JP2007049914A - Method for producing xylooligosaccharide - Google Patents

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Toru Suzuki
徹 鈴木
Keiichi Kawai
啓一 河合
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for easily producing a xylooligosaccharide having a specific structure. <P>SOLUTION: The method for producing a xylooligosaccharide contains a step to decompose a xylan derivative having a side chain bonded to a main chain composed of β-1,4-xylan with an exo-type xylanase. The xylanase is especially preferably xylanase X (XynX) derived from Aeromonas punctata ME-1 strain. The Fig. 3(a) and (b) show a TLC (thin-layer chromatography) plate obtained by developing a hydrolysis product produced by the decomposition of birchwood xylan with xylanase X, and a TLC plate obtained by developing the hydrolysis product after separating with an anion exchange resin. The spots of the same developing degree to X2 and X4 are xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid-α-1,2-xylotriose, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、特定の構造を有し、整腸作用や免疫賦活作用を発揮し得るキシロオリゴ糖を製造する方法に関する。例えば、キシランを主鎖とする多糖をキシラナーゼにて分解することにより、4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースのような特定の構造を有するキシロオリゴ糖を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a xylooligosaccharide having a specific structure and capable of exhibiting an intestinal regulating action and an immunostimulatory action. For example, the present invention relates to a method for producing a xylooligosaccharide having a specific structure such as 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose by decomposing a polysaccharide having xylan as a main chain with xylanase.

近年、環境問題が注目される中、半永久的に生産され得る再生可能なバイオマス資源の有効利用に大きな期待が寄せられている。現在、木質系バイオマス資源は主に、食糧、燃料、繊維、建築材料等に利用されているが、その量は地球上のバイオマス年間生産量の僅かな量に過ぎない。バイオマス資源として木材を利用する場合、細胞壁の利用が多い。木材の細胞壁には、セルロースが45%程度、ヘミセルロースが30%程度、リグニンが25%程度含まれている。これらのうち、セルロースに次ぐ主要成分であるヘミセルロースに関しては、キシリトール等や一部のキシロオリゴ糖が食品素材として利用されている以外は、工業的な利用がほとんどなされていない。   In recent years, as environmental problems are attracting attention, great expectations are placed on the effective use of renewable biomass resources that can be produced semi-permanently. At present, woody biomass resources are mainly used for food, fuel, fiber, building materials, etc., but the amount is only a small amount of the annual biomass production on the earth. When using wood as a biomass resource, cell walls are often used. The cell walls of wood contain about 45% cellulose, about 30% hemicellulose, and about 25% lignin. Among these, hemicellulose, which is the main component after cellulose, has hardly been industrially used except that xylitol and some xylooligosaccharides are used as food materials.

木材に含まれるヘミセルロースの主な成分としては、キシラン及びその誘導体からなる多糖が挙げられる。キシランは、D−キシロース残基をβ1,4結合にて直鎖状に結合させた直鎖状重合体である。天然のヘミセルロースには、前記キシランの他にも、キシランからなる直鎖状の主鎖に、L−アラビノフラノース残基、D−グルクロン酸残基、4−O−メチル−D−グルクロン酸残基等の側鎖を結合させたアラビノキシラン、グルクロノキシラン、アラビノグルクロノキシラン、メチルグルクロノキシラン(4−O−メチル−D−グルクロノキシラン)等のキシラン誘導体が存在する。   The main component of hemicellulose contained in wood includes polysaccharides composed of xylan and its derivatives. Xylan is a linear polymer in which D-xylose residues are linearly bonded by β1,4 bonds. In addition to the above xylan, natural hemicellulose includes a linear main chain composed of xylan, an L-arabinofuranose residue, a D-glucuronic acid residue, a 4-O-methyl-D-glucuronic acid residue. There are xylan derivatives such as arabinoxylan, glucuronoxylan, arabinoglucuronoxylan, and methylglucuronoxylan (4-O-methyl-D-glucuronoxylan) to which side chains such as groups are bonded.

