JP2006217811A - Modified product of pqq (pyrroloquinoline quinone)-dependent glucose dehydrogenase having excellent substrate specificity - Google Patents

Modified product of pqq (pyrroloquinoline quinone)-dependent glucose dehydrogenase having excellent substrate specificity Download PDF

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Masao Kitabayashi
北林  雅夫
Yuji Tsuji
裕二 辻
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a PQQGDH (pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase) having improved substrate specificity. <P>SOLUTION: A modified type PQQGDH has a reduced activity for disaccharides as compared with that of a wild type PQQGDH. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は基質特異性が改良された改変型グルコースデヒドロゲナーゼ(以下、グルコースデヒドロゲナーゼをGDHとも記載する。)に関し、詳しくはピロロキノリンキノン(以下、ピロロキノリンキノンをPQQとも記載する。)を補酵素とする改変型PQQ依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(以下、ピロロキノリンキノン依存性グルコースデヒドロゲナーゼをPQQGDHとも記載する。)、その製造法及びグルコースセンサーに関する。本発明の改変型PQQGDHは、臨床検査や食品分析などにおけるグルコースの定量に有用である。   The present invention relates to a modified glucose dehydrogenase with improved substrate specificity (hereinafter, glucose dehydrogenase is also referred to as GDH), and specifically, pyrroloquinoline quinone (hereinafter, pyrroloquinoline quinone is also referred to as PQQ) as a coenzyme. The present invention relates to a modified PQQ-dependent glucose dehydrogenase (hereinafter, pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase is also referred to as PQQGDH), a production method thereof, and a glucose sensor. The modified PQQGDH of the present invention is useful for the determination of glucose in clinical examinations and food analysis.

PQQGDHは、ピロロキノリンキノン(PQQ)を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼである。グルコースを酸化してグルコノラクトンを生成する反応を触媒することから、血糖の測定に用いることが可能である。血中グルコース濃度は、糖尿病の重要なマーカーとして臨床診断上きわめて重要な指標である。現在、血中グルコース濃度の測定は、グルコースオキシダーゼを使用したバイオセンサーを用いる方法が主流となっているが、反応が溶存酸素濃度に影響されることから、測定値に誤差が生じる可能性があった。このグルコースオキシダーゼにかわる新たな酵素としてPQQ依存性グルコース脱水素酵素が注目されている。   PQQGDH is a glucose dehydrogenase using pyrroloquinoline quinone (PQQ) as a coenzyme. Since it catalyzes the reaction of oxidizing glucose to produce gluconolactone, it can be used for blood glucose measurement. Blood glucose concentration is an extremely important index for clinical diagnosis as an important marker of diabetes. Currently, blood glucose concentration is measured mainly by a method using a biosensor using glucose oxidase. However, since the reaction is affected by the dissolved oxygen concentration, there may be an error in the measured value. It was. PQQ-dependent glucose dehydrogenase has attracted attention as a new enzyme that replaces this glucose oxidase.

我々のグループは、アシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii)NCIMB11517株が、PQQ依存性グルコース脱水素酵素を産生することを見出し,遺伝子のクローニングならびに高発現系を構築した(たとえば、特許文献1を参照)。しかしながら、PQQ依存性グルコース脱水素酵素はグルコースオキシダーゼに比べてその基質特異性に問題があった。
特開平11−243949号公報
Our group found that Acinetobacter baumanni NCIMB11517 produces PQQ-dependent glucose dehydrogenase, and constructed a gene cloning and high expression system (see, for example, Patent Document 1). However, PQQ-dependent glucose dehydrogenase has a problem in its substrate specificity compared with glucose oxidase.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-243949

本発明は、従来技術の課題を背景になされたもので、PQQGDHの基質特異性の向上を課題としてその改良に関するものである。   The present invention has been made against the background of the problems of the prior art, and relates to the improvement of the substrate specificity of PQQGDH.

本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、PQQGDHの特定の領域においてアミノ酸を置換すること、および/または、アミノ酸を挿入することによる変異により基質特異性を向上させることを可能にし、本発明を完成するに到った。
特に、これまで実質的にほとんど具体的検討がなされてこなかった「アミノ酸の挿入」に着目し詳細に検討することで、本発明を完成するに到った。
即ち本発明は、
[項1]
アミノ酸置換が、Acinetobacter属由来PQQGDHのアミノ酸配列における、(T224A+A236T)、(Q168A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171S+T224A+A236T+M342I)、(M342I+430P)、(E245D+M342I+430P)、(Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430P)、のうちいずれか、または、他の種における上記と同等の位置におけるアミノ酸変異のうちいずれかを有する、野生型のPQQGDHよりも二糖類に対する作用性が低下した改変型PQQGDH。
[項2]
あるアミノ酸をPへ置換、あるいは、ある部位にPを挿入することにより安定性が低下した改変型PQQGDHにおいて、そのPの前後に荷電アミノ酸を位置させることにより安定性を向上させた改変型PQQGDH。
[項3]
Pの置換または挿入が430位周辺である請求項2に記載の改変型PQQGDH。
[項4]
荷電アミノ酸がD,Eである請求項2、3に記載の改変型PQQGDH。
[項5]
二糖類がマルトースである、請求項1に記載の改変型PQQGDH。
[項6]
請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHをコードする遺伝子。
[項7]
請求項6に記載の遺伝子を含むベクター。
[項8]
請求項7に記載のベクターで形質転換された形質転換体。
[項9]
請求項8に記載の形質転換体を培養することを特徴とする改変型PQQGDHの製造法。
[項10]
請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHを含むグルコース測定用組成物。
[項11]
請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHを含むグルコースアッセイキット。
[項12]
請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHを含むグルコースセンサー。
[項13]
請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHを含むグルコース測定方法。
[項14]
PQQGDHに請求項1〜5のいずれかに記載のアミノ酸変異を行うことを特徴とする、PQQGDHの二糖類に対する作用性を低下させる方法。
[項15]
PQQGDHを用いるグルコース測定系において、請求項1〜5のいずれかに記載のアミノ酸変異を行ったPQQGLDを含有することを特徴とする、グルコース測定系における、測定の正確性を向上させる方法。
[項16]
PQQGDHを用いるグルコース測定系において、請求項1〜5のいずれかに記載のアミノ酸変異を行ったPQQGLDを含有させることを特徴とする、測定の正確性が向上したグルコース測定用組成物を、製造する方法。
As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems, the present inventors can replace the amino acid in a specific region of PQQGDH and / or improve the substrate specificity by mutation by inserting the amino acid. Thus, the present invention has been completed.
In particular, the present invention has been completed by focusing on “amino acid insertion”, which has not been practically practically studied so far.
That is, the present invention
[Claim 1]
Amino acid substitutions, the amino acid sequence of the Acinetobacter genus PQQGDH, (T224A + A236T), (Q168A + T224A + A236T + M342I), (Q168A + 171A + T224A + A236T + M342I), (Q168A + 171S + T224A + A236T + M342I), (M342I + 430P), (E245D + M342I + 430P), (Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P), ( Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 429D + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170M + E245D + M342I + N429E + 430P), or modified PQQG with reduced activity on disaccharides compared to wild-type PQQGDH having amino acid mutations at positions equivalent to those in other species .
[Section 2]
Modified PQQGDH, in which stability is reduced by substituting a charged amino acid before and after P in modified PQQGDH whose stability is reduced by substituting a certain amino acid for P or by inserting P at a certain site.
[Section 3]
The modified PQQGDH according to claim 2, wherein substitution or insertion of P is around position 430.
[Claim 4]
The modified PQQGDH according to claim 2 or 3, wherein the charged amino acid is D or E.
[Section 5]
The modified PQQGDH according to claim 1, wherein the disaccharide is maltose.
[Claim 6]
A gene encoding the modified PQQGDH according to any one of claims 1 to 5.
[Claim 7]
A vector comprising the gene according to claim 6.
[Section 8]
A transformant transformed with the vector according to claim 7.
[Claim 9]
A method for producing modified PQQGDH, wherein the transformant according to claim 8 is cultured.
[Section 10]
The composition for glucose measurement containing the modified PQQGDH in any one of Claims 1-5.
[Section 11]
A glucose assay kit comprising the modified PQQGDH according to any one of claims 1 to 5.
[Claim 12]
A glucose sensor comprising the modified PQQGDH according to any one of claims 1 to 5.
[Claim 13]
A glucose measurement method comprising the modified PQQGDH according to any one of claims 1 to 5.
[Section 14]
A method for reducing the activity of PQQGDH on disaccharides, wherein the amino acid mutation according to any one of claims 1 to 5 is performed on PQQGDH.
[Section 15]
A glucose measurement system using PQQGDH, comprising the PQQGLD in which the amino acid mutation according to any one of claims 1 to 5 is performed, and a method for improving measurement accuracy in the glucose measurement system.
[Section 16]
A glucose measurement composition using PQQGDH, comprising the PQQGLD subjected to the amino acid mutation according to any one of claims 1 to 5, wherein the composition for glucose measurement with improved measurement accuracy is produced. Method.

本発明による改変型PQQGDHは野生型PQQGDHよりも二糖類に対する作用性が低下した酵素である。本発明による改変型PQQGDHをグルコースアッセイキット及びグルコースセンサに使用することにより、野生型PQQGDHを使用したものよりもより高精度な分析が可能となったり、より安定性の高いグルコースアッセイキット及びグルコースセンサを提供することができる。   The modified PQQGDH according to the present invention is an enzyme having a reduced activity on disaccharides compared to wild-type PQQGDH. By using the modified PQQGDH according to the present invention in a glucose assay kit and a glucose sensor, it is possible to perform analysis with higher accuracy than that using wild-type PQQGDH, and a glucose assay kit and glucose sensor with higher stability. Can be provided.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の改変型PQQGDHは、野生型PQQGDHよりも二糖類に対する作用性が低下したものである。   The modified PQQGDH of the present invention has a lower activity against disaccharides than the wild-type PQQGDH.

二糖類に対する作用性とは、二糖類を脱水素する作用を意味する。二糖類としては、マルトース、シュクロース、ラクトース、セロビオースなどが例示され、特にマルトースが例示される。本願発明では、二糖類に対する作用性が低下したことを、基質特異性の向上とも表現する。   The action with respect to a disaccharide means the effect | action which dehydrogenates a disaccharide. Examples of the disaccharide include maltose, sucrose, lactose, cellobiose, and particularly maltose. In the present invention, the decrease in the activity on disaccharides is also expressed as an improvement in substrate specificity.

二糖類に対する作用性が低下しているかどうかの判断は、次のように行う。
後述の試験例1に記載の活性測定法において、野生型PQQGDHを用いて、D−グルコースを基質溶液とした場合のPQQGDH活性値(a)と、D−グルコースのかわりに当該二糖類を基質溶液とした場合のPQQGDH活性値(b)を測定し、グルコースを基質とした場合の測定値を100とした場合に対する相対値((b)/(a)×100)を求める。次いで、改変型PQQGDHを用いて同様の操作を行い、その値を比較して判断する。
Judgment whether the action with respect to a disaccharide has fallen is performed as follows.
In the activity measurement method described in Test Example 1 described later, PQQGDH activity value (a) when D-glucose was used as a substrate solution using wild-type PQQGDH, and the disaccharide was used instead of D-glucose as a substrate solution. The PQQGDH activity value (b) is measured, and the relative value ((b) / (a) × 100) with respect to the measured value when glucose is used as the substrate is set to 100. Next, the same operation is performed using the modified PQQGDH, and the values are compared and determined.

本発明の改変型PQQGDHは、二糖類に対する作用性が野生型PQQGDHより低下していれば、グルコースに対する作用性は上昇、不変、低下のいずれであっても本発明の改変型PQQGDHに包含される。   The modified PQQGDH of the present invention is included in the modified PQQGDH of the present invention, regardless of whether the activity on glucose is increased, unchanged or decreased, as long as the activity on the disaccharide is lower than that on the wild type PQQGDH. .

本発明の改変型PQQGDHは、グルコース濃度の測定において二糖類に対する作用性が野生型PQQGDHを用いた場合と比較して低下したものを含む。好ましくは、マルトースに対する作用性が低下したものである。マルトースに対する作用性は、好ましくは野生型PQQGDHの90%以下、より好ましくは70%以下、さらに好ましくは40%以下、特に20%以下である。   The modified PQQGDH of the present invention includes those in which the action on disaccharides in the measurement of glucose concentration is lower than when wild-type PQQGDH is used. Preferably, the action property to maltose is reduced. The effect on maltose is preferably 90% or less, more preferably 70% or less, still more preferably 40% or less, particularly 20% or less of wild-type PQQGDH.

