JP2007020539A - Arabinofuranosidase b-presenting yeast and utilization thereof - Google Patents

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Hiroki Bando
弘樹 坂東
Hiroshi Sawara
弘師 佐原
Atsushi Odaka
敦史 小高
Yoji Hata
洋二 秦
Atsumi Ueda
充美 植田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently producing a xylan hydrolysate, and to provide a material used therefor. <P>SOLUTION: A polynucleotide comprises a secretion signal sequence acting in a yeast cell, a sequence encoding a polypeptide exhibiting an arabinofuranosidase activity, a sequence encoding a part of a protein located in the surface layer of the cell, and a GPI anchor-adhered signal sequence sequentially from the 5'-terminal side. The method for producing the xylan hydrolyzate comprises a process for hydrolyzing xylan in the presence of a yeast holding the polynucleotide and xylosidase and/or xylanase, and a process for recovering the xylan hydrolyzate. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、細胞表層にアラビノフラノシダーゼを保持する酵母及びそれを用いたキシラン分解物の製造方法に関する。   The present invention relates to a yeast that retains arabinofuranosidase on the cell surface and a method for producing a xylan degradation product using the yeast.

近年、環境やエネルギーに対する関心が高まるなか、エタノールの自動車燃料としての直接利用やガソリンのような既存燃料への一部添加が検討されている。これにより、化石燃料への依存度が減り、懸念されている化石燃料の枯渇を防ぐことができる。また、エタノールは、通常のガソリンに比べ、環境汚染が非常に少ない燃料である。   In recent years, with increasing interest in the environment and energy, direct use of ethanol as an automobile fuel and partial addition to existing fuels such as gasoline are being studied. As a result, the degree of dependence on fossil fuels is reduced, and the depletion of fossil fuels that are concerned can be prevented. Ethanol is a fuel with very little environmental pollution compared to ordinary gasoline.

従来、発酵による工業用アルコールの製造原料として、サトウキビから得られる糖質、トウモロコシ等の食用作物から得られるデンプン等が主に用いられている。しかし、これらの農作物は高価であるため、燃料用エタノール(バイオエタノール)の製造原料として使用するのは実用的ではない。また、将来、地球規模での食料不足が予測される点でも、農作物をエタノール発酵原料として用いることは実用的ではない。   Conventionally, sugars obtained from sugarcane, starches obtained from food crops such as corn, and the like are mainly used as raw materials for producing industrial alcohol by fermentation. However, since these crops are expensive, it is not practical to use as a raw material for producing ethanol for fuel (bioethanol). In addition, it is not practical to use agricultural crops as a raw material for ethanol fermentation because it is predicted that food shortages will occur on a global scale in the future.

一方、木質系バイオマスは、大量かつ低価格で入手でき、また食用に供されるものでないため、バイオエタノール原料として期待されている。木質系バイオマスは、セルロース50%程度、ヘミセルロース20〜30%程度、及びリグニン20〜30%程度で構成されている。セルロースは、グルコースの重合体である。ヘミセルロースの主成分はキシランであり、キシランは、例えば広葉樹やイネ科植物では、D−キシロース残基がβ−1,4結合したキシラン主鎖にL−アラビノース、グルクロン酸、4−O−メチルグルクロン酸などが短い側鎖として結合した多糖類である。   On the other hand, woody biomass is promising as a bioethanol raw material because it can be obtained in large quantities and at a low price and is not used for food. Woody biomass is composed of about 50% cellulose, about 20-30% hemicellulose, and about 20-30% lignin. Cellulose is a polymer of glucose. The main component of hemicellulose is xylan. In xylan, for example, in broad-leaved trees and gramineous plants, L-arabinose, glucuronic acid, 4-O-methylglucuron is bonded to the xylan main chain in which D-xylose residues are linked by β-1,4. It is a polysaccharide in which an acid or the like is bound as a short side chain.

高分子多糖は糖分解酵素で加水分解して単糖にすることにより初めてエタノール発酵の基質となり得る。木質系バイオマスは、食用作物に較べて、ヘミセルロースの含有比率が高いため、ヘミセルロースの加水分解反応の効率が木質系バイオマスからのエタノール生産効率を定める大きな要素となっている。   Polymeric polysaccharides can only be used as a substrate for ethanol fermentation by hydrolysis with a glycolytic enzyme into monosaccharides. Since woody biomass has a higher hemicellulose content ratio than food crops, the efficiency of the hydrolysis reaction of hemicellulose is a major factor in determining the ethanol production efficiency from woody biomass.

キシラン主鎖のキシロース間のβ−1,4結合を分解する酵素として、キシラナーゼ及びキシロシダーゼが知られている。しかし、アラビノース側鎖が付加した枝分かれ部分にはこれらの酵素が作用し難いため、これらの酵素だけでは十分にキシランを加水分解することができず、キシロースの回収率が低く、ひいてはバイオエタノールの生産効率が低くなる。   Xylanase and xylosidase are known as enzymes that degrade the β-1,4 bond between xylose in the xylan main chain. However, since these enzymes are unlikely to act on the branched part to which the arabinose side chain is added, these enzymes alone cannot sufficiently hydrolyze xylan, and the xylose recovery rate is low, which in turn produces bioethanol. Efficiency is lowered.

側鎖のアラビノースと主鎖のキシロースとの間の結合を分解する酵素は、アラビノフラノシダーゼである。アラビノフラノシダーゼをキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼと共にキシランに作用させれば、キシランの分解によるキシロースの収率が向上することが報告されている(非特許文献1)。   The enzyme that breaks the bond between the side chain arabinose and the main chain xylose is arabinofuranosidase. It has been reported that when arabinofuranosidase is allowed to act on xylan together with xylosidase or further xylanase, the yield of xylose due to the decomposition of xylan is improved (Non-patent Document 1).

しかし、キシラナーゼやキシロシダーゼと異なり、アラビノフラノシダーゼは工業利用できる程度に大量に生産する技術が確立されていない。また、これらの酵素を生産する微生物を用いてキシランの分解によりキシロースを生産することも考えられるが、キシランは高分子であるため細胞膜を透過し難く、その結果キシロースの生産効率が悪い。   However, unlike xylanase and xylosidase, arabinofuranosidase has not been established with a technique for producing it in large quantities to be industrially usable. It is also conceivable to produce xylose by decomposing xylan using microorganisms that produce these enzymes. However, since xylan is a polymer, it is difficult to permeate the cell membrane, resulting in poor xylose production efficiency.

平成15年度 第55回 日本生物工学大会 講演要旨集 p19 岐阜大・農 高見澤らAbstracts of the 55th Annual Meeting of the Biotechnology Society of Japan, p.15 p19 Gifu Univ./Nori Takamizawa et al.

本発明は、キシラン分解物の効率的な製造方法及びそれに用いる材料を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide an efficient method for producing a xylan decomposition product and a material used therefor.

上記課題を解決するために本発明者は研究を重ね、以下の知見を得た。
(1) 上流側から、酵母細胞内で機能する分泌シグナル配列、アラビノフラノシダーゼ活性を有するポリペプチドをコードする配列、及び、細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列、及びGPIアンカー付着シグナル配列を含むポリヌクレオチドを発現可能な状態で保持する酵母は、アラビノフラノシダーゼとN末端にGPIアンカー付着シグナルを有する細胞表層局在タンパク質との融合タンパク質が、細胞表面に高密度に固定されたものとなる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor repeated research and obtained the following knowledge.
(1) From upstream, a secretory signal sequence that functions in yeast cells, a sequence that encodes a polypeptide having arabinofuranosidase activity, a sequence that encodes a part of a cell surface localized protein, and a GPI anchor attachment In yeast that holds a polynucleotide containing a signal sequence in an expressible state, a fusion protein of arabinofuranosidase and a cell surface localized protein having a GPI anchor attachment signal at the N-terminus is immobilized at a high density on the cell surface. It will be.

タンパク質が、細胞表層局在タンパク質との融合タンパク質として細胞表層に高密度に固定され得るか否かは、タンパク質の種類によって大きく異なり、成功しない例もある。また、表層提示されたとしても、固定された状態で活性を示すことができるか否かはタンパク質の種類によって大きく異なり、細胞表層に固定されることにより活性を失う場合もある。このような状況の下で、本発明者は、キシロース製造に有用なアラビノフラノシダーゼを細胞表層局在タンパク質との融合タンパク質として酵母細胞表層に提示させ、かつ高い酵素活性を発現させることに成功した。
(2) キシランを、上記のアラビノフラノシダーゼ提示酵母、キシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼの存在下でインキュベートすることにより、主鎖のキシロース間の結合及び側鎖のアラビノースと主鎖のキシロースとの間を結合が効率的に分解することができ、キシロースやアラビノースなどのキシラン分解物を高収率で製造することができる。
Whether or not a protein can be fixed at a high density on the cell surface as a fusion protein with a cell surface localized protein varies greatly depending on the type of protein and may not be successful. Moreover, even if the surface layer is presented, whether or not the activity can be exhibited in a fixed state varies greatly depending on the type of protein, and the activity may be lost by being immobilized on the cell surface layer. Under such circumstances, the present inventor succeeded in presenting arabinofuranosidase useful for xylose production on the surface of yeast cells as a fusion protein with cell surface localized proteins and expressing high enzyme activity. did.
(2) By incubating xylan in the presence of the above arabinofuranosidase-presenting yeast, xylosidase, or further xylanase, the bond between the main chain xylose and the side chain arabinose and main chain xylose Bonds can be efficiently decomposed, and xylan decomposition products such as xylose and arabinose can be produced in high yield.

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、以下のポリヌクレオチド、酵母及びキシラン分解物の製造方法を提供する。   The present invention has been completed based on the above findings, and provides the following polynucleotide, yeast, and method for producing a xylan degradation product.

項1. 5’末端側から順に、酵母細胞で機能する分泌シグナル配列、アラビノフラノシダーゼ活性を示すポリペプチドをコードする配列、細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列、及びGPIアンカー付着シグナル配列を含むポリヌクレオチド。   Item 1. In order from the 5 ′ end, a secretory signal sequence that functions in yeast cells, a sequence that encodes a polypeptide exhibiting arabinofuranosidase activity, a sequence that encodes part of a cell surface localized protein, and a GPI anchor attachment signal sequence A polynucleotide comprising.

項2. 細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列とGPIアンカー付着シグナル配列とからなる配列が、酵母のα−アグルチニンをコードする配列に含まれる項1に記載のポリヌクレオチド。   Item 2. Item 2. The polynucleotide according to Item 1, wherein the sequence consisting of a sequence encoding a part of the cell surface localized protein and a GPI anchor adhesion signal sequence is included in the sequence encoding yeast α-agglutinin.

項3. 細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列とGPIアンカー付着シグナル配列とからなる配列が、酵母のα−アグルチニンのC末端から320ないしは600個のアミノ酸をコードする配列中に含まれる項2に記載のポリヌクレオチド。   Item 3. Item 2. A sequence comprising a sequence encoding a part of a cell surface localized protein and a GPI anchor attachment signal sequence is contained in a sequence encoding 320 to 600 amino acids from the C-terminal of yeast α-agglutinin. The polynucleotide described.

