM MgCl 2 to a concentration of 7.9 mg / ml, and reacted at 37 ° C. for 3 minutes. I let you. The enzyme reaction solution was appropriately diluted and subjected to HPLC analysis, and the generated IHOG was quantified. As a result, IHOG production by the aldolase was confirmed. The initial rate of IHOG synthesis reaction under these conditions was estimated to be 451 U / mg.

実施例8 SpALDの酵素学的諸性質
実施例6で調製したSpALDを用いて、以下に掲げる項目について検討した。
基本測定条件:50mM Hepes−KOH(pH8.5)、2mM PHOG、5mM MgCl2、16U/ml Lactate dehydrogenase、30℃にて340nmの吸光度の減少を測定。
Example 8 Various enzymatic properties of SpALD Using SpALD prepared in Example 6, the following items were examined.
Basic measurement conditions: 50 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 2 mM PHOG, 5 mM MgCl 2 , 16 U / ml lactate dehydrogenase, 340 nm absorbance decrease measured at 30 ° C.

(1)PHOGを基質とした速度論定数
図3示す結果から、Vmax(for PHOG)=979μmol/min/mg、Km(for PHOG)=0.60mM、Km(for MgCl2)=0.034mMとそれぞれ決定した。また、KPB添加によるアルドラーゼ活性の上昇は認められなかった。
(1) Kinetic constant using PHOG as a substrate From the results shown in FIG. 3, Vmax (for PHOG) = 979 μmol / min / mg, Km (for PHOG) = 0.60 mM, Km (for MgCl 2 ) = 0.034 mM Each was decided. Further, no increase in aldolase activity due to the addition of KPB was observed.

(2)pH安定性
pH3〜10の範囲におけるpH安定性を測定した。測定に用いた緩衝液は以下の通り。クエン酸ナトリウムバッファー(pH3, 4, 4.5)、酢酸ナトリウムバッファー(pH4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5)、リン酸カリウムバッファー(pH6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5)、Hepes−KOHバッファー(pH7.5, 8, 8.5, 9, 9.5)、CAPS−NAOHバッファー(pH9, 9.5, 10)。SpALDを100 mMのそれぞれの緩衝溶液中で37℃で30分間インキュベートした残存活性を基本測定条件にて測定した。結果を図4に示す。
(2) pH stability The pH stability in the range of pH 3-10 was measured. The buffer solution used for the measurement is as follows. Sodium citrate buffer (pH 3, 4, 4.5), sodium acetate buffer (pH 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5), potassium phosphate buffer (pH 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5), Hepes-KOH buffer (pH 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5), CAPS-NAOH buffer (pH 9, 9.5, 10). Residual activity of SpALD incubated in a buffer solution of 100 mM at 37 ° C. for 30 minutes was measured under basic measurement conditions. The results are shown in FIG.

(3)温度安定性
25℃〜70℃にて100mM リン酸カリウムバッファー(pH7.0)及び100mM Hepes−KOHバッファー(pH8.5)中でSpALDを30分間インキュベートした後、残存活性を基本測定条件にて測定した。結果を図5に示す。
(4)至適pH
30℃におけるPHOG分解活性を比色法で測定した(図6)。結果、PHOGアルドール分解反応の至適pHはpH7.5付近であることが明らかとなった。
また、300mM IPAと750mM ピルビン酸を基質としたIHOG合成活性をそれぞれのpHで測定した(反応条件:100mM Hepes−KOH(pH8.5),300mM IPA,750mM PA,1mM MgCl2,37℃,16h)。酵素添加区のIHOG生成量から酵素無添加区のIHOG生成量を差し引いた値を図7に示す。結果、SpALDによるIHOGアルドール縮合の至適pHはpH8.0付近であることが明らかとなった。
(3) Temperature stability After incubation of SpALD for 30 minutes in 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) and 100 mM Hepes-KOH buffer (pH 8.5) at 25 ° C. to 70 ° C., the residual activity was measured under basic measurement conditions. Measured with The results are shown in FIG.
(4) Optimum pH
The PHOG decomposition activity at 30 ° C. was measured by a colorimetric method (FIG. 6). As a result, it was revealed that the optimum pH for the PHOG aldol decomposition reaction was around pH 7.5.
Further, IHOG synthesis activity using 300 mM IPA and 750 mM pyruvate as substrates was measured at each pH (reaction conditions: 100 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 300 mM IPA, 750 mM PA, 1 mM MgCl 2 , 37 ° C., 16 h). ). FIG. 7 shows a value obtained by subtracting the IHOG production amount in the enzyme-free group from the IHOG production amount in the enzyme-added group. As a result, it was revealed that the optimum pH for the IHOG aldol condensation by SpALD is around pH 8.0.

実施例9 SpALDによるIHOG合成
LB−amp平板培地で37℃、16時間培養したE.coli JM109/ptrpSpALD菌体を一白金耳かきとり、50mlのLB−amp培地を含む500ml容フラスコ12本に接種し、37℃で16時間振とう培養した。得られた培養液から遠心分離により集菌し、バッファーA(20mM Hepes−KOH,pH7.6)に懸濁して洗浄した後、再度遠心分離にて集菌した。遠心分離にて調製した菌体(湿菌体重量で約3g)を、以下の組成の反応液300mlに懸濁した。
IHOG合成反応溶液:50mM Hepes−KOH(pH8.5),300mM インドールピルビン酸,750mM ピルビン酸ナトリウム,1mM MgCl2、5mM リン酸カリウム緩衝液(pH8.5),(6N KOHにてpH8.5に調整)
菌体を懸濁した反応液にアルゴンガスを通気し、以後、アルゴンガス雰囲気下で反応を実施した。反応は37℃で攪拌しながら、20時間行った。反応終了後、遠心分離により除菌してアルドール反応液300mlを得た。
Example 9 IHOG synthesis by SpALD Cultured at 37 ° C. for 16 hours in LB-amp plate medium. E. coli JM109 / ptrpSpALD cells were scraped from one platinum loop, inoculated into 12 500 ml flasks containing 50 ml of LB-amp medium, and cultured with shaking at 37 ° C. for 16 hours. Bacteria were collected from the obtained culture broth by centrifugation, suspended in buffer A (20 mM Hepes-KOH, pH 7.6), washed, and collected again by centrifugation. Bacterial cells prepared by centrifugation (wet cell weight of about 3 g) were suspended in 300 ml of a reaction solution having the following composition.
IHOG synthesis reaction solution: 50 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 300 mM indole pyruvate, 750 mM sodium pyruvate, 1 mM MgCl 2 , 5 mM potassium phosphate buffer (pH 8.5), (pH adjusted to 8.5 with 6N KOH) Adjustment)
Argon gas was bubbled through the reaction solution in which the cells were suspended, and the reaction was carried out in an argon gas atmosphere thereafter. The reaction was carried out for 20 hours while stirring at 37 ° C. After completion of the reaction, the cells were sterilized by centrifugation to obtain 300 ml of an aldol reaction solution.

実施例10 アルドール反応液のオキシム化及び4R−IHOG−oximeの単離
実施例9で取得したアルドール反応液に、8N水酸化ナトリウム水溶液にてpH値を9に保ちながら、ヒドロキシルアミン塩酸塩18.8g(270mmol)を加え、25℃にて3時間10℃にて一晩攪拌した。得られた反応液中のIHOG−oxime量をHPLC分析にて定量した。その結果、反応液中に25mmolの4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸(IHOG−oxime)が生成した。4位の不斉について分析を行ったところ、4R−IHOG−oximeが21.4mmol、4S−IHOG−oximeが3.6mmol生成しており、光学純度71.3%e.e.で4R体が優先的に生成していることを確認した。
Example 10 Oxidation of Aldol Reaction Solution and Isolation of 4R-IHOG-Oxime Hydroxylamine hydrochloride was added to the aldol reaction solution obtained in Example 9 while maintaining the pH value at 9 with 8N aqueous sodium hydroxide solution. 8 g (270 mmol) was added, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 3 hours and 10 ° C. overnight. The amount of IHOG-oxime in the obtained reaction solution was quantified by HPLC analysis. As a result, 25 mmol of 4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid (IHOG-oxime) was produced in the reaction solution. When the 4th-position asymmetry was analyzed, 4R-IHOG-oxime produced 21.4 mmol, 4S-IHOG-oxime produced 3.6 mmol, and optical purity 71.3% e.e. e. Thus, it was confirmed that the 4R body was preferentially generated.

濃塩酸を用いて得られた反応液のpH値を2にし、有機物を酢酸エチルで抽出した。有機層を濃縮して残渣を得た。残渣に28%アンモニア水12ml及び水25mlを添加し、2−プロパノール138mlを加えて結晶化を行い、4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸の2アンモニウム塩9.76g(湿重量)を結晶として得た。得られた結晶を60mlの水に溶解させた後に、50℃にて2−プロパノール50mlを加え、さらに50℃にて2−プロパノール150mlを3時間かけて滴下した。得られた結晶をろ過し減圧乾燥することによって5.38g(15.8mmol)のIHOG−oxime・2アンモニウム塩を得た。得られた結晶の4位の不斉について分析を行ったところ、4R体としての光学純度99.0%e.e.であり、高純度の4R−IHOG−oxime・アンモニウム塩を2−プロパノールからの晶析により単離・取得することができた。   The pH value of the reaction solution obtained using concentrated hydrochloric acid was adjusted to 2, and the organic matter was extracted with ethyl acetate. The organic layer was concentrated to give a residue. 12 ml of 28% aqueous ammonia and 25 ml of water are added to the residue, 138 ml of 2-propanol is added for crystallization, and the diammonium salt of 4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid 9.76 g (wet weight) was obtained as crystals. After dissolving the obtained crystals in 60 ml of water, 50 ml of 2-propanol was added at 50 ° C., and 150 ml of 2-propanol was further added dropwise at 50 ° C. over 3 hours. The obtained crystals were filtered and dried under reduced pressure to obtain 5.38 g (15.8 mmol) of IHOG-oxime · 2 ammonium salt. When the asymmetry at the 4-position of the obtained crystal was analyzed, the optical purity as a 4R form was 99.0% e.e. e. The high purity 4R-IHOG-oxime ammonium salt was isolated and obtained by crystallization from 2-propanol.