本発明の改変型PQQGDHは、マルトースに対する作用性がグルコースに対する作用性の90%以下であるものが好ましい。より好ましくは70%以下、さらに好ましくは40%以下、特に20%以下である。   The modified PQQGDH of the present invention preferably has an action on maltose of 90% or less of the action on glucose. More preferably, it is 70% or less, more preferably 40% or less, particularly 20% or less.

野生型PQQGDHよりも二糖類に対する作用性が低下した本発明の改変型PQQGDHとしては、例えばAcinetobacter属由来PQQGDHのアミノ酸配列において、(T224A+A236T)、(Q168A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171S+T224A+A236T+M342I)、(M342I+430P)、(E245D+M342I+430P)、(Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430P)、のうちいずれか、または、他の種における上記と同等の位置におけるアミノ酸変異のうちいずれかを有する、野生型のPQQGDHよりも二糖類に対する作用性が低下した改変型PQQGDHが例示される。   Examples of the modified PQQGDH of the present invention having a reduced activity on disaccharides compared to wild-type PQQGDH include, for example, (T224A + I234A + A236A + A2361A), (Q168A + T224A + A236A + 71. ), (E245D + M342I + 430P), (Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169Y + L169E + D43 P), (Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170M + E245D + M342I + N429E + 430P) which is the same as the above, or Q which is equivalent to the above. The modified PQQGDH is exemplified.

ここで、例えば、「T224A」は、224位のT(Thr)をA(Ala)に置換することを意味する。また、「171A」は、171位の後の位置にA(Ala)を挿入することを意味する。171位のアミノ酸の後にAを挿入したことを意味する。多重変異体については、同様の原則によって表記したものをハイフンでつなげて表記している。   Here, for example, “T224A” means that T (Thr) at position 224 is replaced with A (Ala). “171A” means that A (Ala) is inserted at a position after the 171st position. It means that A was inserted after the amino acid at position 171. Multiple mutants are represented by hyphens that are represented by the same principle.

また、例えば、PQQGDHの多重変異体「Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P」は、168位のQをAに、169位のLをPに、170位のAをLに、245位のEをDに、342位のMをIに、429位のNをD置換し、Aに置換された168位の後にFを、Dに置換された429位の後にPを挿入することを意味する。ここで取り扱っている数字は便宜上、アシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii)NCIMB11517株の野生型PQQGDHのアミノ酸配列上の位置に相当しており、前方のアミノ酸が挿入されたことによりアミノ酸の位置が後方へ1つずれたとしても、位置を表す数字の修正は行なっていない。   In addition, for example, PQQGDH multiple mutants “Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P” have Q at position 168 as A, L at position 169 as P, 170 at position A as L, E at position 245 as D, M at position 342 Is substituted with I at position 429 with D, F is inserted after position 168 replaced with A, and P is inserted after position 429 replaced with D. For convenience, the numbers dealt with here correspond to the positions on the amino acid sequence of the wild type PQQGDH of Acinetobacter baumannii NCIMB11517 strain, and the amino acid position is moved backward by insertion of the front amino acid. Even if it slips, the number representing the position is not corrected.

ニ糖類に対する作用性を低下させるために変異導入されたPは、酵素の安定性を低下させる要因になることがあり、その前後に荷電アミノ酸を配置させることにより安定性が向上した改変型PQQGDHが例示される。   P that has been mutated to reduce its activity on disaccharides may be a factor that reduces the stability of the enzyme, and modified PQQGDH, which has improved stability by placing charged amino acids before and after that, Illustrated.

ニ糖類に対する作用性を低下させるために変異導入されるPの例として、本実施例では430Pが例示されているが、N429P変異導入により安定性が低下した改変型PQQGDHに対しても有効である。   In this example, 430P is exemplified as an example of P that is mutagenized to reduce its activity on disaccharides, but it is also effective for modified PQQGDH whose stability has been reduced by N429P mutagenesis. .

前記荷電アミノ酸の好ましい形態は、酸性アミノ酸D、Eであり、P測鎖を安定化するための配置をとっており、Pの前後いずれでも可能である。   Preferred forms of the charged amino acids are acidic amino acids D and E, which are arranged to stabilize the P chain measurement, and can be either before or after P.

次の段落に示すいずれかの置換または挿入の組合わせによる多重変異体は、PQQGDHの基質特異性の向上に寄与している。   Multiple mutants with any combination of substitutions or insertions shown in the next paragraph contribute to an increase in the substrate specificity of PQQGDH.

(T224A+A236T)、(Q168A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171S+T224A+A236T+M342I)、(M342I+430P)、(E245D+M342I+430P)、(Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430P) (T224A + A236T), (Q168A + T224A + A236T + M342I), (Q168A + 171A + T224A + A236T + M342I), (Q168A + 171S + T224A + A236T + M342I), (M342I + 430P), (E245D + M342I + 430P), (Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170M + E245D + 342I + N429E + 430P)

本願発明はまた、PQQGDHに上記のアミノ酸挿入を行うことを特徴とする、PQQGDHの二糖類に対する作用性を低下させる方法である。   The present invention is also a method for reducing the activity of PQQGDH on disaccharides, characterized in that the amino acid insertion described above is performed in PQQGDH.

本願発明は、また、PQQGDHを用いるグルコース測定系において、請求項1〜6のいずれかに記載のアミノ酸挿入を行ったPQQGLDを含有することを特徴とする、グルコース測定系における、測定の正確性を向上させる方法である。   The present invention also relates to a glucose measurement system using PQQGDH, which comprises the PQQGLD into which the amino acid insertion according to any one of claims 1 to 6 has been performed, and the measurement accuracy in the glucose measurement system. It is a way to improve.

本願発明はまた、PQQGDHを用いるグルコース測定系において、請求項1〜6のいずれかに記載のアミノ酸挿入を行ったPQQGLDを含有させることを特徴とする、測定の正確性が向上したグルコース測定用組成物を、製造する方法である。   The invention of the present application also includes a composition for measuring glucose with improved measurement accuracy characterized by containing PQQGLD in which the amino acid insertion according to any one of claims 1 to 6 is included in a glucose measurement system using PQQGDH This is a method for manufacturing a product.

上記のAcinetobacter属由来PQQGDHのアミノ酸配列は、好ましくはAcinetobacter calcoaceticusまたはAcinetobacter baumannii由来PQQGDHのアミノ酸配列である。中でも好ましくは配列番号1である。配列番号1で示される野生型PQQGDHタンパク質及び配列番号2で示されるその塩基配列は、アシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii)NCIMB11517株を起源とするものであり、特開平11−243949号公報に開示されている。なお、上記および配列番号1において、アミノ酸の表記は、シグナル配列が除かれたアスパラギン酸を1として番号付けされている。   The amino acid sequence of PQQGDH derived from the genus Acinetobacter is preferably the amino acid sequence of PQQGDH derived from Acinetobacter calcoaceticus or Acinetobacter baumannii. Among them, SEQ ID NO: 1 is preferable. The wild-type PQQGDH protein represented by SEQ ID NO: 1 and its base sequence represented by SEQ ID NO: 2 originate from Acinetobacter baumanni NCIMB11517 strain, and are disclosed in JP-A-11-243949 Yes. In the above and SEQ ID NO: 1, the amino acid notation is numbered with 1 aspartic acid from which the signal sequence has been removed.

アシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii)NCIMB11517株は、以前、Acinetobacter calcoaceticusに分類されていた。   Acinetobacter baumannii NCIMB11517 strain was previously classified as Acinetobacter calcaceticus.

なお、本発明の改変型PQQGDHは、グルコースデヒドロゲナーゼ活性を有する限り、好ましくは二糖類に対する作用性に対して実質的な悪影響を及ぼさない限り、さらに他のアミノ酸残基の一部が欠失または置換されていてもよく、また他のアミノ酸残基が付加または置換されていてもよい。   The modified PQQGDH of the present invention has a portion of other amino acid residues deleted or substituted as long as it has glucose dehydrogenase activity, and preferably has no substantial adverse effect on the action on disaccharides. Other amino acid residues may be added or substituted.

ところで、本願出願時において、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus) LMD79.41株由来の酵素のX線結晶構造解析の結果が報告され、活性中心をはじめとした該酵素の高次構造が明らかとなっている(非特許文献1,2,3,4を参照。)。
J.Mol.Biol.,289,319−333(1999) PNAS,96(21),11787−11791(1999) The EMBO Journal,18(19),5187−5194(1999) Protein Science,9,1265−1273(2000)
By the way, at the time of filing this application, the results of X-ray crystal structure analysis of an enzyme derived from Acinetobacter calcoaceticus LMD79.41 were reported, and the higher-order structure of the enzyme including the active center was clarified. (See Non-Patent Documents 1, 2, 3, and 4.)
J. et al. Mol. Biol. , 289, 319-333 (1999) PNAS, 96 (21), 11787-11791 (1999) The EMBO Journal, 18 (19), 5187-5194 (1999) Protein Science, 9, 1265-1273 (2000)

その高次構造に関する知見を基に、該酵素の構造と機能の相関に関する研究が進められているが、まだ完全に明らかになったとは言えない。例えば、水溶性グルコース脱水素酵素の第6番目のW−モチーフ、のBストランドとCストランドを結ぶループ領域(W6BC)中のアミノ酸残基の構造遺伝子の特定の部位に変異を導入することによりグルコースに対する選択性を改良しうることが考察されている(例えば、特許文献2を参照。)しかしながら、効果が実証されているのは実施例に開示されているものだけである。
特開2001−197888
Although research on the correlation between the structure and function of the enzyme has been carried out based on the knowledge about the higher-order structure, it cannot be said that it has been clarified yet. For example, glucose is introduced by introducing a mutation into a specific site of a structural gene of an amino acid residue in a loop region (W6BC) connecting the B strand and the C strand of the sixth W-motif of water-soluble glucose dehydrogenase. However, it has been considered that the selectivity to can be improved (see, for example, Patent Document 2). However, only the effects disclosed in the examples have been demonstrated.
JP 2001-197888 A

ここで、本願発明の成果をもとにこれらの高次構造に関する知見を見直すと、二糖類に対する作用性の改変には、PQQの結合に関与するアミノ酸及び/またはその周辺のアミノ酸、グルコースの結合に関与するアミノ酸及び/またはその周辺のアミノ酸、カルシウムイオンの結合に関与するアミノ酸及び/またはその周辺のアミノ酸 の少なくとも1つ以上が関わっている可能性が考えられる。   Here, based on the results of the present invention, the knowledge about these higher-order structures is reviewed. For modification of the action on disaccharides, amino acids involved in PQQ binding and / or surrounding amino acids, glucose binding There may be a possibility that at least one of amino acids involved in and / or surrounding amino acids, amino acids involved in calcium ion binding and / or surrounding amino acids is involved.

本発明の改変型PQQGDHは、配列番号1に記載されるPQQ依存性グルコースデヒドロゲナーゼにおいて、PQQの結合に関与するアミノ酸及び/またはその周辺のアミノ酸、および/または、グルコースの結合に関与するアミノ酸及び/またはその周辺のアミノ酸が置換されているものを含む。
一方、非特許文献3および4には、PQQに結合するアミノ酸として、Y344、W346、R228、N229、K377、R406、R408、D424、グルコースに結合するアミノ酸としては、Q76、D143、H144、D163、Q168、L169、などの記載がある。
The modified PQQGDH of the present invention is a PQQ-dependent glucose dehydrogenase described in SEQ ID NO: 1, amino acids involved in PQQ binding and / or surrounding amino acids, and / or amino acids involved in glucose binding and / or Or the surrounding amino acid is substituted.
On the other hand, Non-Patent Documents 3 and 4 include Y344, W346, R228, N229, K377, R406, R408, D424 as amino acids that bind to PQQ, and Q76, D143, H144, D163, as amino acids that bind to glucose. Q168, L169, etc. are described.

また、本発明の改変型PQQGDHは、配列番号1に記載されるPQQ依存性グルコースデヒドロゲナーゼにおいて、カルシウムイオンの結合に関与するアミノ酸及び/またはその周辺のアミノ酸が置換されているものを含む。
一方、非特許文献1には、活性中心のカルシウムイオンに結合するアミノ酸としては、P248、G247、Q246、D252、T348などの記載がある。
The modified PQQGDH of the present invention includes the PQQ-dependent glucose dehydrogenase described in SEQ ID NO: 1 in which amino acids involved in calcium ion binding and / or surrounding amino acids are substituted.
On the other hand, Non-Patent Document 1 describes P248, G247, Q246, D252, T348, and the like as amino acids that bind to the active center calcium ion.