項4. アラビノフラノシダーゼ活性を有するポリペプチドが、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)に由来する酵素である項1、2又は3に記載のポリヌクレオチド。   Item 4. Item 4. The polynucleotide according to Item 1, 2, or 3, wherein the polypeptide having arabinofuranosidase activity is an enzyme derived from Aspergillus oryzae.

項5. 酵母細胞で機能できるプロモーターに発現可能な状態で連結された、項1〜4のいずれかに記載のポリヌクレオチド。   Item 5. Item 5. The polynucleotide according to any one of Items 1 to 4, which is operably linked to a promoter that can function in yeast cells.

項6. 項5のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。   Item 6. An expression vector comprising the polynucleotide of Item 5.

項7. 項5に記載のポリヌクレオチド又は項6に記載の発現ベクターを保持する酵母。   Item 7. A yeast that retains the polynucleotide according to Item 5 or the expression vector according to Item 6.

項8. キシランを、項7に記載の酵母及びキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼの存在下で分解する工程と、キシラン分解物を回収する工程とを含む、キシラン分解物の製造方法。   Item 8. Item 8. A method for producing a xylan degradation product, comprising the step of decomposing xylan in the presence of the yeast and xylosidase of Item 7 or further xylanase, and a step of recovering the xylan degradation product.

項9. 酵母が担体に固定化されている項8に記載の方法。   Item 9. Item 9. The method according to Item 8, wherein the yeast is immobilized on a carrier.

項10. キシランを項7に記載の酵母の存在下で分解する工程(a)と、工程(a)により得られたキシラン部分分解物を、キシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼの存在下で分解する工程(b)と、キシラン分解物を回収する工程とを含む、キシラン分解物の製造方法。   Item 10. A step (a) of decomposing xylan in the presence of the yeast according to item 7, and a step (b) of decomposing the xylan partial degradation product obtained in step (a) in the presence of xylosidase or further xylanase. And a step of recovering the xylan decomposition product.

項11. 酵母が担体に固定化されている項10に記載の方法。   Item 11. Item 11. The method according to Item 10, wherein the yeast is immobilized on a carrier.

本発明によれば、活性なアラビノフラノシダーゼを細胞表層に高密度に保持する酵母が得られた。この酵母細胞とキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼとを、キシランに作用させることにより、効率的にキシランを分解して、キシロース及びアラビノースを始めとするキシラン分解物を得ることができる。   According to the present invention, a yeast that retains active arabinofuranosidase in the cell surface at a high density was obtained. By allowing this yeast cell and xylosidase or further xylanase to act on xylan, xylan can be efficiently decomposed to obtain xylan degradation products including xylose and arabinose.

詳述すれば、キシランの主鎖のβ−1,4結合を分解するキシラナーゼ及びキシロシダーゼは工業利用できるだけの量を入手できるが、それに見合った量のアラビノフラノシダーゼを低コストで生産する技術は存在しなかった。   More specifically, xylanase and xylosidase that break down the β-1,4 bond in the main chain of xylan can be obtained in industrially available quantities, but the technology to produce arabinofuranosidase in an amount commensurate with it is low. Did not exist.

本発明の酵母は細胞表面に活性なアラビノフラノシダーゼを保持しているため、この酵母を培養することにより、大量のアラビノフラノシダーゼを安価に入手できる。   Since the yeast of the present invention holds active arabinofuranosidase on the cell surface, a large amount of arabinofuranosidase can be obtained at low cost by culturing this yeast.

また、本発明の酵母は細胞表面にアラビノフラノシダーゼが高密度に固定されているため、反応液中の酵母密度を高くすることにより、アラビノフラノシダーゼ濃度を高くすることができる。これにより、本発明の酵母をキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼとともに反応液中に存在させることにより、キシランの側鎖を効率的に分解するとともに、キシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼによるキシラン主鎖の分解を促進し、その結果、キシロースを含むキシラン分解物の回収率及び製造速度が向上する。   In addition, since arabinofuranosidase is immobilized at a high density on the cell surface in the yeast of the present invention, the concentration of arabinofuranosidase can be increased by increasing the yeast density in the reaction solution. Thus, by allowing the yeast of the present invention to be present in the reaction solution together with xylosidase or further xylanase, the side chain of xylan is efficiently decomposed, and the decomposition of xylan main chain by xylosidase or further xylanase is promoted, As a result, the recovery rate and production rate of the xylan decomposition product containing xylose are improved.

また本発明の酵母は細胞表面上にアラビノフラノシダーゼが固定されているため、細胞膜を透過し難い高分子のキシランを効率的に分解できる。   In addition, since arabinofuranosidase is immobilized on the cell surface, the yeast of the present invention can efficiently decompose high-molecular xylan that is difficult to permeate the cell membrane.

本発明によれば、従来、加水分解が難しかったキシランを効率的に加水分解できるため、木質系バイオマスのエタノール発酵による利用の路が開けた。   According to the present invention, xylan, which has conventionally been difficult to hydrolyze, can be efficiently hydrolyzed, thus opening the way for utilization of woody biomass by ethanol fermentation.

以下、本発明を詳細に説明する。
(1)ポリヌクレオチド
本発明のポリヌクレオチドは、5’末端から順に、酵母細胞で機能する分泌シグナル配列、アラビノフラノシダーゼ活性を示すポリペプチドをコードする配列、及び、細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列、及びGPIアンカー付着認識シグナル配列を含むポリヌクレオチドである。これを図1に示す。
分泌シグナル配列
本発明のポリヌクレオチドに含まれる分泌シグナル配列は、分泌シグナルペプチドをコードするポリヌクレオチドである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(1) Polynucleotide The polynucleotide of the present invention comprises, in order from the 5 ′ end, a secretory signal sequence that functions in yeast cells, a sequence that encodes a polypeptide exhibiting arabinofuranosidase activity, and a cell surface localized protein. A polynucleotide comprising a sequence encoding a region and a GPI anchor attachment recognition signal sequence. This is shown in FIG.
Secretion signal sequence The secretion signal sequence contained in the polynucleotide of the present invention is a polynucleotide encoding a secretion signal peptide.

本発明において、ポリヌクレオチドは、特に言及しない限り、DNA又はRNAのいずれであってもよい。また特に言及しない限り、2本鎖又は1本鎖のいずれであってもよい。また特に言及しない限り、DNAは、cDNA、ゲノムDNA、合成DNAのいずれであってもよく、RNAは、totalRNA、mRNA、rRNA及び合成RNAのいずれであってもよい。   In the present invention, the polynucleotide may be DNA or RNA unless otherwise specified. Further, unless specifically mentioned, it may be either double-stranded or single-stranded. Unless otherwise specified, the DNA may be any of cDNA, genomic DNA, and synthetic DNA, and the RNA may be any of total RNA, mRNA, rRNA, and synthetic RNA.

分泌シグナルペプチドは、ペリプラズムを含む細胞外に分泌される分泌性タンパク質のN−末端に通常結合しているペプチドである。このペプチドは、生物間で類似した構造を有しており、20個程度のアミノ酸からなり、N末端付近に塩基性アミノ酸配列を有し、その後に疎水性アミノ酸を多く含んでいる。分泌シグナルは、通常、分泌性タンパク質が細胞内から細胞膜を通過して細胞外へ分泌される際にシグナルペプチダーゼにより分解されることにより除去される。   A secretory signal peptide is a peptide that is normally bound to the N-terminus of a secretory protein that is secreted extracellularly, including the periplasm. This peptide has a similar structure between organisms, consists of about 20 amino acids, has a basic amino acid sequence in the vicinity of the N-terminus, and then contains many hydrophobic amino acids. The secretory signal is usually removed by degradation by a signal peptidase when the secreted protein is secreted from inside the cell through the cell membrane to the outside of the cell.

本発明においては、アラビノフラノシダーゼを酵母の細胞外に分泌させることができる分泌シグナルペプチドをコードするポリヌクレオチド配列であれば、どのようなものでも用いることができ、その起源は問わない。例えば、リゾプス・オリゼ(Rhizopus oryzae)等のグルコアミラーゼの分泌シグナルペプチド配列、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)のグルコアミラーゼの分泌シグナルペプチド配列、酵母(Saccharomyces cerevisiae)のα−またはa−アグルチニンの分泌シグナルペプチド配列、酵母(Saccharomyces cerevisiae)由来のα因子の分泌シグナルペプチド配列等を好適に用いることができる。特に、分泌効率の点で、リゾプス・オリゼ由来グルコアミラーゼの分泌シグナルペプチド配列が好ましい。また、アスペルギルス・オリゼ由来グルコアミラーゼの分泌シグナルペプチド配列も好ましいものとして挙げられる。
アラビノフラノシダーゼ活性を示すポリペプチドをコードする配列
本発明において、アラビノフラノシダーゼ活性とは、キシラン主鎖のキシロースと側鎖のアラビノースとの間の結合を分解する活性をいう。アラビノフラノシダーゼ活性を示すポリペプチドをコードする配列は、アラビノフラノシダーゼの全長をコードするポリヌクレオチドであってもよく、アラビノフラノシダーゼ活性を示す限り、酵素活性を示す一部の領域をコードするポリヌクレオチドであってもよい。また、アラビノフラノシダーゼ活性を示す限り、天然アラビノフラノシダーゼをコードする配列において、1又は2以上のヌクレオチドが欠失、付加又は置換された配列であってもよい。
In the present invention, any polynucleotide sequence encoding a secretory signal peptide capable of secreting arabinofuranosidase outside the yeast can be used, and the origin thereof is not limited. For example, secretory signal peptide sequence of glucoamylase such as Rhizopus oryzae, secretory signal peptide sequence of Aspergillus oryzae glucoamylase, α- or a-agglutinin of yeast (Saccharomyces cerevisiae) Peptide sequences, secretory signal peptide sequences of α-factor derived from yeast (Saccharomyces cerevisiae), and the like can be suitably used. In particular, the secretion signal peptide sequence of Rhizopus oryzae-derived glucoamylase is preferable from the viewpoint of secretion efficiency. In addition, a secretory signal peptide sequence of Aspergillus oryzae-derived glucoamylase is also preferred.
Sequence encoding a polypeptide exhibiting arabinofuranosidase activity In the present invention, arabinofuranosidase activity refers to an activity of decomposing a bond between xylan main chain xylose and side chain arabinose. The sequence encoding the polypeptide exhibiting arabinofuranosidase activity may be a polynucleotide encoding the full length of arabinofuranosidase. It may be an encoding polynucleotide. Moreover, as long as arabinofuranosidase activity is shown, in the sequence which codes natural arabinofuranosidase, the sequence by which 1 or 2 or more nucleotide was deleted, added, or substituted may be sufficient.

