JP2006238801A - New polyhydroxyalkanoic acid-degrading microorganism and method for producing degradation enzyme - Google Patents

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Hiroaki Takaku
洋暁 高久
Masayuki Nashimoto
正之 梨本
Masamichi Takagi
正道 高木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for promoting the degradation of a polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid, especially 3-hydroxybutyric acid/3-hydroxyhexanoic acid copolyester. <P>SOLUTION: A microorganism for degrading the polyhydroxyalkanoic acid composed of the 3-hydroxyhexanoic acid, especially the 3-hydroxybutyric acid/3-hydroxyhexanoic acid copolyester, is separated from environments. A depolymerase is highly efficiently produced by isolating a depolymerase gene from the strain and then expressing the gene in a host cell. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、新規ポリヒドロキシアルカン酸(以下PHAと略す)分解微生物に関する。また、当該PHAを分解する酵素並びに当該酵素遺伝子、さらに当該酵素の製造方法に関する。より詳しくは、3−ヒドロキシ酪酸と3−ヒドロキシヘキサン酸から成るPHAを効率よく分解するバチルス属(Bacillus)細菌及びセルロモナス属(Cellulomonas)細菌、両微生物より単離されたPHAを分解する酵素、両微生物の利用方法、並びに、両微生物を培養することによりPHAを分解する酵素を製造する方法に関する。さらに、当該バチルス属細菌より単離された当該酵素遺伝子、並びに、当該酵素遺伝子発現ベクターにより形質転換された当該形質転換体を培養することによりPHAを分解する酵素を製造する方法に関する。 The present invention relates to a novel polyhydroxyalkanoic acid (hereinafter abbreviated as PHA) -degrading microorganism. The present invention also relates to an enzyme that degrades the PHA, the enzyme gene, and a method for producing the enzyme. More specifically, Bacillus bacteria and Cellulomonas bacteria that efficiently decompose PHA composed of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid, enzymes that degrade PHA isolated from both microorganisms, both The present invention relates to a method for using microorganisms and a method for producing an enzyme that degrades PHA by culturing both microorganisms. Furthermore, the present invention relates to a method for producing an enzyme that degrades PHA by culturing the enzyme gene isolated from the Bacillus bacterium and the transformant transformed with the enzyme gene expression vector.

近年、学校給食、レストランなどから出される廃棄物を、農業に有効な製品として再利用する方法として堆肥化が推進されている。土壌改良材として用いられた堆肥は、土壌の有機物の含有量、水分と栄養分を保持する力が増すため、化学肥料の投入量を減らし、植物の病気を抑えるという望ましい効果を持つ。このように堆肥を農業に用いることにより、廃棄物処理の問題を低投入型の持続可能な農業に転換することが可能となる。 In recent years, composting has been promoted as a method for reusing waste from school lunches, restaurants and the like as products effective for agriculture. Compost used as a soil amendment has the desirable effect of reducing the amount of chemical fertilizer input and controlling plant diseases, because it increases the organic matter content, moisture and nutrient retention in the soil. By using compost for agriculture in this way, it becomes possible to convert the problem of waste disposal into sustainable agriculture with low input.

しかしながら、廃棄物を堆肥化し農業用途に利用するためには、その中に含まれるプラスチック廃棄物を分別除去する必要があり、このような分別除去には多大な労力を要することから、堆肥化処理の大きな課題となっている。 However, in order to compost the waste and use it for agricultural purposes, it is necessary to separate and remove the plastic waste contained therein, and such separation and removal require a great deal of labor. It has become a big issue.

現在までに数多くの微生物において、エネルギー貯蔵物質としてポリエステルを菌体内に蓄積することが知られている。3−ヒドロキシアルカン酸のホモポリマーあるいはコポリマーであるこれらのポリエステル(PHA)は熱可塑性高分子であり、堆肥化や自然環境中で微生物によって分解されることから、環境にやさしいプラスチックとして注目されている。このためこのような生分解性プラスチックはone wayの利用が求められている農業用資材、食品容器、包装材料、衛生用品、ゴミ袋などへの幅広い応用を目指して開発が進められている。特に食品容器や包装材料などは、堆肥化処理のための分別除去の必要がないため、大きな期待が寄せられている。 To date, it has been known that polyesters accumulate in cells as an energy storage substance in many microorganisms. These polyesters (PHA), which are homopolymers or copolymers of 3-hydroxyalkanoic acid, are thermoplastic polymers and have been attracting attention as environmentally friendly plastics because they are decomposed by microorganisms in composting and natural environments. . For this reason, such biodegradable plastics are being developed for a wide range of applications such as agricultural materials, food containers, packaging materials, sanitary goods, garbage bags, etc. for which one way is required. In particular, food containers and packaging materials are highly expected because they do not need to be separated and removed for composting.

しかし、現在のプラスチック使用量を考慮すると、自然界や堆肥化施設に存在する微生物による分解を待っているだけでは処理しきれなくなることが予想される。そこで微生物による分解を促進するために生分解性素材(ポリ乳酸)に微生物培地成分を配合する方法(特許文献1)、生分解性プラスチック素材(ポリ乳酸)にリパーゼ、アミラーゼ、セルラーゼ、乳酸脱水素酵素などの加水分解酵素を添加する方法(特許文献2)、生分解性プラスチック素材(脂肪属ポリエステル)成形品を製造する際に配合する無機及び/または有機フィラーの配合量と平均体積を特定範囲に調節し、成形品使用中の生分解及び崩壊を抑制する方法(特許文献3)が提案されている。 However, taking into account the current amount of plastic used, it is expected that it will not be possible to treat it simply by waiting for decomposition by microorganisms present in the natural world and composting facilities. Therefore, a method of blending a microbial medium component with a biodegradable material (polylactic acid) to promote degradation by microorganisms (Patent Document 1), lipase, amylase, cellulase, lactic acid dehydrogenation into a biodegradable plastic material (polylactic acid) Method of adding hydrolase such as enzyme (Patent Document 2), blending amount and average volume of inorganic and / or organic filler blended when producing biodegradable plastic material (aliphatic polyester) molded product in specific range A method for suppressing biodegradation and collapse during use of a molded product (Patent Document 3) has been proposed.

また、3−ヒドロキシ酪酸(以下3HBと略す)のホモポリマーであるポリヒドロキシ酪酸(以下PHBと略す)を分解する微生物の探索も行なわれた(特許文献4)。土壌より分離したシュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物が分離され、本菌株がPHBを分解する酵素であるデポリメラーゼ(Depolymerase)を産生することが見出された。この微生物並びに同酵素を利用することでPHBの効率の良い分解が可能となった。また、デポリメラーゼ遺伝子のクローニングと遺伝子組換え技術を応用した高効率なデポリメラーゼの生産も行なわれている(特許文献5)。さらに4−ヒドロキシアルカン酸のようなω―ヒドロキシアルカン酸のホモポリエステルまたはそれを含有する共重合ポリエステルを効果的に分解する微生物並びに分解酵素も報告されている(特許文献6)。 Moreover, the search of the microorganism which decomposes | disassembles polyhydroxybutyric acid (henceforth PHB) which is a homopolymer of 3-hydroxybutyric acid (henceforth 3HB) was also performed (patent document 4). A microorganism belonging to the genus Pseudomonas isolated from soil was isolated, and it was found that this strain produces depolymerase, an enzyme that degrades PHB. By using this microorganism and the same enzyme, PHB can be efficiently decomposed. In addition, cloning of a depolymerase gene and production of a highly efficient depolymerase by applying a gene recombination technique have been carried out (Patent Document 5). Furthermore, a microorganism and a degrading enzyme that effectively degrade a homopolyester of ω-hydroxyalkanoic acid such as 4-hydroxyalkanoic acid or a copolyester containing the same have been reported (Patent Document 6).

PHAはshort−chain−length PHA(以下PHASCLと略す;3 to 5C−atoms)とmedium−chain−length PHA(以下PHAMCLと略す;6 to 14 C−atoms)に分類されている。PHAを分解する菌株は細菌やカビに広く分布しているが、PHASCLやPHAMCLを分解する微生物が多数分離されている(非特許文献1)。ほとんどの細菌はPHASCLまたはPHAMCLを特異的に分解する。また、両タイプのPHAを分解できる微生物としてStreptomyces exfoliatusが見いだされているが、それぞれのタイプのPHAに対応する2種類以上の分解酵素を持つために分解可能であることが分かっている。(非特許文献2、非特許文献9)。 PHA is classified into short-chain-length PHA (hereinafter abbreviated as PHA SCL ; 3 to 5C-atoms) and medium-chain-length PHA (hereinafter abbreviated as PHA MCL ; 6 to 14 C-atoms). Although strains that degrade PHA are widely distributed in bacteria and molds, many microorganisms that degrade PHA SCL and PHA MCL have been isolated (Non-patent Document 1). Most bacteria specifically degrade PHA SCL or PHA MCL . Moreover, although Streptomyces exforiatus has been found as a microorganism capable of degrading both types of PHA, it has been found that it has two or more types of degrading enzymes corresponding to each type of PHA. (Non-patent document 2, Non-patent document 9).