また、本発明の改変型PQQGDHは、野生型酵素の活性型立体構造における活性中心から半径15Å以内、好ましくは半径10Å以内の範囲に位置するアミノ酸を変異することにより得られるものを含む。   The modified PQQGDH of the present invention includes those obtained by mutating amino acids located within a radius of 15 mm, preferably within a radius of 10 mm, from the active center in the active three-dimensional structure of the wild-type enzyme.

また、本発明の改変型PQQGDHは、野生型酵素の活性型立体構造において基質から半径10Å以内の範囲に位置するアミノ酸を変異することにより得られるものを含む。特に、基質がグルコースであるとき、野生型酵素の活性型立体構造において基質から半径10Å以内の範囲に位置するアミノ酸を変異することにより得られるものが好ましい。   The modified PQQGDH of the present invention includes those obtained by mutating amino acids located within a radius of 10 mm from the substrate in the active three-dimensional structure of the wild-type enzyme. In particular, when the substrate is glucose, those obtained by mutating amino acids located within a radius of 10 mm from the substrate in the active three-dimensional structure of the wild-type enzyme are preferable.

また、本発明の改変型PQQGDHは、野生型酵素の活性型立体構造において基質の1位の炭素に結合するOH基から半径10Å以内の範囲に位置するアミノ酸を変異することにより得られるものを含む。特に、基質がグルコースであるとき、野生型酵素の活性型立体構造において基質から半径10Å以内の範囲に位置するアミノ酸を変異することにより得られるものが好ましい。   The modified PQQGDH of the present invention includes those obtained by mutating amino acids located within a radius of 10 mm from the OH group that binds to the 1st carbon of the substrate in the active three-dimensional structure of the wild-type enzyme . In particular, when the substrate is glucose, those obtained by mutating amino acids located within a radius of 10 mm from the substrate in the active three-dimensional structure of the wild-type enzyme are preferable.

また、本発明の改変型PQQGDHは、野生型酵素の活性型立体構造において基質の2位の炭素に結合するOH基から半径10Å以内の範囲に位置するアミノ酸を変異することにより得られるものを含む。特に、基質がグルコースであるとき、野生型酵素の活性型立体構造において基質から半径10Å以内の範囲に位置するアミノ酸を変異することにより得られるものが好ましい。   The modified PQQGDH of the present invention includes those obtained by mutating amino acids located within a radius of 10 mm from the OH group that binds to the carbon at the 2-position of the substrate in the active three-dimensional structure of the wild-type enzyme. . In particular, when the substrate is glucose, those obtained by mutating amino acids located within a radius of 10 mm from the substrate in the active three-dimensional structure of the wild-type enzyme are preferable.

以上の教示にしたがって、当業者は、アシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii)NCIMB11517株を起源とする配列番号1で示される野生型PQQGDHタンパク質および配列番号2で示されるその塩基配列を参照し、これらとの相同性が高い(好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上の相同性を有する)他の起源(天然のもの、改変されたもの、人工的に合成されたものを問わない)に由来する改変型PQQGDHについても、配列番号1に対応する位置(同等の位置)を探し出し、当該領域でアミノ酸残基を置換することにより、過度に試行錯誤を行うことなく、野生型のPQQGDHよりも二糖類に対する作用性が低下した改変型PQQGDHを得ることができる。   In accordance with the above teachings, those skilled in the art will refer to the wild-type PQQGDH protein represented by SEQ ID NO: 1 originating from the Acinetobacter baumannii NCIMB11517 strain and its base sequence represented by SEQ ID NO: 2 Derived from other sources (whether natural, modified, or artificially synthesized) with high homology (preferably having a homology of 80% or higher, more preferably 90% or higher) As for the modified PQQGDH, a position corresponding to SEQ ID NO: 1 (equivalent position) is found, and an amino acid residue is substituted in the region, so that the disaccharide is more than the wild type PQQGDH without excessive trial and error. It is possible to obtain a modified PQQGDH having a reduced activity on.

例えば、配列番号1のアミノ酸配列と、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)LMD79.41株由来酵素のアミノ酸配列を比較すると、相違箇所はわずかで、相同性は92.3%(シグナル配列含む)となり、非常に類似しているので、配列番号1におけるある残基が、他起源の酵素のどのアミノ酸残基に該当するかを容易に認識することができる。そして、本発明にしたがって、そのような1またはそれ以上の箇所においてアミノ酸残基を他のアミノ酸残基で置換および/または他のアミノ酸を挿入することにより、野生型のPQQGDHよりも二糖類に対する作用性が低下した改変型PQQGDHを得ることができる。これらの改変型PQQGDHグルコース脱水素酵素も本発明の範囲内に含まれる。   For example, when the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is compared with the amino acid sequence of the enzyme derived from Acinetobacter calcoaceticus LMD79.41, the difference is slight and the homology is 92.3% (including the signal sequence). ) And are very similar, it can be easily recognized which amino acid residue of an enzyme of another origin corresponds to a certain residue in SEQ ID NO: 1. Then, according to the present invention, the amino acid residue is substituted with another amino acid residue and / or another amino acid is inserted at one or more of such sites, so that the action on disaccharides is greater than that of wild-type PQQGDH. Modified PQQGDH having reduced properties can be obtained. These modified PQQGDH glucose dehydrogenases are also included within the scope of the present invention.

本発明の改変型PQQGDHをコードする遺伝子は、微生物など種々の起源より得られる野生型PQQGDHをコードする遺伝子を含むDNA断片を改変することにより得られる可能性がある。具体的には、例えばアシネトバクター・カルコアセティカス、アシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii)、シュードモナス・エルギノサ(Pseudomonasaeruginosa)、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens)、グルコノバクター・オキシダンス等の酸化細菌やアグロバクテリウム・ラジオバクター(Agrobacteriumradiobacter)、エシェリヒア・コリ、クレブシーラ・エーロジーンズ(Klebsiella aerogenes)等の腸内細菌を挙げることができる。ただし、エシェリヒア・コリなどに存在する膜型酵素を改変して可溶型にすることは困難であり、起源としてはアシネトバクター属、さらに好ましくは相同性の高いアシネトバクター・カルコアセティカスもしくはアシネトバクター・バウマンニのいずれかの可溶性PQQGDHを選択することが好ましい。   The gene encoding the modified PQQGDH of the present invention may be obtained by modifying a DNA fragment containing a gene encoding wild-type PQQGDH obtained from various sources such as microorganisms. Specifically, for example, Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluseus, Pseudomonas plutida, Pseudomonas plutida Examples include oxidative bacteria such as dance, and enterobacteria such as Agrobacterium radiobacter, Escherichia coli, and Klebsiella aerogenes. However, it is difficult to modify a membrane enzyme present in Escherichia coli to make it soluble, and the origin is Acinetobacter, more preferably Acinetobacter calcoaceticus or Acinetobacter baumannii with high homology. It is preferable to select any of the soluble PQQGDH.

野生型PQQGDHをコードする遺伝子を改変する方法としては、通常行われる遺伝情報を改変する手法が用いられる。すなわち、タンパク質の遺伝情報を有するDNAの特定の塩基を変換することにより、或いは特定の塩基を挿入または欠失させることにより、改変蛋白質の遺伝情報を有するDNAが作成される。DNA中の塩基を変換する具体的な方法としては、例えば市販のキット(TransformerMutagenesis Kit;Clonetech製,EXOIII/Mung Bean Deletion Kit;Stratagene製,QuickChange Site Directed Mutagenesis Kit;Stratagene製など)の使用、或いはポリメラーゼ連鎖反応法(PCR)の利用が挙げられる。   As a method for modifying the gene encoding wild-type PQQGDH, a commonly performed technique for modifying genetic information is used. That is, a DNA having genetic information of a modified protein is created by converting a specific base of DNA having genetic information of the protein, or by inserting or deleting a specific base. As a specific method for converting bases in DNA, for example, a commercially available kit (Transformer Mutagenesis Kit; manufactured by Clonetech, EXOIII / Mung Bean Selection Kit; manufactured by Stratagene, QuickChange SiteDirected MutagenStained MutaseNeste, etc.) Use of the chain reaction method (PCR) is mentioned.

作製された改変タンパク質の遺伝情報を有するDNAは、プラスミドと連結された状態にて宿主微生物中に移入され、改変タンパク質を生産する形質転換体となる。
ベクターとしてプラスミドを用いる場合、例えば、エシェリヒア・コリー(Escherichia coli)を宿主微生物とする場合にはpBluescript,pUC18などが使用できる。宿主微生物としては、例えば、エシェリヒア・コリー W3110、エシェリヒア・コリーC600、エシェリヒア・コリーJM109、エシェリヒア・コリーDH5αなどが利用できる。宿主微生物に組換えベクターを移入する方法としては、例えば宿主微生物がエシェリヒア属に属する微生物の場合には、カルシウムイオンの存在下で組換えDNAの移入を行なう方法などを採用することができ、更にエレクトロポレーション法を用いても良い。更には、市販のコンピテントセル(例えば、コンピテントハイJM109;東洋紡績製)を用いても良い。
The prepared DNA having genetic information of the modified protein is transferred into a host microorganism in a state of being linked to a plasmid, and becomes a transformant that produces the modified protein.
When using a plasmid as a vector, for example, pBluescript, pUC18, etc. can be used when Escherichia coli is used as a host microorganism. Examples of host microorganisms that can be used include Escherichia coli W3110, Escherichia coli C600, Escherichia coli JM109, and Escherichia coli DH5α. As a method for transferring the recombinant vector into the host microorganism, for example, when the host microorganism is a microorganism belonging to the genus Escherichia, a method for transferring the recombinant DNA in the presence of calcium ions can be employed. An electroporation method may be used. Furthermore, a commercially available competent cell (for example, competent high JM109; manufactured by Toyobo) may be used.

このような遺伝子はこれらの菌株より抽出してもよく、また化学的に合成することもできる。さらに、PCR法の利用により、PQQGDH遺伝子を含むDNA断片を得ることも可能である。   Such genes may be extracted from these strains or chemically synthesized. Furthermore, it is possible to obtain a DNA fragment containing the PQQGDH gene by using the PCR method.

本発明において、PQQGDHをコードする遺伝子を得る方法としては、次のような方法が挙げられる。例えばアシネトバクター・カルコアセティカスNCIB11517 の染色体を分離、精製した後、超音波処理、制限酵素処理等を用いてDNAを切断したものと、リニアーな発現ベクターと両DNAの平滑末端または付着末端においてDNAリガーゼなどにより結合閉鎖させて組換えベクターを構築する。該組換えベクターを複製可能な宿主微生物に移入した後、ベクターのマーカーと酵素活性の発現を指標としてスクリーニングして、PQQを補欠分子族とするGDHをコードする遺伝子を含有する組換えベクターを保持する微生物を得る。
なお、アシネトバクター・カルコアセティカスNCIB11517は、NCIMBまたはUKNCCから入手することができる。
In the present invention, a method for obtaining a gene encoding PQQGDH includes the following methods. For example, after separating and purifying the chromosome of Acinetobacter calcoaceticus NCIB11517, DNA was cleaved using sonication, restriction enzyme treatment, etc., linear expression vector and DNA at the blunt or sticky ends of both DNAs The recombinant vector is constructed by ligation and closing with ligase or the like. After transferring the recombinant vector into a replicable host microorganism, screening is performed using the expression of the vector marker and enzyme activity as an index, and a recombinant vector containing a gene encoding GDH having PQQ as a prosthetic group is retained. To obtain microorganisms.
Acinetobacter calcoaceticus NCIB11517 can be obtained from NCIMB or UKNCC.

次いで、上記組換えベクターを保持する微生物を培養して、該培養微生物の菌体から該組換えベクターを分離、精製し、該発現ベクターからGDHをコードする遺伝子を採取することができる。例えば、遺伝子供与体であるアシネトバクター・カルコアセティカスNCIB11517 の染色体DNAは、具体的には以下のようにして採取される。   Subsequently, the microorganism holding the recombinant vector can be cultured, the recombinant vector can be isolated and purified from the cells of the cultured microorganism, and the gene encoding GDH can be collected from the expression vector. For example, the chromosomal DNA of Acinetobacter calcoaceticus NCIB11517, which is a gene donor, is specifically collected as follows.

該遺伝子供与微生物を例えば1〜3日間攪拌培養して得られた培養液を遠心分離により集菌し、次いで、これを溶菌させることによりPQQを補欠分子族とするGDH遺伝子の含有溶菌物を調製することができる。溶菌の方法としては、例えばリゾチーム等の溶菌酵素により処理が施され、必要に応じてプロテアーゼや他の酵素やラウリル硫酸ナトリウム(SDS)等の界面活性剤が併用される。さらに、凍結融解やフレンチプレス処理のような物理的破砕方法と組み合わせてもよい。   A culture solution obtained by stirring and culturing the gene-donating microorganism for 1 to 3 days, for example, is collected by centrifugation, and then lysed to prepare a GDH gene-containing lysate containing PQQ as a prosthetic group can do. As a method for lysis, for example, treatment is performed with a lytic enzyme such as lysozyme, and a protease, other enzyme, or a surfactant such as sodium lauryl sulfate (SDS) is used in combination as necessary. Further, it may be combined with a physical crushing method such as freeze-thawing or French press treatment.