実施例11 4R−IHOG−oximeの化学的還元による4R−モナティンの生成
実施例10で得た(4R)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸のアンモニウム塩5.38g(15.8mmol)を28%アンモニア水60mlに溶解し、5%ロジウム炭素(50%含水品)2.84gを加えて室温にて1MPaの水素圧で反応を行った。17時間後に触媒を濾過し(0.2ミクロンフィルター)、その濾過液に炭酸カリウム1.04g(7.5mmol)を溶解した。その溶解液を濃縮し、得られた濃縮物15.4gにエタノール20mlを加え25℃で撹拌し、更にエタノール30mlを3時間かけて滴下した後、25℃で17時間攪拌した。
Example 11 Formation of 4R-monatin by chemical reduction of 4R-IHOG-oxime Ammonium of (4R) -4-hydroxy-4- (3 -indolylmethyl ) -2-hydroxyiminoglutaric acid obtained in Example 10 5.38 g (15.8 mmol) of the salt was dissolved in 60 ml of 28% aqueous ammonia, 2.84 g of 5% rhodium carbon (50% water-containing product) was added, and the reaction was performed at room temperature with a hydrogen pressure of 1 MPa. After 17 hours, the catalyst was filtered (0.2 micron filter), and 1.04 g (7.5 mmol) of potassium carbonate was dissolved in the filtrate. The solution was concentrated, 20 ml of ethanol was added to 15.4 g of the resulting concentrate, and the mixture was stirred at 25 ° C., 30 ml of ethanol was added dropwise over 3 hours, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 17 hours.

得られた湿結晶2.93gを水4mlに溶解し、35℃にてエタノール8mlを添加した後、更に35℃にてエタノール17mlを3時間かけて滴下した。このエタノール溶液を10℃まで4時間かけて冷却した後、10℃で1時間攪拌した。得られた湿結晶2.30gを減圧乾燥し、目的とする(2R,4R)−モナティンのK塩1.99gを得た。得られたモナティンは光学純度99.6%d.e.であった。
1HNMR(400MHz,D2O)δ:2.06(dd,J=11.8,15.3Hz,1H),2.67(dd,J=2.0,15.2Hz,1H),3.08(d,J=14.4Hz,1H),3.28(d,J=14.4Hz,1H),3.63(dd,J=2.2,12.2Hz,1H),7.12−7.16(m,1H),7.20−7.24(m,2H),7.48−7.49(m,1H),7.71−7.73(m,1H)。
ESI−MS 計算値 C141625=292.29,分析値291.28[M−H]-
2.93 g of the obtained wet crystals were dissolved in 4 ml of water, 8 ml of ethanol was added at 35 ° C., and 17 ml of ethanol was further added dropwise at 35 ° C. over 3 hours. The ethanol solution was cooled to 10 ° C. over 4 hours and then stirred at 10 ° C. for 1 hour. 2.30 g of the obtained wet crystals were dried under reduced pressure to obtain 1.99 g of the desired (2R, 4R) -monatin K salt. The resulting monatin has an optical purity of 99.6% d. e. Met.
1 HNMR (400 MHz, D 2 O) δ: 2.06 (dd, J = 11.8, 15.3 Hz, 1H), 2.67 (dd, J = 2.0, 15.2 Hz, 1H), 3 .08 (d, J = 14.4 Hz, 1H), 3.28 (d, J = 14.4 Hz, 1H), 3.63 (dd, J = 2.2, 12.2 Hz, 1H), 7. 12-7.16 (m, 1H), 7.20-7.24 (m, 2H), 7.48-7.49 (m, 1H), 7.71-7.73 (m, 1H).
ESI-MS calculated value C 14 H 16 N 2 O 5 = 292.29, analysis value 291.28 [M−H]

実施例12 SpALDによるIHOG合成の改良
LB−amp平板培地で37℃、16時間培養したE.coli JM109/ptrpSpALD菌体を一白金耳かきとり、50mlのLB−amp培地を含む500ml容フラスコ12本に接種し、37℃で16時間振とう培養した。得られた培養液から遠心分離により集菌し、バッファーA(20mM Hepes−KOH,pH7.6)に懸濁して洗浄した後、再度遠心分離にて集菌した。遠心分離にて調製した菌体(湿菌体重量で約3g)を、以下の組成の反応液300mlに懸濁した。
IHOG合成反応溶液:50mM リン酸バッファー(pH8.7),300mM インドールピルビン酸,600mM ピルビン酸ナトリウム,0.1mM MgCl2(6N KOHにてpH8.5に調整)
菌体を懸濁した反応液にアルゴンガスを通気し、以後、アルゴンガス雰囲気下で反応を実施した。反応は37℃で攪拌しながら、20時間行った。反応終了後、遠心分離により除菌してアルドール反応液300mlを得た。得られた反応液を実施例10と同様にオキシム化した後にHPLCにて生成IHOGを定量した。その結果、63.6mMの4R−IHOGが光学純度92.2%e.e.で生成しており、SpALDの反応条件の改善により4R選択性を向上せしめることが出来た。
Example 12 Improved IHOG synthesis by SpALD E. coli cultured for 16 hours at 37 ° C. in LB-amp plate medium. E. coli JM109 / ptrpSpALD cells were scraped from one platinum loop, inoculated into 12 500 ml flasks containing 50 ml of LB-amp medium, and cultured with shaking at 37 ° C. for 16 hours. Bacteria were collected from the obtained culture broth by centrifugation, suspended in buffer A (20 mM Hepes-KOH, pH 7.6), washed, and collected again by centrifugation. Bacterial cells prepared by centrifugation (wet cell weight of about 3 g) were suspended in 300 ml of a reaction solution having the following composition.
IHOG synthesis reaction solution: 50 mM phosphate buffer (pH 8.7), 300 mM indole pyruvate, 600 mM sodium pyruvate, 0.1 mM MgCl 2 (adjusted to pH 8.5 with 6N KOH)
Argon gas was bubbled through the reaction solution in which the cells were suspended, and the reaction was carried out in an argon gas atmosphere thereafter. The reaction was carried out for 20 hours while stirring at 37 ° C. After completion of the reaction, the cells were sterilized by centrifugation to obtain 300 ml of an aldol reaction solution. The resulting reaction solution was oximed in the same manner as in Example 10, and the generated IHOG was quantified by HPLC. As a result, 63.6 mM 4R-IHOG had an optical purity of 92.2% e.e. e. The 4R selectivity could be improved by improving the reaction conditions of SpALD.

実施例13 C24株(Burkholderia sp. AJ110371株)からのアルドラーゼ遺伝子(buald)のクローニングおよびE.coliでの大量発現
実施例1にて採取し、4R−IHOG aldolase活性を見出した集積菌のうち、C24株から4R−IHOG aldolase(以下BuALD)をコードする遺伝子を取得した。また、ptrp4にbuald遺伝子を連結し、E.coli JM109で大量発現せしめた。
Example 13 Cloning of aldolase gene (buald) from C24 strain (Burkholderia sp. AJ110371 strain) Mass gene expression in E. coli Collected in Example 1, among the accumulated bacteria that found 4R-IHOG aldolase activity, a gene encoding 4R-IHOG aldolase (hereinafter BuALD) was obtained from the C24 strain. In addition, the bald gene is ligated to ptrp4. The gene was expressed in large quantities in E. coli JM109.

(1)染色体DNAの調製
C24株(Burkholderia sp. AJ110371株)を50mlのCM2G培地を用いて30℃で一晩培養した(前培養)。この培養液5mlを種菌として、50mlのブイヨン培地を用いて本培養を行った。対数増殖後期まで培養した後、培養液50mlを遠心分離操作(12,000xg、4℃、15分間)に供し、集菌した。この菌体を用いて定法に従って染色体DNAを調製した。
(1) Preparation of Chromosomal DNA C24 strain (Burkholderia sp. AJ110371 strain) was cultured overnight at 30 ° C. using 50 ml of CM2G medium (preculture). Using 5 ml of this culture as an inoculum, main culture was performed using 50 ml of bouillon medium. After culturing until the late stage of logarithmic growth, 50 ml of the culture solution was subjected to centrifugation (12,000 × g, 4 ° C., 15 minutes) to collect the cells. Using these cells, chromosomal DNA was prepared according to a conventional method.

(2)サザン解析・コロニーハイブリダイゼーションによるbuald遺伝子の取得
SpALD遺伝子の全長をコードするDNA断片をプローブとして用いて、サザン解析及びコロニーハイブリダイゼーションによってbuald遺伝子の取得を行った。表9に示すプライマー(配列番号10及び11)を用いてC77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)の染色体DNAよりspald遺伝子全長をPCRによって増幅した。増幅した断片を用いたDNAプローブの作製はDIG High Prime(ロシュダイアグノスティック社製)を使用して、説明書通りに37℃でO/Nインキュベートしてプローブの標識を行った。サザン解析は、C24株から調製した染色体DNA 1μgを各種制限酵素で完全に消化し、0.8%アガロースゲルで電気泳動したのちに、ナイロンメンブレンにブロッティングし、以下マニュアルに従って行った。ハイブリダイゼーションはDIG Easy Hyb(ロシュダイアグノスティック社製)を用いて行い、50℃で1時間プレハイブリダイゼーションを行った後にプローブを添加して、O/Nでハイブリダイゼーションさせた。バンドの検出はDIG Nucleotide Detection Kitを用いて行った。その結果、該PCR断片をプローブとして強くハイブリダイゼーションする約2.3 kbpのPstI/SmaI断片を検出した。次に、このPstI/SmaI断片をコロニーハイブリダイゼーションにて取得した。染色体DNA 20μgをPstI/SmaIで処理後アガロースゲル電気泳動に供し約2.3kbpの大きさの断片を回収した。これをpUC18に連結し、E.coli JM109にてライブラリーを作製した。コロニーをナイロンメンブレンフィルター(Hybond−N、アマシャム社製)にうつし、アルカリ変性、中和、固定化の処理を行った。ハイブリダイゼーションはDIG Easy Hybを用いて行った。フィルターをバッファー中に浸し、42℃で1時間プレハイブリダイゼーションを行った。その後、作成した標識プローブを添加し、42℃で16時間ハイブリダイゼーションを行った。SSCでの洗浄後、プローブとハイブリダイズするコロニーの検出をDIG Nucleotide Detection Kit(ロシュダイアグノスティック社製)を用いて行った。その結果、プローブと強くハイブリダイゼーションするクローンを取得した。
取得したクローンより回収したプラスミドDNAの塩基配列を決定したところ、配列番号14に記載の塩基配列を有することが明らかになり、目的とするbuald遺伝子の全長を取得した。
(2) Acquisition of bald gene by Southern analysis / colony hybridization Using the DNA fragment encoding the full length of SpALD gene as a probe, the bald gene was acquired by Southern analysis and colony hybridization. Using the primers shown in Table 9 (SEQ ID NOs: 10 and 11), the full length of the spald gene was amplified by PCR from the chromosomal DNA of the C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329 strain). A DNA probe using the amplified fragment was labeled with a DIG High Prime (Roche Diagnostics) by incubating at 37 ° C. according to the instructions at O / N. Southern analysis was performed by digesting 1 μg of chromosomal DNA prepared from C24 strain completely with various restriction enzymes, electrophoresis on 0.8% agarose gel, blotting on nylon membrane, and following the manual below. Hybridization was performed using DIG Easy Hyb (Roche Diagnostics), prehybridization was performed at 50 ° C. for 1 hour, a probe was added, and hybridization was performed with O / N. Band detection was performed using the DIG Nucleotide Detection Kit. As a result, a PstI / SmaI fragment of about 2.3 kbp that was strongly hybridized using the PCR fragment as a probe was detected. Next, this PstI / SmaI fragment was obtained by colony hybridization. 20 μg of chromosomal DNA was treated with PstI / SmaI and then subjected to agarose gel electrophoresis, and a fragment having a size of about 2.3 kbp was recovered. This is linked to pUC18. A library was prepared using E. coli JM109. The colony was transferred to a nylon membrane filter (Hybond-N, Amersham) and subjected to alkali denaturation, neutralization, and immobilization. Hybridization was performed using DIG Easy Hyb. The filter was immersed in a buffer and prehybridization was performed at 42 ° C. for 1 hour. Thereafter, the prepared labeled probe was added, and hybridization was performed at 42 ° C. for 16 hours. After washing with SSC, colonies that hybridized with the probe were detected using DIG Nucleotide Detection Kit (Roche Diagnostics). As a result, a clone that strongly hybridized with the probe was obtained.
When the base sequence of plasmid DNA recovered from the obtained clone was determined, it was revealed that it had the base sequence described in SEQ ID NO: 14, and the full length of the target bald gene was obtained.