環境中でのPHAの分解は主として菌株が生産するデポリメラーゼによって行われるが、デポリメラーゼには菌体外に分泌されるタイプ(Extracellular Depolymerase)と菌体内に存在するタイプ(Intracellular Depolymerase)に分類される。このうち前者が環境中でのPHA分解に主に寄与している。これらの菌株より種々のデポリメラーゼが精製され、酵素学的な性質が明らかにされている。PHB、ポリヒドロキシ吉草酸(以下PHVと略す)、ポリヒドロキシオクタン酸(以下PHOと略す)などを基質として検討した結果、これらのデポリメラーゼの基質特異性はPHASCLまたはPHAMCLのいずれかに特異的であることが明らかになった(非特許文献1、非特許文献2)。
PHASCLを分解するExtracellular Depolymeraseについては現在までよく研究され、一次構造が明らかにされている。その構造は、アミノ末端にある活性残基を含む触媒ドメイン、カルボキシル末端にある疎水性高分子物質に吸着するための基質結合ドメインからなり、さらに2つのドメインの間にはリンカードメインが存在する。触媒ドメインには、活性残基としてセリン、ヒスチジン及びアスパラギン酸が存在し、このうちセリン残基はリパーゼボックス様ペンタペプチド配列内(Gly−Xaa−Ser−Xaa−Gly)に存在する(非特許文献1、非特許文献10)。
PHAMCLを分解するExtracellular Depolymeraseについての研究例はあまりなく、分子レベルで研究されているのはPseudomonas fluorescensのデポリメラーゼのわずか一例である。このデポリメラーゼの一次構造にPHASCLを分解するExtracellular Depolymeraseが有する触媒ドメインが存在し、さらには同様な活性残基も存在する。しかしながら、触媒ドメインがカルボキシル末端にあり、PHASCLを分解するExtracellular Depolymeraseと異なる構造を持つ(非特許文献11)。
Degradation of PHA in the environment is mainly performed by a depolymerase produced by the strain. The depolymerase is classified into a type that is secreted outside the cell (Extracellular Depolymerase) and a type that exists inside the cell (Intracellular Depolymerase). The Of these, the former mainly contributes to PHA decomposition in the environment. Various depolymerases have been purified from these strains and their enzymatic properties have been elucidated. As a result of examining PHB, polyhydroxyvaleric acid (hereinafter abbreviated as PHV), polyhydroxyoctanoic acid (hereinafter abbreviated as PHO), etc., the substrate specificity of these depolymerases is specific to either PHA SCL or PHA MCL. (Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2).
Extracellular Depolymerase that degrades PHA SCL has been well studied and the primary structure has been elucidated. The structure consists of a catalytic domain containing an active residue at the amino terminus, a substrate binding domain for adsorbing to a hydrophobic polymer material at the carboxyl terminus, and a linker domain between the two domains. In the catalytic domain, there are serine, histidine and aspartic acid as active residues, among which serine residues are present in the lipase box-like pentapeptide sequence (Gly-Xaa 1 -Ser-Xaa 2 -Gly) Patent Document 1, Non-Patent Document 10).
There are few studies on Extracellular Depolymerase that degrades PHA MCL, and only one example of Pseudomonas fluorescens depolymerase has been studied at the molecular level. In the primary structure of this depolymerase, there is a catalytic domain possessed by Extracellular Depolymerase that degrades PHA SCL, and there are also similar active residues. However, the catalytic domain is at the carboxyl terminus, and has a structure different from Extracellular Depolymerase that degrades PHA SCL (Non-patent Document 11).

一方でPHBや3−ヒドロキシ酪酸(3HB)と3−ヒドロキシ吉草酸(3HV)の共重合ポリエステルであるPHBVのようなPHASCLの応用開発も進められてきた。しかしながら、これらのPHAは結晶性が高く、硬くて脆い性質を持っていることから実用的には応用範囲が限られている。この為、この性質の改良を目的とした研究がなされてきた。 On the other hand, application development of PHA SCL such as PHBV which is a copolyester of PHB, 3-hydroxybutyric acid (3HB) and 3-hydroxyvaleric acid (3HV) has been advanced. However, since these PHAs have high crystallinity and are hard and brittle, their practical application range is limited. For this reason, research aimed at improving this property has been conducted.

PHAMCLはPHBやPHBVよりも結晶性が低く弾力に富むことが知られており(非特許文献3)、幅広い応用が期待された。しかし、シュードモナス(Pseudomonas)属由来のPHA合成酵素遺伝子を種々の宿主に導入することによりPHAMCLの生産が行なわれたが、いずれも生産性が低く工業生産に適したものではなかった(非特許文献4、非特許文献5、非特許文献6)。 PHA MCL is known to have lower crystallinity and higher elasticity than PHB and PHBV (Non-patent Document 3), and is expected to be widely applied. However, PHA MCL was produced by introducing a PHA synthase gene derived from the genus Pseudomonas into various hosts, but none of these were low in productivity and suitable for industrial production (non-patented). Document 4, Non-Patent Document 5, Non-Patent Document 6).

近年、3HBと3−ヒドロキシヘキサン酸(以下3HHと略す)の共重合ポリエステル(以下PHBHと略す)およびその製造方法について研究がなされた(特許文献7、特許文献8)。このPHBHは3HH組成の増加にしたがって、硬くて脆い性質から次第に柔軟な性質を示すようになり、3HH組成を変えることで、硬質ポリマーから軟質ポリマーまで応用可能な幅広い物性を持つことが明らかになった(非特許文献7)。また、PHBHの生産研究も実施され、実用化に向けた取組みが加速されている(特許文献9、非特許文献8)。 In recent years, research has been conducted on a copolymerized polyester (hereinafter abbreviated as PHBH) of 3HB and 3-hydroxyhexanoic acid (hereinafter abbreviated as 3HH) and a method for producing the same (Patent Document 7 and Patent Document 8). This PHBH gradually shows a soft property from a hard and brittle property as the 3HH composition increases, and it becomes clear that changing the 3HH composition has a wide range of physical properties applicable from hard polymers to soft polymers. (Non-Patent Document 7). In addition, research on production of PHBH has been carried out, and efforts toward commercialization have been accelerated (Patent Document 9, Non-Patent Document 8).

しかしながら、PHASCLとPHAMCLのハイブリッド型であるPHBHの分解酵素に関する研究はほとんど行なわれていない。現在までに見出されているデポリメラーゼはPHASCLまたはPHAMCLを特異的に分解するが、PHBHに関しては、Alcaligenes faecalisの生産するPHB分解酵素が3HBと3HHの結合を加水分解できないといったわずかな知見のみである(非特許文献1)。したがって、広範な用途に対して応用が期待されているPHBHを分解する微生物が望まれていた。さらに同分解酵素を安価に製造する方法が求められていた。
特開平4−168150号公報 特開平4−168149号公報 特開平4−146953号公報 特開平7−155180号公報 特開平9−191887号公報 特開平10−191980号公報 特開平5−93049号公報 特開平7−265065号公報 特開2001−340078号公報 Jendrossek等,Ann.Rev.Microbiol.2002,vol56,403. Schirmer等,Appl.Environ.Microbiol.,vol59,1220(1993) Madison等,Microbiol.Mol.Biol.Rev.,vol63,21(1999) Matsusaki等,J.Bacteriol.,vol180,6459(1998) Matsusaki等,Appl.Microbiol.Biotechnol.,53,401(200) Langenbach等,FEMS Microbiol.Lett.,vol150,303(1997) Doi等,Macromolecules,vol28,4822(1995) Park等,Biomacromolecules,vol2,248(2001) Klingbeil等,FEMS Microbiol.Lett.,vol142,215(1996) Nojiri等,J.Bacteriol.,vol179,6965(1997) Schirmer等,Can.J.Microbiol.,vol41,170(1995)
However, little research has been conducted on PHBH degrading enzymes, which are hybrids of PHA SCL and PHA MCL . Depolymerases found to date specifically degrade PHA SCL or PHA MCL , but with regard to PHBH, there is little knowledge that PHB-degrading enzymes produced by Alcaligenes faecalis cannot hydrolyze the bond between 3HB and 3HH. (Non-Patent Document 1). Therefore, a microorganism that degrades PHBH, which is expected to be applied to a wide range of uses, has been desired. Furthermore, a method for producing the same degrading enzyme at low cost has been demanded.
JP-A-4-168150 Japanese Patent Laid-Open No. 4-168149 JP-A-4-146953 JP 7-155180 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-191887 JP 10-191980 A JP-A-5-93049 JP 7-265065 A JP 2001-340078 A Jendrossek et al., Ann. Rev. Microbiol. 2002, vol56, 403. Schirmer et al., Appl. Environ. Microbiol. , Vol 59, 1220 (1993) Madison et al., Microbiol. Mol. Biol. Rev. , Vol 63, 21 (1999) Matsusaki et al. Bacteriol. , Vol 180, 6459 (1998) Matsusaki et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. , 53, 401 (200) Langenbach et al., FEMS Microbiol. Lett. , Vol 150, 303 (1997) Doi et al., Macromolecules, vol 28, 4822 (1995). Park et al., Biomacromolecules, vol 2, 248 (2001). Klingbeil et al., FEMS Microbiol. Lett. , Vol 142, 215 (1996) Nojiri et al. Bacteriol. , Vol 179, 6965 (1997) Schirmer et al., Can. J. et al. Microbiol. , Vol 41, 170 (1995)

本発明は、上記現状に鑑み、ハイブリッド型のPHBHを分解する微生物を提供することを目的とする。また、当該微生物よりデポリメラーゼ遺伝子を単離し、当該遺伝子を宿主細胞で発現させることによる高効率な当該デポリメラーゼの製造方法を提供することを目的とする。本発明により、大量に廃棄されたPHBHを効率良く安価に分解することが可能となる。 An object of the present invention is to provide a microorganism that degrades hybrid PHBH in view of the above situation. Another object of the present invention is to provide a highly efficient method for producing the depolymerase by isolating a depolymerase gene from the microorganism and expressing the gene in a host cell. According to the present invention, it becomes possible to decompose PHBH discarded in large quantities efficiently and inexpensively.