上記のようにして得られた溶菌物からDNAを分離精製するには、常法に従って、例えばフェノール処理やプロテアーゼ処理による除蛋白処理や、リボヌクレアーゼ処理、アルコール沈殿処理などの方法を適宜組み合わせることにより行うことができる。   In order to separate and purify DNA from the lysate obtained as described above, a conventional method is used, for example, by appropriately combining methods such as deproteinization treatment by phenol treatment or protease treatment, ribonuclease treatment, and alcohol precipitation treatment. be able to.

微生物から分離、精製されたDNAを切断する方法は、例えば超音波処理、制限酵素処理などにより行うことができる。好ましくは特定のヌクレオチド配列に作用するII型制限酵素が適している。   A method of cleaving DNA separated and purified from microorganisms can be performed by, for example, ultrasonic treatment, restriction enzyme treatment, or the like. Type II restriction enzymes that act on specific nucleotide sequences are suitable.

クローニングする際のベクターとしては、宿主微生物内で自律的に増殖し得るファージまたはプラスミドから遺伝子組換え用として構築されたものが適している。ファージとしては、例えばエシェリヒア・コリを宿主微生物とする場合にはLambda gt10 、Lambda gt11 などが例示される。また、プラスミドとしては、例えば、エシェリヒア・コリを宿主微生物とする場合には、pBR322、pUC19 、pBluescript などが例示される。   As a vector for cloning, a vector constructed for gene recombination from a phage or plasmid that can autonomously grow in a host microorganism is suitable. Examples of the phage include Lambda gt10 and Lambda gt11 when Escherichia coli is used as a host microorganism. Examples of plasmids include pBR322, pUC19, and pBluescript when Escherichia coli is used as a host microorganism.

クローニングの際、上記のようなベクターを、上述したGDHをコードする遺伝子供与体である微生物DNAの切断に使用した制限酵素で切断してベクター断片を得ることができるが、必ずしも該微生物DNAの切断に使用した制限酵素と同一の制限酵素を用いる必要はない。微生物DNA断片とベクターDNA断片とを結合させる方法は、公知のDNAリガーゼを用いる方法であればよく、例えば微生物DNA断片の付着末端とベクター断片の付着末端とのアニーリングの後、適当なDNAリガーゼの使用により微生物DNA断片とベクターDNA断片との組換えベクターを作成する。必要に応じて、アニーリングの後、宿主微生物に移入して生体内のDNAリガーゼを利用し組換えベクターを作製することもできる。   At the time of cloning, a vector fragment can be obtained by cleaving the above-described vector with the restriction enzyme used to cleave the microbial DNA that is the gene donor encoding GDH described above. It is not necessary to use the same restriction enzyme as that used in the above. The method for binding the microbial DNA fragment and the vector DNA fragment may be a method using a known DNA ligase. For example, after annealing of the sticky end of the microbial DNA fragment and the sticky end of the vector fragment, an appropriate DNA ligase is used. A recombinant vector of a microbial DNA fragment and a vector DNA fragment is prepared by use. If necessary, after annealing, it can be transferred to a host microorganism and a recombinant vector can be prepared using in vivo DNA ligase.

クローニングに使用する宿主微生物としては、組換えベクターが安定であり、かつ自律増殖可能で外来性遺伝子の形質発現できるものであれば特に制限されない。一般的には、エシェリヒア・コリW3110 、エシェリヒア・コリC600、エシェリヒア・コリHB101 、エシェリヒア・コリJM109 、エシェリヒア・コリDH5 αなどを用いることができる。   The host microorganism used for cloning is not particularly limited as long as the recombinant vector is stable, can autonomously propagate, and can express a foreign gene. Generally, Escherichia coli W3110, Escherichia coli C600, Escherichia coli HB101, Escherichia coli JM109, Escherichia coli DH5α, and the like can be used.

宿主微生物に組換えベクターを移入する方法としては、例えば宿主微生物がエシェリヒア・コリの場合には、カルシウム処理によるコンピテントセル法やエレクトロポーレーション法などを用いることができる。   As a method for transferring the recombinant vector into the host microorganism, for example, when the host microorganism is Escherichia coli, a competent cell method or an electroporation method using calcium treatment can be used.

上記のように得られた形質転換体である微生物は、栄養培地で培養されることにより、多量のGDHを安定に生産し得る。宿主微生物への目的組換えベクターの移入の有無についての選択は、目的とするDNAを保持するベクターの薬剤耐性マーカーとPQQの添加によりGDH活性を同時に発現する微生物を検索すればよい。例えば、薬剤耐性マーカーに基づく選択培地で生育し、かつGDHを生成する微生物を選択すればよい。   The microorganism which is a transformant obtained as described above can stably produce a large amount of GDH by being cultured in a nutrient medium. The selection of whether or not the target recombinant vector is transferred to the host microorganism may be performed by searching for a microorganism that simultaneously expresses GDH activity by adding a drug resistance marker of the vector holding the target DNA and PQQ. For example, a microorganism that grows in a selective medium based on a drug resistance marker and generates GDH may be selected.

上記の方法により得られたPQQを補欠分子族とするGDH遺伝子の塩基配列は、Science ,第214巻,1205(1981)に記載されたジデオキシ法により解読した。また、GDHのアミノ酸配列は上記のように決定された塩基配列より推定した。 The base sequence of the GDH gene having PQQ as a prosthetic group obtained by the above method was decoded by the dideoxy method described in Science, Vol. 214, 1205 (1981). The amino acid sequence of GDH was estimated from the base sequence determined as described above.

上記のようにして、一度選択されたPQQを補欠分子族とするGDH遺伝子を保有する組換えベクターより、PQQ生産能を有する微生物にて複製できる組換えベクターへの移入は、GDH遺伝子を保持する組換えベクターから制限酵素やPCR法によりGDH遺伝子であるDNAを回収し、他のベクター断片と結合させることにより容易に実施できる。また、これらのベクターによるPQQ生産能を有する微生物の形質転換は、カルシウム処理によるコンピテントセル法やエレクトロポーレーション法などを用いることができる。   As described above, transfer from a recombinant vector having a GDH gene having PQQ selected once as a prosthetic group to a recombinant vector capable of replicating in a microorganism capable of producing PQQ retains the GDH gene. It can be easily carried out by collecting DNA, which is a GDH gene, from a recombinant vector by a restriction enzyme or PCR method and binding it to other vector fragments. Moreover, the transformation of the microorganism which has PQQ production ability by these vectors can use the competent cell method by electrolysis, the electroporation method, etc.

PQQ生産能を有する微生物としては、メチロバクテリウム(Methylobacterium)属等のメタノール資化性細菌、アセトバクター(Acetobacter )属やグルコノバクター(Gluconobacter )属の酢酸菌、フラボバクテリウム(Flavobacterium)属、シュードモナス属、アシネトバクター属等の細菌を挙げることができる。なかでも、シュードモナス属細菌とアシネトバクター属細菌が利用できる宿主−ベクター系が確立されており利用しやすいので好ましい。   Examples of microorganisms capable of producing PQQ include methanol-utilizing bacteria such as the genus Methylobacterium, acetic acid bacteria belonging to the genus Acetobacter and Gluconobacter, and the genus Flavobacterium And bacteria such as Pseudomonas and Acinetobacter. Among them, a host-vector system that can use Pseudomonas bacteria and Acinetobacter bacteria is established and is preferable because it is easy to use.

シュードモナス属細菌では、シュードモナス・アエルギノサ、シュードモナス・フルオレッセンス、シュードモナス・プチダなどを用いることができる。また、アシネトバクター属細菌ではアシネトバクター・カルコアセティカス、アシネトバクター・バウマンニ等を用いることができる。   For Pseudomonas bacteria, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas petitida and the like can be used. As Acinetobacter bacteria, Acinetobacter calcoaceticus, Acinetobacter baumannii and the like can be used.

上記微生物にて複製できる組換えベクターとしては、RSF1010 由来のベクターもしくはその類似のレプリコンを有するベクターがシュードモナス属細菌に利用可能である。例えば、pKT240、pMMB24等(M.M.Bagdasarian ら,Gene,26,273(1983))、pCN40 、pCN60 等(C.C.Nieto ら,Gene,87,145(1990))やpTS1137 等を挙げることができる。また、pME290等(Y.Itohら、Gene,36,27(1985))、pNI111、pNI20C(N.Itohら,J.Biochem.,110,614(1991))も利用できる。   As a recombinant vector that can be replicated in the above-mentioned microorganism, a vector derived from RSF1010 or a vector having a similar replicon can be used for Pseudomonas bacteria. For example, pKT240, pMMB24, etc. (MM Bagdasarian et al., Gene, 26, 273 (1983)), pCN40, pCN60, etc. (CC Nito et al., Gene, 87, 145 (1990)), pTS1137, etc. be able to. Further, pME290 and the like (Y. Itoh et al., Gene, 36, 27 (1985)), pNI111, pNI20C (N. Itoh et al., J. Biochem., 110, 614 (1991)) can also be used.

アシネトバクター属細菌では、pWM43 等(W.Minas ら,Appl.Environ.Microbiol. ,59,2807(1993))、pKT230、pWH1266 等(M.Hungerら,Gene,87,45(1990))がベクターとして利用可能である。   In bacteria belonging to the genus Acinetobacter, pWM43 and the like (W. Minas et al., Appl. Environ. Microbiol., 59, 2807 (1993)), pKT230, pWH1266 and the like (M. Hunger et al., Gene, 87, 45 (1990)) are used as vectors. Is available.

こうして得られた形質転換体である微生物は、栄養培地で培養されることにより、多量の改変タンパク質を安定して生産し得る。形質転換体である宿主微生物の培養形態は、宿主の栄養生理的性質を考慮して培養条件を選択すればよく、多くの場合は液体培養で行う。工業的には通気攪拌培養を行うのが有利である。   Microorganisms which are transformants thus obtained can stably produce a large amount of modified protein by being cultured in a nutrient medium. The culture form of the host microorganism, which is a transformant, may be selected in consideration of the nutritional physiological properties of the host, and in many cases, the culture is performed in liquid culture. Industrially, aeration and agitation culture is advantageous.

培地の栄養源としては,微生物の培養に通常用いられるものが広く使用され得る。炭素源としては資化可能な炭素化合物であればよく、例えば、グルコース、シュークロース、ラクトース、マルトース、ラクトース、糖蜜、ピルビン酸などが使用される。また、窒素源としては利用可能な窒素化合物であればよく、例えば、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、カゼイン加水分解物、大豆粕アルカリ抽出物などが使用される。その他、リン酸塩、炭酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カルシウム、カリウム、鉄、マンガン、亜鉛などの塩類、特定のアミノ酸、特定のビタミンなどが必要に応じて使用される。   As a nutrient source of the medium, those commonly used for culturing microorganisms can be widely used. Any carbon compound that can be assimilated may be used as the carbon source. For example, glucose, sucrose, lactose, maltose, lactose, molasses, pyruvic acid and the like are used. The nitrogen source may be any available nitrogen compound. For example, peptone, meat extract, yeast extract, casein hydrolyzate, soybean cake alkaline extract, and the like are used. In addition, phosphates, carbonates, sulfates, salts such as magnesium, calcium, potassium, iron, manganese, and zinc, specific amino acids, specific vitamins, and the like are used as necessary.

培養温度は菌が成育し、改変型PQQGDHを生産する範囲で適宜変更し得るが、上記のようなPQQ生産能を有する微生物の場合、好ましくは20〜42℃程度である。培養時間は条件によって多少異なるが、改変型PQQGDHが最高収量に達する時期を見計らって適当時期に培養を完了すればよく、通常は6〜48時間程度である。培地のpHは菌が発育し、改変型PQQGDHを生産する範囲で適宜変更し得るが、好ましくはpH6.0〜9.0程度の範囲である。   The culture temperature can be appropriately changed within the range in which the fungus grows and produces modified PQQGDH. However, in the case of the microorganism having the PQQ production ability as described above, it is preferably about 20 to 42 ° C. Although the culture time varies somewhat depending on conditions, the culture may be completed at an appropriate time in consideration of the time when the modified PQQGDH reaches the maximum yield, and is usually about 6 to 48 hours. The pH of the medium can be appropriately changed as long as the bacteria grow and produce modified PQQGDH, but is preferably in the range of about pH 6.0 to 9.0.