アラビノフラノシダーゼの起源は特に限定されず、微生物、植物、動物などのいずれの生物に由来する酵素であってもよい。中でも、調製や取り扱いが容易である点で、微生物由来のものが好ましく、アスペルギルス・オリゼ由来のものがより好ましい。アスペルギルス・オリゼ由来のアラビノフラノシダーゼは、耐熱性に優れるため、反応槽内の温度制御が困難な工業スケールのリアクターで使用することができる点で、実用性の高い酵素である。
本発明者らはすでに、アラビノフラノシダーゼをコードする遺伝子abfAをアスペルギルス・オリゼから取得している。また、この酵素を酵母表層に提示させることにも成功している(特願2004−61379)。今回さらに、別の遺伝子として、既に見つかっているアスペルギルス・オリゼ由来のabfB遺伝子に着目した。そして、abfBについて、酵母細胞表層におけるアラビノフラノシダーゼの酵素活性を検討した。
今回用いたアスペルギルス・オリゼ由来のアラビノフラノシダーゼをコードするDNA配列を配列番号8に示す。また、コードするポリペプチドがアラビノフラノシダーゼ活性を有する限り、配列番号8又はこの配列において、1又は2以上のポリヌクレオチドが付加、欠失又は置換されたものであってもよい。例えば、置換後の対応アミノ酸が、置換前のアミノ酸と、極性、電荷、可溶性、親水性/疎水性等の点で同じ性質を有するような置換を行うことができる。
細胞表層局在タンパク質
<細胞表層局在タンパク質>
本発明方法では、細胞表層に固定化され又は付着ないしは接着して、そこに局在するタンパク質であればよく、公知のものを制限なく使用できる。
The origin of arabinofuranosidase is not particularly limited, and may be an enzyme derived from any organism such as a microorganism, a plant, and an animal. Especially, the thing derived from microorganisms is preferable at the point which preparation and handling are easy, and the thing derived from Aspergillus oryzae is more preferable. Since Aspergillus oryzae-derived arabinofuranosidase is excellent in heat resistance, it is a highly practical enzyme in that it can be used in an industrial scale reactor in which the temperature in the reaction vessel is difficult to control.
The present inventors have already obtained a gene abfA encoding arabinofuranosidase from Aspergillus oryzae. In addition, this enzyme has also been successfully presented on the surface of yeast (Japanese Patent Application No. 2004-61379). Furthermore, as an additional gene, attention was paid to the abfB gene derived from Aspergillus oryzae already found. And about abfB, the enzyme activity of the arabinofuranosidase in the yeast cell surface layer was examined.
The DNA sequence encoding Aspergillus oryzae-derived arabinofuranosidase used this time is shown in SEQ ID NO: 8. Further, as long as the encoded polypeptide has arabinofuranosidase activity, SEQ ID NO: 8 or one having two or more polynucleotides added, deleted or substituted in this sequence may be used. For example, substitution can be performed such that the corresponding amino acid after substitution has the same properties as the amino acid before substitution in terms of polarity, charge, solubility, hydrophilicity / hydrophobicity, and the like.
Cell surface localized protein <Cell surface localized protein>
In the method of the present invention, any protein may be used as long as it is a protein that is immobilized on, adhered to, or adhered to the cell surface and is localized there, and any known protein can be used without limitation.

細胞膜に局在するタンパク質としては、膜貫通タンパク質や細胞表層局在タンパク質が挙げられる。膜貫通タンパク質は、疎水性アミノ酸領域部分で脂質二重膜を貫通しているタンパク質であり、受容体タンパク質に多く見られる。一方、細胞表層局在タンパク質としては、脂質で修飾されたタンパク質が知られており、この脂質が膜成分と共有結合することにより細胞膜に固定される。その他に、固定化の機構が明らかにされていない細胞表層局在タンパク質もあり、本発明方法ではそれらも使用できる。細胞表層局在タンパク質としては、後述する各種GPIアンカリングタンパク質、やBGL2などが知られている。BGL2は、酵母のβ−グルカナーゼであり、細胞壁に強く結合することは分かっているが、その機構は不明のタンパク質である。また、BGL2は、GPIアンカータンパク質と共通するモチーフは有さない。
<GPIアンカリングタンパク質>
細胞表層局在タンパク質の代表例として、GPI(glycosylphosphatidylinositol:エタノールアミンリン酸−6マンノースα1−2マンノースα1−6マンノースα1−4グルコサミンα1−6イノシトールリン脂質を基本構造とする糖脂質)アンカリングタンパク質を挙げることができる。GPIアンカリングタンパク質は、そのC末端に糖脂質であるGPIを有しており、このGPIが細胞膜中のPI(phosphatidylinositol)と共有結合することによって細胞膜表面に結合する。
Examples of proteins localized in the cell membrane include transmembrane proteins and cell surface localized proteins. The transmembrane protein is a protein that penetrates the lipid bilayer at the hydrophobic amino acid region, and is often found in receptor proteins. On the other hand, a protein modified with a lipid is known as a cell surface localized protein, and this lipid is immobilized on a cell membrane by covalently binding to a membrane component. In addition, there are cell surface localized proteins whose mechanism of immobilization has not been clarified, and these can be used in the method of the present invention. As cell surface localized proteins, various GPI anchoring proteins described later, BGL2 and the like are known. BGL2 is a yeast β-glucanase and is known to bind strongly to the cell wall, but its mechanism is unknown. BGL2 does not have a motif in common with GPI anchor protein.
<GPI anchoring protein>
As a representative example of cell surface localized protein, GPI (glycosylphosphatidylinositol: glycolipid based on ethanolamine phosphate-6 mannose α1-2 mannose α1-6 mannose α1-4 glucosamine α1-6 inositol phospholipid) anchoring protein Can be mentioned. The GPI anchoring protein has GPI which is a glycolipid at its C-terminal, and this GPI is bound to the surface of the cell membrane by covalently binding to PI (phosphatidylinositol) in the cell membrane.

GPIアンカリングタンパク質のC末端へのGPIの結合は以下のようにして行われる。即ち、GPIアンカリングタンパク質は、転写及び翻訳の後、N末端側に存在する分泌シグナルの作用により小胞体内腔に分泌される。GPIアンカリングタンパク質のC末端又はその近傍の領域には、GPIアンカーがGPIアンカリングタンパク質と結合する際に認識されるGPIアンカー付着シグナルと呼ばれる領域が存在する。小胞体内腔及びゴルジ体において、このGPIアンカー付着シグナル領域が切断され、新たに生じるC末端にGPIが結合する。   GPI binding to the C-terminus of the GPI anchoring protein is performed as follows. That is, the GPI anchoring protein is secreted into the endoplasmic reticulum lumen by the action of a secretion signal existing on the N-terminal side after transcription and translation. A region called a GPI anchor attachment signal that is recognized when the GPI anchor binds to the GPI anchoring protein exists in the region near or at the C-terminus of the GPI anchoring protein. In the endoplasmic reticulum lumen and the Golgi apparatus, this GPI anchor attachment signal region is cleaved, and GPI binds to the newly generated C-terminus.

GPIが結合したタンパク質は、分泌小胞により細胞膜まで運ばれ、GPIが細胞膜のPIに共有結合することにより、細胞膜に固定される。さらに、ホスファチジルイノシトール依存性ホスホリパーゼC(PI−PLC)によりGPIアンカーが切断され、細胞壁に組み込まれることにより細胞壁に固定された状態で、細胞表面に提示される。   The protein to which GPI is bound is transported to the cell membrane by secretory vesicles, and is fixed to the cell membrane by GPI covalently binding to PI of the cell membrane. Further, the GPI anchor is cleaved by phosphatidylinositol-dependent phospholipase C (PI-PLC), and is incorporated into the cell wall so that it is fixed to the cell wall and presented on the cell surface.

GPIアンカリングタンパク質のプロセッシング及び細胞内輸送の様子を図2に示す。
<本発明の細胞表層局在タンパク質の1例としてのGPIアンカリングタンパク質>
このように、GPIアンカリングタンパク質は、本発明にいう細胞表層局在タンパク質の1種であって、しかもGPIアンカー付着シグナルを有するものである。本発明においては、細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列及びGPIアンカー付着シグナル配列からなる配列として、GPIアンカー付着シグナル領域を含むGPIアンカリングタンパク質の細胞膜結合領域をコードするポリヌクレオチドを好適に用いることができる。
The state of processing and intracellular transport of GPI anchoring protein is shown in FIG.
<GPI anchoring protein as one example of cell surface localized protein of the present invention>
Thus, the GPI anchoring protein is one of the cell surface localized proteins referred to in the present invention and has a GPI anchor adhesion signal. In the present invention, a polynucleotide encoding a cell membrane binding region of a GPI anchoring protein containing a GPI anchor attachment signal region is preferably used as a sequence consisting of a part of a cell surface localized protein and a GPI anchor attachment signal sequence. Can be used.

GPIアンカリングタンパク質の細胞膜結合領域は、GPIアンカー付着シグナル領域を含む、通常C末端の領域である。この細胞膜結合領域は、GPIアンカー付着シグナル領域を含んでいればよく、アラビノフラノシダーゼ活性を阻害しない限り、その他GPIアンカリングタンパク質のどのような部分を含んでいてもよい。   The cell membrane binding region of the GPI anchoring protein is usually a C-terminal region including a GPI anchor attachment signal region. This cell membrane binding region only needs to contain a GPI anchor attachment signal region, and may contain any part of other GPI anchoring proteins as long as it does not inhibit arabinofuranosidase activity.

GPIアンカリングタンパク質は、酵母細胞で機能するタンパク質であればよく、公知のGPIアンカリングタンパク質を制限なく使用できる。公知のGPIアンカリングタンパク質としては、例えば、酵母の性凝集タンパク質であるα−又はa−アグルチニン、Flo1タンパク質、大腸菌の外膜タンパク質OmpA(Georgiou,G.et.al.Trends Biotechnol.,11,6−10,1993) 、大腸菌マルトーストランスポーターLamB、大腸菌鞭毛タンパク質flagellin、枯草菌細胞壁溶解酵素CwlB等が挙げられる。   The GPI anchoring protein may be any protein that functions in yeast cells, and any known GPI anchoring protein can be used without limitation. Known GPI anchoring proteins include, for example, α- or a-agglutinin, which is a sex aggregation protein of yeast, Flo1 protein, and outer membrane protein OmpA of E. coli (Georgiou, G. et al. Trends Biotechnol., 11, 6). -10, 1993), Escherichia coli maltose transporter LamB, Escherichia coli flagellar protein flagellin, Bacillus subtilis cell wall lytic enzyme CwlB, and the like.

特に、酵母のα−アグルチニンを好適に使用できる。α−アグルチニンのC末端側から320ないしは600個のアミノ酸からなる領域(即ち、C末端から320個のアミノ酸からなる領域、C末端から321個のアミノ酸からなる領域、……C末端から599個のアミノ酸からなる領域、又はC末端から600個のアミノ酸からなる領域)を用いることが好ましく、C末端側から320個のアミノ酸からなる領域をコードするポリヌクレオチド配列を用いることがより好ましい。α−アグルチニンのC末端側から320個のアミノ酸からなる配列には、4カ所の糖鎖結合部位が存在する。GPIアンカーがPI−PLCにより切断された後、この糖鎖と細胞壁を構成する多糖類とが共有結合することにより、α−アグルチニンの細胞壁への固定を増強する。   In particular, yeast α-agglutinin can be preferably used. A region consisting of 320 or 600 amino acids from the C-terminal side of α-agglutinin (ie, a region consisting of 320 amino acids from the C terminus, a region consisting of 321 amino acids from the C terminus, 599 from the C terminus) It is preferable to use a region consisting of amino acids or a region consisting of 600 amino acids from the C-terminal), and it is more preferable to use a polynucleotide sequence encoding a region consisting of 320 amino acids from the C-terminal side. In a sequence consisting of 320 amino acids from the C-terminal side of α-agglutinin, there are four sugar chain binding sites. After the GPI anchor is cleaved by PI-PLC, the sugar chain and the polysaccharide constituting the cell wall are covalently bound to enhance the fixation of α-agglutinin to the cell wall.