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、寒冷稲作地帯である新潟県新津市において1次、2次発酵が行われ、作製された堆肥の抽出液よりPHBHを分解するバチルス・メガテリウム(Bacillus megaterium)、セルロモナス・セルランス(Celluromonas cellulans)を単離した。また、バチルス・メガテリウムよりデポリメラーゼ遺伝子をクローニングし、当該遺伝子を宿主細胞で発現させることにより本デポリメラーゼを製造することに成功することで、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have performed primary and secondary fermentation in Niigata City, Niigata Prefecture, which is a cold rice cultivation region, and decomposed PHBH from the produced compost extract. Bacillus megaterium and Cellulomonas cellulans were isolated. In addition, the present invention was completed by cloning the depolymerase gene from Bacillus megaterium and successfully producing the depolymerase by expressing the gene in a host cell.

すなわち、本発明は以下の(1)〜(12)を提供するものである。
(1)3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する微生物
(2)3−ヒドロキシ酪酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する(1)記載の微生物
(3)ポリヒドロキシアルカン酸が3−ヒドロキシ酪酸と3−ヒドロキシヘキサン酸の共重合ポリエステルである(1)又は(2)記載の微生物
(4)微生物がBacillus megaterium N18−25−9(FERM AP−20422)である(1)〜(3)のいずれか1項に記載の微生物
(5)微生物がCellulomonas cellulans N18−25−10(FERM AP−20423)である(1)〜(3)のいずれか1項に記載の微生物
(6)以下の(a)、(b)又は(c)のポリペプチド:
(a)配列番号3または配列番号4に示すアミノ酸配列からなるポリペプチド
(b)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列に相補的な塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによってコードされ、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチド
(c)配列番号3または配列番号4に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチド
(7)以下の(d)、(e)、(f)又は(g)のポリヌクレオチド:
(d)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(e)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列に相補的な塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(f)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列と80%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(g)配列番号3または配列番号4に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(8)(7)記載のポリヌクレオチドの上流にプロモーター配列を連結し、かつ、下流にターミネーター配列を連結した発現カセット
(9)(8)記載の発現カセットを含有するベクター
(10)(9)記載のベクターによって形質転換された形質転換体
(11)(1)〜(5)記載の微生物、または(10)記載の形質転換体を培養することからなる、3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドの製造方法
(12)ポリヒドロキシアルカン酸が3−ヒドロキシ酪酸と3−ヒドロキシヘキサン酸の共重合ポリエステルである(11)記載のポリペプチドの製造方法
That is, the present invention provides the following (1) to (12).
(1) A microorganism that degrades polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid
(2) The microorganism according to (1), which decomposes polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxybutyric acid (3) The polyhydroxyalkanoic acid is a copolyester of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid (1 ) Or the microorganism described in (2) (4) the microorganism is Bacillus megaterium N18-25-9 (FERM AP-20422), the microorganism described in any one of (1) to (3) (5) the microorganism is Cellulomonas The microorganism (6) or the following (a), (b) or (c) polypeptide according to any one of (1) to (3) which is cellulans N18-25-10 (FERM AP-20423):
(A) a polypeptide comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 (b) by a DNA that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 A polypeptide that is encoded and has an activity of degrading polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid (c), wherein one or several amino acids are deleted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4, A polypeptide comprising an amino acid sequence substituted and / or added and having an activity of decomposing polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid (7) The following (d), (e), (f) Or (g) polynucleotide:
(D) a polynucleotide comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 (e) a base sequence that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 A polynucleotide encoding a polypeptide having the activity of degrading polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid (f) 80% or more of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 (G) a polynucleotide encoding a polypeptide having an activity of degrading polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid and comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 Amino in which one or several amino acids have been deleted, substituted and / or added A promoter sequence is linked upstream of the polynucleotide described in the polynucleotide (8) (7), which encodes a polypeptide comprising the sequence and having an activity of decomposing polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid, And the transformant (11) (1)-() transformed with the vector (10) containing the expression cassette described in the expression cassette (9) (8) with the terminator sequence linked downstream (10) (9) A method for producing a polypeptide having the activity of decomposing polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid, comprising culturing the microorganism according to 5) or the transformant according to (10) (12) poly Hydroxyalkanoic acid copolyester of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid Manufacturing method of a (11), wherein the polypeptide

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明におけるPHAは以下の一般式で表される。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
PHA in the present invention is represented by the following general formula.

Figure 2006238801
Figure 2006238801

(式中のRは炭素数1〜13のアルキル基、mは2以上の整数を表す。m個のRは同一であってもよいし、異なっていてもよい。)
本発明の微生物は、3HHから構成されるPHAを分解するものであり、3HBから構成されるPHAも分解するものが好ましい。より好ましくは、下記一般式で表される、
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 13 carbon atoms, and m represents an integer of 2 or more. The m Rs may be the same or different.)
The microorganism of the present invention decomposes PHA composed of 3HH, and preferably decomposes PHA composed of 3HB. More preferably, it is represented by the following general formula:

Figure 2006238801
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(式中のm、nは1以上の整数を表す)3HBと3HHから構成される共重合ポリエステルを分解する微生物である。 (M and n in the formula represent an integer of 1 or more) A microorganism decomposing a copolyester composed of 3HB and 3HH.

(PHA分解微生物の分離)
本発明の微生物は土壌、堆肥、活性汚泥、河川、海水などの環境中より分離することができる。微生物の分離には種々の方法が知られているが(農芸化学実験書、第2巻)、3HHから構成されるPHA、特にPHBHを分解する微生物を分離できればどのような分離方法を用いてもよい。一例として、環境から得られた種々のサンプルを滅菌した水や生理的食塩水に懸濁し、菌体懸濁液を作製する。この懸濁液を適当な菌濃度に希釈後、3HHから構成されるPHA、特にPHBHを唯一または主な炭素源として含有する固体培地上に塗布し、菌株の生育できる温度で培養する。培養温度は微生物が生育できる温度であれば特に制限されない。また、培地中に加えるPHAはどのような形状のものであっても利用できるが、微細な粉末が好適である。加える濃度は特に制限されないが、固体培地が加えたPHAによって白濁する0.05%〜5%が好適であり、0.1%〜0.5%がより好適である。3HHから構成されるPHAを分解する微生物は、生育してきた菌体コロニーの周囲に同ポリマーを分解したことを示すハロー(溶解ゾーン)を形成することにより、検出・分離することができる。
(Separation of PHA-degrading microorganisms)
The microorganism of the present invention can be separated from the environment such as soil, compost, activated sludge, river, seawater and the like. Various methods are known for the separation of microorganisms (Agricultural Chemistry Experiments, Vol. 2). Any separation method can be used as long as it can separate PHA composed of 3HH, particularly microorganisms that degrade PHBH. Good. As an example, various samples obtained from the environment are suspended in sterilized water or physiological saline to prepare a cell suspension. The suspension is diluted to an appropriate bacterial concentration, applied to a solid medium containing PHA composed of 3HH, particularly PHBH, as the only or main carbon source, and cultured at a temperature at which the strain can grow. The culture temperature is not particularly limited as long as the microorganism can grow. The PHA added to the medium can be used in any shape, but a fine powder is preferable. The concentration to be added is not particularly limited, but 0.05% to 5%, which is clouded by PHA added to the solid medium, is preferable, and 0.1% to 0.5% is more preferable. Microorganisms that decompose PHA composed of 3HH can be detected and separated by forming a halo (dissolution zone) indicating that the polymer has been decomposed around the growing bacterial colonies.

また、種々のサンプルより分離した菌体懸濁液を、3HHから構成されるPHA、特にPHBHを唯一または主な炭素源とする培地中に添加し、培養することにより、当該微生物を濃縮することもできる。その後、前記方法によって当該微生物を分離することができる。 In addition, the microorganism suspension is concentrated by adding and culturing a cell suspension separated from various samples in a medium containing PHA composed of 3HH, particularly PHBH as the sole or main carbon source. You can also. Thereafter, the microorganism can be separated by the method.

本発明に係る3HHから構成されるPHA、特にPHBHを分解する微生物の好適な分離例は次のとおりである。 A preferred example of separation of a PHA composed of 3HH according to the present invention, particularly a microorganism that degrades PHBH, is as follows.

一般細菌用培地(NB培地)に、新潟県新津市において1次、2次発酵した堆肥から得られた堆肥抽出液を塗布し、菌体コロニーを形成させる。これらのコロニーを粉末状のPHBHを0.3%含有するNB培地に塗布する。培養後、菌体コロニーの周りにPHBHの溶解ゾーンを形成した微生物を2種類分離する。これらの菌株の同定は菌学的な性質や16SリボゾーマルDNAの配列比較により行なうことができる。本菌株を後者によって同定した結果、Bacillus megateriumならびにCellulomonas cellulansであることが明らかになり、それぞれBacillus megaterium N18−25−9(受領日:平成17年2月22日、受領番号:FERM AP−20422)、Cellulomonas cellulans N18−25−10(受領日:平成17年2月22日、受領番号:FERM AP−20423)と命名した。この2つの菌株は、日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6にある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に寄託されている。 A compost extract obtained from compost subjected to primary and secondary fermentation in Niigata City, Niigata Prefecture is applied to a general bacterial medium (NB medium) to form bacterial cell colonies. These colonies are applied to NB medium containing 0.3% of powdered PHBH. After the cultivation, two types of microorganisms that have formed a PHBH dissolution zone around the bacterial colonies are separated. Identification of these strains can be performed by mycological properties and sequence comparison of 16S ribosomal DNA. As a result of identification of this strain by the latter, it was revealed that it was Bacillus megaterium and Cellulomonas cellulans, and Bacillus megaterium N18-25-9 (reception date: February 22, 2005, receipt number: FERM AP-20422), respectively. Cellulomonas cellulans N18-25-10 (reception date: February 22, 2005, reception number: FERM AP-20423). These two strains are deposited at the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, located at 1st, 1st, 1st East, Tsukuba, Ibaraki, Japan.