培養物中の改変型PQQGDHを生産する菌体を含む培養液をそのまま採取し、利用することもできるが、一般には、常法に従って、改変型PQQGDHが培養液中に存在する場合はろ過、遠心分離などにより、改変型PQQGDH含有溶液と微生物菌体とを分離した後に利用される。改変型PQQGDHが菌体内に存在する場合には、得られた培養物からろ過または遠心分離などの手段により菌体を採取し、次いで、この菌体を機械的方法またはリゾチームなどの酵素的方法で破壊し、また、必要に応じて、EDTA等のキレート剤及び界面活性剤を添加してGDHを可溶化し、水溶液として分離採取する。   Although the culture solution containing the cells producing the modified PQQGDH in the culture can be collected and used as it is, in general, when the modified PQQGDH is present in the culture solution, it is filtered and centrifuged. It is used after separating the modified PQQGDH-containing solution and microbial cells by separation or the like. When the modified PQQGDH is present in the microbial cells, the microbial cells are collected from the obtained culture by means of filtration or centrifugation, and then the microbial cells are collected by a mechanical method or an enzymatic method such as lysozyme. In addition, if necessary, a chelating agent such as EDTA and a surfactant are added to solubilize GDH, and it is separated and collected as an aqueous solution.

上記のようにして得られたGDH含有溶液を、例えば減圧濃縮、膜濃縮、さらに硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウムなどの塩析処理、あるいは親水性有機溶媒、例えばメタノール、エタノール、アセトンなどによる分別沈殿法により沈殿せしめればよい。また、加熱処理や等電点処理も有効な精製手段である。その後、吸着剤あるいはゲルろ過剤などによるゲルろ過、吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィーを行うことにより、精製されたGDHを得ることができる。   The GDH-containing solution obtained as described above is precipitated by, for example, vacuum concentration, membrane concentration, salting-out treatment with ammonium sulfate, sodium sulfate or the like, or fractional precipitation with a hydrophilic organic solvent such as methanol, ethanol, acetone, etc. You just have to let them know. Heat treatment and isoelectric point treatment are also effective purification means. Thereafter, purified GDH can be obtained by performing gel filtration using an adsorbent or a gel filter, adsorption chromatography, ion exchange chromatography, and affinity chromatography.

例えば、セファデックス(Sephadex)ゲル(ファルマシアバイオテク)などによるゲルろ過、DEAEセファロースCL−6B (ファルマシアバイオテク)、オクチルセファロースCL−6B (ファルマシアバイオテク)等のカラムクロマトグラフィーにより分離、精製し、精製酵素標品を得ることができる。該精製酵素標品は、電気泳動(SDS−PAGE)的に単一のバンドを示す程度に純化されていることが好ましい。   For example, separation and purification by gel filtration using Sephadex gel (Pharmacia Biotech), column chromatography such as DEAE Sepharose CL-6B (Pharmacia Biotech), octyl Sepharose CL-6B (Pharmacia Biotech), etc. Goods can be obtained. The purified enzyme preparation is preferably purified to the extent that it shows a single band on electrophoresis (SDS-PAGE).

上記のようにして得られた精製酵素を、例えば凍結乾燥、真空乾燥やスプレードライなどにより粉末化して流通させることが可能である。その際、精製酵素はリン酸緩衝液、トリス塩酸緩衝液やGOODの緩衝液に溶解しているものを用いることができる。好適なものはGOODの緩衝液であり、なかでも、PIPES、MESもしくはMOPS緩衝液が特に好ましい。また、カルシウムイオンまたはその塩、およびグルタミン酸、グルタミン、リジン等のアミノ酸類、さらに血清アルブミン等を添加することによりGDHをより安定化することができる。   The purified enzyme obtained as described above can be pulverized and distributed, for example, by freeze drying, vacuum drying, spray drying, or the like. At this time, the purified enzyme may be one dissolved in a phosphate buffer, a Tris-HCl buffer, or a GOOD buffer. Preferred are GOOD buffers, with PIPES, MES or MOPS buffers being particularly preferred. Further, GDH can be further stabilized by adding calcium ions or salts thereof, amino acids such as glutamic acid, glutamine, and lysine, and serum albumin.

本発明の改変タンパク質の製造方法は、特に限定されないが、以下に示すような手順で製造することが可能である。タンパク質を構成するアミノ酸配列を改変する方法としては、通常行われる遺伝情報を改変する手法が用いられる。すなわち、タンパク質の遺伝情報を有するDNAの特定の塩基を変換することにより、或いは特定の塩基を挿入または欠失させることにより、改変蛋白質の遺伝情報を有するDNAが作成される。DNA中の塩基を変換する具体的な方法としては、例えば市販のキット(TransformerMutagenesis Kit;Clonetech製,EXOIII/Mung Bean Deletion Kit;Stratagene製,QuickChange Site Directed Mutagenesis Kit;Stratagene製など)の使用、或いはポリメラーゼ連鎖反応法(PCR)の利用が挙げられる。   Although the manufacturing method of the modified protein of this invention is not specifically limited, It is possible to manufacture in the procedure as shown below. As a method for modifying the amino acid sequence constituting the protein, a commonly used technique for modifying genetic information is used. That is, a DNA having genetic information of a modified protein is created by converting a specific base of DNA having genetic information of the protein, or by inserting or deleting a specific base. As a specific method for converting bases in DNA, for example, a commercially available kit (Transformer Mutagenesis Kit; manufactured by Clonetech, EXOIII / Mung Bean Selection Kit; manufactured by Stratagene, QuickChange SiteDirected MutagenStained MutaseNeste, etc.) Use of the chain reaction method (PCR) is mentioned.

本発明では、配列番号1に示されるPQQGDHの74位、75位、76位、142位、168位、169位、170位、171位、224位、230位、236位、244位、245位、258位、342位、344位、345位、416位、429位及び430位に着目し、これらのアミノ酸部位へ上記変異導入キットを用いてランダムに変異を導入したライブラリーを作製し、基質特異性の変化を指標にスクリーニングしたところ、基質特異性が改善されたPQQGDH改変体を得ることができた。基質特異性に関しては、(T224A+A236T)、(Q168A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171S+T224A+A236T+M342I)、(M342I+430P)、(E245D+M342I+430P)、(Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430P)の多重変異体が特に好ましい。   In the present invention, 74, 75, 76, 142, 168, 169, 170, 171, 224, 230, 230, 236, 244, 245 of PQQGDH shown in SEQ ID NO: 1 Focusing on positions 258, 342, 344, 345, 416, 429, and 430, a library in which mutations were randomly introduced into these amino acid sites using the above mutation introduction kit was prepared, and the substrate When the change in specificity was used as an indicator, a PQQGDH variant with improved substrate specificity could be obtained. With regard to substrate specificity, (T224A + A236T), (Q168A + T224A + A236T + M342I), (Q168A + 171A + T224A + A236T + M342I), (Q168A + 171S + T224A + A236T + M342I), (M342I + 430P), (E245D + M342I + 430P), (Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A 70M + E245D + M342I + N429E + 430P) multiple mutant are particularly preferred.

本発明の改変型PQQGDHタンパク質は、液状(水溶液、懸濁液等)、粉末、凍結乾燥など種々の形態をとることができる。凍結乾燥法としては、特に制限されるものではなく常法に従って行えばよい。本発明の酵素を含む組成物は凍結乾燥物に限られず、凍結乾燥物を再溶解した溶液状態であってもよい。
本発明の改変型PQQGDHタンパク質は、グルコース測定用組成物として用いることが出来る。本発明の改変型PQQGDHタンパク質またはグルコース測定用組成物は、グルコース測定を行なう際には、グルコースアッセイキット、グルコースセンサーとして用いることができる。本発明のグルコース測定用組成物は、その形態や使用方法に応じて、精製された状態であっても良いし、種々の添加物が加えられていても良い。
例えば、精製された改変タンパク質は、以下のような方法により安定化することができる。
The modified PQQGDH protein of the present invention can take various forms such as liquid (aqueous solution, suspension, etc.), powder, and lyophilized. The lyophilization method is not particularly limited and may be performed according to a conventional method. The composition containing the enzyme of the present invention is not limited to a lyophilized product, and may be in a solution state in which the lyophilized product is redissolved.
The modified PQQGDH protein of the present invention can be used as a glucose measurement composition. The modified PQQGDH protein or glucose measurement composition of the present invention can be used as a glucose assay kit or a glucose sensor when measuring glucose. The glucose measurement composition of the present invention may be in a purified state or may contain various additives depending on the form and method of use.
For example, the purified modified protein can be stabilized by the following method.

精製された改変タンパク質に(1)アスパラギン酸、グルタミン酸、α−ケトグルタル酸、リンゴ酸、α−ケトグルコン酸、α−サイクロデキストリンおよびそれらの塩からなる群から選ばれた1種または2種以上の化合物および(2)アルブミンを共存せしめることにより、改変タンパク質をさらに安定化することができる。   (1) One or more compounds selected from the group consisting of (1) aspartic acid, glutamic acid, α-ketoglutaric acid, malic acid, α-ketogluconic acid, α-cyclodextrin, and salts thereof And (2) By coexisting albumin, the modified protein can be further stabilized.

凍結乾燥組成物中においては、PQQGDH含有量は、酵素の起源によっても異なるが、通常は約5〜50%(重量比)の範囲で好適に用いられる。酵素活性に換算すると、100〜2000U/mgの範囲で好適に用いられる。   In the lyophilized composition, the PQQGDH content varies depending on the origin of the enzyme, but is usually suitably used in the range of about 5 to 50% (weight ratio). When converted into enzyme activity, it is preferably used in the range of 100 to 2000 U / mg.

アスパラギン酸、グルタミン酸、αーケトグルタル酸、リンゴ酸、及びαーケトグルコン酸の塩としては、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、カルシウム、及びマグネシウム等の塩が挙げられるが特に限定されるものではない。上記化合物とその塩及びα−シクロデキストリンの添加量は、1〜90%(重量比)の範囲で添加することが好ましい。これらの物質は単独で用いてもよいし、複数組み合わせてもよい。   Examples of salts of aspartic acid, glutamic acid, α-ketoglutaric acid, malic acid, and α-ketogluconic acid include salts of sodium, potassium, ammonium, calcium, magnesium, and the like, but are not particularly limited. The addition amount of the above compound, its salt and α-cyclodextrin is preferably in the range of 1 to 90% (weight ratio). These substances may be used alone or in combination.

含有される緩衝液としては特に限定されるものではないが、トリス緩衝液、リン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、GOOD緩衝液などが挙げられる。該緩衝液のpHは5.0〜9.0程度の範囲で使用目的に応じて調整される。凍結乾燥物中においては緩衝剤の含有量は、特に限定されるものではないが、好ましくは0.1%(重量比)以上、特に好ましくは0.1〜30%(重量比)の範囲で使用される。   The buffer solution to be contained is not particularly limited, and examples thereof include Tris buffer solution, phosphate buffer solution, borate buffer solution, and GOOD buffer solution. The pH of the buffer is adjusted in the range of about 5.0 to 9.0 according to the purpose of use. The content of the buffering agent in the lyophilized product is not particularly limited, but is preferably 0.1% (weight ratio) or more, particularly preferably 0.1 to 30% (weight ratio). used.

使用できるアルブミンとしては、牛血清アルブミン(BSA)、卵白アルブミン(OVA)などが挙げられる。特にBSAが好ましい。該アルブミンの含有量は、好ましくは1〜80%(重量比)、より好ましくは5〜70%(重量比)の範囲で使用される。   Examples of albumin that can be used include bovine serum albumin (BSA) and ovalbumin (OVA). BSA is particularly preferable. The content of the albumin is preferably 1 to 80% (weight ratio), more preferably 5 to 70% (weight ratio).

組成物には、さらに他の安定化剤などをPQQGDHの反応に特に悪い影響を及ぼさないような範囲で添加してもよい。本発明の安定化剤の配合法は特に制限されるものではない。例えばPQQGDHを含む緩衝液に安定化剤を配合する方法、安定化剤を含む緩衝液にPQQGDHを配合する方法、あるいはPQQGDHと安定化剤を緩衝液に同時に配合する方法などが挙げられる。   Further, other stabilizers and the like may be added to the composition within a range that does not particularly adversely affect the reaction of PQQGDH. The blending method of the stabilizer of the present invention is not particularly limited. For example, a method of blending a stabilizer in a buffer solution containing PQQGDH, a method of blending PQQGDH in a buffer solution containing a stabilizer, or a method of blending PQQGDH and a stabilizer in a buffer solution at the same time can be mentioned.