α−アグルチニンのようなGPIアンカリングタンパク質の細胞膜結合領域をコードする配列は、細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列とGPIアンカー付着シグナル配列との双方を本来的に含んでいるが、本発明においては、細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列とGPIアンカー付着シグナル配列とが、別々の起源から調製されたものであってもよい。
ポリヌクレオチドの作製方法
分泌シグナル配列、アラビノフラノシダーゼ活性を示すポリペプチドをコードする配列、細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列、及びGPIアンカー付着シグナル配列をこの順で有するDNAの製造方法は、当業者には周知の技術である。
A sequence encoding a cell membrane binding region of a GPI anchoring protein such as α-agglutinin inherently contains both a sequence encoding a part of a cell surface localized protein and a GPI anchor attachment signal sequence. In the present invention, the sequence encoding a part of the cell surface localized protein and the GPI anchor attachment signal sequence may be prepared from different sources.
Production method of polynucleotide Production of DNA having secretory signal sequence, sequence encoding polypeptide exhibiting arabinofuranosidase activity, sequence encoding part of cell surface localized protein, and GPI anchor attachment signal sequence in this order The method is a technique well known to those skilled in the art.

例えば、分泌シグナル配列とアラビノフラノシダーゼの構造遺伝子との結合は、DNA連結酵素(T4 DNA Ligase TakaRa社)等を用いて行うことができる。さらにこの配列と、例えばGPIアンカリングタンパク質の細胞膜結合領域をコードする配列とを結合する際も同様にできる。
(2)発現ベクター
本発明の発現ベクターは、本発明のポリヌクレオチド(ここではDNA)が酵母細胞内で発現できるように連結された発現ベクターである。即ち、本発明の発現ベクターにおいては、酵母細胞で機能できるプロモーターの下流に、このプロモーターにより発現できるように本発明のポリヌクレオチドが連結されている。
For example, the secretory signal sequence and the arabinofuranosidase structural gene can be bound using a DNA ligase (T4 DNA Ligase TakaRa) or the like. Furthermore, this sequence can be similarly performed when, for example, a sequence encoding a cell membrane binding region of a GPI anchoring protein is bound.
(2) Expression vector The expression vector of the present invention is an expression vector linked so that the polynucleotide (here, DNA) of the present invention can be expressed in yeast cells. That is, in the expression vector of the present invention, the polynucleotide of the present invention is linked downstream of a promoter capable of functioning in yeast cells so that expression can be performed by this promoter.

発現ベクターは、プラスミドベクターであってもよく、あるいは人工染色体であっても良い。ベクターの調製が容易である点および酵母細胞の形質転換が容易である点でプラスミドベクターであることが好ましい。また、本発明のポリヌクレオチドの構築や、本発明のポリヌクレオチドの発現ベクターへの組み込みを大腸菌を用いて簡単に行うことができるように、酵母と大腸菌との間のシャトルベクターであることが好ましい。このようなシャトルベクターは公知のものを制限なく使用できる。   The expression vector may be a plasmid vector or an artificial chromosome. A plasmid vector is preferable in that the preparation of the vector is easy and the transformation of yeast cells is easy. Further, it is preferably a shuttle vector between yeast and E. coli so that the polynucleotide of the present invention can be constructed and the polynucleotide of the present invention can be easily incorporated into an expression vector using E. coli. . Any known shuttle vector can be used without limitation.

酵母−大腸菌シャトルベクターとしては、例えば、酵母の2μmプラスミド又は酵母染色体の複製開始点(Ori)を大腸菌プラスミドベクターに挿入したものが挙げられる。このシャトルベクターは、この酵母の複製開始点と大腸菌の複製開始点(ColE1)とを有している。また、通常、酵母選択マーカー(例えば、薬剤耐性遺伝子、URA3、TRP1、LEU2等)及び大腸菌の選択マーカー(薬剤耐性遺伝子等)を備えていればよい。また、アラビノフラノシダーゼ構造遺伝子を発現させるために、通常、この遺伝子の発現を調節するオペレーター、プロモーター、ターミネーター、エンハンサー等のいわゆる調節配列も含んでいればよい。本発明のポリヌクレオチドを挿入する酵母−大腸菌シャトルベクターとしては、pYE22m、pYGA2270等が挙げられる。これらのベクターのGAPDH(グリセルアルデヒド3’−リン酸デヒドロゲナーゼ)プロモーターとGAPDHターミネーターとの間のこのプロモーターにより発現可能な位置に、本発明のポリヌクレオチドを挿入すればよい。   Examples of the yeast-E. Coli shuttle vector include those obtained by inserting a yeast 2 μm plasmid or a yeast chromosome origin of replication (Ori) into an E. coli plasmid vector. This shuttle vector has this yeast replication origin and E. coli replication origin (ColE1). Moreover, it is usually sufficient to have a yeast selection marker (for example, drug resistance gene, URA3, TRP1, LEU2, etc.) and an E. coli selection marker (drug resistance gene, etc.). Moreover, in order to express the arabinofuranosidase structural gene, what is necessary is just to contain what is called regulatory sequences, such as an operator, a promoter, a terminator, an enhancer, etc. which normally regulate the expression of this gene. Examples of the yeast-E. Coli shuttle vector into which the polynucleotide of the present invention is inserted include pYE22m and pYGA2270. What is necessary is just to insert the polynucleotide of this invention in the position which can be expressed with this promoter between the GAPDH (glyceraldehyde 3'-phosphate dehydrogenase) promoter and GAPDH terminator of these vectors.

発現ベクター中の本発明のポリヌクレオチドの状態を図2に示す。
(3)酵母
本発明の酵母は、本発明のポリヌクレオチド又は発現ベクターを保持する酵母である。本発明の酵母は、本発明のポリヌクレオチド(ここでは主にDNA)又は発現ベクターを宿主となる酵母に導入することにより得られる。「ポリヌクレオチド又は発現ベクターの導入」とは、酵母細胞中にポリヌクレオチド又は発現ベクターを導入し、融合タンパク質を発現させることを意味する。
The state of the polynucleotide of the present invention in the expression vector is shown in FIG.
(3) Yeast The yeast of the present invention is a yeast that retains the polynucleotide or expression vector of the present invention. The yeast of the present invention can be obtained by introducing the polynucleotide of the present invention (here, mainly DNA) or an expression vector into yeast as a host. “Introduction of a polynucleotide or expression vector” means introducing a polynucleotide or expression vector into a yeast cell to express the fusion protein.

導入方法は特に限定されず、公知の方法を採用できる。代表的には、上記説明した本発明の発現ベクターを用いて酵母を形質転換する方法が挙げられる。形質転換方法は、特に限定されず、リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、DEAEデキストラン法、酢酸リチウム法、プロトプラスト法などのトランスフェクション法やマイクロインジェクション法のような公知の方法を制限なく使用できる。   The introduction method is not particularly limited, and a known method can be adopted. A typical example is a method of transforming yeast using the expression vector of the present invention described above. Transformation methods are not particularly limited, and known methods such as transfection methods such as calcium phosphate method, electroporation method, lipofection method, DEAE dextran method, lithium acetate method, protoplast method, and microinjection method are used without limitation. it can.

本発明の発現ベクターのプロモーターとGPIアンカー付着シグナルとの間を、適当な制限酵素を用いて切断して得られる線状ポリヌクレオチドを上記例示した形質転換方法で酵母細胞に導入することもできる。   A linear polynucleotide obtained by cleaving between the promoter of the expression vector of the present invention and the GPI anchor attachment signal using an appropriate restriction enzyme can also be introduced into yeast cells by the transformation method exemplified above.

また、上記例示した形質転換方法で、酵母細胞で機能できるプロモーターに本発明のポリヌクレオチドを発現可能に連結したDNA断片を酵母細胞に導入することもできる。   In addition, a DNA fragment in which the polynucleotide of the present invention is operably linked to a promoter that can function in yeast cells can also be introduced into yeast cells by the exemplified transformation method.

本発明の酵母中に導入されたDNAは、アラビノフラノシダーゼ活性を有するポリペプチドを発現できる限り、酵母細胞内でどのような形態で存在していてもよい。このDNAは、例えば、プラスミドの状態、相同組換えにより宿主染色体に組み込まれた状態、又は宿主の核外遺伝子などに挿入された状態で存在していればよい。   The DNA introduced into the yeast of the present invention may be present in any form in the yeast cell as long as it can express a polypeptide having arabinofuranosidase activity. This DNA may be present, for example, in the state of a plasmid, in a state integrated into a host chromosome by homologous recombination, or in a state inserted into a host extranuclear gene.

本発明のポリヌクレオチドが導入された酵母は、常法に従い、例えばTRP1のような選択マーカーによる形質又はアラビノフラノシダーゼ活性等を指標として選択することができる。   Yeast into which the polynucleotide of the present invention has been introduced can be selected according to a conventional method using, for example, a trait by a selection marker such as TRP1 or arabinofuranosidase activity as an index.

得られた酵母の細胞表層にアラビノフラノシダーゼが固定されていることは、常法により確認できる。例えば、被験酵母に、抗アラビノフラノシダーゼ抗体と、FITCのような蛍光色素で標識した2次抗体、アルカリフォスファターゼのような酵素標識2次抗体等とを作用させる方法、抗アラビノフラノシダーゼ抗体とビオチン標識2次抗体とを反応させた後さらに蛍光標識ストレプトアビジンを作用させる方法などが挙げられる。
<宿主>
宿主として用いる酵母は、子のう菌酵母(Ascomycetou yeast)に属するものであればよく、特に限定されない。その中でもSaccharomycetaceaeに属するものが好ましく、Saccharomyces属であるものがより好ましい。
It can be confirmed by a conventional method that arabinofuranosidase is immobilized on the surface layer of the obtained yeast. For example, a method in which an anti-arabinofuranosidase antibody and a secondary antibody labeled with a fluorescent dye such as FITC, an enzyme-labeled secondary antibody such as alkaline phosphatase, etc. are allowed to act on a test yeast, anti-arabinofuranosidase antibody And a method of reacting a biotin-labeled secondary antibody with a fluorescent-labeled streptavidin.
<Host>
The yeast used as a host is not particularly limited as long as it belongs to Ascomycetou yeast. Among them, those belonging to Saccharomycesaceae are preferable, and those belonging to Saccharomyces are more preferable.