キシロオリゴ糖は、2〜7個程度のキシロースをβ1,4→グリコシド結合にて結合させた構造を有するオリゴ糖である。キシロオリゴ糖は、ヒトの消化酵素では加水分解されないが、ビフィズス菌等の腸内有用菌の栄養源となり得るため、高い整腸作用を有することが知られている。特に、キシロオリゴ糖は、他のオリゴ糖よりも一桁程低い濃度で有効性を発揮するという報告もあるうえ、耐熱性に優れるとともに低いpH環境下でも安定であることから、食品添加物等として極めて有用である。キシロオリゴ糖は、トウモロコシ、コーンコブ、バガス、綿実せり等の植物の樹皮等から得られる天然物である。キシロオリゴ糖は、木材成分のキシランから得ることも可能である。現在、日本では年間5000万トンもの大量の木質廃材が排出されているため、環境問題や廃棄物問題の解決に向けて、このような廃材の工業的な有効利用に大きな期待がかけられている。   Xylooligosaccharides are oligosaccharides having a structure in which about 2 to 7 xyloses are linked by β1,4 → glycoside bonds. Xylooligosaccharides are not hydrolyzed by human digestive enzymes, but are known to have a high intestinal regulating action because they can serve as nutrient sources for useful enteric bacteria such as bifidobacteria. In particular, xylo-oligosaccharides have been reported to be effective at a concentration that is an order of magnitude lower than other oligosaccharides, and since they are excellent in heat resistance and stable in a low pH environment, they are used as food additives, etc. Very useful. Xylooligosaccharide is a natural product obtained from the bark of plants such as corn, corn cob, bagasse and cottonseed. Xylooligosaccharides can also be obtained from xylan as a wood component. At present, 50 million tons of wood waste materials are discharged annually in Japan, so there are great expectations for the industrial effective use of such waste materials to solve environmental problems and waste problems. .

一般に、キシラン主鎖をキシロオリゴ糖に分解する酵素をキシラナーゼという。キシラナーゼは、微生物界に広く認められている。多くのキシラナーゼは、広葉樹キシランに作用して、主としてキシロビオースからオリゴキシロースや、アルドビオウロン酸からアルドヘキサオウロン酸等を生成する。キシラナーゼは、キシランの主鎖をランダムに分解するエンド型と、キシランの主鎖を端から切断するエキソ型とに分類することが可能である。エキソ型キシラナーゼは、キシランの主鎖を特定の重合度のオリゴ糖単位で切断するため、分解産物として特定の構造を有するキシロオリゴ糖のみを特異的に生成させる。   In general, an enzyme that decomposes a xylan main chain into a xylo-oligosaccharide is called a xylanase. Xylanase is widely recognized in the microbial community. Many xylanases act on hardwood xylan to produce mainly oligoxylose from xylobiose, aldohexauronic acid from aldobiouronic acid, and the like. Xylanases can be classified into an endo type that randomly decomposes the main chain of xylan and an exo type that cleaves the main chain of xylan from the end. Since the exo-type xylanase cleaves the main chain of xylan with an oligosaccharide unit having a specific degree of polymerization, only xylo-oligosaccharide having a specific structure is specifically generated as a degradation product.

キシラナーゼを含むグリコシル加水分解酵素は、立体構造及びアミノ酸配列の疎水性クラスター解析に基づいて、97ファミリーに分類されている。キシラナーゼのほとんどは10種のファミリーに跨って分類され、そのほとんどはファミリー10及びファミリー11に分類されている。一般に、ファミリー10は、高い分子量(>30kDa)と低い等電点(pI)の酸性タンパク質とにより特徴づけられる。ファミリー10は、(β/α)バレル構造からなる基本構造を有するとともに、二次構造の約40%をαへリックスで占有されている。 Glycosyl hydrolases, including xylanases, are classified into the 97 family based on conformational and hydrophobic cluster analysis of amino acid sequences. Most of the xylanases are classified across 10 families, most of which are classified into families 10 and 11. In general, family 10 is characterized by high molecular weight (> 30 kDa) and low isoelectric point (pI) acidic proteins. Family 10 has a basic structure consisting of a (β / α) 8 barrel structure, and about 40% of the secondary structure is occupied by an α helix.