生理学的な試験は一般的な方法に従って行った(長谷川武治、微生物の分類と同定、東京大学出版会、155245(1975)、Sneath等、Bergey‘s Manual of Systematic Bacteriology, Vol2, Williams&Wilkins,Baltimore(1986))。Bacillus megaterium N18−25−9(FERM AP−20422)は、グラム陽性菌で、好気性の桿菌であり、胞子を形成し、生育条件温度は20〜45℃で、その他の生理学的性質は以下の表1の通りであった。また、Cellulomonas cellulans N18−25−10(FERM AP−20423)は、グラム陽性菌で、好気性の短桿菌であり、その他の生理学的性質は以下の表1の通りであった。 Physiological tests were performed according to general methods (Takeharu Hasegawa, Classification and Identification of Microorganisms, The University of Tokyo Press, 155245 (1975), Sneath et al., Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, Vol2, Williams & Wilkins, 1988 )). Bacillus megaterium N18-25-9 (FERM AP-20422) is a Gram-positive bacterium, is an aerobic bacilli, forms spores, has a growth temperature of 20-45 ° C., and other physiological properties are as follows: It was as Table 1. Cellulomonas cellulans N18-25-10 (FERM AP-20423) is a Gram-positive bacterium, an aerobic short bacillus, and other physiological properties are as shown in Table 1 below.

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Bacillus megaterium N18−25−9(FERM AP−20422)は、グリセロール、グルコース、フルクトース、マンニトール、セルビオース、マルトース、ラクトース、メリビオース、スクロース、トレハロース、ラフィノース及びグリコーゲンを酸化あるいは同化することができた。また、エスクリン及びスターチを加水分解することもできた。
また、Cellulomonas cellulans N18−25−10(FERM AP−20423)は、L−アラビノース、D−キシロース、ガラクトース、グルコース、フルクトース、マンノース、セルビオース、マルトース、スクロース及びグリコーゲンを酸化あるいは同化することができ、エスクリン及びスターチを加水分解することができた。
Bacillus megaterium N18-25-9 (FERM AP-20422) was able to oxidize or assimilate glycerol, glucose, fructose, mannitol, cerbose, maltose, lactose, melibiose, sucrose, trehalose, raffinose and glycogen. It was also possible to hydrolyze esculin and starch.
Cellulomonas cellulans N18-25-10 (FERM AP-20423) can oxidize or assimilate L-arabinose, D-xylose, galactose, glucose, fructose, mannose, cellobiose, maltose, sucrose and glycogen. And the starch could be hydrolyzed.

(デポリメラーゼ遺伝子のクローニング)
1.ゲノムライブラリーの構築
3HHから構成されるPHA、特にPHBHを分解する微生物のゲノムライブラリー構築は、種々の宿主・ベクター系を利用することができる。宿主によって特に制限されないが、3HHから構成されるPHA、特にPHBHを分解しない宿主が好ましく、大腸菌(Escherichia coli)がより好ましい。ベクターは宿主内で複製、維持されるものであれば特に制限されない。詳しくは、Molecular Cloning(Sambrook等、CSH Laboratory Press)などの実験書を参考にすることができる。
(Cloning of depolymerase gene)
1. Construction of Genomic Library Various host / vector systems can be used to construct a genomic library of microorganisms that degrade PHA composed of 3HH, particularly PHBH. Although not particularly limited by the host, a PHA composed of 3HH, particularly a host that does not degrade PHBH, is preferable, and Escherichia coli is more preferable. The vector is not particularly limited as long as it is replicated and maintained in the host. For details, it is possible to refer to an experimental document such as Molecular Cloning (Sambrook et al., CSH Laboratory Press).

3HHから構成されるPHA、特にPHBHを分解する微生物のDNAの調製は種々の既知の方法が利用できる。一例として、当該微生物の培養液より遠心処理等によって菌体を集め、リゾチームなどの溶菌酵素処理を行なう。次に凍結融解処理を行なったあと、SDS溶液を重層し界面を混合することにより溶菌させる。同溶菌液にフェノール・クロロホルム溶液を添加し、蛋白質等の変性処理を行ったあと水層にエタノールを加える。析出するDNAをガラス棒などで巻き取ることによりゲノムDNAを調製することができる。 Various known methods can be used for the preparation of PHA composed of 3HH, particularly microorganism DNA that degrades PHBH. As an example, microbial cells are collected from the culture solution of the microorganism by centrifugation or the like, and a lytic enzyme treatment such as lysozyme is performed. Next, after freeze-thawing treatment, lysis is performed by overlaying the SDS solution and mixing the interface. A phenol / chloroform solution is added to the lysate, and after denaturation treatment of proteins and the like, ethanol is added to the aqueous layer. Genomic DNA can be prepared by winding the precipitated DNA with a glass rod or the like.

調製されたゲノムDNAは物理的な切断や種々の制限酵素を用いて切断することができる。切断方法は特に制限されないが、例えば制限酵素Sau3AIで部分切断し、8〜10KbのDNA断片を精製することができる。ベクターにはプラスミドやファージなどが利用できるが、特に制限されない。挿入するDNA断片にあわせて制限酵素で処理することによりゲノムライブラリーの構築に用いることができる。例えば制限酵素Sau3AIで部分切断された8〜10KbのDNA断片は、制限酵素BamHIで切断したpUC19などのベクターに挿入することができ、大腸菌に形質転換することによりゲノムライブラリーを構築することができる。 The prepared genomic DNA can be cleaved using physical cleavage or various restriction enzymes. Although the cutting method is not particularly limited, for example, a DNA fragment of 8 to 10 Kb can be purified by partial cleavage with the restriction enzyme Sau3AI. Plasmids, phages and the like can be used as vectors, but are not particularly limited. It can be used for the construction of a genomic library by treating with a restriction enzyme according to the DNA fragment to be inserted. For example, a DNA fragment of 8 to 10 Kb partially cleaved with the restriction enzyme Sau3AI can be inserted into a vector such as pUC19 cleaved with the restriction enzyme BamHI, and a genomic library can be constructed by transformation into E. coli. .

2.デポリメラーゼ遺伝子のクローニング
ゲノムライブラリーを、3HHから構成されるPHA、特にPHBHを唯一または主な炭素源として含有する固体培地上に塗布し、菌株が生育できる温度で培養する。ゲノムライブラリーの作製に用いた宿主がデポリメラーゼを分泌する場合は、宿主のみよりも大きな同ポリマー溶解ゾーンを形成するコロニーが当該デポリメラーゼ遺伝子を含有するクローンであり、宿主が大腸菌のようにデポリメラーゼを生産しない場合は、同ポリマー溶解ゾーンを形成するコロニーが当該デポリメラーゼ遺伝子を含有するクローンである。クローニングされた遺伝子は塩基配列の解析等を行なうことにより、当該遺伝子を同定することができる。
2. Cloning of the depolymerase gene A genomic library is spread on a solid medium containing PHA composed of 3HH, particularly PHBH as the sole or main carbon source, and cultured at a temperature at which the strain can grow. When the host used to construct the genomic library secretes depolymerase, the colony forming the same polymer lysis zone larger than the host alone is a clone containing the depolymerase gene, and the host is a depolymerase such as E. coli. When the polymerase is not produced, the colony forming the polymer dissolution zone is a clone containing the depolymerase gene. The cloned gene can be identified by analyzing the nucleotide sequence or the like.

本発明に係るデポリメラーゼ遺伝子の好適な例として、配列番号1または配列番号2で示されるBacillus megaterium N18−25−9(FERM AP−20422)由来のデポリメラーゼ遺伝子を挙げることができる。但し、配列番号1および配列番号2で示されるDNA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下でハイブリダイズするDNAも、そのDNAから翻訳されたポリペプチドが3HHから構成されるPHAを分解する活性を有する限り、当該デポリメラーゼ遺伝子に含まれるものとする。ここでストリンジェントな条件とは、例えば塩濃度は6xSSC、温度が68℃、の条件をいう(Molecular Cloning(Sambrook等、CSH Laboratory Press))。
配列番号1又は配列番号2で示されるDNA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下でハイブリダイズするDNAは、配列番号1又は配列番号2で示されるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAをプローブとして、コロニー・ハイブリダイゼーション法、プラーク・ハイブリダイゼーション法、あるいはサザンハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られるDNAを意味し、具体的には、コロニーあるいはプラーク由来のDNAを固定化したフィルターを用いて、塩濃度6xSSC、68℃でハイブリダイゼーションを行った後、0.1〜2倍濃度のSSC溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウムよりなる)を用い、65℃の条件下でフィルターを洗浄することにより同定できるDNAを挙げることができる。
ハイブリダイゼーションは、Molecular Cloning,A laboratory manual,second edition(Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989)等に記載されている方法に準じて行うことができる。
Preferable examples of the depolymerase gene according to the present invention include a depolymerase gene derived from Bacillus megaterium N18-25-9 (FERM AP-20422) represented by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. However, DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 is also a PHA whose polypeptide translated from the DNA is composed of 3HH. As long as it has an activity of degrading, it is included in the depolymerase gene. Here, stringent conditions refer to, for example, conditions where the salt concentration is 6 × SSC and the temperature is 68 ° C. (Molecular Cloning (Sambrook et al., CSH Laboratory Press)).
A DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA represented by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 is a base sequence complementary to the DNA represented by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. Means DNA obtained by using colony hybridization method, plaque hybridization method, Southern hybridization method, etc., with DNA consisting of as a probe. Specifically, colony or plaque-derived DNA is immobilized. After the hybridization was performed at a salt concentration of 6 × SSC and 68 ° C., the SSC solution having a concentration of 0.1 to 2 times (the composition of the SSC solution having a concentration of 1 was 150 mM sodium chloride and 15 mM sodium citrate). And filter under conditions of 65 ° C Can include DNA can be identified by washing the.
Hybridization can be performed according to the method described in Molecular Cloning, A laboratory manual, second edition (Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) and the like.