(3)アルドラーゼ遺伝子発現プラスミドptrpBuALDの構築とE.coliでの発現
表10に示すプライマー(配列番号19及び20)を用いてC24株(Burkholderia sp. AJ110371株)の染色体DNAより増幅した断片をNdeI/PstI消化し、pTrp4のNdeI/PstIサイトに挿入したプラスミドptrpBuALDを構築した。このプラスミドは配列番号14に記載の塩基配列のうち531番目のATGを翻訳開始コドンとして1385番目まで翻訳することにより得られる、配列番号15記載のアミノ酸配列からなるアルドラーゼ遺伝子を発現する。
(3) Construction of aldolase gene expression plasmid ptrpBuALD and E. coli. Expression in E. coli Using the primers shown in Table 10 (SEQ ID NOs: 19 and 20), the fragment amplified from the chromosomal DNA of C24 strain (Burkholderia sp. AJ110371) was digested with NdeI / PstI and inserted into the NdeI / PstI site of pTrp4 The constructed plasmid ptrpBuALD was constructed. This plasmid expresses an aldolase gene consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 15, which is obtained by translating the 531st ATG of the nucleotide sequence described in SEQ ID NO: 14 to the 1385th position as a translation initiation codon.

Figure 2006204285
Figure 2006204285

構築した発現プラスミドをE.coli JM109に導入し、形質転換体を100μg/mlアンピシリンを含むLB培地50mlに1白金耳接種し、37℃で16時間振盪させた。培養終了後、得られた培養液1mlを集菌、洗浄し、1mlの20mM Hepes−KOH(pH7.6)に懸濁し、超音波破砕にて菌体を破砕した。破砕液を15000rpmで10分間遠心分離した上清を粗酵素液とした。
該粗酵素液を用いてアルドラーゼ活性を測定した。アルドラーゼ活性測定は、PHOGを基質としたアルドール分解活性を以下の条件で測定した。
反応条件:50mM Hepes−KOH(pH8.5)、2mM PHOG、0.25mM NADH、0.2mM KPi、1mM MgCl2、16U/ml lactate dehydrogenase、3μl酵素/600μl反応液、30℃、340nmの吸光度を測定
測定した結果、pTrp4を導入したE.coli(コントロール)においてはアルドラーゼ活性は検出されなかったのに対して、ptrpBuALD導入株においては231U/mgproteinのアルドラーゼ活性が検出された。これにより、BuALD高発現プラスミドの構築と併せて、確かに目的とするアルドラーゼをクローニングしたことも確認できた。
The constructed expression plasmid was transformed into E. coli. After introduction into E. coli JM109, one platinum loop was inoculated into 50 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin and shaken at 37 ° C. for 16 hours. After completion of the culture, 1 ml of the obtained culture solution was collected, washed, suspended in 1 ml of 20 mM Hepes-KOH (pH 7.6), and the cells were disrupted by ultrasonic disruption. The supernatant obtained by centrifuging the disrupted solution at 15000 rpm for 10 minutes was used as a crude enzyme solution.
Aldolase activity was measured using the crude enzyme solution. In the aldolase activity measurement, the aldol decomposition activity using PHOG as a substrate was measured under the following conditions.
Reaction conditions: 50 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 2 mM PHOG, 0.25 mM NADH, 0.2 mM KPi, 1 mM MgCl 2 , 16 U / ml lactate dehydrogenase, 3 μl enzyme / 600 μl reaction solution, 30 ° C., absorbance at 340 nm Measurement As a result of the measurement, E. coli introduced pTrp4. While no aldolase activity was detected in E. coli (control), 231 U / mg protein aldolase activity was detected in the ptrpBuALD-introduced strain. Thus, it was confirmed that the target aldolase was cloned together with the construction of the BuALD high expression plasmid.

実施例14 C24株(Burkholderia sp. AJ110371株)由来アルドラーゼの組み換え酵素の精製
C24株(Burkholderia sp. AJ110371株)由来アルドラーゼ(BuALD)を高発現させたE.coliの可溶性画分から組み換えBuALDの精製を以下の通り行った。アルドラーゼ活性測定は、PHOGを基質としたアルドール分解活性を以下の条件で測定した。
反応条件:50mM Hepes−KOH(pH8.5)、2mM PHOG、0.25mM NAD、1mM MgCl2、16U/ml lactate dehydrogenase、3μl酵素/600μl反応液、30℃、340nmの吸光度を測定
Example 14 Purification of recombinant enzyme of aldolase derived from C24 strain (Burkholderia sp. AJ110371) Aldolase (BuALD) derived from C24 strain (Burkholderia sp. AJ110371) was highly expressed. Recombinant BuALD was purified from the soluble fraction of E. coli as follows. In the aldolase activity measurement, the aldol decomposition activity using PHOG as a substrate was measured under the following conditions.
Reaction conditions: 50 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 2 mM PHOG, 0.25 mM NAD, 1 mM MgCl 2 , 16 U / ml lactate dehydrogenase, 3 μl enzyme / 600 μl reaction solution, 30 ° C., absorbance at 340 nm is measured

(1)可溶性画分の調製:
LB−amp平板培地で37℃、16時間培養したE.coli JM109/ptrpBuALD菌体を一白金耳かきとり、LB−amp培地50 mlを含む500 ml容フラスコ10本に接種し、37℃で16時間振とう培養した。得られた培養液から遠心分離により集菌し、バッファーA(20mM Hepes−KOH,pH7.6)に懸濁して洗浄した後、再度遠心分離にて集菌した。得られた洗浄菌体を20mlのバッファーAに懸濁し、4℃で30分間超音波破砕した。破砕液を遠心分離(x8000rpm、10分間×2回)により菌体残渣を除き、得られた上清を粗抽出画分とした。
(1) Preparation of soluble fraction:
E. coli cultured in LB-amp plate medium at 37 ° C. for 16 hours. E. coli JM109 / ptrpBuALD cells were scraped from one platinum loop, inoculated into 10 500 ml flasks containing 50 ml of LB-amp medium, and cultured with shaking at 37 ° C. for 16 hours. Bacteria were collected from the obtained culture broth by centrifugation, suspended in buffer A (20 mM Hepes-KOH, pH 7.6), washed, and collected again by centrifugation. The obtained washed cells were suspended in 20 ml of buffer A and sonicated at 4 ° C. for 30 minutes. The disrupted liquid was centrifuged (x8000 rpm, 10 minutes × twice) to remove cell residue, and the resulting supernatant was used as a crude extract fraction.

(2)陰イオン交換クロマトグラフィー:Q−Sepharose FF
上記の可溶性画分20mlをバッファーAで平衡化した陰イオン交換クロマトグラフィーカラムQ−Sepharose FF 26/10(ファルマシア社製、CV=20ml)に供して担体に吸着させた。担体に吸着しなかったタンパク質(非吸着タンパク質)をバッファーAを用いて洗い流した後、KCl濃度を0 Mから0.7Mまで直線的に変化させて(total 140ml)吸着したタンパク質の溶出を行った。各溶出画分についてPHOGアルドラーゼ活性を検出したところ、約0.35M相当の画分にPHOGアルドラーゼ活性のピークを検出した。
(2) Anion exchange chromatography: Q-Sepharose FF
The above soluble fraction (20 ml) was subjected to an anion exchange chromatography column Q-Sepharose FF 26/10 (Pharmacia, CV = 20 ml) equilibrated with buffer A and adsorbed onto a carrier. After washing away the protein not adsorbed on the carrier (non-adsorbed protein) with buffer A, the KCl concentration was linearly changed from 0 M to 0.7 M (total 140 ml), and the adsorbed protein was eluted. . When PHOG aldolase activity was detected for each eluted fraction, a peak of PHOG aldolase activity was detected in a fraction corresponding to about 0.35M.