中でも、各種培養ストレスに強いことから、厳密な制御が難しい工業生産においても安定した細胞増殖を示す点で、実用酵母が好ましい。実用酵母としては清酒酵母、焼酎酵母、ワイン酵母、ビール酵母、パン酵母など、発酵食品に深く関与する酵母が挙げられる。実用酵母の中でも、高い発酵能と高いエタノール耐性を有し、遺伝学的にも安定した清酒酵母が好ましい。   Among these, practical yeasts are preferable because they are resistant to various culture stresses and exhibit stable cell growth even in industrial production in which strict control is difficult. Practical yeasts include yeasts that are deeply involved in fermented foods, such as sake yeast, shochu yeast, wine yeast, beer yeast, and baker's yeast. Among practical yeasts, sake yeast having high fermentability and high ethanol tolerance and genetically stable is preferable.

一般に、微生物にとってエタノールは有毒である。エタノール発酵する酵母も例外ではなく、エタノール濃度が8%(v/v)を超えると自身が生産したエタノールにより徐々に死滅してしまう。ここで、清酒酵母はエタノール濃度が20%にも達する清酒モロミで長年選抜及び育種されてきた株であり、一般的な酵母に比べ極めて高いエタノール耐性を持っている。
本発明においては、酵母を用いてキシランの分解により、キシロースやアラビノースを製造するが、これらの5炭糖はエタノール発酵原料に供される。エタノール発酵では、培養液中のエタノール濃度を究極まで高めることが重要であることから、そこに用いられる酵母にはエタノール耐性能が高いことが求められる。
清酒酵母としては、日本醸造協会頒布の「きょうかい酵母」およびこれらを親株とした突然変異株などが挙げられる。また他にも、清酒醸造で使用されている酵母であればいずれも有用である。形質転換マーカーとして栄養要求性遺伝子を用いる場合は、これら清酒酵母に突然変異などの手法を用いて栄養要求性を付与した株を用いればよく、そのような栄養要求性としてはウラシル要求性、トリプトファン要求性、ロイシン要求性、ヒスチジン要求性、アデニン要求性などが挙げられる。清酒酵母にウラシル要求性を付与した例としては「きょうかい9号酵母」を宿主として突然変異法により取得したSaccharomyces cerevisiae GRI−117−Uが挙げられる。
<アラビノフラノシダーゼ活性>
上記のようにして得られる本発明の酵母のアラビノフラノシダーゼ活性は、菌体1mgあたり通常3〜10×10−5U程度である。酵母のアラビノフラノシダーゼ活性は実施例に記載の方法により測定した値である。
(4)第1のキシラン分解物の製造方法
本発明の第1のキシラン分解物の製造方法は、キシランを、本発明の酵母とキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼの存在下で分解する工程と、キシラン分解物を回収する工程とを含む方法である。
キシラン
例えばスギ、ブナ、竹のような木材;雑草;籾殻、ふすまのような種子殻;稲藁;とうもろこしかす、サトウキビの絞りかす(バガス)のような植物かす;大豆ミールのような穀類等の植物性バイオマスから、爆砕、溶媒抽出、水蒸気蒸留、超臨界炭酸ガス抽出、加圧熱水抽出などの方法で、キシランおよびアラビノキシランを主成分とするヘミセルロースを抽出することができる。
In general, ethanol is toxic to microorganisms. Yeast that undergoes ethanol fermentation is no exception, and when the ethanol concentration exceeds 8% (v / v), it is gradually killed by the ethanol it produces. Here, sake yeast is a strain that has been selected and bred for many years with sake moromi with an ethanol concentration as high as 20%, and has extremely high ethanol resistance compared to general yeast.
In the present invention, xylose and arabinose are produced by decomposition of xylan using yeast, and these pentoses are used as an ethanol fermentation raw material. In ethanol fermentation, since it is important to increase the ethanol concentration in the culture solution to the ultimate, the yeast used therein is required to have high ethanol resistance.
Examples of sake yeast include “Kyokai Yeast” distributed by Japan Brewing Association and mutant strains using these as parent strains. In addition, any yeast that is used in sake brewing is useful. When an auxotrophic gene is used as a transformation marker, a strain obtained by imparting auxotrophy to these sake yeasts using a technique such as mutation may be used. Such auxotrophy is uracil auxotrophy, tryptophan. Requirement, leucine requirement, histidine requirement, adenine requirement and the like. Saccharomyces cerevisiae GRI-117-U obtained by a mutation method using “Kyokai No. 9 yeast” as a host is given as an example of imparting uracil requirement to sake yeast.
<Arabinofuranosidase activity>
The arabinofuranosidase activity of the yeast of the present invention obtained as described above is usually about 3 to 10 × 10 −5 U per 1 mg of cells. The arabinofuranosidase activity of yeast is a value measured by the method described in Examples.
(4) Production method of first xylan degradation product The first production method of xylan degradation product of the present invention comprises a step of decomposing xylan in the presence of the yeast of the present invention and xylosidase, or further xylanase, and xylan degradation. Recovering the product.
Xylan wood such as cedar, beech and bamboo; weed; seed husks such as rice husk and bran; rice straw; From plant biomass, hemicellulose containing xylan and arabinoxylan as the main component can be extracted by methods such as explosion, solvent extraction, steam distillation, supercritical carbon dioxide extraction, and pressurized hot water extraction.

本発明方法では、キシランをヘミセルロースそのままの形で分解に供することもでき、又はヘミセルロースから分離されたキシランを分解に供することもできる。
酵母
反応液中の酵母密度は、酵母1細胞当たりに固定されているアラビノフラノシダーゼの数及び活性により異なるが、反応液中のアラビノフラノシダーゼ活性が0.02〜5U/l程度となる密度とすることが好ましく、0.05〜2U/l程度となる密度とすることがより好ましい。
In the method of the present invention, xylan can be subjected to decomposition in the form of hemicellulose as it is, or xylan separated from hemicellulose can also be subjected to decomposition.
Yeast density in the yeast reaction solution varies depending on the number and activity of arabinofuranosidase immobilized per yeast cell, but the arabinofuranosidase activity in the reaction solution is about 0.02 to 5 U / l. The density is preferable, and the density is more preferably about 0.05 to 2 U / l.

酵母は、そのまま反応液中に含まれていてもよく、又は、固定化されていてもよいが、連続反応、回分式反応又は半回分式反応により連続使用できる点で、固定化されていることが好ましい。「固定化」とは、酵母が遊離の状態ではない状態を意味し、例えば、酵母が担体に結合、付着又は担体内部に取り込まれた状態を指す。固定化方法は特に限定されず、公知の微生物固定化方法を採用できる。このような公知の固定化方法としては、細孔を有する担体に酵母を保持させる方法、格子やマイクロカプセルにより酵母を包括する方法などが挙げられる。   Yeast may be included in the reaction solution as it is, or may be immobilized, but is immobilized in that it can be used continuously by continuous reaction, batch reaction or semi-batch reaction. Is preferred. “Immobilization” means a state in which the yeast is not in a free state, for example, a state in which the yeast is bound to, attached to, or incorporated into the carrier. The immobilization method is not particularly limited, and a known microorganism immobilization method can be employed. Examples of such known immobilization methods include a method of holding yeast on a carrier having pores, a method of enclosing yeast with a lattice or microcapsule, and the like.

担体としては、反応液中の水又は溶媒に対して不溶性の物質からなるものを用いる。具体的には、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルフォルマール、セルロース等の樹脂からなる多孔質体を好適に使用できる。また、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、シリコンフォームのような発泡体も多孔質体として使用できる。担体内で良好に酵母を増殖させることができ、さらに活性が低下した酵母や死滅した酵母を脱離させずに長期間保持することができる点で、多孔質の担体が望ましい。   As the carrier, a carrier made of a substance insoluble in water or a solvent in the reaction solution is used. Specifically, for example, a porous body made of a resin such as polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyvinyl formal, or cellulose can be suitably used. In addition, foams such as polyurethane foam, polystyrene foam, and silicon foam can be used as the porous body. A porous carrier is desirable because yeast can be successfully grown in the carrier, and further, yeast with reduced activity or dead yeast can be retained for a long time without detachment.

多孔質体の細孔(開口部)の直径は、酵母の種類によっても異なるが、通常50〜1000μm程度が好ましく、50〜100μm程度がより好ましい。上記開口部直径の範囲であれば、酵母の侵入及び増殖が容易であるとともに、高密度で酵母を保持することができる。   Although the diameter of the pores (openings) of the porous body varies depending on the kind of yeast, it is usually preferably about 50 to 1000 μm, more preferably about 50 to 100 μm. If it is the range of the said opening part diameter, invasion and multiplication of yeast will be easy, and it can hold | maintain yeast with high density.

また担体の外形は、特に限定されず、球状、立方体状又は不定形などの粒状;網目状、シート状などのいずれの形状であってもよい。調製が容易である点で、粒状であることが好ましい。粒子の大きさは、例えば球状の場合直径が2〜50mm程度、立方体状の場合2〜50mm角程度とすればよい。   The outer shape of the carrier is not particularly limited, and may be any shape such as a spherical shape, a cubic shape or an indefinite shape; a mesh shape or a sheet shape. It is preferable that it is granular in terms of easy preparation. The size of the particles may be, for example, about 2 to 50 mm in diameter in the case of a sphere, and about 2 to 50 mm in the case of a cube.

包括による酵母の固定化方法としては、ポリアクリルアミド、アルギン酸カルシウム、κ−カラギーナン、合成プレポリマー(光架橋性樹脂プレポリマー、ウレタンプレポリマー等)などを用いて格子状に酵母を包括する方法;相分離法、界面重合法、水中乾燥法などの手法で高分子半透膜からなるマイクロカプセルで酵母を覆うことによりこれを包括する方法が挙げられる。また、酵母を互いに架橋する方法もあげられる。
キシラナーゼ・キシロシダーゼ
キシランの主鎖のキシロース間のβ−1,4結合を分解するために、反応液中にキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼを添加する。キシラナーゼ及びキシロシダーゼは、いずれもキシラン主鎖のβ−1,4結合を切断する活性を有する。この中で、キシラナーゼは、エンド型酵素であり、キシラン主鎖の部位に関係なく切断する活性を有する。一方、キシロシダーゼは、エキソ型酵素であり、キシラン主鎖の末端から順番にキシロースを一つずつ切断する。従って、キシラナーゼ単独ではキシランからキシロースを製造することはできない。また、キシロシダーゼはキシラン末端から分解するという性質上、反応速度が遅くなる。本発明方法では、キシラナーゼとキシロシダーゼとを組み合わせて使用することが好ましい。
As a method of immobilizing yeast by inclusion, a method of including yeast in a lattice form using polyacrylamide, calcium alginate, κ-carrageenan, synthetic prepolymer (photocrosslinkable resin prepolymer, urethane prepolymer, etc.); The method of covering this with the microcapsule which consists of a polymer semipermeable membrane by methods, such as a separation method, an interfacial polymerization method, and an underwater drying method, is mentioned. Moreover, the method of bridge | crosslinking yeast mutually is mention | raise | lifted.
In order to decompose the β-1,4 bond between xylose of the main chain of xylanase / xylosidase xylan, xylosidase or further xylanase is added to the reaction solution. Both xylanase and xylosidase have the activity of cleaving the β-1,4 bond of the xylan main chain. Among them, xylanase is an endo-type enzyme and has an activity of cleaving regardless of the site of the xylan main chain. On the other hand, xylosidase is an exo-type enzyme that cleaves xylose one by one from the end of the xylan main chain. Therefore, xylanase alone cannot produce xylose from xylan. In addition, xylosidase is slow in reaction rate due to the property of decomposing from the xylan end. In the method of the present invention, it is preferable to use a combination of xylanase and xylosidase.