例えば非特許文献1〜3には、アエロモナス・パンクタータ(Aeromonas punctata、従来名;アエロモナス・カビエ)ME−1株由来のキシラナーゼであるキシラナーゼX(XynX)について報告されている。キシラナーゼXは、分子量38kDaの単量体からなり、50℃の至適温度、至適pH8.0のタンパク質である。これらの報告によれば、キシラナーゼXは、バーチウッドキシランから、キシロビオース(D−キシロースのダイマー)及びキシロテトラオース(D−キシロースのテトラマー)を生成させる。また、キシラナーゼXは、細胞内局在型キシラナーゼであるが、浸透圧の低下ショックにより細胞質内からペリプラズムへと放出されることも報告されている。さらに、キシラナーゼXは、X線結晶構造解析より、グリコシル加水分解酵素のファミリー10に属することも確認されている。
臼井、外3名、「アエロモナス・カビエME−1株のエキソ−キシラナーゼの有力候補であるキシラナーゼXが、キシランから専らキシロビオース及びキシロテトラオースを生成する( XynX, a possible exo-xylanase of Aeromonas caviae ME-1 that produces exclusively xylobiose and xylotetraose from xylan. )」、Biosci.Biotechnol.Biochem.,63(8)、1346−1352(1999) 臼井、外3名、「アエロモナス・カビエME−1株の細胞内局在型キシラナーゼ(キシラナーゼX)が、浸透圧の低下ショックにより細胞質内からペリプラズムへとリリースされる( A cytoplasmic xylanase ( XynX ) of Aeromonas caviae ME-1 is released from the cytoplasm to the periplasm by osmotic downshock. )」、J.Biosci.Bioeng.,95,488−495(2003) 藤本、外5名、「アエロモナス・パンクタータME−1株由来のファミリー10キシラナーゼであるキシラナーゼXの結晶化及び予備的なX線による結晶学的研究( Crystallization and preliminary X-ray crystallographic studies of XynX, a family 10 xylanase from Aeromonas punctata ME-1. )」、Acta Crystallographica Section F,61,255−256(2005)
For example, Non-Patent Documents 1 to 3 report xylanase X (XynX), which is a xylanase derived from Aeromonas punctata (conventional name: Aeromonas cabie) ME-1. Xylanase X is a protein having a molecular weight of 38 kDa and having an optimum temperature of 50 ° C. and an optimum pH of 8.0. According to these reports, xylanase X produces xylobiose (a dimer of D-xylose) and xylotetraose (a tetramer of D-xylose) from birchwood xylan. Moreover, although xylanase X is an intracellular localization type xylanase, it is also reported that it is released from the cytoplasm into the periplasm by a shock of lowering osmotic pressure. Furthermore, xylanase X has been confirmed to belong to family 10 of glycosyl hydrolases by X-ray crystal structure analysis.
Usui, and three others, “Xylanase X, a possible exo-xylanase of Aeromonas caviae ME, produces xylobiose and xylotetraose exclusively from xylan. -1 that produces exclusively xylobiose and xylotetraose from xylan.) ", Biosci. Biotechnol. Biochem. , 63 (8), 1346-1352 (1999) Usui, 3 others, “Aeroplasmas xylanase (XynX) of intracellularly localized xylanase (xylanase X) in the strain of ME-1 is released from the cytoplasm into the periplasm by osmotic pressure shock (A cytoplasmic xylanase (XynX) of) Aeromonas caviae ME-1 is released from the cytoplasm to the periplasm by osmotic downshock. Biosci. Bioeng. , 95, 488-495 (2003) Fujimoto, 5 others, “Crystallization and preliminary X-ray crystallographic studies of XynX, a. Crystallization and preliminary X-ray crystallographic studies of XynX, a family 10 xylanase from Aeromonas punctata ME-1.) ", Acta Crystallographica Section F, 61, 255-256 (2005)

本発明者らは、非特許文献1において、キシラナーゼXが、バーチウッドキシランからキシロビオース及びキシロテトラオースを生成させたことを報告したが、その後の鋭意研究の結果、キシラナーゼXに特定の構造を有するキシロオリゴ糖を生成させる作用があることを見出した。そして、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。本発明の目的とするところは、特定の構造を有するキシロオリゴ糖を容易に製造することができるキシロオリゴ糖の製造方法を提供することにある。   In the non-patent document 1, the present inventors have reported that xylanase X has produced xylobiose and xylotetraose from birchwood xylan. As a result of earnest studies, xylanase X has a specific structure. It has been found that there is an action of generating xylooligosaccharides. And based on these knowledge, it came to complete this invention. An object of the present invention is to provide a method for producing a xylooligosaccharide capable of easily producing a xylooligosaccharide having a specific structure.