(3)疎水性クロマトグラフィー :Phenyl Sepharose HP HR 16/10
アルドラーゼ活性が検出された溶液をバッファーB(20mM Hepes−KOH、1M硫酸アンモニウム、pH7.6)に対して4℃で一晩透析し0.45μmのフィルターで濾過した。得られた濾液を、バッファーBで平衡化した疎水性クロマトグラフィーカラムPhenyl Sepharose HP HR 16/10(ファルマシア社製)に供した。この操作によりアルドラーゼは担体に吸着した。
担体に吸着しなかった非吸着タンパク質をバッファーBを用いて洗い流した後、硫酸アンモニウム濃度を1Mから0Mまで直線的変化させてアルドラーゼを溶出させた。得られた各溶出画分についてアルドラーゼ活性を測定し、硫酸アンモニウム濃度がおよそ0.4〜0.5Mの溶出位置にアルドラーゼ活性が認められた。
(3) Hydrophobic chromatography: Phenyl Sepharose HP HR 16/10
The solution in which the aldolase activity was detected was dialyzed overnight at 4 ° C. against buffer B (20 mM Hepes-KOH, 1M ammonium sulfate, pH 7.6) and filtered through a 0.45 μm filter. The obtained filtrate was subjected to a hydrophobic chromatography column Phenyl Sepharose HP HR 16/10 (manufactured by Pharmacia) equilibrated with buffer B. By this operation, aldolase was adsorbed on the carrier.
After washing away non-adsorbed protein that was not adsorbed on the carrier with buffer B, the aldolase was eluted by linearly changing the ammonium sulfate concentration from 1M to 0M. The aldolase activity was measured for each of the obtained elution fractions, and the aldolase activity was observed at the elution position where the ammonium sulfate concentration was approximately 0.4 to 0.5M.

(4)ゲルろ過クロマトグラフィー:Sephadex 200 HP 16/60
アルドラーゼを含む画分をそれぞれ集めて、バッファーAに対して透析し、0.45μmのフィルターで濾過した。得られた濾液を、限外ろ過膜centriprep 10を用いて濃縮した。得られた濃縮液を、バッファーC(20mM Hepes−KOH,0.1M KCl,pH7.6)で平衡化されたゲルろ過Sephadex 200 HP 16/60(ファルマシア社製)に供し、1ml/minの流速で溶出した。この操作によりアルドラーゼは66ml付近の画分に溶出された。
(4) Gel filtration chromatography: Sephadex 200 HP 16/60
Each fraction containing aldolase was collected, dialyzed against buffer A, and filtered through a 0.45 μm filter. The obtained filtrate was concentrated using an ultrafiltration membrane centriprep 10. The obtained concentrated solution is subjected to gel filtration Sephadex 200 HP 16/60 (Pharmacia) equilibrated with buffer C (20 mM Hepes-KOH, 0.1 M KCl, pH 7.6), and a flow rate of 1 ml / min. Eluted with. By this operation, aldolase was eluted in a fraction of around 66 ml.

(5)陰イオン交換クロマトグラフィー:Mono Q HR5/5
得られた画分を0.45μmのフィルターで濾過した。ここで得られた濾液を、バッファーAで平衡化された陰イオン交換クロマトグラフィーカラム Mono−Q HR 5/5(ファルマシア社製)に供した。この操作により、アルドラーゼは担体に吸着した。バッファーAにより非吸着タンパク質を洗い流した後、KCl濃度を直線的に0 mMから700mMへ変化させてタンパク質の溶出をおこなった(Total 24ml)。各溶出画分についてアルドラーゼ活性を測定し、KCl濃度が約0.4Mの溶出位置にアルドラーゼ活性が認められた。
(5) Anion exchange chromatography: Mono Q HR 5/5
The obtained fraction was filtered through a 0.45 μm filter. The filtrate obtained here was applied to an anion exchange chromatography column Mono-Q HR 5/5 (Pharmacia) equilibrated with buffer A. By this operation, aldolase was adsorbed on the carrier. After washing away non-adsorbed protein with buffer A, protein elution was performed by linearly changing the KCl concentration from 0 mM to 700 mM (Total 24 ml). The aldolase activity was measured for each elution fraction, and the aldolase activity was observed at the elution position where the KCl concentration was about 0.4M.

以上のカラムクロマト操作により精製した画分をSDS−PAGEに供したところ、約30kDaに相当する位置にCBB染色で単一なバンドとして検出された。取得した組み換えBuALD溶液はバッファーAに対して4℃で一晩透析した。上記の操作により、1241U/mlのBuALD溶液を1.5ml取得した。   When the fraction purified by the above column chromatographic operation was subjected to SDS-PAGE, it was detected as a single band by CBB staining at a position corresponding to about 30 kDa. The obtained recombinant BuALD solution was dialyzed against buffer A at 4 ° C. overnight. By the above operation, 1.5 ml of 1241 U / ml BuALD solution was obtained.

実施例15 BuALDの酵素学的諸性質
実施例14で調製したBuALDを用いて、以下に掲げる項目について検討した。
基本測定条件:50mM Hepes−KOH(pH8.5)、2mM PHOG、5mM MgCl2、16U/ml Lactate dehydrogenase、30℃にて340nmの吸光度の減少を測定。
Example 15 Various enzymatic properties of BuALD Using BuALD prepared in Example 14, the following items were examined.
Basic measurement conditions: 50 mM Hepes-KOH (pH 8.5), 2 mM PHOG, 5 mM MgCl 2 , 16 U / ml lactate dehydrogenase, 340 nm absorbance decrease measured at 30 ° C.

(1)PHOGを基質とした速度論定数
図8−1および図8−2に示す結果から、Vmax(for PHOG)=483μmol/min/mg、Km(for PHOG)=0.66mM、Km(for MgCl2)=0.021mMとそれぞれ決定した。また、KPB添加によるアルドラーゼ活性の上昇は認められなかった。
(1) Kinetic constants using PHOG as a substrate From the results shown in FIGS. 8-1 and 8-2, Vmax (for PHOG) = 483 μmol / min / mg, Km (for PHOG) = 0.66 mM, Km (for MgCl 2 ) = 0.021 mM, respectively. Further, no increase in aldolase activity due to the addition of KPB was observed.

(2)pH安定性
pH3〜10の範囲におけるpH安定性を測定した。測定に用いた緩衝液は以下の通り。クエン酸ナトリウムバッファー(pH3, 4, 4.5)、酢酸ナトリウムバッファー(pH4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5)、リン酸カリウムバッファー(pH6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5)、Hepes−KOHバッファー(pH7.5, 8, 8.5, 9, 9.5)、CAPS−NaOHバッファー(pH9, 9.5, 10)。BuALDを100mMのそれぞれの緩衝溶液中で37℃で30分間インキュベートした残存活性を基本測定条件にて測定した。結果を図9に示す。
(2) pH stability The pH stability in the range of pH 3-10 was measured. The buffer solution used for the measurement is as follows. Sodium citrate buffer (pH 3, 4, 4.5), sodium acetate buffer (pH 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5), potassium phosphate buffer (pH 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5), Hepes-KOH buffer (pH 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5), CAPS-NaOH buffer (pH 9, 9.5, 10). Residual activity of BuALD incubated in each buffer solution of 100 mM at 37 ° C. for 30 minutes was measured under basic measurement conditions. The results are shown in FIG.

(3)温度安定性
25℃〜70℃にて100mM リン酸カリウムバッファー(pH7.0)及び100mM Hepes−KOHバッファー(pH8.5)中でBuALDを30分間インキュベートした後、残存活性を基本測定条件にて測定した。結果を図10に示す。
(3) Temperature stability After incubation of BuALD for 30 minutes in 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) and 100 mM Hepes-KOH buffer (pH 8.5) at 25 ° C. to 70 ° C., the residual activity was measured under basic measurement conditions. Measured with The results are shown in FIG.

実施例16 BuALDおよびSpALDによるIHOG合成とオキシム化
LB−amp平板培地で37℃、16時間培養したE.coli JM109/ptrpBuALDあるいはE.coli JM109/ptrpSpALD菌体を一白金耳かきとり、50mlのLB−amp培地を含む500ml容フラスコ4本にそれぞれ接種し、37℃で16時間振とう培養した。得られた培養液から遠心分離により集菌し、バッファーA(20mM Hepes−KOH,pH7.6)に懸濁して洗浄した後、再度遠心分離にて集菌した。遠心分離にて調製した菌体(湿菌体重量で約1g)を、以下の組成の反応液100mlに懸濁した。
IHOG合成反応溶液:50mM KPB(pH8.0),300mM インドールピルビン酸,600mM ピルビン酸ナトリウム,0.1mM MgCl2,(6N KOHにてpH8.0に調整)
菌体を懸濁した反応液にアルゴンガスを通気した後に、反応は37℃で攪拌しながら、18時間行った。反応終了後、遠心分離により除菌してアルドール反応液約100mlを得た。
取得したアルドール反応液約96mlに、6N水酸化ナトリウム水溶液にてpH値を9に保ちながら、ヒドロキシルアミン塩酸塩6.25g(90mmol)を加え、25℃にて6時間,10℃にて一晩攪拌した。得られた反応液中のIHOG−oxime量をHPLC分析にて定量した。その結果、(表11)BuALD区、SpALD区ともに、4R−IHOG−oximeが優先的に生成していた。
Example 16 IHOG synthesis by BuALD and SpALD and cultured in oximed LB-amp plate medium at 37 ° C. for 16 hours. E. coli JM109 / ptrpBuALD or E. coli. E. coli JM109 / ptrpSpALD cells were scraped off from one platinum loop, inoculated into 4 500 ml flasks containing 50 ml of LB-amp medium, and cultured with shaking at 37 ° C. for 16 hours. Bacteria were collected from the obtained culture broth by centrifugation, suspended in buffer A (20 mM Hepes-KOH, pH 7.6), washed, and collected again by centrifugation. The cells prepared by centrifugation (about 1 g in wet cell weight) were suspended in 100 ml of a reaction solution having the following composition.
IHOG synthesis reaction solution: 50 mM KPB (pH 8.0), 300 mM indole pyruvate, 600 mM sodium pyruvate, 0.1 mM MgCl 2 (adjusted to pH 8.0 with 6N KOH)
After argon gas was bubbled through the reaction solution in which the cells were suspended, the reaction was performed at 37 ° C. with stirring for 18 hours. After completion of the reaction, the cells were sterilized by centrifugation to obtain about 100 ml of an aldol reaction solution.
To approximately 96 ml of the obtained aldol reaction solution, 6.25 g (90 mmol) of hydroxylamine hydrochloride was added while maintaining the pH value at 9 with a 6N aqueous sodium hydroxide solution, and at 25 ° C. for 6 hours and at 10 ° C. overnight. Stir. The amount of IHOG-oxime in the obtained reaction solution was quantified by HPLC analysis. As a result, (Table 11) 4R-IHOG-oxime was preferentially generated in both the BuALD and SpALD sections.