これらの酵素は、どのような生物に由来するものであってもよい。例えば、バクテリアやカビ等の起源のものを使用できる。中でも、酵素の大量調製が容易である等の点でカビ(Aspergillus属)起源のものを使用することが好ましい。   These enzymes may be derived from any organism. For example, the thing of origin, such as bacteria and mold, can be used. Among them, it is preferable to use those originating from mold (genus Aspergillus) in terms of easy preparation of a large amount of enzyme.

キシロシダーゼ及びキシラナーゼの使用量は、反応液中の活性が、通常0.1〜200U/l程度、好ましくは1〜20U/l程度となるようにすればよい。これらの酵素活性は実施例に記載の方法により測定された値である。
反応
アラビノフラノシダーゼ並びにキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼによるキシランの分解反応は、反応容器内の反応液中に遊離の酵母又は固定化された酵母を懸濁した状態で行うことができる。また、カラムのような反応容器内に遊離又は固定化された酵母を充填したバイオリアクターを用いて行うこともできる。また、反応は連続式、回分式(バッチ式)又は半回分式のいずれの方式で行ってもよい。
The amount of xylosidase and xylanase used may be such that the activity in the reaction solution is usually about 0.1 to 200 U / l, preferably about 1 to 20 U / l. These enzyme activities are values measured by the method described in Examples.
Reaction The decomposition reaction of xylan with arabinofuranosidase and xylosidase or further xylanase can be carried out in a state where free yeast or immobilized yeast is suspended in the reaction solution in the reaction vessel. Moreover, it can also carry out using the bioreactor which filled the yeast free or fix | immobilized in reaction containers like a column. The reaction may be carried out by any of continuous, batch (batch) and semi-batch methods.

反応液中には、基質のみ含まれていてもよく、又はこれに加えてpH調製のための緩衝剤や酵母の生存に必要な公知の物質が含まれていてもよい。   In the reaction solution, only the substrate may be contained, or in addition to this, a buffer for pH adjustment and a known substance necessary for the survival of the yeast may be contained.

反応液中の基質(キシラン)の濃度は、通常0.02〜20重量%程度とすることが好ましく、0.05〜5重量%程度とすることがより好ましい。基質濃度が余りに低いと、実用的なキシロース製造効率が得られない。逆に、基質濃度が余りに高いと、反応液の粘度が上がり、攪拌や温度制御等が難しくなったり、反応液の浸透圧が上がり、酵母に多大なストレスがかかる状態になったりする場合がある。極度のストレスは細胞増殖の悪化や細胞の死滅(破壊)の引き金となり、その結果、理想的な反応効率が得られなくなる。しかし、上記詰範囲であれば、このような問題は生じない。   The concentration of the substrate (xylan) in the reaction solution is usually preferably about 0.02 to 20% by weight, more preferably about 0.05 to 5% by weight. If the substrate concentration is too low, practical xylose production efficiency cannot be obtained. On the other hand, if the substrate concentration is too high, the viscosity of the reaction solution may increase, making stirring and temperature control difficult, and the osmotic pressure of the reaction solution may increase, resulting in a state where a great deal of stress is applied to the yeast. . Extreme stress triggers deterioration of cell proliferation and cell death (destruction), and as a result, ideal reaction efficiency cannot be obtained. However, such a problem does not occur within the above-mentioned range.

反応液のpHは、アラビノフラノシダーゼ並びにキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼの至適pHを含む4〜8程度が好ましい。反応の進行とともに反応液のpHが低下するため、上記pH範囲になるように調整することが望ましい。   The pH of the reaction solution is preferably about 4 to 8 including the optimum pH of arabinofuranosidase and xylosidase, or xylanase. Since the pH of the reaction solution decreases with the progress of the reaction, it is desirable to adjust the pH to be within the above range.

反応温度は、酵母が保持するアラビノフラノシダーゼ並びにキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼが活性を示す温度であればよく、通常20〜60℃程度が好ましい。耐熱性酵素を用いる場合は、さらに高温で行うことができる。この場合、酵母が生育できなくても、表層のアラビノフラノシダーゼは活性を有したまま固定されているため、分解反応には支障がない。   The reaction temperature should just be the temperature which the arabinofuranosidase and xylosidase which yeast hold | maintain, and also xylanase show activity, Usually, about 20-60 degreeC is preferable. When a thermostable enzyme is used, it can be performed at a higher temperature. In this case, even if the yeast cannot grow, since the arabinofuranosidase on the surface layer is immobilized with activity, there is no problem in the degradation reaction.

反応液中にキシランの他にセルロースなどが混在する場合には、セルラーゼ等の各種糖加水分解酵素を併用してもよい。   When cellulose or the like is mixed in addition to xylan in the reaction solution, various sugar hydrolases such as cellulase may be used in combination.

反応液中の各成分濃度を、例えば、ガスクロマトグラフやHPLCなどで経時的に測定することによりモニターすることにより、基質の追加量、反応時間、pH調整剤の添加量などを決定すればよい。
キシラン分解物の回収
キシランの起源生物種によっても異なるが、上記の反応により反応液中に主にキシロース、アラビノース等が生成する。反応終了後の反応液から、遠心分離などにより単糖を分離すればよい。これによりキシラン分解物を回収できる。これらの単糖は、そのまま、エタノール発酵の基質として用いることができる。
(5)第2のキシラン分解物の製造方法
本発明の第2のキシラン分解物の製造方法は、キシランを本発明の酵母の存在下で分解する工程(a)と、工程(a)により得られたキシラン部分分解物をキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼの存在下で分解する工程(b)と、キシラン分解物を回収する工程とを含む方法である。
アラビノフラノシダーゼによる分解工程(工程(a))
基質、酵母及び反応方法については、第1の方法と同様である。反応液中のアラビノフラノシダーゼ活性についても第1の方法と同様である。反応終了後の反応液は、そのまま、又は遠心分離などによりアラビノースを回収して除去した後、次工程に供される。
キシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼによる分解工程(工程(b))
本発明の酵母を用いてキシランの側鎖のアラビノースを分解した後に、キシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼにより主鎖のキシロースを分解する。反応方法及びキシラン分解物の回収方法は第1の方法と同様である。また反応液中の酵素活性についても第1の方法と同様である。
実施例
以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
What is necessary is just to determine the additional amount of a substrate, reaction time, the addition amount of a pH adjuster, etc. by monitoring each component density | concentration in a reaction liquid by measuring with time, for example with a gas chromatograph or HPLC.
Recovery of xylan degradation product Depending on the species of xylan origin, xylose, arabinose, etc. are mainly produced in the reaction solution by the above reaction. Monosaccharides may be separated from the reaction solution after completion of the reaction by centrifugation or the like. Thereby, the xylan decomposition product can be recovered. These monosaccharides can be used as they are as substrates for ethanol fermentation.
(5) Manufacturing method of 2nd xylan decomposition product The manufacturing method of the 2nd xylan decomposition product of this invention is obtained by the process (a) which decomposes | disassembles xylan in presence of the yeast of this invention, and a process (a). The method comprises a step (b) of decomposing the obtained xylan partial decomposition product in the presence of xylosidase or further xylanase, and a step of recovering the xylan decomposition product.
Decomposition step with arabinofuranosidase (step (a))
The substrate, yeast and reaction method are the same as in the first method. The arabinofuranosidase activity in the reaction solution is the same as in the first method. The reaction solution after completion of the reaction is subjected to the next step as it is or after recovering and removing arabinose by centrifugation or the like.
Decomposition step with xylosidase or further xylanase (step (b))
After decomposing arabinose on the side chain of xylan using the yeast of the present invention, the main chain xylose is decomposed with xylosidase or further xylanase. The reaction method and the recovery method of the xylan decomposition product are the same as in the first method. The enzyme activity in the reaction solution is the same as in the first method.
Examples Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

本発明において、酵素活性は以下の方法により測定した値である。
<アラビノフラノシダーゼ活性の検出>
アラビノフラノシダーゼ活性の有無は、菌体又は培養上清を1mM 4−Nitrophenyl α−L−arabinofuranosideを含む50mM酢酸緩衝液(pH5.0)中に添加し、30℃で3時間静置した後、遊離した4−Nitrophenolを目視にて確認した。遊離4−Nitrophenolは黄色を呈するため、この呈色を確認する。
<菌体のアラビノフラノシダーゼ活性の定量>
アラビノフラノシダーゼ活性は、菌体又は培養上清を1mM 4−Nitrophenyl α−L−arabinofuranosideを含む50mM酢酸緩衝液(pH5.0)中に添加し、30℃で3時間静置した後、遊離した4−Nitrophenol量から求めた。アラビノフラノシダーゼ活性1U=4−Nitrophenyl α−L−arabinofuranoside から1分間に1μmolの4−Nitrophenolを生成するのに必要な酵素量、と定義した。
<キシラナーゼ活性の定量>
キシラナーゼ活性の測定は、菌体又は培養上清又は精製酵素溶液を1%xylan from birchwood(Sigma社)を含む50mM酢酸緩衝液(pH5.0)中に添加し、30℃で2時間静置した後、遊離した糖の還元力をソモギーネルソン法により定量した。キシラナーゼ活性1U=xylan from birchwood から1分間に1μmolのキシロースに相当する還元力を生成する酵素量、と定義した。
<キシロシダーゼ活性の定量>
キシロシダーゼ活性は、菌体又は培養上清精製酵素溶液を1mM 2−Nitrophenyl β−D−xylosideを含む50mM酢酸緩衝液(pH5.0)中に添加し、30℃で5分間静置した後、遊離した2−Nitrophenol量から求めた。キシロシダーゼ活性活性1U=2−Nitrophenyl β−D−xyloside から1分間に1μmolの2−Nitrophenolを生成するのに必要な酵素量、と定義した。
In the present invention, the enzyme activity is a value measured by the following method.
<Detection of arabinofuranosidase activity>
The presence or absence of arabinofuranosidase activity was determined by adding bacterial cells or culture supernatant to 50 mM acetate buffer (pH 5.0) containing 1 mM 4-Nitrophenyl α-L-arabinofuranoside and allowing to stand at 30 ° C. for 3 hours. The released 4-nitrophenol was visually confirmed. Since free 4-Nitrophenol exhibits a yellow color, this coloration is confirmed.
<Quantification of arabinofuranosidase activity in bacterial cells>
The arabinofuranosidase activity was determined by adding the bacterial cells or culture supernatant to 50 mM acetate buffer (pH 5.0) containing 1 mM 4-Nitrophenyl α-L-arabinofuranoside, leaving it at 30 ° C. for 3 hours, and releasing it. The amount was determined from the amount of 4-nitrophenol. The arabinofuranosidase activity was defined as 1 U = the amount of enzyme required to produce 1 μmol of 4-Nitrophenol from 1-Nitrophenyl α-L-arabinofuranoside per minute.
<Quantification of xylanase activity>
For the measurement of xylanase activity, the cells, culture supernatant or purified enzyme solution was added to 50 mM acetate buffer (pH 5.0) containing 1% xylan from birchwood (Sigma) and allowed to stand at 30 ° C. for 2 hours. Thereafter, the reducing power of the released sugar was quantified by the Somogy Nelson method. Xylanase activity was defined as 1U = the amount of enzyme that produced a reducing power corresponding to 1 μmol of xylose per minute from xylan from birchwood.
<Quantification of xylosidase activity>
The xylosidase activity was determined by adding the bacterial cell or culture supernatant purified enzyme solution to 50 mM acetate buffer (pH 5.0) containing 1 mM 2-Nitrophenyl β-D-xylide, and allowing to stand at 30 ° C. for 5 minutes. It was determined from the amount of 2-nitrophenol. Xylosidase activity 1 U = 2-Nitrophenyl β-D-xylide was defined as the amount of enzyme required to produce 1 μmol of 2-Nitrophenol per minute.