また、配列番号1または配列番号2に示す塩基配列と80%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドも、当該ポリメラーゼ遺伝子に含まれるものである。より好ましくは、90%以上の相同性、更に好ましくは95%以上の相同性、特に好ましくは99%以上の相同性を有する塩基配列である。
ここで、「相同性(%)」とは、対比される2つのポリヌクレオチドを最適に整列させ、核酸塩基(例えば、A、T、C、G、U、またはI)が両方の配列で一致した位置の数を比較塩基総数で除し、そして、この結果に100を乗じた数値で表される。
配列同一性は、例えば、以下の配列分析用ツールを用いて算出し得る:GCG Wisconsin Package(Program Manual for the Wisconsin Package、Version8、1994年9月、Genetics Computer Group、575 Science Drive Madison、Wisconsin、USA53711;Rice、P.(1996)Program Manual for EGCG Package、Peter Rice、The Sanger Centre、Hinxton Hall、Cambridge、CB10 1RQ、England)、および、the ExPASy World Wide Web分子生物学用サーバー(Geneva University Hospital and University of Geneva、Geneva、Switzerland)。
A polypeptide comprising a base sequence having 80% or more homology with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and having an activity of decomposing polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid The encoding polynucleotide is also included in the polymerase gene. More preferred is a nucleotide sequence having 90% or more homology, more preferably 95% or more homology, particularly preferably 99% or more homology.
Here, “homology (%)” means that the two polynucleotides to be compared are optimally aligned and the nucleobases (eg, A, T, C, G, U, or I) match in both sequences. The number of positions is divided by the total number of comparison bases, and the result is expressed by a value obtained by multiplying by 100.
Sequence identity can be calculated using, for example, the following tools for sequence analysis: GCG Wisconsin Package (Program Manual for the Wisconsin Package, Version 8, September 1994, Genetics Computer Group 37, 575 ScienceDenM Rice, P. (1996) Program Manual for EGCG Package, Peter Rice, The Sanger Center, Hinxton Hall, Cambridge, CB10 1RQ, England, and the ExPASyWr ty Hospital and University of Geneva, Geneva, Switzerland).

更に、配列番号3または配列番号4に示す配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加され、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドも、当該ポリメラーゼ遺伝子に含まれるものである。
「1若しくは数個のアミノ酸の欠失、置換及び/又は付加」とは、部位特異的突然変異誘発法等の周知の方法により欠失、置換及び/又は付加できる程度の数のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されることを意味し、通常、1〜3個である。
配列番号3または配列番号4に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドは、Current Protocols in Molecular Biology(John Wiley and Sons,Inc.,1989)等に記載の公知の方法に準じて調製することができ、3HHから構成されるPHAを分解する活性を有する限り、本発明のポリヌクレオチドに包含される。
Furthermore, one or several amino acids are deleted, substituted and / or added in the sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4, and has an activity of decomposing polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid A polynucleotide encoding a polypeptide is also included in the polymerase gene.
“Deletion, substitution and / or addition of one or several amino acids” means that a sufficient number of amino acids have been deleted by a known method such as site-directed mutagenesis. , Substituted and / or added, usually 1 to 3.
A polypeptide consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 can be obtained by using the Current Protocols in Molecular Biology (John Wiley and Sons, Inc.). As long as it has an activity of decomposing PHA composed of 3HH, it is included in the polynucleotide of the present invention.

なお、後述するように、Bacillus megaterium N18−25−9(FERM AP−20422)由来のデポリメラーゼ遺伝子は、分泌配列として機能することが予測される部分を有し、配列番号2は、配列番号1の塩基配列から分泌配列として機能することが予測される部分を除いたものである。 As will be described later, the depolymerase gene derived from Bacillus megaterium N18-25-9 (FERM AP-20422) has a portion predicted to function as a secretory sequence. SEQ ID NO: 2 is SEQ ID NO: 1 This is obtained by removing a portion predicted to function as a secretory sequence from the base sequence of.

(デポリメラーゼの製造方法)
1.3HHから構成されるPHA、特にPHBHを分解する微生物を用いたデポリメラーゼの製造
本発明の、3HHから構成されるPHAを分解する活性を有するポリペプチドの製造方法は、上記微生物を培養することからなるものである。
本菌株の培養には、種々の炭素源、窒素源、無機塩類およびその他の有機栄養源を任意に用いることができる。
炭素源としては、例えばグルコース、ショ糖、油脂などが利用できる。
窒素源としては、例えばアンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等のアンモニウム塩の他、ペプトン、肉エキス、酵母エキス等が挙げられる。
無機塩類としては、例えばリン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム等が挙げられる。
その他の有機栄養源としては、例えばグリシン、アラニン、セリン、スレオニン、プロリン等のアミノ酸;ビタミンB1、ビタミンB12、ビタミンC等のビタミン等が挙げられる。また、精米時に大量に得られる米糠や砂糖の生産時に副生する糖蜜等も培地として用いることもできる。
(Method for producing depolymerase)
Production of Depolymerase Using PHA Comprising 1.3HH, In particular, Microorganism that Decomposes PHBH The method for producing a polypeptide having activity of degrading PHA comprised of 3HH of the present invention comprises culturing the microorganism. It consists of things.
Various carbon sources, nitrogen sources, inorganic salts, and other organic nutrient sources can be arbitrarily used for culturing this strain.
As the carbon source, for example, glucose, sucrose, fats and oils can be used.
Examples of the nitrogen source include ammonium salts such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium phosphate, peptone, meat extract, yeast extract, and the like.
Examples of inorganic salts include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, and sodium chloride.
Examples of other organic nutrient sources include amino acids such as glycine, alanine, serine, threonine, and proline; vitamins such as vitamin B1, vitamin B12, and vitamin C. In addition, rice bran obtained in large quantities during rice milling, molasses produced as a by-product during sugar production, and the like can also be used as the medium.

培養温度は、その菌が生育可能な温度であればよい。培養時間は菌体を効率よく生産できる時間であれば特に制限はない。このような培養で得られた培養液はデポリメラーゼ溶液または菌体製剤として利用することができる。また、菌体培養液を遠心分離などによって培養液と菌体とにそれぞれ分離して利用することもできる。前者はデポリメラーゼ溶液、後者は菌体製剤として利用できる。また、培養液より種々の方法によって精製されたデポリメラーゼを利用することもできる。 The culture temperature should just be the temperature which the microbe can grow. The culture time is not particularly limited as long as the cells can be produced efficiently. The culture solution obtained by such culture can be used as a depolymerase solution or a bacterial cell preparation. In addition, the bacterial cell culture solution can be separated into a culture solution and a bacterial cell by centrifugation or the like. The former can be used as a depolymerase solution, and the latter as a cell preparation. In addition, depolymerase purified from the culture solution by various methods can also be used.

2.デポリメラーゼ遺伝子を用いたデポリメラーゼの製造
クローニングされたデポリメラーゼ遺伝子を宿主で発現させることにより、当該形質転換体でデポリメラーゼを製造することができる。すなわち、本発明の、3HHから構成されるPHAを分解する活性を有するポリペプチドの製造方法は、上記形質転換体を培養することからなるものである。前記デポリメラーゼ遺伝子クローニングで得られた遺伝子を導入した形質転換株は、当該デポリメラーゼを発現しているので、本形質転換株を、3HHから構成されるPHA、特にPHBHを分解する菌体製剤として利用することができる。また培養液はデポリメラーゼ溶液として利用することができる。
2. Production of depolymerase using depolymerase gene By expressing the cloned depolymerase gene in a host, depolymerase can be produced from the transformant. That is, the method for producing a polypeptide having activity of decomposing PHA composed of 3HH according to the present invention comprises culturing the transformant. Since the transformant introduced with the gene obtained by the depolymerase gene cloning expresses the depolymerase, this transformant is used as a cell preparation for degrading PHA composed of 3HH, particularly PHBH. Can be used. The culture solution can be used as a depolymerase solution.