Figure 2006204285
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実施例17 C43株(Sphingomonas sp. AJ110372株)からのアルドラーゼ遺伝子(SpALD2)のクローニングおよびE.coliでの大量発現
実施例1にて採取し、4R−IHOG aldolase活性を見出した集積菌のうち、Sphingomonas sp. C43株から4R−IHOG aldolase(以下SpALD2)をコードする遺伝子を取得した。また、ptrp4にspald2遺伝子を連結し、E.coli JM109で大量発現せしめた。
Example 17 Cloning of aldolase gene (SpALD2) from C43 strain (Sphingomonas sp. AJ110372 strain) Overexpression was collected in Example 1 in coli, among integrated bacteria found 4R-IHOG aldolase activity, Sphingomonas sp. A gene encoding 4R-IHOG aldolase (hereinafter referred to as SpALD2) was obtained from the C43 strain. In addition, the spad2 gene is linked to ptrp4, The gene was expressed in large quantities in E. coli JM109.

(1)染色体DNAの調製
C43株(Sphingomonas sp. AJ110372株)を50mlのCM2G培地を用いて30℃で一晩培養した(前培養)。この培養液5mlを種菌として、50mlのブイヨン培地を用いて本培養を行った。対数増殖後期まで培養した後、培養液50mlを遠心分離操作(12,000xg、4℃、15分間)に供し、集菌した。この菌体を用いて定法に従って染色体DNAを調製した。
(1) Preparation of Chromosomal DNA C43 strain (Sphingomonas sp. AJ110372 strain) was cultured overnight at 30 ° C. using 50 ml of CM2G medium (preculture). Using 5 ml of this culture as an inoculum, main culture was performed using 50 ml of bouillon medium. After culturing until the late stage of logarithmic growth, 50 ml of the culture solution was subjected to centrifugation (12,000 × g, 4 ° C., 15 minutes) to collect the cells. Using these cells, chromosomal DNA was prepared according to a conventional method.

(2)サザン解析・コロニーハイブリダイゼーションによるspald2遺伝子の取得
SpALD遺伝子の全長をコードするDNA断片をプローブとして用いて、サザン解析及びコロニーハイブリダイゼーションによってspald2遺伝子の取得を行った。表9に示すプライマー(配列番号10及び11)を用いてC77株(Sphingomonas sp. AJ110329株)の染色体DNAよりspald遺伝子全長をPCRによって増幅した。増幅した断片を用いたDNAプローブの作製はDIG High Prime(ロシュダイアグノスティック社製)を使用して、説明書通りに37℃でO/Nインキュベートしてプローブの標識を行った。サザン解析は、C43株から調製した染色体DNA 1μgを各種制限酵素で完全に消化し、0.8%アガロースゲルで電気泳動したのちに、ナイロンメンブレンにブロッティングし、以下マニュアルに従って行った。ハイブリダイゼーションはDIG Easy Hyb(ロシュダイアグノスティック社製)を用いて行い、50℃で1時間プレハイブリダイゼーションを行った後にプローブを添加して、O/Nでハイブリダイゼーションさせた。バンドの検出はDIG Nucleotide Detection Kitを用いて行った。その結果、該PCR断片をプローブとして強くハイブリダイゼーションする約3kbpのPstI断片を検出した。次に、このPstI断片をコロニーハイブリダイゼーションにて取得した。染色体DNA20μgをPstIで処理後アガロースゲル電気泳動に供し約3kbpの大きさの断片を回収した。これをpUC118に連結し、E.coli JM109にてライブラリーを作製した。コロニーをナイロンメンブレンフィルター(Hybond−N、アマシャム社製)にうつし、アルカリ変性、中和、固定化の処理を行った。ハイブリダイゼーションはDIG Easy Hybを用いて行った。フィルターをバッファー中に浸し、42℃で1時間プレハイブリダイゼーションを行った。その後、作成した標識プローブを添加し、42℃で16時間ハイブリダイゼーションを行った。SSCでの洗浄後、プローブとハイブリダイズするコロニーの検出をDIG Nucleotide Detection Kit(ロシュダイアグノスティック社製)を用いて行った。その結果、プローブと強くハイブリダイゼーションするクローンを取得した。
取得したクローンより回収したプラスミドDNAの塩基配列を決定したところ、配列番号12に記載の塩基配列を有することが明らかになり、目的とするspald2遺伝子の全長を取得した。
(2) Acquisition of the spald2 gene by Southern analysis / colony hybridization Using the DNA fragment encoding the full length of the SpALD gene as a probe, the spald2 gene was acquired by Southern analysis and colony hybridization. Using the primers shown in Table 9 (SEQ ID NOs: 10 and 11), the full length of the spald gene was amplified by PCR from the chromosomal DNA of the C77 strain (Sphingomonas sp. AJ110329 strain). A DNA probe using the amplified fragment was labeled with a DIG High Prime (Roche Diagnostics) by incubating at 37 ° C. according to the instructions at O / N. Southern analysis was performed by digesting 1 μg of chromosomal DNA prepared from C43 strain completely with various restriction enzymes, electrophoresis on 0.8% agarose gel, blotting on nylon membrane, and following the manual below. Hybridization was performed using DIG Easy Hyb (Roche Diagnostics), prehybridization was performed at 50 ° C. for 1 hour, a probe was added, and hybridization was performed with O / N. Band detection was performed using the DIG Nucleotide Detection Kit. As a result, an approximately 3 kbp PstI fragment that strongly hybridizes using the PCR fragment as a probe was detected. Next, this PstI fragment was obtained by colony hybridization. After treating 20 μg of chromosomal DNA with PstI, it was subjected to agarose gel electrophoresis, and a fragment having a size of about 3 kbp was recovered. This is linked to pUC118. A library was prepared using E. coli JM109. The colony was transferred to a nylon membrane filter (Hybond-N, Amersham) and subjected to alkali denaturation, neutralization, and immobilization. Hybridization was performed using DIG Easy Hyb. The filter was immersed in a buffer and prehybridization was performed at 42 ° C. for 1 hour. Thereafter, the prepared labeled probe was added, and hybridization was performed at 42 ° C. for 16 hours. After washing with SSC, colonies that hybridized with the probe were detected using DIG Nucleotide Detection Kit (Roche Diagnostics). As a result, a clone that strongly hybridized with the probe was obtained.
When the base sequence of the plasmid DNA recovered from the obtained clone was determined, it was revealed that it had the base sequence described in SEQ ID NO: 12, and the full length of the desired spald2 gene was obtained.

(3)アルドラーゼ遺伝子発現プラスミドpUCSpALD2の構築とE.coliでの発現
表12に示すプライマー(配列番号21及び22)を用いてSphingomonas sp. C43株の染色体DNAより増幅した断片をEcoRI/PstI消化し、pUC18のEcoRI/PstIサイトに挿入したプラスミドpUCSpALD2を構築した。このプラスミドは配列番号12に記載の塩基配列のうち399番目のATGを翻訳開始コドンとして1253番目まで翻訳することにより得られる、配列番号13記載のアミノ酸配列からなるアルドラーゼ遺伝子を発現する。
(3) Construction of aldolase gene expression plasmid pUCSpALD2 and E. coli. Expression in E. coli Using the primers shown in Table 12 (SEQ ID NOs: 21 and 22), Sphingomonas sp. A fragment amplified from the chromosomal DNA of the C43 strain was digested with EcoRI / PstI to construct plasmid pUCSpALD2 inserted into the EcoRI / PstI site of pUC18. This plasmid expresses an aldolase gene consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 13, which is obtained by translating the 399th ATG from the nucleotide sequence described in SEQ ID NO: 12 to the 1253rd using the translation start codon.

Figure 2006204285
Figure 2006204285

構築した発現プラスミドをE.coli JM109に導入し、形質転換体を100μg/mlアンピシリン、0.1mM Isopropyl−b−D−thiogalactopyranoside(IPTG)を含むLB培地50mlに1白金耳接種し、30℃で16時間振盪させた。培養終了後、得られた培養液1mlを集菌、洗浄し、1mlの20mM Hepes−KOH(pH7.6)に懸濁し、超音波破砕にて菌体を破砕した。破砕液を15000rpmで10分間遠心分離した上清を粗酵素液とした。   The constructed expression plasmid was transformed into E. coli. E. coli JM109 was introduced, and one transformant was inoculated into 50 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin and 0.1 mM Isopropyl-b-D-thiogalactopyroside (IPTG) and shaken at 30 ° C. for 16 hours. After completion of the culture, 1 ml of the obtained culture solution was collected, washed, suspended in 1 ml of 20 mM Hepes-KOH (pH 7.6), and the cells were disrupted by ultrasonic disruption. The supernatant obtained by centrifuging the disrupted solution at 15000 rpm for 10 minutes was used as a crude enzyme solution.

該粗酵素液を用いてアルドラーゼ活性を測定した。アルドラーゼ活性測定は、PHOGを基質としたアルドール分解活性を以下の条件で測定した。
反応条件: Hepes−KOH(pH8.5)、2mM PHOG、0.25mM NADH、1mM MgCl2、16U/ml lactate dehydrogenase、 3μl酵素/600μl反応液、30℃、340nmの吸光度を測定
測定した結果、pUC18を導入したE.coli(コントロール)からはアルドラーゼ活性が検出されなかったのに対して、pUCSpALD2導入株においては0.68U/mg proteinのアルドラーゼ活性が検出された。これにより、SpALD2高発現プラスミドの構築と併せて、確かに目的とするアルドラーゼをクローニングしたことも確認できた。
Aldolase activity was measured using the crude enzyme solution. In the aldolase activity measurement, the aldol decomposition activity using PHOG as a substrate was measured under the following conditions.
Reaction conditions: Hepes-KOH (pH 8.5), 2 mM PHOG, 0.25 mM NADH, 1 mM MgCl 2 , 16 U / ml lactate dehydrogenase, 3 μl enzyme / 600 μl reaction solution, 30 ° C., absorbance at 340 nm was measured. As a result, pUC18 E. was introduced. While no aldolase activity was detected from E. coli (control), an aldolase activity of 0.68 U / mg protein was detected in the pUCSpALD2-introduced strain. Thereby, it was confirmed that the target aldolase was certainly cloned together with the construction of the SpALD2 high expression plasmid.