(分泌シグナル配列、アラビノフラノシダーゼの構造遺伝子配列、α−アグルチニンの一部の配列及びGPIアンカー付着シグナル配列をこの順で有するDNAの作製)
掲題のDNAを作製した手順を、図3を参照して説明する。
(A) 常法に従って、Aspergillus oryzaeのグルコアミラーゼの分泌シグナル配列を取得した。簡単に述べると、5’−GAATTCATGCGGAACAACCTTCTTTTT−3’(配列番号:1)及び5’−GTCGACGTTGAGATCCGACTGCCTCTT−3’(配列番号:2)を合成し、これをプライマーとして、プラスミドpNGB1(Gene 207 127−134 (1998))を鋳型にPCRを行った。PCRの条件としては、94℃/1分−52℃/1分−72℃/30秒のサイクルを30回繰り返した。ここで、両プライマーの設計には、後に分泌シグナル配列をアラビノフラノシダーゼと融合させるため、制限酵素サイトEcoRIとSalIを付加するようにした。
(Preparation of DNA having a secretory signal sequence, a structural gene sequence of arabinofuranosidase, a partial sequence of α-agglutinin and a GPI anchor attachment signal sequence in this order)
The procedure for preparing the subject DNA will be described with reference to FIG.
(A) A secretory signal sequence of Aspergillus oryzae glucoamylase was obtained according to a conventional method. Briefly, 5′-GAATTCATCGCGGAACAACCTCTCTTTTTT-3 ′ (SEQ ID NO: 1) and 5′-GTCGGACGTTGAGATCCCACTACTCCTCTT-3 ′ (SEQ ID NO: 2) were synthesized and used as primers for plasmid pNGB1 (Gene 207 127-134 ( 1998)) was used as a template for PCR. As PCR conditions, a cycle of 94 ° C./1 minute-52 ° C./1 minute-72 ° C./30 seconds was repeated 30 times. Here, the restriction enzyme sites EcoRI and SalI were added to the design of both primers in order to later fuse the secretory signal sequence with arabinofuranosidase.

得られたPCR産物をスピンカラム(キアゲン社製、PCR Purification Kit)により精製後、制限酵素EcoRI、SalIで切断し、約100bpのグルコアミラーゼ分泌シグナル配列を取得した。配列表の配列番号:7にその配列を示す
(B) 常法に従って、Aspergillus oryzaeのアラビノフラノシダーゼBのcDNAを取得した。簡単に述べると、まず、Aspergillus oryzaeから全RNAを抽出し、ついで、オリゴdTセルロースを用いてPoly(A)+RNAを取得した。
The obtained PCR product was purified with a spin column (Qiagen, PCR Purification Kit) and then cleaved with restriction enzymes EcoRI and SalI to obtain a glucoamylase secretion signal sequence of about 100 bp. The sequence is shown in SEQ ID NO: 7 in the Sequence Listing (B). Aspergillus oryzae arabinofuranosidase B cDNA was obtained according to a conventional method. Briefly, first, total RNA was extracted from Aspergillus oryzae, and then Poly (A) + RNA was obtained using oligo dT cellulose.

次にPoly(A)+RNAを鋳型とし、GIBCO BRL社のRT−PCR KITを用いて逆転写反応を行い、cDNA混合物を取得した。即ち、5’−gtcgacATGTCCTCAGGATTAAGCCT−3’(配列番号:3)及び5’−gttaacCAGCAAAGCCAGTGCTGACA−3’(配列番号:4)を合成し、これをプライマーとして、先ほどのcDNA混合物を鋳型にPCRした。PCRは、50℃/30分−94℃/2分の後、94℃/1分−52℃/1分−72℃/2分のサイクルを30回繰り返す条件で行った。ここで、両プライマーの設計には、後にアラビノフラノシダーゼの一方の末端を分泌シグナル配列と融合させるために制限酵素サイトSalIを付加し、他方の末端をα−アグルチニンのC末端の一部と融合させるため、制限酵素サイトHpaIを付加し、また翻訳終止コドンを除去した。   Next, using Poly (A) + RNA as a template, reverse transcription reaction was performed using RT-PCR KIT manufactured by GIBCO BRL to obtain a cDNA mixture. That is, 5'-gtcgacATGTTCCTCAGGATTAAGCCT-3 '(SEQ ID NO: 3) and 5'-gttaacCAGCAAAGCCAGTGCTGACA-3' (SEQ ID NO: 4) were synthesized, and PCR was carried out using this cDNA mixture as a template. PCR was performed under the condition of repeating a cycle of 94 ° C / 1 minute-52 ° C / 1 minute-72 ° C / 2 minutes 30 times after 50 ° C / 30 minutes-94 ° C / 2 minutes. Here, in designing both primers, a restriction enzyme site SalI was added in order to later fuse one end of arabinofuranosidase with a secretory signal sequence, and the other end was part of the C-terminus of α-agglutinin. For fusion, the restriction enzyme site HpaI was added and the translation stop codon was removed.

得られたPCR産物をスピンカラム(キアゲン社製、PCR Purification Kit)により精製後、制限酵素SalIとHpaIで切断し、約1.5kbpのアラビノフラノシダーゼcDNA断片を得た。配列表の配列番号:8にその配列を示す。
(C) α−アグルチニンのC末端の一部をコードする配列及びGPIアンカー付着シグナル配列を有する遺伝子(320アミノ酸)を有する配列を取得するため、酵母Saccharomyces cerevisiae MT8−1から、常法により染色体DNAを単離し、5’−cccggggctcgAGCGCCAAAAGCTCTTTTATC−3’(配列番号:5)および5’−ggtaccTTTGATTATGTTCTTTCTAT−3’(配列番号:6)の2つのプライマーを用いて、PCRを行った。PCRの条件としては、94℃/1分−52℃/1分−72℃/2分のサイクルを30回繰り返した。
The obtained PCR product was purified with a spin column (Qiagen, PCR Purification Kit), and then cleaved with restriction enzymes SalI and HpaI to obtain an about 1.5 kbp arabinofuranosidase cDNA fragment. The sequence is shown in SEQ ID NO: 8 in the sequence listing.
(C) Chromosomal DNA is obtained from yeast Saccharomyces cerevisiae MT8-1 by a conventional method in order to obtain a sequence having a gene (320 amino acids) having a sequence encoding a part of the C-terminus of α-agglutinin and a GPI anchor attachment signal sequence. Was isolated and PCR was performed using two primers: 5′-cccggggctcgAGCGCCCAAAAGCTCTTTTATC-3 ′ (SEQ ID NO: 5) and 5′-ggtaccTTTGATTTAGTTTCTTTCTAT-3 ′ (SEQ ID NO: 6). As PCR conditions, a cycle of 94 ° C./1 minute-52 ° C./1 minute-72 ° C./2 minutes was repeated 30 times.

得られたPCR産物をスピンカラム(キアゲン社製、PCR Purification Kit)により精製後、SmaIとKpnIとで消化して、SmaI −KpnI断片を得た。このSmaI −KpnI断片には、α−アグルチニンのC末端から320アミノ酸をコードする配列と、3’非コード領域の446bpとを含んでおり、この配列中にGPIアンカー付着シグナル配列が含まれている。配列表の配列番号:9にその配列を示す。   The obtained PCR product was purified with a spin column (Qiagen, PCR Purification Kit) and then digested with SmaI and KpnI to obtain a SmaI-KpnI fragment. This SmaI-KpnI fragment contains a sequence encoding 320 amino acids from the C-terminal of α-agglutinin and 446 bp of the 3 ′ non-coding region, and this sequence contains a GPI anchor attachment signal sequence. . The sequence is shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing.

本発明のポリヌクレオチドの1実施例である目的DNAは、(A)で得られた分泌シグナル配列と(B)で得られたアラビノフラノシダーゼ遺伝子と(C)で得られたSmaI −KpnI断片を、常法に従いDNA連結酵素(T4 Ligase)等を用いて接続することより得られる。   The target DNA, which is one example of the polynucleotide of the present invention, comprises the secretory signal sequence obtained in (A), the arabinofuranosidase gene obtained in (B), and the SmaI-KpnI fragment obtained in (C). Can be obtained by using a DNA ligation enzyme (T4 Ligase) or the like according to a conventional method.

得られた目的DNAをプラスミドpRS406 Psed1のEcoRIとKpnI切断部位に挿入して、本発明の1実施例である目的プラスミドpK113−abfBを得た。   The obtained target DNA was inserted into the EcoRI and KpnI cleavage sites of the plasmid pRS406 Psed1 to obtain the target plasmid pK113-abfB which is one example of the present invention.

(細胞表層にアラビノフラノシダーゼを有する酵母の作製)
実施例1で得られたプラスミドpK113−abfBを単離し、制限酵素StuIで一カ所を切断して線状としたDNAを、酢酸リチウム法で酵母Saccharomyces cerevisiae GRI−117−Uに導入した。0.67%Yeast nitrogen base w/o amino acids(Difco社)、0.077% CSM−URA(BIO101社)、2%グルコースを含むSD寒天培地で培養し、生育してきた酵母を選択した。本培地ではプラスミドpK113−abfBが染色体に導入され、ウラシル要求性が相補された株のみが生育できる。この酵母を、Saccharomyces cerevisiae GRI−117−U−abfBと名付けた(以下、単にGRI−117−U−abfBという)。
(Production of yeast having arabinofuranosidase on the cell surface)
Plasmid pK113-abfB obtained in Example 1 was isolated, and DNA that had been linearized by cutting one site with restriction enzyme StuI was introduced into yeast Saccharomyces cerevisiae GRI-117-U by the lithium acetate method. 0.67% Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco), 0.077% CSM-URA (BIO101), cultured on an SD agar medium containing 2% glucose, and grown yeasts were selected. In this medium, plasmid pK113-abfB is introduced into the chromosome, and only strains with complemented uracil requirement can grow. This yeast was named Saccharomyces cerevisiae GRI-117-U-abfB (hereinafter simply referred to as GRI-117-U-abfB).