上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、キシロオリゴ糖を製造する方法であって、該方法は、キシラン誘導体をエキソ型キシラナーゼで分解する分解工程を備え、前記キシラン誘導体は、β1,4−キシランよりなる主鎖に側鎖が結合してなる構造を有することを要旨とする。   In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a method for producing a xylooligosaccharide, which comprises a decomposition step of decomposing a xylan derivative with an exo-type xylanase, The main point is to have a structure in which a side chain is bonded to a main chain composed of β1,4-xylan.

請求項2に記載のキシロオリゴ糖の製造方法は、請求項1に記載の発明において、前記エキソ型キシラナーゼは、グリコシル加水分解酵素のファミリー10に属し、かつN末端から7番目のβシート−αへリックス間に13以上のアミノ酸残基よりなるループ構造を有する(β/α)バレル構造を形成していることを要旨とする。 The method for producing xylo-oligosaccharide according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the exo-type xylanase belongs to family 10 of glycosyl hydrolase and is from the N-terminal to the seventh β-sheet-α. The gist is that a (β / α) 8- barrel structure having a loop structure composed of 13 or more amino acid residues is formed between the ribs.

請求項3に記載のキシロオリゴ糖の製造方法は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記エキソ型キシラナーゼは、メチルグルクロノキシランを基質として反応させると、キシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースを生成させる酵素活性を有することを要旨とする。   The method for producing xylo-oligosaccharides according to claim 3 is the method according to claim 1 or 2, wherein the exo-type xylanase reacts with methylglucuronoxylan as a substrate to produce xylobiose and 4-O-methyl. The gist is to have an enzyme activity that produces glucuronic acid-α1,2-xylotriose.

請求項4に記載のキシロオリゴ糖の製造方法は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発明において、前記エキソ型キシラナーゼは、アエロモナス・パンクタータME−1株(特許微生物寄託センター受領番号:NITE AP−127)由来のキシラナーゼXであることを要旨とする。   The method for producing xylo-oligosaccharide according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the exo-type xylanase is Aeromonas pantata ME-1 strain (received by the Patent Microbial Deposit Center). No .: Xylanase X derived from NITE AP-127).

請求項5に記載のキシロオリゴ糖の製造方法は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記キシラン誘導体は、メチルグルクロノキシランであることを要旨とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a xylo-oligosaccharide according to any one of the first to fourth aspects, wherein the xylan derivative is methyl glucuronoxylan.

請求項6に記載のキシロオリゴ糖の製造方法は、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記キシラン誘導体は、4−O−メチルグルクロン酸を前記側鎖として備えることを要旨とする。   The method for producing xylooligosaccharide according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the xylan derivative comprises 4-O-methylglucuronic acid as the side chain. Is the gist.

請求項7に記載のキシロオリゴ糖の製造方法は、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の発明において、当該製造方法はさらに、前記分解工程を経て生成した前記キシロオリゴ糖を分離する工程を備えることを要旨とする。   The xylo-oligosaccharide production method according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the production method further separates the xylo-oligosaccharide produced through the decomposition step. The gist is to provide a process.

本発明によれば、特定の構造を有するキシロオリゴ糖を容易に製造することができるキシロオリゴ糖の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the xylooligosaccharide which can manufacture the xylooligosaccharide which has a specific structure easily can be provided.

以下、本発明のキシロオリゴ糖の製造方法を具体化した一実施形態について説明する。
本実施形態のキシロオリゴ糖の製造方法は、β1,4−キシランよりなる主鎖に側鎖が結合してなるキシラン誘導体を、エキソ型キシラナーゼで分解する分解工程を備える。分解工程では、キシラン誘導体がエキソ型キシラナーゼによってオリゴ糖単位で端から順番に切り出される。このため、本実施形態のキシロオリゴ糖の製造方法では、前記側鎖の種類や結合位置等に依存した特定の構造を有するキシロオリゴ糖が製造される。
Hereinafter, an embodiment embodying the production method of the xylooligosaccharide of the present invention will be described.
The method for producing xylo-oligosaccharide of the present embodiment includes a decomposition step of decomposing a xylan derivative having a side chain bonded to a main chain composed of β1,4-xylan with an exo-type xylanase. In the decomposition step, the xylan derivative is cut out sequentially from the end in oligosaccharide units by exo-type xylanase. For this reason, in the manufacturing method of the xylooligosaccharide of this embodiment, the xylooligosaccharide which has a specific structure depending on the kind of said side chain, a coupling | bonding position, etc. is manufactured.