実施例18 SpALD2によるIHOGおよびIHOG−oxime合成
LB−amp平板培地で30℃、16時間培養したE.coli JM109/pUCSpALD2菌体を一白金耳かきとり、100μg/mlアンピシリン、0.1mM IPTGを含むLB培地50ml培地を含む500ml容フラスコ4本にそれぞれ接種し、34℃で16時間振とう培養した。得られた培養液から遠心分離により集菌し、バッファーA(20mM Hepes−KOH,pH7.6)に懸濁して洗浄した後、再度遠心分離にて集菌した。遠心分離にて調製した菌体(湿菌体重量で約1g)を、以下の組成の反応液100mlに懸濁した。
IHOG合成反応溶液:50mM KPB(pH8.0),300mM インドールピルビン酸,600mM ピルビン酸ナトリウム,0.1mM MgCl2,(6N KOHにてpH8.0に調整)
菌体を懸濁した反応液にアルゴンガスを通気した後に、反応は37℃で攪拌しながら、18時間行った。反応終了後、遠心分離により除菌してアルドール反応液約100mlを得た。
取得したアルドール反応液約96mlに、50%ヒドロキシルアミン水溶液5.95ml(90mmol)を加え、25℃にて6時間,10℃にて一晩攪拌した。得られた反応液中のIHOG−oxime量をHPLC分析にて定量した。その結果、4R−IHOG−oximeが3.84mmol、4S−IHOG−oximeが0.15mmol生成しており、光学純度92.4%e.e.で4R体が優先的に生成していることを確認した。
Example 18 Synthesis of IHOG and IHOG-oxime by SpALD2 Cultured at 30 ° C. for 16 hours in an LB-amp plate medium. E. coli JM109 / pUCSpALD2 cells were scraped off from one platinum ear and inoculated into 4 500 ml flasks each containing 50 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin and 0.1 mM IPTG, and cultured with shaking at 34 ° C. for 16 hours. Bacteria were collected from the obtained culture broth by centrifugation, suspended in buffer A (20 mM Hepes-KOH, pH 7.6), washed, and collected again by centrifugation. The cells prepared by centrifugation (about 1 g in wet cell weight) were suspended in 100 ml of a reaction solution having the following composition.
IHOG synthesis reaction solution: 50 mM KPB (pH 8.0), 300 mM indole pyruvate, 600 mM sodium pyruvate, 0.1 mM MgCl 2 (adjusted to pH 8.0 with 6N KOH)
After argon gas was bubbled through the reaction solution in which the cells were suspended, the reaction was performed at 37 ° C. with stirring for 18 hours. After completion of the reaction, the cells were sterilized by centrifugation to obtain about 100 ml of an aldol reaction solution.
To about 96 ml of the obtained aldol reaction solution, 5.95 ml (90 mmol) of 50% aqueous hydroxylamine solution was added and stirred at 25 ° C. for 6 hours and at 10 ° C. overnight. The amount of IHOG-oxime in the obtained reaction solution was quantified by HPLC analysis. As a result, 4R-IHOG-oxime produced 3.84 mmol, and 4S-IHOG-oxime produced 0.15 mmol, with an optical purity of 92.4% e.e. e. Thus, it was confirmed that the 4R body was preferentially generated.

参考例1 4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ケトグルタル酸(IHOG)の合成
水酸化カリウム18.91g(286.5mmol、含量85重量%)を溶解した水64.45mlに、インドール−3−ピルビン酸7.50g(35.8mmol、含量97.0重量%)とオキサロ酢酸14.18g(107.4mmol)を加えて溶解させた。この混合溶液を35℃にて24時間攪拌した。
更に、3N−塩酸40.0mlを加えて中和(pH=7.0)し、153.5gの反応中和液を得た。この反応中和液には、4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ケトグルタル酸が5.55g含まれており、収率53.3%(対インドールピルビン酸)であった。
この反応中和液に水を加え、168mlとし、合成吸着剤(三菱化学製 DIAION−SP207)840mlにて充填された樹脂塔(直径4.8cm)に通液した。更に、流速23.5ml毎分にて純水を通液し、1.73〜2.55(L/L−R)を収集することにより、高純度の4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ケトグルタル酸を3.04g含む水溶液を、収率54.7%(樹脂への投入量に対して)にて得た。
(NMR測定)
1H−NMR(400MHz,D2O):3.03(d,1H,J=14.6Hz),3.11(d,1H,J=14.6Hz),3.21(d,1H,J=18.1Hz),3.40(d,1H,J=18.1Hz),7.06−7.15(m,3H),7.39(d,1H,J=7.8Hz),7.66(d,1H,J=7.8Hz).
13C−NMR(100MHz,D2O):35.43,47.91,77.28,109.49,112.05,119.44,119.67,121.91,125.42, 128.41,136.21,169.78,181.43,203.58
Reference Example 1 Synthesis of 4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-ketoglutaric acid (IHOG) To 64.45 ml of water in which 18.91 g (286.5 mmol, 85% by weight) of potassium hydroxide was dissolved. Indole-3-pyruvic acid 7.50 g (35.8 mmol, content 97.0 wt%) and oxaloacetic acid 14.18 g (107.4 mmol) were added and dissolved. This mixed solution was stirred at 35 ° C. for 24 hours.
Further, 40.0 ml of 3N-hydrochloric acid was added for neutralization (pH = 7.0) to obtain 153.5 g of a reaction neutralized solution. This reaction neutralized solution contained 5.55 g of 4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-ketoglutaric acid, and the yield was 53.3% (vs. indolepyruvic acid). .
Water was added to the reaction neutralized solution to make 168 ml, and the solution was passed through a resin tower (diameter 4.8 cm) filled with 840 ml of a synthetic adsorbent (Diaion-SP207 manufactured by Mitsubishi Chemical). Further, pure water was passed at a flow rate of 23.5 ml / min, and 1.73 to 2.55 (L / LR) was collected, whereby high purity 4-hydroxy-4- (3-yne An aqueous solution containing 3.04 g of (dolylmethyl) -2-ketoglutaric acid was obtained in a yield of 54.7% (relative to the amount charged into the resin).
(NMR measurement)
1 H-NMR (400 MHz, D 2 O): 3.03 (d, 1H, J = 14.6 Hz), 3.11 (d, 1H, J = 14.6 Hz), 3.21 (d, 1H, J = 18.1 Hz), 3.40 (d, 1H, J = 18.1 Hz), 7.06-7.15 (m, 3H), 7.39 (d, 1H, J = 7.8 Hz), 7.66 (d, 1H, J = 7.8 Hz).
13 C-NMR (100 MHz, D 2 O): 35.43, 47.91, 77.28, 109.49, 112.05, 119.44, 119.67, 121.91, 125.42, 128. 41,136.21,169.78,181.43,203.58

参考例2 4−フェニルメチル−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸(PHOG)の合成
水酸化カリウム(純度85%)13.8gを溶解した水25mlに対し、フェニルピルビン酸5.0g(30.5mmol)、オキサル酢酸12.1g(91.4mmol)を加えて室温にて72時間反応させた。濃塩酸を用いて反応液のpH値を2.2に調節し、酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥を行った後に、濃縮して残渣を得た。残渣を酢酸エチルとトルエンから再結晶を行い、4−フェニルメチル−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸2.8g(11.3mmol)を結晶として得た。
(NMR測定)
1H NMR(D2O)δ:2.48(d,J=14.4Hz,0.18H),2.60(d,J=14.4Hz,0.18H),2.85−3.30(m,3.64H),7.17−7.36(m,5H)
(分子量測定)
ESI−MS計算値C12126=252.23,分析値251.22(MH-
Reference Example 2 Synthesis of 4-phenylmethyl-4-hydroxy-2-ketoglutaric acid (PHOG) To 25 ml of water in which 13.8 g of potassium hydroxide (purity 85%) was dissolved, 5.0 g (30.5 mmol) of phenylpyruvic acid ), 12.1 g (91.4 mmol) of oxalacetic acid was added and reacted at room temperature for 72 hours. The pH value of the reaction solution was adjusted to 2.2 using concentrated hydrochloric acid, and extracted with ethyl acetate. The organic layer was washed with saturated brine, dried over anhydrous magnesium sulfate, and concentrated to give a residue. The residue was recrystallized from ethyl acetate and toluene to obtain 2.8 g (11.3 mmol) of 4-phenylmethyl-4-hydroxy-2-ketoglutaric acid as crystals.
(NMR measurement)
1 H NMR (D 2 O) δ: 2.48 (d, J = 14.4 Hz, 0.18H), 2.60 (d, J = 14.4 Hz, 0.18H), 2.85-3. 30 (m, 3.64H), 7.17-7.36 (m, 5H)
(Molecular weight measurement)
ESI-MS calculated value C 12 H 12 O 6 = 252.23, analyzed value 251.22 (MH )

参考例3 4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸の製造
1.6wt%水酸化ナトリウム水溶液917gに、インドール−3−ピルビン酸73.8g(352ミリモル)を加えて溶解した。反応溶液を35℃とし、30%水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH値を11.1に保ちながら、50%ピルビン酸水溶液310.2g(1761ミリモル)を2時間かけて滴下した。更に4.5時間反応させて、4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ケトグルタル酸を含有する反応溶液を得た。これに、30%水酸化ナトリウム水溶液にてpH値を7に保ちながら、40%ヒドロキシルアミン塩酸塩水溶液367.2g(2114ミリモル)を加え、5℃にて17.5時間攪拌した。濃塩酸を用いて反応液のpH値を2にし、有機物を酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、濃縮して残渣を得た。残渣に28%アンモニア水60mlと2−プロパノール1350mlから再結晶を行い、4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸の2アンモニウム塩43.4g(142ミリモル:収率40%対インドール−3−ピルビン酸)を結晶として得た。
Reference Example 3 Production of 4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid To 917 g of 1.6 wt% sodium hydroxide aqueous solution, 73.8 g (352 mmol) of indole-3-pyruvic acid was added. In addition, it was dissolved. The reaction solution was adjusted to 35 ° C., and 310.2 g (1761 mmol) of 50% pyruvic acid aqueous solution was added dropwise over 2 hours while maintaining the pH value at 11.1 using 30% sodium hydroxide aqueous solution. The reaction was further continued for 4.5 hours to obtain a reaction solution containing 4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-ketoglutaric acid. To this was added 367.2 g (2114 mmol) of 40% hydroxylamine hydrochloride aqueous solution while maintaining the pH value at 7 with 30% aqueous sodium hydroxide solution, and the mixture was stirred at 5 ° C. for 17.5 hours. The pH of the reaction solution was adjusted to 2 using concentrated hydrochloric acid, and the organic matter was extracted with ethyl acetate. The organic layer was washed with saturated brine and concentrated to give a residue. The residue was recrystallized from 60 ml of 28% aqueous ammonia and 1350 ml of 2-propanol to give 43.4 g (142 mmol: yield of 2-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid diammonium salt. 40% ratio vs. indole-3-pyruvate) was obtained as crystals.