また、カルシウムイオンを添加しても安定化効果が得られる。すなわち、カルシウムイオンまたはカルシウム塩を含有させることにより、改変タンパク質を安定化させることができる。カルシウム塩としては、塩化カルシウムまたは酢酸カルシウムもしくはクエン酸カルシウム等の無機酸または有機酸のカルシウム塩などが例示される。また、水性組成物において、カルシウムイオンの含有量は、1×10−4〜1×10−2Mであることが好ましい。 Moreover, the stabilization effect is acquired even if calcium ion is added. That is, the modified protein can be stabilized by containing calcium ions or calcium salts. Examples of calcium salts include calcium chloride, inorganic acid such as calcium acetate or calcium citrate, or calcium salt of organic acid. In the aqueous composition, the content of calcium ions is preferably 1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 M.

カルシウムイオンまたはカルシウム塩を含有させることによる安定化効果は、グルタミン酸、グルタミンおよびリジンからなる群から選択されたアミノ酸を含有させることにより、さらに向上する。   The stabilizing effect by containing calcium ions or calcium salts is further improved by containing an amino acid selected from the group consisting of glutamic acid, glutamine and lysine.

グルタミン酸、グルタミンおよびリジンからなる群から選択されるアミノ酸は、1種または2種以上であってもよい。前記の水性組成物において、グルタミン酸、グルタミンおよびリジンからなる群から選択されたアミノ酸の含有量は、0.01〜0.2重量%であることが好ましい。   One or more amino acids selected from the group consisting of glutamic acid, glutamine and lysine may be used. In the aqueous composition, the content of an amino acid selected from the group consisting of glutamic acid, glutamine and lysine is preferably 0.01 to 0.2% by weight.

さらに血清アルブミンを含有させてもよい。前記の水性組成物に血清アルブミンを添加する場合、その含有量は0.05〜0.5重量%であることが好ましい。   Further, serum albumin may be contained. When serum albumin is added to the aqueous composition, the content is preferably 0.05 to 0.5% by weight.

緩衝剤としては、通常のものが使用され、通常、組成物のpHを5〜10とするものが好ましい。具体的にはトリス塩酸、ホウ酸、グッド緩衝液が用いられるが、カルシウムと不溶性の塩を形成しない緩衝液はすべて使用できる。   As a buffering agent, a normal thing is used, and what makes pH of a composition 5-10 normally is preferable. Specifically, Tris-HCl, boric acid, and Good's buffer are used, but any buffer that does not form an insoluble salt with calcium can be used.

前記の水性組成物には、必要により他の成分、例えば界面活性剤、安定化剤、賦形剤などを添加しても良い。   If necessary, other components such as surfactants, stabilizers and excipients may be added to the aqueous composition.

本願発明のグルコース測定用組成物は、宿主由来のタンパク質成分以外のタンパク質成分(例えばBSA等の生体由来物質)を含有しない構成とすることもできる。   The composition for measuring glucose of the present invention may be configured so as not to contain a protein component other than the host-derived protein component (for example, a biological substance such as BSA).

この場合、組成物は、改変型PQQGDHとカルシウムまたはカルシウム塩、及び緩衝剤から基本的に成る。また、これらを含有した上で、アミノ酸、あるいは有機酸をさらに加えてもかまわない。また、これらを含有するものであれば、水性組成物、凍結乾燥物を問わない。   In this case, the composition consists essentially of modified PQQGDH and calcium or a calcium salt, and a buffer. Moreover, after containing these, an amino acid or an organic acid may be further added. Moreover, if it contains these, an aqueous composition and a lyophilized material will not ask | require.

カルシウムの供給形態としては、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、クエン酸カルシウム等の無機酸または有機酸のカルシウム塩を挙げることができる。また、粉末組成物において、カルシウムの含有量(W/W)は、0.05%〜5%であることが望ましい。   Examples of the supply form of calcium include calcium salts of inorganic acids or organic acids such as calcium chloride, calcium acetate, and calcium citrate. In the powder composition, the calcium content (W / W) is preferably 0.05% to 5%.

緩衝剤としては、一般的に使用されるものであれば良く、通常、組成物のpHを5〜10とするものが好ましい。但し、リン酸バッファーのようにカルシウムと不溶性の塩を形成するものは好ましくない。またトリスアミノメタンのようにアミノ基末端を有するものは、PQQ依存性グルコースデヒドロゲナーゼのPQQ結合を不安定とするために好ましくない。このため、緩衝剤としてさらに好ましくは、ホウ酸や酢酸といった緩衝剤や、BES、Bicine、Bis−Tris、CHES、EPPS、HEPES、HEPPSO、MES、MOPS、MOPSO、PIPES、POPSO、TAPS、TAPSO、TES、Tricineといったグッド緩衝剤が挙げられる。
また、粉末組成物において、緩衝剤の含有量(W/W)は、1.0%〜50%であることが望ましい。
Any buffering agent that is generally used may be used, and usually the buffering agent having a pH of 5 to 10 is preferable. However, those that form an insoluble salt with calcium such as a phosphate buffer are not preferred. Those having an amino group end such as trisaminomethane are not preferable because the PQQ bond of PQQ-dependent glucose dehydrogenase is unstable. For this reason, more preferably as a buffering agent, a buffering agent such as boric acid or acetic acid, BES, Bicine, Bis-Tris, CHES, EPPS, HEPES, HEPPSO, MES, MOPS, MOPSO, PIPES, POPSO, TAPS, TAPSO, TES Good buffer such as Tricine.
In the powder composition, the content (W / W) of the buffering agent is preferably 1.0% to 50%.

本発明においては以下の種々の方法によりグルコースを測定することができる。
グルコースアッセイキット
本発明はまた、本発明に従う改変型PQQGDHを含むグルコースアッセイキットを特徴とする。本発明のグルコースアッセイキットは、本発明に従う改変型PQQGDHを少なくとも1回のアッセイに十分な量で含む。典型的には、キットは、本発明の改変型PQQGDHに加えて、アッセイに必要な緩衝液、メディエーター、キャリブレーションカーブ作製のためのグルコース標準溶液、ならびに使用の指針を含む。本発明に従う改変型PQQGDHは種々の形態で、例えば、凍結乾燥された試薬として、または適切な保存溶液中の溶液として提供することができる。好ましくは本発明の改変型PQQGDHはホロ化した形態で提供されるが、アポ酵素の形態で提供し、使用時にホロ化することもできる。
In the present invention, glucose can be measured by the following various methods.
Glucose Assay Kit The present invention also features a glucose assay kit comprising a modified PQQGDH according to the present invention. The glucose assay kit of the present invention comprises a modified PQQGDH according to the present invention in an amount sufficient for at least one assay. Typically, the kit contains, in addition to the modified PQQGDH of the present invention, buffers necessary for the assay, mediators, a glucose standard solution for creating a calibration curve, and directions for use. The modified PQQGDH according to the present invention can be provided in various forms, for example, as a lyophilized reagent or as a solution in a suitable storage solution. Preferably, the modified PQQGDH of the present invention is provided in the form of a holo, but can be provided in the form of an apoenzyme and can be holoed at the time of use.

グルコースセンサー
本発明はまた、本発明に従う改変型PQQGDHを用いるグルコースセンサーを特徴とする。電極としては、カーボン電極、金電極、白金電極などを用い、この電極上に本発明の酵素を固定化する。固定化方法としては、架橋試薬を用いる方法、高分子マトリックス中に封入する方法、透析膜で被覆する方法、光架橋性ポリマー、導電性ポリマー、酸化還元ポリマーなどがあり、あるいはフェロセンあるいはその誘導体に代表される電子メディエーターとともにポリマー中に固定あるいは電極上に吸着固定してもよく、またこれらを組み合わせて用いてもよい。好ましくは本発明の改変型PQQGDHはホロ化した形態で電極上に固定化するが、アポ酵素の形態で固定化し、PQQを別の層としてまたは溶液中で提供することもできる。典型的には、グルタルアルデヒドを用いて本発明の改変型PQQGDHをカーボン電極上に固定化した後、アミン基を有する試薬で処理してグルタルアルデヒドをブロッキングする。
Glucose Sensor The present invention also features a glucose sensor that uses a modified PQQGDH according to the present invention. As the electrode, a carbon electrode, a gold electrode, a platinum electrode or the like is used, and the enzyme of the present invention is immobilized on this electrode. Immobilization methods include a method using a crosslinking reagent, a method of encapsulating in a polymer matrix, a method of coating with a dialysis membrane, a photocrosslinkable polymer, a conductive polymer, a redox polymer, etc., or ferrocene or a derivative thereof. It may be fixed in a polymer or adsorbed and fixed on an electrode together with a representative electron mediator, or a combination thereof may be used. Preferably, the modified PQQGDH of the present invention is immobilized on the electrode in a holo form, but may be immobilized in the form of an apoenzyme and the PQQ provided as a separate layer or in solution. Typically, the modified PQQGDH of the present invention is immobilized on a carbon electrode using glutaraldehyde and then treated with a reagent having an amine group to block glutaraldehyde.

グルコース濃度の測定は、以下のようにして行うことができる。恒温セルに緩衝液を入れ、PQQおよびCaCl、およびメディエーターを加えて一定温度に維持する。メディエーターとしては、フェリシアン化カリウム、フェナジンメトサルフェートなどを用いることができる。作用電極として本発明の改変型PQQGDHを固定化した電極を用い、対極(例えば白金電極)および参照電極(例えばAg/AgCl電極)を用いる。カーボン電極に一定の電圧を印加して、電流が定常になった後、グルコースを含む試料を加えて電流の増加を測定する。標準濃度のグルコース溶液により作製したキャリブレーションカーブに従い、試料中のグルコース濃度を計算することができる。 The glucose concentration can be measured as follows. The buffer is placed in a thermostatic cell, and PQQ and CaCl 2 and mediator are added to maintain a constant temperature. As the mediator, potassium ferricyanide, phenazine methosulfate, or the like can be used. As the working electrode, an electrode on which the modified PQQGDH of the present invention is immobilized is used, and a counter electrode (for example, platinum electrode) and a reference electrode (for example, Ag / AgCl electrode) are used. After a constant voltage is applied to the carbon electrode and the current becomes steady, a sample containing glucose is added and the increase in current is measured. The glucose concentration in the sample can be calculated according to a calibration curve prepared with a standard concentration glucose solution.

以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明する。
実施例1 :PQQ依存性グルコース脱水素酵素遺伝子の発現プラスミドの構築
野生型PQQ依存性グルコース脱水素酵素の発現プラスミドpNPG5は、ベクターpBluescript SK(−)のマルチクローニング部位にアシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii) NCIMB11517株由来のPQQ依存性グルコース脱水素酵素をコードする構造遺伝子を挿入したものである。その塩基配列を配列表の配列番号2に、また該塩基配列から推定されるPQQ依存性グルコース脱水素酵素のアミノ酸配列を配列表の配列番号1に示す。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
Example 1: Construction of PQQ-dependent glucose dehydrogenase gene expression plasmid The wild-type PQQ-dependent glucose dehydrogenase expression plasmid pNPG5 was transformed into the multiple cloning site of the vector pBluescript SK (-) at Acinetobacter baumannii. A structural gene encoding a PQQ-dependent glucose dehydrogenase derived from NCIMB11517 strain is inserted. The base sequence is shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, and the amino acid sequence of PQQ-dependent glucose dehydrogenase deduced from the base sequence is shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.