本実施形態の製造方法で用いられるキシラン誘導体は、具体的には、D−キシロース残基の直鎖状重合体であるβ1,4−キシランからなる主鎖に、L−アラビノフラノース残基、D−グルクロン酸残基、4−O−メチルグルクロン酸残基等の側鎖を結合させた構造を有する。このようなキシラン誘導体としては、例えば、アラビノキシラン、グルクロノキシラン、アラビノグルクロノキシラン、メチルグルクロノキシラン等が挙げられる。なお、キシラン誘導体としては、上述した側鎖以外にも、フルクトース等を始めとしてあらゆる種類の側鎖を備えたものが使用可能である。   Specifically, the xylan derivative used in the production method of the present embodiment has a main chain composed of β1,4-xylan, which is a linear polymer of D-xylose residues, an L-arabinofuranosyl residue, It has a structure in which side chains such as D-glucuronic acid residue and 4-O-methylglucuronic acid residue are bonded. Examples of such xylan derivatives include arabinoxylan, glucuronoxylan, arabinoglucuronoxylan, and methylglucuronoxylan. In addition, as a xylan derivative, what was equipped with all kinds of side chains other than the side chain mentioned above including fructose etc. can be used.

例えば、本実施形態の製造方法において、メチルグルクロノキシランのような4−O−メチルグルクロン酸を側鎖として備えるキシラン誘導体を用いる場合、製造されるキシロオリゴ糖には、アルドトリオウロン酸(4−O−メチルグルクロニルキシロビオース)、アルドテトラオウロン酸(4−O−メチルグルクロニルキシロトリオース)、アルドヘキサオウロン酸(4−O−メチルグルクロニルキシロペントース)等のアルドオリゴオウロン酸が含まれる。このようなアルドオリゴオウロン酸を製造可能なキシラン誘導体としては、バーチウッドキシラン(白樺キシラン)が特に好適に使用される。   For example, in the production method of the present embodiment, when a xylan derivative having 4-O-methylglucuronic acid as a side chain, such as methylglucuronoxylan, is used, the xylo-oligosaccharide to be produced includes aldtriouronic acid (4- Aldooligos such as O-methylglucuronylxylobiose), aldotetrauronic acid (4-O-methylglucuronylxylotriose), aldohexauronic acid (4-O-methylglucuronylxylopentose), etc. Contains uronic acid. Birchwood xylan (white xylan) is particularly preferably used as the xylan derivative capable of producing such aldo-oligouronic acid.

本実施形態の製造方法で用いられるエキソ型キシラナーゼは、グリコシル加水分解酵素のファミリー10に属し、かつN末端から7番目のβシート−αへリックス間に通常より長いループ構造(所謂、ループ7)を有する(β/α)バレル構造を形成しているという構造上の特徴を有する。また、同エキソ型キシラナーゼは、メチルグルクロノキシランを基質として反応させると、キシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースを生成させる酵素活性を有するという機能上の特徴を有する。即ち、本実施形態のエキソ型キシラナーゼは、上述した構造上の特徴及び機能上の特徴のうちの少なくとも一方、好ましくは両方の特徴を有するものである。このようなキシラナーゼは、キシランの主鎖を特定の重合度のオリゴ糖単位で切断するエキソ型であるため、分解工程で特定の構造を有するキシロオリゴ糖のみを特異的に生成させる。 The exo-xylanase used in the production method of the present embodiment belongs to the glycosyl hydrolase family 10 and has a loop structure longer than usual between the seventh β sheet-α helix from the N-terminus (so-called loop 7). (Β / α) has a structural feature of forming an 8- barrel structure. Further, the exo-type xylanase has a functional characteristic that it has an enzymatic activity to produce xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose when reacted with methylglucuronoxylan as a substrate. . That is, the exo-type xylanase of the present embodiment has at least one of the above-mentioned structural characteristics and functional characteristics, preferably both characteristics. Since such a xylanase is an exo type that cleaves the main chain of xylan with an oligosaccharide unit having a specific degree of polymerization, only a xylo-oligosaccharide having a specific structure is specifically generated in the decomposition step.