参考例4 (4S)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸の(R)−(+)−1−フェニルエチルアミン塩の製造
4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸のアンモニウム塩44.7g(0.131モル)を25℃で水500mlに溶解後、36%塩酸25.5gにてその水溶液のpHを2にした。酸性溶液を酢酸エチル1300mlで抽出し、その酢酸エチル溶液を飽和食塩水200mlで洗浄した。得られた酢酸エチル溶液に炭酸ナトリウム水溶液500ml(炭酸ナトリウム 13.9g 0.131モル)を加え攪拌し、アルカリ水溶液と酢酸エチルを分離した。得られたアルカリ水溶液に36%塩酸23.1gを添加し液のpHを2にした。この酸性水溶液に(R)−(+)−1−フェニルエチルアミン6.99g(57.6ミリモル)を滴下し25℃にて1時間攪拌する。得られた結晶を濾過し、減圧乾燥して(4S)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸の(R)−(+)−1−フェニルエチルアミン塩21.8g(47.8ミリモル)を得た(収率72.7%、光学純度87.4%)。
(NMR測定)
1H−NMR(400MHz,DMSO−d6)δ:1.48(d,3H,J=6.8Hz),2.63(d,1H,J=14.0Hz),2.70(d,1H,J=14.0Hz),2.90(d,1H,J=14.1Hz),3.06(d,1H,J=14.1Hz),4.40(q,1H,J=6.8Hz),6.91−7.54(m,10H)。
Reference Example 4 Production of (R)-(+)-1-phenylethylamine salt of (4S) -4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid 4-hydroxy-4- ( After dissolving 44.7 g (0.131 mol) of ammonium salt of 3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid in 500 ml of water at 25 ° C., the pH of the aqueous solution was adjusted to 2 with 25.5 g of 36% hydrochloric acid. did. The acidic solution was extracted with 1300 ml of ethyl acetate, and the ethyl acetate solution was washed with 200 ml of saturated brine. To the obtained ethyl acetate solution, 500 ml of an aqueous sodium carbonate solution (13.9 g of sodium carbonate 0.131 mol) was added and stirred to separate the aqueous alkali solution and ethyl acetate. The pH of the solution was adjusted to 2 by adding 23.1 g of 36% hydrochloric acid to the obtained aqueous alkaline solution. To this acidic aqueous solution, 6.99 g (57.6 mmol) of (R)-(+)-1-phenylethylamine is added dropwise and stirred at 25 ° C. for 1 hour. The obtained crystals were filtered and dried under reduced pressure to give (R)-(+)-1-phenylethylamine salt of (4S) -4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid 21.8 g (47.8 mmol) was obtained (yield 72.7%, optical purity 87.4%).
(NMR measurement)
1 H-NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ) δ: 1.48 (d, 3H, J = 6.8 Hz), 2.63 (d, 1H, J = 14.0 Hz), 2.70 (d, 1H, J = 14.0 Hz), 2.90 (d, 1H, J = 14.1 Hz), 3.06 (d, 1H, J = 14.1 Hz), 4.40 (q, 1H, J = 6) .8 Hz), 6.91-7.54 (m, 10H).

参考例5 (4R)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸の(S)−(−)−1−フェニルエチルアミン塩の製造
参考例4で得られた結晶濾過液に、更に(S)−(−)−1−フェニルエチルアミン7.12g(58.7ミリモル)を滴下し25℃にて1時間攪拌した。得られた結晶を濾過し、減圧乾燥して(4R)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸の(S)−(−)−1−フェニルエチルアミン塩23.8g(53.3モル)を得た(収率81.1%、光学純度92.1%)。
Reference Example 5 Production of (S)-(−)-1-phenylethylamine salt of (4R) -4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid Obtained in Reference Example 4 To the crystal filtrate, (S)-(−)-1-phenylethylamine (7.12 g, 58.7 mmol) was further added dropwise and stirred at 25 ° C. for 1 hour. The obtained crystals were filtered and dried under reduced pressure to give (S)-(−)-1-phenylethylamine salt of (4R) -4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid 23.8 g (53.3 mol) was obtained (yield 81.1%, optical purity 92.1%).

参考例6
(1)(4S)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸のアンモニウム塩の製造
25℃にて、(4S)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸の(R)−(+)−1−フェニルエチルアミン塩21.8g(51.0ミリモル)に水200ml及び28%アンモニア水18.5gを加えて溶解させた後、さらにトルエン200mlを加えて攪拌した。分層して得られた水層を60℃に加温し、その水溶液に2−プロパノール900mlを2時間かけて滴下した。この2−プロパノール水溶液を10℃まで5時間かけて冷却した後、10℃で10時間攪拌した。得られた結晶を濾過し、減圧乾燥して(4S)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸のアンモニウム塩14.75gを得た(収率85.1%、光学純度99.0%)。
融点;205℃(分解)
比旋光度[α]20 D+13.4(c=1.00,H2O)
(2)(4R)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸のアンモニウム塩の製造
上記参考例と同様に、(4R)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸の(R)−(+)−1−フェニルエチルアミン塩23.8g(53.3ミリモル)から(4R)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸のアンモニウム塩16.2gを得た(収率89.3%、光学純度99.9%)。
比旋光度[α]20 D−13.6(c=1.00,H2O)
Reference Example 6
(1) Preparation of ammonium salt of (4S) -4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid at 25 ° C., (4S) -4-hydroxy-4- (3- 200 ml of water and 18.5 g of 28% aqueous ammonia are dissolved in 21.8 g (51.0 mmol) of (R)-(+)-1-phenylethylamine salt of indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid. After that, 200 ml of toluene was further added and stirred. The aqueous layer obtained by layering was heated to 60 ° C., and 900 ml of 2-propanol was added dropwise to the aqueous solution over 2 hours. After cooling this 2-propanol aqueous solution to 10 degreeC over 5 hours, it stirred at 10 degreeC for 10 hours. The obtained crystals were filtered and dried under reduced pressure to obtain 14.75 g of ammonium salt of (4S) -4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid (yield 85. 1%, optical purity 99.0%).
Melting point: 205 ° C (decomposition)
Specific rotation [α] 20 D +13.4 (c = 1.00, H 2 O)
(2) Production of ammonium salt of (4R) -4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid In the same manner as in the above Reference Example, (4R) -4-hydroxy-4- ( From 33.8 g (53.3 mmol) of (R)-(+)-1-phenylethylamine salt of 3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid to (4R) -4-hydroxy-4- (3- 16.2 g of ammonium salt of indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid was obtained (yield 89.3%, optical purity 99.9%).
Specific rotation [α] 20 D -13.6 (c = 1.00, H 2 O)

参考例7 (2R,4R)モナティンの製造
参考例6で得た(4R)−4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸のアンモニウム塩13.2g(38.7ミリモル)を28%アンモニア水135mlに溶解し、5%ロジウム炭素(50%含水品)6.93gを加えて25℃にて1MPaの水素圧で反応を行った。24時間後に触媒を濾過し(0.2ミクロンフィルター)、その濾過液に炭酸カリウム2.54g(18.4ミリモル)を溶解した。その溶解液を濃縮し、得られた濃縮物32.7gに水20ml及びエタノール45mlを加え25℃で撹拌し、更にエタノール60mlを3時間かけて滴下した後、25℃で20時間攪拌し晶析を行った。得られた湿結晶9.78gを水12mlに溶解し、エタノール24mlを添加した後、更にエタノール51mlを3時間かけて滴下した。このエタノール溶液を15℃まで4時間かけて冷却した後、15℃で10時間攪拌した。得られた湿結晶7.08gを減圧乾燥し、目的とする(2R,4R)モナティンのカリウム塩5.7gを得た。
Reference Example 7 Production of (2R, 4R) monatin 13.2 g of ammonium salt of (4R) -4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid obtained in Reference Example 6 (38. 7 mmol) was dissolved in 135 ml of 28% aqueous ammonia, 6.93 g of 5% rhodium carbon (50% water-containing product) was added, and the reaction was carried out at 25 ° C. under a hydrogen pressure of 1 MPa. After 24 hours, the catalyst was filtered (0.2 micron filter), and 2.54 g (18.4 mmol) of potassium carbonate was dissolved in the filtrate. The solution was concentrated, 20 ml of water and 45 ml of ethanol were added to 32.7 g of the resulting concentrate, and the mixture was stirred at 25 ° C. Further, 60 ml of ethanol was added dropwise over 3 hours, and the mixture was stirred at 25 ° C for 20 hours for crystallization. Went. 9.78 g of the obtained wet crystal was dissolved in 12 ml of water, 24 ml of ethanol was added, and 51 ml of ethanol was further added dropwise over 3 hours. The ethanol solution was cooled to 15 ° C. over 4 hours and then stirred at 15 ° C. for 10 hours. 7.08 g of the obtained wet crystals were dried under reduced pressure to obtain 5.7 g of the target (2R, 4R) monatin potassium salt.

以上のように、本発明のアルドラーゼを用いることによって、IHOG及びPHOGを光学選択的に生成することが可能となる。本発明のアルドラーゼは、モナティンの合成ルートにおけるアルドール縮合反応の段階において、効率的な不斉導入を可能とするものであり、光学活性IHOG、及び、光学活性モナティンの製造に好適に利用することができる。   As described above, by using the aldolase of the present invention, IHOG and PHOG can be optically selected. The aldolase of the present invention enables efficient asymmetric introduction at the stage of the aldol condensation reaction in the monatin synthesis route, and can be suitably used for the production of optically active IHOG and optically active monatin. it can.