当該遺伝子のより効率的な発現を行なうため、種々の宿主・ベクター系を利用することができる。宿主・ベクター系として細菌、酵母、動物細胞等の系を利用することができるが、効率よく当該遺伝子を発現、製造できれば特に制限されない。クローニングされたデポリメラーゼ遺伝子が当該遺伝子の発現に必要なプロモーター、ターミネーターを有し、かつ宿主内で発現できる場合はそのまま利用することができる。また、デポリメラーゼ遺伝子をコードするDNAに種々のプロモーターおよびターミネーターを接続した発現カセットを作製し、本発現カセットをベクターに組込むことにより当該発現ベクターを構築することができる。当該デポリメラーゼ遺伝子をコードするDNAであるポリヌクレオチドの上流にプロモーター配列を連結し、かつ、下流にターミネーター配列を連結した発現カセットも、本発明の一つである。 Various host / vector systems can be used for more efficient expression of the gene. Bacteria, yeast, animal cells, etc. can be used as the host / vector system, but there is no particular limitation as long as the gene can be expressed and produced efficiently. If the cloned depolymerase gene has a promoter and terminator necessary for expression of the gene and can be expressed in the host, it can be used as it is. Moreover, the expression vector can be constructed by preparing an expression cassette in which various promoters and terminators are connected to DNA encoding the depolymerase gene, and incorporating this expression cassette into the vector. An expression cassette in which a promoter sequence is linked upstream of a polynucleotide that is a DNA encoding the depolymerase gene and a terminator sequence is linked downstream is also one aspect of the present invention.

一例として大腸菌を利用する場合、効率よく遺伝子発現を行なうために種々の発現ベクターを構築することができる。ラクトースオペロンのプロモーター、トリプトファンオペロンのプロモーター、前2種類の融合プロモーターおよびλファージのプロモーター等の下流に当該遺伝子を接続し、当該遺伝子の下流にターミネーターを接続したデポリメラーゼ発現カセットを構築することができる。ターミネーターにはrrnターミネーターなどが利用されうるが、特に制限されるものではない。これらの発現カセット作製において、当該宿主で分泌シグナルとして機能するDNA配列を接続することで、デポリメラーゼを菌体外に分泌させることができる。一例として、Bacillus megaterium N18−25−9(FERM AP−20422)のデポリメラーゼ(配列番号3)は、同配列の1番目のメチオニンから24番目のアラニンまでが分泌配列として機能することが予測されており、本配列をコードするDNAは種々のデポリメラーゼの分泌に利用することができる。なお、配列番号4のアミノ酸配列は、配列番号3の配列から分泌配列として機能することが予測される部分を除いたものである。 As an example, when using E. coli, various expression vectors can be constructed for efficient gene expression. A depolymerase expression cassette can be constructed in which the gene is connected downstream of the lactose operon promoter, the tryptophan operon promoter, the previous two fusion promoters, the promoter of λ phage, etc., and a terminator is connected downstream of the gene. . The terminator may be an rrn terminator, but is not particularly limited. In the production of these expression cassettes, depolymerase can be secreted outside the cells by connecting a DNA sequence that functions as a secretion signal in the host. As an example, the depolymerase (SEQ ID NO: 3) of Bacillus megaterium N18-25-9 (FERM AP-20422) is predicted to function as a secretory sequence from the first methionine to the 24th alanine of the same sequence. Thus, the DNA encoding this sequence can be used for secretion of various depolymerases. The amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 is obtained by removing the portion predicted to function as a secretory sequence from the sequence of SEQ ID NO: 3.

以下の(a)、(b)又は(c)のポリペプチドも、本発明の一つである。
(a)配列番号3または配列番号4に示すアミノ酸配列からなるポリペプチド
(b)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列に相補的な塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによってコードされ、かつ、3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチド
(c)配列番号3または配列番号4に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチド
(b)における「ストリンジェントな条件」及び(c)における「1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸」の調製法は、上述のとおりである。
The following polypeptides (a), (b) or (c) are also one aspect of the present invention.
(A) a polypeptide comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 (b) by a DNA that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 A polypeptide that is encoded and has an activity of degrading polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid (c), wherein one or several amino acids are deleted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 In the “stringent conditions” and (c) in the polypeptide (b) having the activity of degrading polyhydroxyalkanoic acid composed of a substituted and / or added amino acid sequence and composed of 3-hydroxyhexanoic acid “Amino with one or several amino acids deleted, substituted and / or added The preparation of "are as described above.

このようにして作製された発現カセットを宿主内で複製、維持されるベクターに導入することによりデポリメラーゼ発現ベクターを構築することができる。作製された発現ベクターを宿主に形質転換し、デポリメラーゼ形質転換株を作製することができる。本形質転換株は、発現カセットに分泌シグナルDNAを含む場合にはデポリメラーゼを菌体外に分泌することができ、同配列を有しない場合には当該デポリメラーゼを菌体内に蓄積することができる。
上記発現カセットを含有するベクター、当該ベクターによって形質転換された形質転換体も、本発明の一つである。
A depolymerase expression vector can be constructed by introducing the expression cassette thus prepared into a vector that is replicated and maintained in the host. The produced expression vector can be transformed into a host to produce a depolymerized transformant. This transformant can secrete depolymerase outside the cell when the expression cassette contains a secretion signal DNA, and can accumulate the depolymerase inside the cell when it does not have the same sequence. .
A vector containing the above expression cassette and a transformant transformed with the vector are also one aspect of the present invention.

本形質転換株の培養には、種々の炭素源、窒素源、無機塩類およびその他の有機栄養源を任意に用いることができる。
炭素源としては、例えばグルコース、ショ糖、糖蜜、油脂などが利用できる。
窒素源としては、例えばアンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等のアンモニウム塩の他、ペプトン、肉エキス、酵母エキス等が挙げられる。
無機塩類としては、例えばリン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム等が挙げられる。
その他の有機栄養源としては、例えばグリシン、アラニン、セリン、スレオニン、プロリン等のアミノ酸;ビタミンB1、ビタミンB12、ビタミンC等のビタミン等が挙げられる。
Various carbon sources, nitrogen sources, inorganic salts, and other organic nutrient sources can be arbitrarily used for culturing the transformed strain.
Examples of carbon sources that can be used include glucose, sucrose, molasses, and fats.
Examples of the nitrogen source include ammonium salts such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium phosphate, peptone, meat extract, yeast extract, and the like.
Examples of inorganic salts include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, and sodium chloride.
Examples of other organic nutrient sources include amino acids such as glycine, alanine, serine, threonine, and proline; vitamins such as vitamin B1, vitamin B12, and vitamin C.

培養温度は、その形質転換株が生育可能な温度であればよい。培養時間はデポリメラーゼを効率よく生産できる時間であれば特に制限はない。このようにしてデポリメラーゼを効率よく製造することができる。 The culture temperature may be any temperature at which the transformed strain can grow. The culture time is not particularly limited as long as it can efficiently produce depolymerase. In this way, depolymerase can be produced efficiently.

本発明によって、今後広く普及することが期待されている生分解性ポリマー(3HHから構成されるPHA、特にPHBH)からなる廃棄物の処理を、効率よく行なうことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to efficiently treat a waste composed of a biodegradable polymer (PHA composed of 3HH, particularly PHBH), which is expected to be widely used in the future.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によりその技術範囲を限定されるものではない。
(実施例1)生分解性プラスチック分解菌の単離
3−ヒドロキシ酪酸と3−ヒドロキシヘキサン酸の共重合ポリエステルPHBH(粉末、フィルム、分子量120万、3HH組成6モル%)は株式会社カネカより提供された。
寒冷稲作地帯である新潟県新津市において1次、2次発酵した堆肥から得られた抽出液を用い、NB培地(表2)上でコロニーを形成した微生物をNB培地に0.3%PHBHを混合した寒天培地上で培養し、溶解ゾーンを形成する微生物を探索した。その結果、N−18−25−9、N−18−25−10の2株が得られた。N−18−25−9株は炭素源としてPHBを加えた寒天培地においてもポリマー溶解ゾーンを形成した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention does not limit the technical scope by these Examples.
Example 1 Isolation of Biodegradable Plastic Degrading Bacteria Copolyester PHBH (powder, film, molecular weight 1.2 million, 3HH composition 6 mol%) of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid provided by Kaneka Corporation It was done.
In Niigata City, Niigata Prefecture, which is a cold rice-growing region, using an extract obtained from the primary and secondary fertilized compost, the microorganisms that formed colonies on the NB medium (Table 2) were treated with 0.3% PHBH in the NB medium. Cultures on the mixed agar medium were searched for microorganisms forming a lysis zone. As a result, two strains N-18-25-9 and N-18-25-10 were obtained. The N-18-25-9 strain also formed a polymer dissolution zone in an agar medium supplemented with PHB as a carbon source.