得られた酵母GRI−117−U−abfBを0.67%Yeast nitrogen base w/o amino acids(Difco社)、0.077% CSM−URA(BIO101社)、2%グルコースを含むSD液体培地で培養し、遠心分離して培地と菌体とに分離し、それぞれのアラビノフラノシダーゼ活性を測定した。コントロールとして、Saccharomyces cerevisiae GRI−117−Uを用いた。その結果、コントロールは、培地および菌体にアラビノフラノシダーゼ活性はみとめられなかった。形質転換された酵母GRI−117−U−abfBの培地中にはほとんどアラビノフラノシダーゼ活性はみられなかったが、酵母GRI−117−U−abfB菌体はアラビノフラノシダーゼ活性を有していた。   The obtained yeast GRI-117-U-abfB was added to an SD liquid medium containing 0.67% Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco), 0.077% CSM-URA (BIO101) and 2% glucose. After culturing and centrifuging, the medium and the cells were separated, and the arabinofuranosidase activity of each was measured. As a control, Saccharomyces cerevisiae GRI-117-U was used. As a result, the control showed no arabinofuranosidase activity in the medium and cells. Almost no arabinofuranosidase activity was found in the medium of transformed yeast GRI-117-U-abfB, but yeast GRI-117-U-abfB cells had arabinofuranosidase activity. It was.

(細胞表層にアラビノフラノシダーゼBを有する酵母によるキシランの分解)
実施例2で得られた酵母GRI−117−U−abfBをYNB培地で生育させた後、集菌、洗浄し、菌体を反応液(0.5%Xylan from oat spelts(SIGMA社製)(pH5.0))にアラビノフラノシダーゼ活性が5mUとなるように加え、キシラナーゼ、キシロシダーゼをそれぞれ20mU加え、30℃で反応させた。反応3時間後、遠心し、その上清のキシロースを定量し、酵母GRI−117−U−abfBを加えなかった場合と比較した。
その結果、酵母GRI−117−U−abfBを添加することにより、キシロース生産量が18%上昇した。用いたXylan from oat spelts(SIGMA社製)のアラビノース含量は10%であるので、この結果から、abfBを用いた場合、ほぼ完全にキシランからアラビノース側鎖を除くことができたことが分かった。
(Degradation of xylan by yeast having arabinofuranosidase B on the cell surface)
The yeast GRI-117-U-abfB obtained in Example 2 was grown on a YNB medium, then collected and washed, and the cells were treated with a reaction solution (0.5% Xylan from oat spells (manufactured by SIGMA) ( pH 5.0)) was added so that the arabinofuranosidase activity was 5 mU, and 20 mU each of xylanase and xylosidase was added and reacted at 30 ° C. After 3 hours of reaction, the mixture was centrifuged, the xylose in the supernatant was quantified, and compared with the case where yeast GRI-117-U-abfB was not added.
As a result, the addition of yeast GRI-117-U-abfB increased xylose production by 18%. Since the arabinose content of the used Xylan from oat salts (manufactured by SIGMA) was 10%, it was found from this result that when abfB was used, the arabinose side chain could be almost completely removed from xylan.

(細胞表層にアラビノフラノシダーゼを有する酵母の固定化)
0.67%Yeast nitrogen base w/o amino acids(Difco社)、0.077% CSM−URA(BIO101社)、2%グルコースを含むSD培地3Lを含む気泡塔型培養槽に、6mm角のポリウレタンフォームBSPsを、1,000個/Lとなるように投入し、酵母GRI−117−U−abfBとともに6〜20L/分の通気量で培養した。これにより、ポリウレタンフォームに酵母GRI−117−U−abfBが固定された。
(Immobilization of yeast having arabinofuranosidase on the cell surface)
0.67% Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco), 0.077% CSM-URA (BIO101), 6 mm square polyurethane in a bubble column type culture tank containing 3 L of SD medium containing 2% glucose Form BSPs were added at 1,000 cells / L, and cultured with yeast GRI-117-U-abfB at an aeration rate of 6 to 20 L / min. Thereby, yeast GRI-117-U-abfB was fixed to the polyurethane foam.

この酵母のアラビノフラノシダーゼ活性はポリウレタンフォーム1個当たり0.01Uであった。   The arabinofuranosidase activity of this yeast was 0.01 U per polyurethane foam.

(固定化された細胞表層にアラビノフラノシダーゼBを有する酵母によるキシランの分解)
実施例4で得られたポリウレタンフォームに固定された酵母GRI−117−U−abfB3,000個に新たに反応液:粗キシラン100g、キシラナーゼ(総活性150U量)、キシロシダーゼ(総活性150U量)、および0.67%Yeast nitrogen base w/o amino acids(Difco社)、0.077% CSM−URA(BIO101社)、2%グルコースを含むSD培地3Lを加え、3〜20L/分の通気量で気泡塔型培養槽内で30℃、24時間接触させた。反応中、KOHを用いて、pHを5.0〜6.0にコントロールした。
(Degradation of xylan by yeast having arabinofuranosidase B on the immobilized cell surface)
To 3,000 yeast GRI-117-U-abfB fixed to the polyurethane foam obtained in Example 4, reaction solution: crude xylan 100 g, xylanase (total activity 150 U amount), xylosidase (total activity 150 U amount), And 0.67% Yeast nitrogen base w / o amino acids (Difco), 0.077% CSM-URA (BIO101), 3 L of SD medium containing 2% glucose, and aeration of 3-20 L / min It was made to contact for 24 hours at 30 degreeC in a bubble column type culture vessel. During the reaction, the pH was controlled at 5.0 to 6.0 using KOH.

第1サイクルの反応液を回収した後、新たな反応液を加え、2サイクルの反応を行い、これを5サイクルまで行った。第1サイクル終了後の反応液組成を分析した結果、培養槽内に11.5gのキシロースが生産されていることがわかった。なお、ポリウレタンフォームに固定された酵母GRI−117−U−abfB(アラビノフラノシダーゼ)を加えなかった場合には、培養槽内には9.5gのキシロースが生産されていた。即ち、アラビノフラノシダーゼを添加することにより、約20%のキシロースの生産増加が見られた。
第2サイクル以降も活性は落ちることなく、固定化された酵母GRI−117−U−abfBは高いアラビノフラノシダーゼ活性を発現した。
After collecting the reaction solution of the first cycle, a new reaction solution was added to perform a reaction of 2 cycles, and this was performed up to 5 cycles. As a result of analyzing the composition of the reaction solution after completion of the first cycle, it was found that 11.5 g of xylose was produced in the culture tank. In addition, when yeast GRI-117-U-abfB (arabinofuranosidase) fixed to the polyurethane foam was not added, 9.5 g of xylose was produced in the culture tank. That is, about 20% increase in xylose production was observed by adding arabinofuranosidase.
The immobilized yeast GRI-117-U-abfB expressed high arabinofuranosidase activity without any decrease in activity after the second cycle.

本発明のポリヌクレオチドの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the polynucleotide of this invention. GPIアンカリングタンパク質のプロセッシング及び細胞内輸送の様子を説明する図である。It is a figure explaining the mode of processing and intracellular transport of GPI anchoring protein. 実施例における表層提示ベクター作成の模式図である。It is a schematic diagram of surface layer presentation vector preparation in an Example.

Claims (11)

5’末端側から順に、酵母細胞で機能する分泌シグナル配列、アラビノフラノシダーゼ活性を示すポリペプチドをコードする配列、細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列、及びGPIアンカー付着シグナル配列を含むポリヌクレオチド。 In order from the 5 ′ end, a secretory signal sequence that functions in yeast cells, a sequence that encodes a polypeptide exhibiting arabinofuranosidase activity, a sequence that encodes part of a cell surface localized protein, and a GPI anchor attachment signal sequence A polynucleotide comprising. 細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列とGPIアンカー付着シグナル配列とからなる配列が、酵母のα−アグルチニンをコードする配列に含まれる請求項1に記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 1, wherein the sequence encoding a part of the cell surface localized protein and the sequence consisting of a GPI anchor adhesion signal sequence are included in the sequence encoding yeast α-agglutinin. 細胞表層局在タンパク質の一部をコードする配列とGPIアンカー付着シグナル配列とからなる配列が、酵母のα−アグルチニンのC末端から320ないしは600個のアミノ酸をコードする配列中に含まれる請求項2に記載のポリヌクレオチド。 3. A sequence comprising a sequence encoding a part of a cell surface localized protein and a GPI anchor attachment signal sequence is contained in a sequence encoding 320 to 600 amino acids from the C-terminal of yeast α-agglutinin. The polynucleotide according to 1. アラビノフラノシダーゼ活性を有するポリペプチドが、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)に由来する酵素である請求項1、2又は3に記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 1, 2, or 3, wherein the polypeptide having arabinofuranosidase activity is an enzyme derived from Aspergillus oryzae. 酵母細胞で機能できるプロモーターに発現可能な状態で連結された、請求項1〜4のいずれかに記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to any one of claims 1 to 4, wherein the polynucleotide is operably linked to a promoter that can function in yeast cells. 請求項5のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。 An expression vector comprising the polynucleotide of claim 5. 請求項5に記載のポリヌクレオチド又は請求項6に記載の発現ベクターを保持する酵母。 A yeast carrying the polynucleotide according to claim 5 or the expression vector according to claim 6. キシランを、請求項7に記載の酵母及びキシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼの存在下で分解する工程と、キシラン分解物を回収する工程とを含む、キシラン分解物の製造方法。 A method for producing a xylan degradation product, comprising the steps of decomposing xylan in the presence of the yeast and xylosidase of claim 7, or further xylanase, and a step of recovering the xylan degradation product. 酵母が担体に固定化されている請求項8に記載の方法。 The method according to claim 8, wherein the yeast is immobilized on a carrier. キシランを請求項7に記載の酵母の存在下で分解する工程(a)と、工程(a)により得られたキシラン部分分解物を、キシロシダーゼ、又はさらにキシラナーゼの存在下で分解する工程(b)と、キシラン分解物を回収する工程とを含む、キシラン分解物の製造方法。 Step (a) for decomposing xylan in the presence of yeast according to claim 7, and step (b) for decomposing the xylan partial degradation product obtained in step (a) in the presence of xylosidase or further xylanase And a process for recovering the xylan decomposition product. 酵母が担体に固定化されている請求項10に記載の方法。
The method according to claim 10, wherein the yeast is immobilized on a carrier.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8252577B2 (en) 2008-04-30 2012-08-28 Bio-Energy Corporation Microorganism that displays biotin on cell surface
JP5604613B2 (en) * 2008-02-01 2014-10-08 ホクト株式会社 Ethanol production method
JP2017502701A (en) * 2014-01-16 2017-01-26 アルヴィンド マリナース ラリ、 Fractionation of oligosaccharides from agricultural waste

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