本発明のアルドラーゼのホモロジー比較を示す図である。It is a figure which shows the homology comparison of the aldolase of this invention. 本発明のアルドラーゼの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the aldolase of this invention. SpALDのPHOGを基質とした反応速度を示すグラフである。It is a graph which shows the reaction rate which used PHOG of SpALD as a substrate. SpALDのMgCl2濃度に対する反応速度を示すグラフである。It is a graph showing the rate of reaction MgCl 2 concentration of SpALD. SpALDのpH安定性を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the pH stability of SpALD. SpALDの温度安定性を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the temperature stability of SpALD. SpALDのアルドール分解活性における反応至適pHを示すグラフである。It is a graph which shows reaction optimal pH in the aldol decomposition | disassembly activity of SpALD. SpALDのアルドール縮合活性における反応至適pHを示すグラフである。It is a graph which shows reaction optimal pH in the aldol condensation activity of SpALD. BuALDのPHOGを基質とした反応速度を示すグラフである。It is a graph which shows the reaction rate which used the PHOG of BuALD as a substrate. BuALDのMgCl2濃度に対する反応速度を示すグラフである。It is a graph showing the rate of reaction MgCl 2 concentration of BuALD. BuALDのpH安定性を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the pH stability of BuALD. BuALDの温度安定性を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the temperature stability of BuALD.

Claims (18)

下記(a)又は(b)
(a)配列番号2記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(b)配列番号2記載のアミノ酸配列と少なくとも相同性が70%以上であって、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質、
のいずれかに記載のタンパク質、又は、それを含有する微生物を、
インドール−3−ピルビン酸及びピルビン酸又はオキサロ酢酸に作用させ、
光学純度70%以上の下記式(1)で示される(4R)−4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸(4R−IHOG)又はその塩を生成させることを特徴とする、4R−IHOG又はその塩の製造方法。
Figure 2006204285
(A) or (b) below
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, or (b) a protein having at least 70% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 and having 4R-aldolase activity,
Or a microorganism containing the protein according to any one of
Act on indole-3-pyruvic acid and pyruvic acid or oxaloacetic acid,
(4R) -4- (Indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutaric acid (4R-IHOG) or a salt thereof represented by the following formula (1) having an optical purity of 70% or more is produced. A method for producing 4R-IHOG or a salt thereof.
Figure 2006204285
下記(a)又は(b)
(a)配列番号2記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、又は
(b)配列番号2記載のアミノ酸配列と少なくとも相同性が70%以上であって、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質、
のいずれかに記載のタンパク質、又は、それを含有する微生物を、
インドール−3−ピルビン酸及びピルビン酸又はオキサロ酢酸に作用させ、
4R−IHOG又はその塩を優先的に生成させる第1の工程、及び、
前記第1の工程によって得られた4R−IHOG又はその塩のカルボニル基をアミノ基に変換し、光学純度90%以上の下記式(2)で示される4R−モナティン又はその塩を得る第2の工程、
を含むことを特徴とする4R−モナティン又はその塩の製造方法。
Figure 2006204285
(式中、波線の結合はR−配置及びS−配置の両方を含むことを表す。)
(A) or (b) below
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, or (b) a protein having at least 70% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 and having 4R-aldolase activity,
Or a microorganism containing the protein according to any one of
Act on indole-3-pyruvic acid and pyruvic acid or oxaloacetic acid,
A first step of preferentially producing 4R-IHOG or a salt thereof; and
A second carbonyl group of 4R-IHOG or a salt thereof obtained in the first step is converted to an amino group to obtain 4R-monatin or a salt thereof represented by the following formula (2) having an optical purity of 90% or more. Process,
A process for producing 4R-monatin or a salt thereof.
Figure 2006204285
(In the formula, the combination of wavy lines indicates that both R-configuration and S-configuration are included.)
前記第2の工程において、カルボニル基のアミノ基への変換が、4R−IHOGに酵素を作用せしめてアミノ化することにより行なわれるものである、請求項2記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。   The production of 4R-monatin or a salt thereof according to claim 2, wherein in the second step, the conversion of the carbonyl group into an amino group is carried out by aminating 4R-IHOG with an enzyme. Method. 前記第2の工程において、カルボニル基のアミノ基への変換が、反応液に含まれる4−(インドール−3−イルメチル)−4−ヒドロキシ−2−オキソグルタル酸を、中性又はアルカリ性条件下において下記一般式(3)
Figure 2006204285
(上記一般式(3)において、Rは水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表す。)
で表されるアミン化合物又はその塩と反応せしめ、下記式(4)に示される4−ヒドロキシ−4−(3−インドリルメチル)−2−ヒドロキシイミノグルタル酸(IHOG−oxime)を生成させ、生成したIHOG−oxime又はその塩の4R体を晶析し、
得られた4R体のIHOG−oxime又はその塩を還元し、生成した光学純度90%以上の4R−モナティン又はその塩を採取するものである、請求項2に記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。
Figure 2006204285
In the second step, the conversion of the carbonyl group into an amino group is performed by converting 4- (indol-3-ylmethyl) -4-hydroxy-2-oxoglutaric acid contained in the reaction solution under neutral or alkaline conditions as follows. General formula (3)
Figure 2006204285
(In the general formula (3), R represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.)
To produce 4-hydroxy-4- (3-indolylmethyl) -2-hydroxyiminoglutaric acid (IHOG-oxime) represented by the following formula (4): Crystallize the produced 4HO form of IHOG-oxime or a salt thereof,
The 4R-monatin or salt thereof according to claim 2, wherein the 4R-form IHOG-oxime or salt thereof obtained is reduced, and the produced 4R-monatin or salt thereof having an optical purity of 90% or more is collected. Production method.
Figure 2006204285
前記一般式(3)で表されるアミン化合物が、ヒドロキシルアミン、メトキシアミン、ベンジルオキシアミンからなる群より選ばれる少なくとも一種のアミン化合物である、請求項4に記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。   The 4R-monatin or a salt thereof according to claim 4, wherein the amine compound represented by the general formula (3) is at least one amine compound selected from the group consisting of hydroxylamine, methoxyamine, and benzyloxyamine. Production method. 4R体のIHOG−oxime又はその塩の還元が、水素及び水素添加触媒の存在下で実施されることを特徴とする請求項4又は5に記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。   The method for producing 4R-monatin or a salt thereof according to claim 4 or 5, wherein the reduction of 4R IHOG-oxime or a salt thereof is carried out in the presence of hydrogen and a hydrogenation catalyst. 前記第2の工程において、晶析により(2R,4R)−モナティンを採取することを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。   The method for producing 4R-monatin or a salt thereof according to any one of claims 4 to 6, wherein (2R, 4R) -monatin is collected by crystallization in the second step. 前記第2の工程において、晶析溶媒として水、アルコール溶媒又は含水アルコール溶媒を用いることを特徴とする請求項4〜7のいずれか1項に記載の4R−モナティン又はその塩の製造方法。   The method for producing 4R-monatin or a salt thereof according to any one of claims 4 to 7, wherein in the second step, water, an alcohol solvent or a hydrous alcohol solvent is used as a crystallization solvent. 前記方法に用いられるタンパク質が、スフィンゴモナス属又はバークホルデリア属細菌から選ばれる微生物に由来するタンパク質である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の製造方法。   The production method according to any one of claims 1 to 8, wherein the protein used in the method is a protein derived from a microorganism selected from the genus Sphingomonas or Burkholderia. 前記微生物は、スフィンゴモナス エスピー(Sphingomonas sp.)AJ110329株又はAJ110372株、バークホルデリア エスピー(Burkholderia sp.)AJ110371株であることを特徴とする請求項9記載の製造方法。   The method according to claim 9, wherein the microorganism is Sphingomonas sp. Strain AJ110329 or AJ110372 strain, Burkholderia sp. Strain AJ110371. 下記(a)〜(c)のいずれかのタンパク質。
(a)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号2記載のアミノ酸配列と少なくとも相同性が70%以上であって、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質
(c)配列表の配列番号2に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、付加、又は逆位を含むアミノ酸配列を有し、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質
The protein in any one of the following (a)-(c).
(A) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 (b) a protein having at least 70% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 and having 4R-aldolase activity (c) a sequence in the sequence listing A protein having an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, addition, or inversion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of No. 2 and having aldolase activity
配列番号2記載のアミノ酸配列と少なくとも相同性が70%以上であって、4R−アルドラーゼ活性を有するタンパク質が、配列番号13又は15のいずれかに記載のタンパク質である、請求項11に記載のタンパク質。   The protein according to claim 11, wherein the protein having at least 70% homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 and having 4R-aldolase activity is the protein according to SEQ ID NO: 13 or 15. . 請求項11又は12に記載のタンパク質をコードするDNA。   A DNA encoding the protein according to claim 11 or 12. 下記(d)又は(e)のDNA。
(d)配列番号1記載の塩基配列又は同配列中塩基番号210〜1004の塩基配列からなるDNA
(e)配列番号1記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号210〜1004の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
DNA of the following (d) or (e).
(D) DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or the nucleotide sequence of nucleotide numbers 210 to 1004 in the same sequence
(E) a protein that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the nucleotide sequences 210 to 1004 of the same sequence and has an aldolase activity DNA to do
配列番号1記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号210〜1004の塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつ、アルドラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAが、(f)配列番号12記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号399〜1253の塩基配列からなるDNA、又は(g)配列番号14記載の塩基配列若しくは同配列中塩基番号531〜1385の塩基配列からなるDNAのいずれかのDNAである、請求項14に記載のDNA。   A DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or a base sequence complementary to the base sequences 210 to 1004 in the same sequence and that encodes a protein having aldolase activity (F) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 12 or the base sequence of base numbers 399 to 1253 in the same sequence, or (g) the base sequence of SEQ ID NO: 14 or the base sequence of base numbers 531 to 1385 in the same sequence The DNA according to claim 14, which is any one of DNAs consisting of 請求項14又は15に記載のDNAとベクターDNAを接続して得られることを特徴とする組換えDNA。   A recombinant DNA obtained by connecting the DNA according to claim 14 or 15 and a vector DNA. 請求項16記載の組換えDNAによって形質転換された細胞。   A cell transformed with the recombinant DNA according to claim 16. 請求項17記載の細胞を培地中で培養し、培地及び/又は細胞中にアルドラーゼ活性を有するタンパク質を蓄積させることを特徴とするアルドラーゼ活性を有するタンパク質の製造方法。
A method for producing a protein having aldolase activity, comprising culturing the cell according to claim 17 in a medium and accumulating the protein having aldolase activity in the medium and / or the cell.
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