Figure 2006238801
Figure 2006238801

(実施例2)分解菌の同定
16SrDNA配列を用いた微生物の同定法により、N−18−25−9株、N−18−25−10株の同定を行った。
前記2株から染色体DNAを抽出し(方法は、実施例3参照)、ユニバーサルプライマー配列番号5、配列番号6を用いてPCR法により各菌株の16SrDNAを増幅した。増幅DNAをT−vector(プロメガ社製)にクローニング後、同16SrDNAの5‘側約500塩基の配列を決定した。それぞれの塩基配列はDDBJにN−18−25−9(登録番号AB190040)、N−18−25−10(登録番号AB190041)として登録されている。
それぞれの16SrDNA塩基配列をもとに、NCBIのNucleotide−nucleotide BLAST(blastn)(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)、RDPIIのSequence match(http://rdp.cme.msu.edu/seqmatch/seqmatch−intro.jsp)のプログラムを利用して配列の比較を行った。その結果、N−18−25−9株は両プログラムを利用した解析結果からBacillus megaterium AC46b1(Aj717381)と99% similarityを示したことから、Bacillus megaterium N18−25−9(受領日:平成17年2月22日、受領番号:FERM AP−20422)と命名した。N18−25−10株は両プログラムを利用した解析結果からCellulosimicrobium cellulans DSM43879(X79455.1)と98% similarityを示したことから、Cellulomonas celluans N18−25−10(受領日:平成17年2月22日、受領番号:FERM AP−20423)と命名した。この2つの菌株は、日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6にある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に寄託されている。
(Example 2) Identification of degrading bacteria N-18-25-9 and N-18-25-10 strains were identified by a microorganism identification method using 16S rDNA sequences.
Chromosomal DNA was extracted from the two strains (see Example 3 for the method), and 16S rDNA of each strain was amplified by PCR using universal primer SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6. After the amplified DNA was cloned into T-vector (manufactured by Promega), the sequence of about 500 bases on the 5 ′ side of the 16S rDNA was determined. The respective base sequences are registered in DDBJ as N-18-25-9 (registration number AB190040) and N-18-25-10 (registration number AB190041).
NCBI Nucleotide-nucleotide BLAST (blastn) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/), RDPII Sequence match (http: // cmtp / cmp) / .Msu.edu / seqmatch / seqmatch-intro.jsp) sequence comparison was performed. As a result, N-18-25-9 strain showed Bacillus megaterium AC46b1 (Aj7171781) and 99% similarity from the analysis results using both programs, so Bacillus megaterium N18-25-9 (Received date: 2005) On February 22, it was named with the receipt number: FERM AP-20422). The N18-25-10 strain showed Cellulomonic cellulans DSM43879 (X79455.1) and 98% similarity from the analysis results using both programs, so Cellulomonas celluans N18-25-10 (Received date: February 22, 2005) Day, receipt number: FERM AP-20423). These two strains are deposited at the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, located at 1st, 1st, 1st East, Tsukuba, Ibaraki, Japan.

(実施例3)染色体DNAの調製
50mlのNB培地(表2)で一晩培養したN−18−25−9株を集菌し、7.5mlのsaline−EDTA(0.15M NaCl、0.1M エチレンジアミン四酢酸 (pH8.0))に懸濁した。50ml容遠心管中で、菌体懸濁液にリゾチームが最終濃度1mg/mlになるように加え、よく溶解し、時々撹拌しながら37℃で15分間インキュベートした。粘度が増加し始めたら直ちに−80℃のフリーザーで凍結した。粘度の増加が30分たっても見られない場合は、リゾチームをさらに添加した。次に凍結した菌体を60℃の湯浴にいれたあと、Tris−SDS(0.1M Tris−HCL(pH9.0)、1%ドデシル硫酸ナトリウム)を7.5ml加え、滅菌済みのガラス棒で凍結菌体とSDS溶液の界面を混合させながら溶菌させていった。粘度の増加を確認しながら、試料がほぼ60℃に達したら10分間インキュベートし、その後氷冷した。15mlのフェノール・クロロホルム溶液を加えた後、氷令しながら15分間強く、振とうした。7500rpm、20分、4℃の条件で遠心した後、上層の水層を新しい50ml容の遠心管に移し、再度フェノール・クロロホルム抽出を行った。−20℃で冷却しておいたエタノールを30ml加え、ガラス棒でかき混ぜながら、沈殿してくるDNAをガラス棒に巻き取った。得られたDNAを10mlの70%エタノールで洗浄し、適当量のTE(10mM Tris−HCL(pH8.0)、1mM EDTA)に溶解して、染色体DNA溶液とした。
(Example 3) Preparation of chromosomal DNA N-18-25-9 strain cultured overnight in 50 ml of NB medium (Table 2) was collected and 7.5 ml of saline-EDTA (0.15 M NaCl, 0. It was suspended in 1M ethylenediaminetetraacetic acid (pH 8.0). In a 50 ml centrifuge tube, lysozyme was added to the cell suspension to a final concentration of 1 mg / ml, dissolved well, and incubated at 37 ° C. for 15 minutes with occasional stirring. As soon as the viscosity started to increase, it was frozen in a -80 ° C freezer. If no increase in viscosity was seen after 30 minutes, more lysozyme was added. Next, after putting the frozen cells in a 60 ° C. water bath, 7.5 ml of Tris-SDS (0.1 M Tris-HCL (pH 9.0), 1% sodium dodecyl sulfate) is added, and a sterilized glass rod is added. The cells were lysed while mixing the interface between the frozen cells and the SDS solution. While confirming the increase in viscosity, the sample was incubated for 10 minutes when it reached approximately 60 ° C., and then ice-cooled. After adding 15 ml of phenol / chloroform solution, the mixture was vigorously shaken for 15 minutes with ice age. After centrifugation at 7500 rpm for 20 minutes at 4 ° C., the upper aqueous layer was transferred to a new 50 ml centrifuge tube, and phenol / chloroform extraction was performed again. 30 ml of ethanol cooled at −20 ° C. was added, and the precipitated DNA was wound on a glass rod while stirring with a glass rod. The obtained DNA was washed with 10 ml of 70% ethanol and dissolved in an appropriate amount of TE (10 mM Tris-HCL (pH 8.0), 1 mM EDTA) to obtain a chromosomal DNA solution.

(実施例4) ゲノムライブラリーの作製
N−18−25−9株のTotal DNAを制限酵素Sau3AIで部分的に処理した後、次の方法で分画した。
10% sucrose TES(10mM Tris−HCl(pH8.0)、1mM EDTE,10mM NaCl)溶液及び40% sucrose TES溶液を用いて、10%、11.25%、12.5%、13.75%、15%、16.25%、17.5%、18.75%、20%、21.25%、22.5%、23.75%、25%、26.25%、27.5%、28.75%、30%、31.25%、32.5%、33.75%、35%、36.25%、37.5%、38.75%、40%の濃度のsucrose TES溶液を作製した。これらの溶液を500μlずつ50μl用のマイクロピペットの先端が底につくようにBeckman coulter tube(14x89mm)に取り付け、ペリスタポンプを用いて薄い溶液から濃い溶液の順で穏やかに積み上げた。ショ糖濃度勾配溶液の入ったチューブを4℃で一晩静置したあと、DNA溶液を重層し、SW41 Ti rotor(Beckman coulter)で26000rpm、18時間、15℃の条件で遠心した。遠心後、ペリスタポンプを用いて底から500μlずつ分画し、アガロース電気泳動によりDNA断片の大きさを確認した。目的の8−10kbpのDNA断片を含む画分を回収し、フェノール・クロロホルム抽出、エタノール沈殿をした後、適当量のTEに溶解した。
以上のように調製したDNA断片を、制限酵素BamHIで消化後BAP処理したpUC19と連結した。それを大腸菌DH5αに形質転換し、一部を寒天培地にプレーティングしてライブラリーの大きさ、挿入効率を調べた。残りはアンピシリン入りのLB培地で一晩培養し、プラスミドを抽出すると共に菌体を15%グリセロール溶液として−80℃で保存した。
(Example 4) Preparation of genomic library Total DNA of N-18-25-9 strain was partially treated with restriction enzyme Sau3AI, and then fractionated by the following method.
Using 10% sucrose TES (10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTE, 10 mM NaCl) solution and 40% sucrose TES solution, 10%, 11.25%, 12.5%, 13.75%, 15%, 16.25%, 17.5%, 18.75%, 20%, 21.25%, 22.5%, 23.75%, 25%, 26.25%, 27.5%, 28 Create sucrose TES solutions with concentrations of .75%, 30%, 31.25%, 32.5%, 33.75%, 35%, 36.25%, 37.5%, 38.75%, 40% did. These solutions were attached to a Beckman Coulter tube (14 × 89 mm) so that the tip of a micropipette for 50 μl was placed at the bottom in 500 μl, and gently stacked in the order of thin solution to thick solution using a peristaltic pump. The tube containing the sucrose concentration gradient solution was allowed to stand overnight at 4 ° C., and then the DNA solution was overlaid, and centrifuged with SW41 Ti rotor (Beckman Coulter) at 26000 rpm for 18 hours at 15 ° C. After centrifugation, 500 μl was fractionated from the bottom using a peristaltic pump, and the size of the DNA fragment was confirmed by agarose electrophoresis. Fractions containing the desired 8-10 kbp DNA fragment were collected, extracted with phenol / chloroform and precipitated with ethanol, and then dissolved in an appropriate amount of TE.
The DNA fragment prepared as described above was ligated with pUC19 that had been digested with the restriction enzyme BamHI and then BAP-treated. It was transformed into E. coli DH5α, and a part was plated on an agar medium to examine the size of the library and the insertion efficiency. The rest was cultured overnight in LB medium containing ampicillin, the plasmid was extracted, and the cells were stored at −80 ° C. as a 15% glycerol solution.