実施例2:変異型PQQ依存性グルコース脱水素酵素の作製
野生型PQQ依存性グルコース脱水素酵素遺伝子を含む組換えプラスミドpNPG5と変異導入部位のアミノ酸をコードするトリプレットを中央に含む40mer程度の合成オリゴヌクレオチドを基に、QuickChangeTM Site−Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE製)を用いて、そのプロトコールに従って変異処理操作を行い、74位、75位、76位、142位、168位、169位、170位、171位、224位、230位、236位、244位、245位、258位、342位、344位、345位、416位、429位及び430位にランダムに変異導入した多重変異ライブラリーを作製した。そして、基質特異性の変化を指標にスクリーニングして得られた候補株の塩基配列を決定して、配列番号1記載のアミノ酸配列の224番目のトレオニンがアラニンに、236番目のアラニンがトレオニンに置換された変異型PQQ依存性グルコース脱水素酵素をコードする組換えプラスミド(pNPG5−T224A+A236T)を取得した。
次ぎに、pNPG5−T224A+A236Tを基に、その他の変異導入されていない部位の合成オリゴヌクレオチドを利用して、上記方法と同様にしてライブラリー作製、基質特異性を指標にしたスクリーニングを実施して、基質特異性が改善された変異型PQQ依存性グルコース脱水素酵素をコードする組換えプラスミド(pNPG5−Q168A+T224A+A236T+M342I、pNPG5−Q168A+171A+T224A+A236T+M342I、pNPG5−Q168A+171S+T224A+A236T+M342I)を取得した。
その他上記と同様に、ライブラリー作製、スクリーニングを実施し、記質特異性が改善された多重変異型PQQ依存性グルコース脱水素酵素をコードする組換えプラスミド(pNPG5−M342I+430P、pNPG5−E245D+M342I+430P、pNPG5−Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P、pNPG5−Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG5−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG5−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P、pNPG5−Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430P)を取得し、各組換えプラスミドで大腸菌コンピテントセル(エシェリヒア・コリーJM109;東洋紡績製)を形質転換して、該形質転換体をそれぞれ取得した。
Example 2: Preparation of mutant PQQ-dependent glucose dehydrogenase A recombinant plasmid pNPG5 containing a wild-type PQQ-dependent glucose dehydrogenase gene and a synthetic oligo of about 40 mer containing a triplet encoding the amino acid at the mutation introduction site in the center Based on the nucleotide, mutation treatment operation was performed according to the protocol using QuickChange Site-Directed Mutagenesis Kit (manufactured by STRATAGENE), and 74, 75, 76, 142, 168, 169, 170, Create a multiple mutation library with mutations randomly introduced at positions 171, 224, 230, 236, 244, 245, 258, 342, 344, 345, 416, 429 and 430 did. Then, the nucleotide sequence of the candidate strain obtained by screening using the change in substrate specificity as an index is determined, and the 224th threonine of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 is replaced with alanine and the 236th alanine is replaced with threonine. A recombinant plasmid (pNPG5-T224A + A236T) encoding the mutant PQQ-dependent glucose dehydrogenase was obtained.
Next, based on pNPG5-T224A + A236T, using synthetic oligonucleotides of other non-mutated sites, library preparation and screening using substrate specificity as an index are performed in the same manner as described above. Recombinant plasmids encoding mutant PQQ-dependent glucose dehydrogenases with improved substrate specificity (pNPG5-Q168A + T224A + A236T + M342I, pNPG5-Q168A + 171A + T224A + A236T + M342I, pNPG5-Q168A + 171S + T236M + I236T were obtained).
Others As described above, library preparation and screening were performed, and recombinant plasmids (pNPG5-M342I + 430P, pNPG5-E245D + M342I + 430P, pNPG5- Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P, pNPG5-Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG5-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG5-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P, pNPG5-Q168A + 169Y + L169P + A170M + E 45D + M342I + N429E + 430P) acquires, Escherichia coli competent cells each recombinant plasmid (Escherichia coli JM109; manufactured by Toyobo) was transformed, were obtained transformant, respectively.

実施例3:シュードモナス属細菌で複製できる発現ベクターの構築
実施例2で得た組換えプラスミドpNPG5−T224A+A236TのDNA5μgを制限酵素BamHIおよびXhoI(東洋紡績製)で切断して、変異型PQQ依存性グルコース脱水素酵素の構造遺伝子部分を単離した。単離したDNAとBamHIおよびXhoIで切断したpTM33(1μg)とT4DNAリガーゼ1単位で16℃、16時間反応させ、DNAを連結した。連結したDNAはエシェリヒア・コリDH5αのコンピテントセルを用いて形質転換を行った。得られた発現プラスミドをpNPG6−T224A+A236Tと命名した。
pNPG5−Q168A+T224A+A236T+M342I、pNPG5−Q168A+171A+T224A+A236T+M342I、pNPG5−Q168A+171S+T224A+A236T+M342I、pNPG5−M342I+430P、pNPG5−E245D+M342I+430P、pNPG5−Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P、pNPG5−Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG5−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG5−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P、pNPG5−Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430Pの各組換えプラスミドについても上記方法と同様にして発現プラスミドを取得した。得られた発現プラスミドそれぞれpNPG6−Q168A+T224A+A236T+M342I、pNPG6−Q168A+171A+T224A+A236T+M342I、pNPG6−Q168A+171S+T224A+A236T+M342I、pNPG6−M342I+430P、pNPG6−E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P、pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430Pと命名した。
Example 3: Construction of an expression vector capable of replicating in Pseudomonas bacteria 5 μg of the recombinant plasmid pNPG5-T224A + A236T DNA obtained in Example 2 was digested with restriction enzymes BamHI and XhoI (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), and mutant PQQ-dependent glucose The structural gene part of dehydrogenase was isolated. The isolated DNA was reacted with pTM33 (1 μg) cleaved with BamHI and XhoI with 1 unit of T4 DNA ligase at 16 ° C. for 16 hours to ligate the DNA. Ligated DNA was transformed with Escherichia coli DH5α competent cells. The obtained expression plasmid was designated as pNPG6-T224A + A236T.
pNPG5-Q168A + T224A + A236T + M342I, pNPG5-Q168A + 171A + T224A + A236T + M342I, pNPG5-Q168A + 171S + T224A + A236T + M342I, pNPG5-M342I + 430P, pNPG5-E245D + M342I + 430P, pNPG5-Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P, pNPG5-Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG5-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG5-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P, pNPG5-Q1 8A + 169Y + L169P + A170M + E245D + M342I + N429E + for 430P each recombinant plasmid was also acquire the expression plasmid in the same manner as the above-mentioned method. The resulting expression plasmid, respectively pNPG6-Q168A + T224A + A236T + M342I, pNPG6-Q168A + 171A + T224A + A236T + M342I, pNPG6-Q168A + 171S + T224A + A236T + M342I, pNPG6-M342I + 430P, pNPG6-E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429 + 430P, was named pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170M + E245D + M342I + N429E + 430P.

実施例4:シュードモナス属細菌の形質転換体の作製
シュードモナス・プチダTE3493(微工研寄12298号)をLBG培地(LB培地+0.3%グリセロール)で30℃、16時間培養し、遠心分離(12,000rpm、10分間)により菌体を回収し、この菌体に氷冷した300mMシュークロースを含む5mMK−リン酸緩衝液(pH7.0)8mlを加え、菌体を懸濁した。再度遠心分離(12,000rpm、10分間)により菌体を回収し、この菌体に氷冷した300mMシュークロースを含む5mMK−リン酸緩衝液(pH7.0)0.4mlを加え、菌体を懸濁した。
該懸濁液に実施例3で得た発現プラスミドpNPG6−T224A+A236Tを0.5μg加え、エレクトロポレーション法により形質転換した。100μg/mlのストレプトマイシンを含むLB寒天培地に生育したコロニーより、目的とする形質転換体を得た。
pNPG6−Q168A+T224A+A236T+M342I、pNPG6−Q168A+171A+T224A+A236T+M342I、pNPG6−Q168A+171S+T224A+A236T+M342I、pNPG6−M342I+430P、pNPG6−E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P、pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430Pの各発現プラスミドについても上記方法と同様にして、該形質転換体をそれぞれ取得した。
Example 4: Preparation of Pseudomonas genus transformant Pseudomonas putida TE3493 (Microtechnology 12298) was cultured in LBG medium (LB medium + 0.3% glycerol) at 30 ° C. for 16 hours and centrifuged (12 The bacterial cells were collected by 2,000 rpm for 10 minutes, and 8 ml of 5 mM K-phosphate buffer (pH 7.0) containing 300 mM sucrose ice-cooled was added to the bacterial cells to suspend the bacterial cells. The bacterial cells were collected again by centrifugation (12,000 rpm, 10 minutes), and 0.4 ml of 5 mM K-phosphate buffer (pH 7.0) containing 300 mM sucrose ice-cooled was added to the bacterial cells. Suspended.
0.5 μg of the expression plasmid pNPG6-T224A + A236T obtained in Example 3 was added to the suspension and transformed by electroporation. A target transformant was obtained from a colony grown on an LB agar medium containing 100 μg / ml streptomycin.
pNPG6-Q168A + T224A + A236T + M342I, pNPG6-Q168A + 171A + T224A + A236T + M342I, pNPG6-Q168A + 171S + T224A + A236T + M342I, pNPG6-M342I + 430P, pNPG6-E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P, pNPG6-Q1 8A + 169Y + L169P + A170M + E245D + M342I + N429E + 430P as the same way as the above also for each expression plasmid were obtained transformant, respectively.

試験例1
GDH活性の測定方法
測定原理
D−グルコース+PMS+PQQGDH → D−グルコノ−1,5−ラクトン + PMS(red)
2PMS(red) + NTB → 2PMS + ジホルマザン
フェナジンメトサルフェート(PMS)(red)によるニトロテトラゾリウムブルー(NTB)の還元により形成されたジホルマザンの存在は、570nmで分光光度法により測定した。
単位の定義
1単位は、以下に記載の条件下で1分当たりジホルマザンを0.5ミリモル形成させるPQQGDHの酵素量をいう。
(3)方法
試薬
A.D−グルコース溶液:0.5M(0.9g D−グルコース(分子量180.16)/10ml HO)
B.PIPES−NaOH緩衝液, pH6.5:50mM(60mLの水中に懸濁した1.51gのPIPES(分子量302.36)を、5N NaOHに溶解し、2.2mlの10% Triton X−100を加える。5N NaOHを用いて25℃でpHを6.5±0.05に調整し、水を加えて100mlとした。)
C.PMS溶液:3.0mM(9.19mgのフェナジンメトサルフェート(分子量817.65)/10mlHO)
D.NTB溶液:6.6mM(53.96mgのニトロテトラゾリウムブルー(分子量817.65)/10mlHO)
E.酵素希釈液:1mM CaCl, 0.1% Triton X−100, 0.1% BSAを含む50mM PIPES−NaOH緩衝液(pH6.5)
手順
遮光ビンに以下の反応混合物を調製し、氷上で貯蔵した(用時調製)
1.8ml D−グルコース溶液 (A)
24.6ml PIPES−NaOH緩衝液(pH6.5) (B)
2.0ml PMS溶液 (C)
1.0ml NTB溶液 (D)
Test example 1
Method for measuring GDH activity Measurement principle D-glucose + PMS + PQQGDH → D-glucono-1,5-lactone + PMS (red)
The presence of diformazan formed by the reduction of nitrotetrazolium blue (NTB) by 2PMS (red) + NTB → 2PMS + diformazan phenazine methosulfate (PMS) (red) was measured spectrophotometrically at 570 nm.
Definition of Unit One unit refers to the amount of PQQGDH enzyme that forms 0.5 mmol of diformazan per minute under the conditions described below.
(3) Method reagents A. D-glucose solution: 0.5 M (0.9 g D-glucose (molecular weight 180.16) / 10 ml H 2 O)
B. PIPES-NaOH buffer, pH 6.5: 50 mM (1.51 g of PIPES (molecular weight 302.36) suspended in 60 mL of water is dissolved in 5N NaOH and 2.2 ml of 10% Triton X-100 is added. The pH was adjusted to 6.5 ± 0.05 at 25 ° C. using 5N NaOH, and water was added to make 100 ml.)
C. PMS solution: 3.0 mM (9.19 mg phenazine methosulfate (molecular weight 817.65) / 10 ml H 2 O)
D. NTB solution: 6.6 mM (53.96 mg of nitrotetrazolium blue (molecular weight 817.65) / 10 ml H 2 O)
E. Enzyme dilution: 50 mM PIPES-NaOH buffer (pH 6.5) containing 1 mM CaCl 2 , 0.1% Triton X-100, 0.1% BSA
Procedure Prepare the following reaction mixture in a light-proof bottle and store on ice (prepared at the time of use)
1.8 ml D-glucose solution (A)
24.6 ml PIPES-NaOH buffer (pH 6.5) (B)
2.0ml PMS solution (C)
1.0ml NTB solution (D)

上記アッセイ混合物中の濃度は次のとおり。
PIPES緩衝液 42mM
D−グルコース 30mM
PMS 0.20mM
NTB 0.22mM
The concentrations in the assay mixture are as follows:
PIPES buffer 42 mM
D-glucose 30 mM
PMS 0.20 mM
NTB 0.22mM