(実施例5)デポリメラーゼ遺伝子のクローニング
前記ゲノムライブラリーの構築により、Bacillus megaterium N18−25−9(FERM AP−20422)より約2,500クローンより成るゲノムライブラリーを作製した。本ライブラリーを0.3%のPHBHを含有するNB培地にプレーティングした結果、クリアゾーン(溶解ゾーン)を形成する1株のクローンが見出された。本クローンからプラスミドを回収し、回収プラスミド(pUCBM−Aと命名した)を再度大腸菌に形質転換したところ、当該形質転換株はポリマー溶解ゾーンを形成した。
次にポリマー溶解ゾーン形成能(PHBH分解能)を付与する遺伝子部位決定のために、挿入断片の塩基配列の決定を行った。当該DNAの制限酵素地図を図1に示す。
塩基配列の解析の結果、当該DNAの中に他の微生物において生分解性プラスチックを分解する酵素として知られるPHB depolymeraseの保存配列が見出された。そこでpUCBM−Aを制限酵素SacI、HincIIで処理した後、同保存配列を有するORF部分のみを含む約2.7kbpのDNA断片を切り出し、pUC19にクローニングした(pUCBM−ASHと命名した)。pUCBM−ASHを大腸菌DH5αに形質転換したところ、PHBHを含有するNB培地またはPHBHを含有するLB培地上でポリマー溶解ゾーンを形成した。以上の結果から、本ORF部分をデポリメラーゼ遺伝子と決定し、この遺伝子をPhaZBmと命名した。
Example 5 Cloning of Depolymerase Gene A genomic library consisting of about 2,500 clones was prepared from Bacillus megaterium N18-25-9 (FERM AP-20422) by the construction of the genomic library. As a result of plating this library on NB medium containing 0.3% PHBH, one clone which formed a clear zone (lysis zone) was found. When the plasmid was recovered from this clone and the recovered plasmid (named as pUCBM-A) was transformed again into E. coli, the transformed strain formed a polymer lysis zone.
Next, the base sequence of the inserted fragment was determined in order to determine the gene site imparting the polymer dissolution zone forming ability (PHBH resolution). A restriction enzyme map of the DNA is shown in FIG.
As a result of base sequence analysis, a conserved sequence of PHB depolymerase known as an enzyme that degrades biodegradable plastics in other microorganisms was found in the DNA. Therefore, after treating pUCBM-A with restriction enzymes SacI and HincII, a DNA fragment of about 2.7 kbp containing only the ORF portion having the same conserved sequence was excised and cloned into pUC19 (named pUCBM-ASH). When pUCBM-ASH was transformed into E. coli DH5α, a polymer dissolution zone was formed on NB medium containing PHBH or LB medium containing PHBH. From the above results, this ORF portion was determined to be a depolymerase gene, and this gene was named PhaZ Bm .

(実施例6)デポリメラーゼ遺伝子の解析
B.megaterium N18−25−9(FERM AP−20422)のデポリメラーゼ遺伝子は、1773塩基(GC含量は40.3%)、590アミノ酸からなり、予想分子量は62.3KDaであった。ATG開始コドンの10塩基上流にShine−Dalgarno配列(TAAGGAGGA)が存在していた。また、予想プロモーター配列−35(TTGATT)、−10(CATCTT)が見られた(図2、配列番号7)。
なお、当該デポリメラーゼ遺伝子の塩基配列とアミノ酸配列を、それぞれ配列番号1と3に示し、これらの配列から、分泌配列として機能することが予測される部分を除いた塩基配列とアミノ酸配列を、それぞれ配列番号2と4に示す。
現在まで知られているデポリメラーゼのN末端にはシグナルペプチドが付加されているケースが多い。そこでSignalP 3.0 server(http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)を利用してPhaZBmにおけるシグナルペプチドの存在の有無を解析した。SignalP−NN(neural networks)を利用した解析を行ない、切断部位を予想するC score,Y score、シグナルペプチドを予想するS scoreを統合した結果、配列番号3で示したポリペプチドの24番目のアラニンと25番目のアラニンの間(SSA−AG)で切断されることが予想された。また、SignalP−HMN(hidden Markov modelsを用いた解析結果によっても、同様の結果が得られた。
(Example 6) Analysis of depolymerase gene The depolymerase gene of megaterium N18-25-9 (FERM AP-20422) consisted of 1573 bases (GC content 40.3%), 590 amino acids, and the expected molecular weight was 62.3 KDa. A Shine-Dalgarno sequence (TAAGGAGGA) was present 10 bases upstream of the ATG start codon. In addition, expected promoter sequences -35 (TTGATT) and -10 (CATCTT) were observed (FIG. 2, SEQ ID NO: 7).
The base sequence and amino acid sequence of the depolymerase gene are shown in SEQ ID NOs: 1 and 3, respectively, and the base sequence and amino acid sequence excluding the part that is predicted to function as a secretory sequence from these sequences, respectively, Shown in SEQ ID NOs: 2 and 4.
In many cases, a signal peptide is added to the N-terminus of a depolymerase known to date. Therefore, the presence or absence of a signal peptide in PhaZ Bm was analyzed using SignalP 3.0 server (http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/). Analysis using SignalP-NN (neural networks) and integration of C score, Y score, which predicts the cleavage site, and S score, which predicts the signal peptide, resulted in the 24th alanine of the polypeptide shown in SEQ ID NO: 3. And the 25th alanine (SSA-AG) were expected to cleave. Moreover, the same result was obtained also by the analysis result using SignalP-HMN (hidden Markov model).

Bacillus megaterium N18−25−9のデポリメラーゼ遺伝子を含有するDNA断片の制限酵素地図である。It is a restriction enzyme map of the DNA fragment containing the depolymerase gene of Bacillus megaterium N18-25-9. Bacillus megaterium N18−25−9のデポリメラーゼ遺伝子を含有するDNA断片の塩基配列及びアミノ酸配列である。It is the base sequence and amino acid sequence of a DNA fragment containing the depolymerase gene of Bacillus megaterium N18-25-9. Bacillus megaterium N18−25−9のデポリメラーゼ遺伝子を含有するDNA断片の塩基配列及びアミノ酸配列である。It is the base sequence and amino acid sequence of a DNA fragment containing the depolymerase gene of Bacillus megaterium N18-25-9. Bacillus megaterium N18−25−9のデポリメラーゼ遺伝子を含有するDNA断片の塩基配列及びアミノ酸配列である。It is the base sequence and amino acid sequence of a DNA fragment containing the depolymerase gene of Bacillus megaterium N18-25-9. Bacillus megaterium N18−25−9のデポリメラーゼ遺伝子を含有するDNA断片の塩基配列及びアミノ酸配列である。It is the base sequence and amino acid sequence of a DNA fragment containing the depolymerase gene of Bacillus megaterium N18-25-9.

Claims (12)

3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する微生物。 A microorganism that degrades polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid. 3−ヒドロキシ酪酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する請求項1記載の微生物。 The microorganism according to claim 1, which decomposes polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxybutyric acid. ポリヒドロキシアルカン酸が3−ヒドロキシ酪酸と3−ヒドロキシヘキサン酸の共重合ポリエステルである請求項1又は2記載の微生物。 The microorganism according to claim 1 or 2, wherein the polyhydroxyalkanoic acid is a copolyester of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid. 微生物がBacillus megaterium N18−25−9(FERM AP−20422)である請求項1〜3のいずれか1項に記載の微生物。 The microorganism according to any one of claims 1 to 3, wherein the microorganism is Bacillus megaterium N18-25-9 (FERM AP-20422). 微生物がCellulomonas cellulans N18−25−10(FERM AP−20423)である請求項1〜3のいずれか1項に記載の微生物。 The microorganism according to any one of claims 1 to 3, wherein the microorganism is Cellulomonas cellulans N18-25-10 (FERM AP-20423). 以下の(a)、(b)又は(c)のポリペプチド:
(a)配列番号3または配列番号4に示すアミノ酸配列からなるポリペプチド
(b)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列に相補的な塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによってコードされ、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチド
(c)配列番号3または配列番号4に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチド。
The following polypeptide (a), (b) or (c):
(A) a polypeptide comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 (b) by a DNA that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 A polypeptide that is encoded and has an activity of degrading polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid (c), wherein one or several amino acids are deleted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4, A polypeptide comprising an amino acid sequence substituted and / or added and having an activity of decomposing polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid.
以下の(d)、(e)、(f)又は(g)のポリヌクレオチド:
(d)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド
(e)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列に相補的な塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(f)配列番号1または配列番号2に示す塩基配列と80%以上の相同性を有する塩基配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド
(g)配列番号3または配列番号4に示すアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド。
The following polynucleotide (d), (e), (f) or (g):
(D) a polynucleotide comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 (e) a base sequence that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 A polynucleotide encoding a polypeptide having the activity of degrading polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid (f) 80% or more of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 (G) a polynucleotide encoding a polypeptide having an activity of degrading polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid and comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 Amino in which one or several amino acids have been deleted, substituted and / or added Polynucleotide encoding a polypeptide having polyhydroxyalkanoate decomposing activity consists of it, and 3-hydroxy hexanoic acid sequence.
請求項7記載のポリヌクレオチドの上流にプロモーター配列を連結し、かつ、下流にターミネーター配列を連結した発現カセット。 An expression cassette comprising a promoter sequence linked upstream of the polynucleotide of claim 7 and a terminator sequence linked downstream. 請求項8記載の発現カセットを含有するベクター。 A vector containing the expression cassette according to claim 8. 請求項9記載のベクターによって形質転換された形質転換体。 A transformant transformed with the vector according to claim 9. 請求項1〜5記載の微生物、または請求項10記載の形質転換体を培養することからなる、3−ヒドロキシヘキサン酸から構成されるポリヒドロキシアルカン酸を分解する活性を有するポリペプチドの製造方法。 A method for producing a polypeptide having an activity of degrading polyhydroxyalkanoic acid composed of 3-hydroxyhexanoic acid, comprising culturing the microorganism according to claim 1 or 5 or the transformant according to claim 10. ポリヒドロキシアルカン酸が3−ヒドロキシ酪酸と3−ヒドロキシヘキサン酸の共重合ポリエステルである請求項11記載のポリペプチドの製造方法。 The method for producing a polypeptide according to claim 11, wherein the polyhydroxyalkanoic acid is a copolyester of 3-hydroxybutyric acid and 3-hydroxyhexanoic acid.
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