3.0mlの反応混合液を試験管(プラスチック製)に入れ、37℃で5分間予備加温した。
0.1mlの酵素溶液を加え、穏やかに反転して混合した。
570nmでの水に対する吸光度の増加を37℃に維持しながら分光光度計で4〜5分間記録し、曲線の初期直線部分からの1分当たりのΔODを計算した(ODテスト)。
同時に、酵素溶液に代えて酵素希釈液(E)加えることを除いては同一の方法を繰り返し、ブランク(ΔODブランク)を測定した。
アッセイの直前に氷冷した酵素希釈液(E)で酵素粉末を溶解し、同一の緩衝液で0.1−0.8U/mlに希釈した(該酵素の接着性のためにプラスチックチューブの使用が好ましい)。
計算
活性を以下の式を用いて計算する:
U/ml={ΔOD/min(ΔODテスト− ΔODブランク)×Vt×df}/(20.1×1.0×Vs)
U/mg=(U/ml)×1/C
Vt:総体積(3.1ml)
Vs:サンプル体積(1.0ml)
20.1:ジホルマザンの1/2ミリモル分子吸光係数
1.0:光路長(cm)
df:希釈係数
C:溶液中の酵素濃度(c mg/ml)
3.0 ml of the reaction mixture was placed in a test tube (made of plastic) and preheated at 37 ° C. for 5 minutes.
0.1 ml enzyme solution was added and mixed by gentle inversion.
The increase in absorbance for water at 570 nm was recorded for 4-5 minutes on a spectrophotometer while maintaining at 37 ° C., and ΔOD per minute from the initial linear portion of the curve was calculated (OD test).
At the same time, the same method was repeated except that the enzyme diluent (E) was added instead of the enzyme solution, and a blank (ΔOD blank) was measured.
Immediately before the assay, the enzyme powder was dissolved in an ice-cold enzyme diluent (E) and diluted to 0.1-0.8 U / ml with the same buffer (use of a plastic tube for adhesion of the enzyme) Is preferred).
Calculation Activity is calculated using the following formula:
U / ml = {ΔOD / min (ΔOD test−ΔOD blank) × Vt × df} / (20.1 × 1.0 × Vs)
U / mg = (U / ml) × 1 / C
Vt: Total volume (3.1 ml)
Vs: Sample volume (1.0 ml)
20.1: 1/2 mmol molecular extinction coefficient of diformazan 1.0: optical path length (cm)
df: Dilution factor C: Enzyme concentration in solution (c mg / ml)

実施例5:ホロ型発現精製酵素の調製
500mlのTerrific brothを2L容坂口フラスコに分注し、121℃、20分間オートクレーブを行い、放冷後別途無菌濾過したストレプトマイシンを100μg/mlになるように添加した。この培地に100μg/mlのストレプトマイシンを含むPY培地で予め30℃、24時間培養したシュードモナス・プチダTE3493(pNPG6−T224A+A236T)の培養液を5ml接種し、30℃で40時間通気攪拌培養した。培養終了時のPQQ依存性グルコース脱水素酵素活性は、前記活性測定において、培養液1ml当たり約30U/mlであった。
上記菌体を遠心分離により集菌し、20mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁した後、超音波処理により破砕し、更に遠心分離を行い、上清液を粗酵素液として得た。得られた粗酵素液をHiTrap−SP(アマシャム−ファルマシア)イオン交換カラムクロマトグラフィーにより分離・精製した。次いで10mM PIPES−NaOH緩衝液(pH6.5)で透析した後に終濃度が1mMになるように塩化カルシウムを添加した。最後にHiTrap−DEAE(アマシャム−ファルマシア)イオン交換カラムクロマトグラフィーにより分離・精製し、精製酵素標品を得た。本方法により得られた標品は、SDS−PAGE的にほぼ単一なバンドを示した。
pNPG6−Q168A+T224A+A236T+M342I、pNPG6−Q168A+171A+T224A+A236T+M342I、pNPG6−Q168A+171S+T224A+A236T+M342I、pNPG6−M342I+430P、pNPG6−E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P、pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P、pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430Pによるシュードモナス・プチダTE3493形質転換体についても上記方法と同様にして精製酵素標品を取得した。
このようにして取得した精製酵素を用いて性能を評価した。
Example 5: Preparation of holo-type purified expression enzyme 500 ml of terrific broth was dispensed into a 2 L Sakaguchi flask, autoclaved at 121 ° C. for 20 minutes, allowed to cool, and then separately sterile filtered streptomycin to 100 μg / ml. Added. The medium was inoculated with 5 ml of Pseudomonas putida TE3493 (pNPG6-T224A + A236T) previously cultured in PY medium containing 100 μg / ml streptomycin at 30 ° C. for 24 hours, and cultured at 30 ° C. for 40 hours with aeration and agitation. The PQQ-dependent glucose dehydrogenase activity at the end of the culture was about 30 U / ml per 1 ml of the culture solution in the activity measurement.
The cells were collected by centrifugation, suspended in 20 mM phosphate buffer (pH 7.0), disrupted by sonication, and further centrifuged to obtain a supernatant as a crude enzyme solution. . The obtained crude enzyme solution was separated and purified by HiTrap-SP (Amersham-Pharmacia) ion exchange column chromatography. Next, after dialyzing with 10 mM PIPES-NaOH buffer (pH 6.5), calcium chloride was added to a final concentration of 1 mM. Finally, it was separated and purified by HiTrap-DEAE (Amersham-Pharmacia) ion exchange column chromatography to obtain a purified enzyme preparation. The sample obtained by this method showed an almost single band by SDS-PAGE.
pNPG6-Q168A + T224A + A236T + M342I, pNPG6-Q168A + 171A + T224A + A236T + M342I, pNPG6-Q168A + 171S + T224A + A236T + M342I, pNPG6-M342I + 430P, pNPG6-E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P, pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P, pNPG6-Q1 8A + 169Y + L169P + A170M + E245D + M342I + N429E + also Pseudomonas putida TE3493 transformants by 430P obtained the purified enzyme preparation in the same manner as the above-mentioned method.
The performance was evaluated using the purified enzyme thus obtained.

基質特異性
上記の活性測定方法に従い、PQQGDHの活性を測定した。グルコースを基質溶液とした場合の脱水素酵素活性値とマルトースを基質溶液とした場合の脱水素酵素活性値を測定し、グルコースを基質とした場合の測定値を100とした場合の相対値を求めた。マルトースを基質溶液とした場合の脱水素酵素活性に際しては、0.5Mのマルトース溶液を調製して活性測定に用いた。結果を表1に示す。
なお、表1において、左欄「T224A」は224位のTをAに置換したことを表す。また、左欄の「171A」は171位の後ろにAを挿入したことを表す。「M342I+430P」は、上記と同様の原則によって表記したものを+記号でつなげて多重変異体を表記している。
マルトース作用性は、これら多重変異体PQQGDHのグルコースを基質とした活性値を100%として、マルトースを基質とした場合の活性値と比較して、その割合(%)が低い程、マルトースに対する作用性が低下しているものと評価した。
また、これら多重変異体PQQGDHの熱安定性は、菌体破砕液を45℃、1時間処理後の残存活性(%)を測定して、野生型PQQGDHと比較することにより熱安定性の優劣を評価した。
Substrate specificity The activity of PQQGDH was measured according to the above activity measurement method. The dehydrogenase activity value when glucose is used as the substrate solution and the dehydrogenase activity value when maltose is used as the substrate solution are measured, and the relative value is obtained when the measured value when glucose is used as the substrate is 100. It was. For dehydrogenase activity when maltose was used as a substrate solution, a 0.5 M maltose solution was prepared and used for activity measurement. The results are shown in Table 1.
In Table 1, “T224A” in the left column indicates that T at position 224 is replaced with A. In addition, “171A” in the left column indicates that A is inserted after 171st place. In “M342I + 430P”, multiple mutants are represented by connecting those represented by the same principle as described above with a + symbol.
The maltose activity is that the activity value of these multiple mutants PQQGDH with glucose as a substrate is 100% and the activity value with respect to maltose is lower as the ratio (%) is lower than the activity value when maltose is used as a substrate. Was evaluated as having decreased.
In addition, the thermal stability of these multiple mutants PQQGDH is determined by measuring the residual activity (%) after treatment of the bacterial cell disruption solution at 45 ° C. for 1 hour, and comparing it with wild type PQQGDH. evaluated.

Figure 2006217811
Figure 2006217811

野生型PQQGDHでは、グルコースとマルトースの反応性がほぼ等しくなっているのに対し、本願発明の改変型PQQGDHではマルトースの反応性が低下している。   In the wild type PQQGDH, the reactivity of glucose and maltose is almost equal, whereas in the modified PQQGDH of the present invention, the reactivity of maltose is lowered.

本発明によれば、基質特異性が改善されたPQQGDHを得ることができる。この改変型PQQGDHは、グルコースアッセイキット、グルコースセンサーに利用できる。   According to the present invention, PQQGDH having improved substrate specificity can be obtained. This modified PQQGDH can be used for glucose assay kits and glucose sensors.

Claims (16)

アミノ酸置換が、Acinetobacter属由来PQQGDHのアミノ酸配列における、(T224A+A236T)、(Q168A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171A+T224A+A236T+M342I)、(Q168A+171S+T224A+A236T+M342I)、(M342I+430P)、(E245D+M342I+430P)、(Q168A+L169P+A170M+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169F+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P)、(Q168A+169Y+L169P+A170M+E245D+M342I+N429E+430P)、のうちいずれか、または、他の種における上記と同等の位置におけるアミノ酸変異のうちいずれかを有する、野生型のPQQGDHよりも二糖類に対する作用性が低下した改変型PQQGDH。   Amino acid substitutions, the amino acid sequence of the Acinetobacter genus PQQGDH, (T224A + A236T), (Q168A + T224A + A236T + M342I), (Q168A + 171A + T224A + A236T + M342I), (Q168A + 171S + T224A + A236T + M342I), (M342I + 430P), (E245D + M342I + 430P), (Q168A + L169P + A170M + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169F + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 430P), ( Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + 429D + 430P), (Q168A + 169Y + L169P + A170M + E245D + M342I + N429E + 430P), or modified PQQG with reduced activity on disaccharides compared to wild-type PQQGDH having amino acid mutations at positions equivalent to those in other species . あるアミノ酸をPへ置換、あるいは、ある部位にPを挿入することにより安定性が低下した改変型PQQGDHにおいて、そのPの前後に荷電アミノ酸を位置させることにより安定性を向上させた改変型PQQGDH。   Modified PQQGDH, in which stability is reduced by substituting a charged amino acid before and after P in modified PQQGDH whose stability is reduced by substituting a certain amino acid for P or by inserting P at a certain site. Pの置換または挿入が430位周辺である請求項2に記載の改変型PQQGDH。   The modified PQQGDH according to claim 2, wherein substitution or insertion of P is around position 430. 荷電アミノ酸がD,Eである請求項2、3に記載の改変型PQQGDH。 The modified PQQGDH according to claim 2 or 3, wherein the charged amino acid is D or E. 二糖類がマルトースである、請求項1に記載の改変型PQQGDH。   The modified PQQGDH according to claim 1, wherein the disaccharide is maltose. 請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHをコードする遺伝子。   A gene encoding the modified PQQGDH according to any one of claims 1 to 5. 請求項6に記載の遺伝子を含むベクター。   A vector comprising the gene according to claim 6. 請求項7に記載のベクターで形質転換された形質転換体。   A transformant transformed with the vector according to claim 7. 請求項8に記載の形質転換体を培養することを特徴とする改変型PQQGDHの製造法。   A method for producing a modified PQQGDH, wherein the transformant according to claim 8 is cultured. 請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHを含むグルコース測定用組成物。   A composition for measuring glucose comprising the modified PQQGDH according to any one of claims 1 to 5. 請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHを含むグルコースアッセイキット。   A glucose assay kit comprising the modified PQQGDH according to any one of claims 1 to 5. 請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHを含むグルコースセンサー。   A glucose sensor comprising the modified PQQGDH according to any one of claims 1 to 5. 請求項1〜5のいずれかに記載の改変型PQQGDHを含むグルコース測定方法。   A glucose measurement method comprising the modified PQQGDH according to any one of claims 1 to 5. PQQGDHに請求項1〜5のいずれかに記載のアミノ酸変異を行うことを特徴とする、PQQGDHの二糖類に対する作用性を低下させる方法。   A method for reducing the activity of PQQGDH on disaccharides, wherein the amino acid mutation according to any one of claims 1 to 5 is performed on PQQGDH. PQQGDHを用いるグルコース測定系において、請求項1〜5のいずれかに記載のアミノ酸変異を行ったPQQGLDを含有することを特徴とする、グルコース測定系における、測定の正確性を向上させる方法。   A glucose measurement system using PQQGDH, comprising the PQQGLD in which the amino acid mutation according to any one of claims 1 to 5 is performed, and a method for improving measurement accuracy in the glucose measurement system. PQQGDHを用いるグルコース測定系において、請求項1〜5のいずれかに記載のアミノ酸変異を行ったPQQGLDを含有させることを特徴とする、測定の正確性が向上したグルコース測定用組成物を、製造する方法。   A glucose measurement composition using PQQGDH, comprising the PQQGLD subjected to the amino acid mutation according to any one of claims 1 to 5, wherein the composition for glucose measurement with improved measurement accuracy is produced. Method.
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