このようなエキソ型キシラナーゼとしては、アエロモナス・パンクタータME−1株(特許微生物寄託センター受領番号:NITE AP−127)由来のキシラナーゼX(XynX)、ゲオバチルス・ステアロサーモフィルス(Geobacillus stearothermophilus)由来の細胞内キシラナーゼ(1N82A)、バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus)由来のキシラナーゼT6(1HIZA)等が挙げられる。XynXは、配列番号1で表される塩基配列からなる遺伝子によってコードされ、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質であり、図2に模式的に示す立体構造を有している。なお、XynXについては、非特許文献1〜3に詳細な記載がなされている。1N82Aは、配列番号3で表される塩基配列からなる遺伝子によってコードされ、配列番号4で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質である。1HIZAは、配列番号5で表される塩基配列からなる遺伝子によってコードされ、配列番号6で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質である。   Examples of such exo-type xylanases include cells derived from Aeromonas pantata ME-1 strain (patent microorganism deposit center receipt number: NITE AP-127), xylanase X (XynX), and Geobacillus stearothermophilus. Examples thereof include xylanase (1N82A) and xylanase T6 (1HIZA) derived from Bacillus stearothermophilus. XynX is a protein consisting of an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 encoded by a gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, and has a three-dimensional structure schematically shown in FIG. XynX is described in detail in Non-Patent Documents 1 to 3. 1N82A is a protein encoded by a gene consisting of a base sequence represented by SEQ ID NO: 3 and consisting of an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4. 1HIZA is a protein consisting of an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 and encoded by a gene consisting of a base sequence represented by SEQ ID NO: 5.

エキソ型キシラナーゼの構造上の特徴において、前記(β/α)バレル構造は、図2に模式的に示すように、βシート−αへリックスからなる繰り返し構造を8個備えたバレル形状をなす立体構造である。このバレル構造は、糖加水分解酵素に多く見られるものであり、該酵素の触媒活性の中心を担う触媒ドメインを形成する。ループ7は、エキソ型キシラナーゼのN末端から7番目のβシートと、7番目のαへリックスとの間に存在するループ構造である。なお、前記通常より長いループ構造とは、ループ7の場合、13以上のアミノ酸残基よりなることを意味する。ちなみに、本実施形態のエキソ型キシラナーゼのループ7は、19〜20のアミノ酸残基よりなる(図1参照)。ちなみに、図1は、上記各エキソ型キシラナーゼのアミノ酸配列を容易に比較できるように並べて示した図であり、同図にはループ7に相当する位置も示されている。 In the structural characteristics of exo-type xylanase, the (β / α) 8 barrel structure has a barrel shape with eight repeating structures composed of β sheet-α helices, as schematically shown in FIG. It is a three-dimensional structure. This barrel structure is often found in sugar hydrolase and forms a catalytic domain that plays a central role in the catalytic activity of the enzyme. Loop 7 is a loop structure existing between the seventh β sheet from the N-terminal of the exo-type xylanase and the seventh α helix. In addition, in the case of the loop 7, the loop structure longer than the usual means that it consists of 13 or more amino acid residues. Incidentally, the loop 7 of the exo-type xylanase of this embodiment consists of 19 to 20 amino acid residues (see FIG. 1). Incidentally, FIG. 1 is a diagram in which the amino acid sequences of the exo-type xylanases are arranged side by side so that they can be easily compared, and the position corresponding to the loop 7 is also shown in the same drawing.

エキソ型キシラナーゼの機能上の特徴において、これらのエキソ型キシラナーゼはいずれも、メチルグルクロノキシランを基質として反応させると、キシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースを生成させる酵素活性を有しており、場合によってはその他のキシロオリゴ糖を生成させることもある。ちなみに、XynXは、メチルグルクロノキシランを基質として反応させると、キシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースのみを生成させる。   In the functional characteristics of exo-type xylanases, these exo-xylanases all generate xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose when reacted with methylglucuronoxylan as a substrate. It has enzymatic activity and may produce other xylo-oligosaccharides in some cases. Incidentally, XynX produces only xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose when reacted with methylglucuronoxylan as a substrate.

本実施形態の製造方法により製造されるキシロオリゴ糖としては、2〜7個程度のキシロースをβ1,4−グリコシド結合にて直鎖状に結合させた主鎖のみからなるもの、又は該主鎖に側鎖が結合したものが挙げられる。主鎖のみからなるキシロオリゴ糖としては、キシロビオース(X2)、キシロトリオース(X3)、キシロテトラオース(X4)、キシロペントース(X5)、キシロヘキサオース(X6)又はキシロヘプタオース(X7)が挙げられる。側鎖を有するキシロオリゴ糖としては、前記X2〜X7を構成する糖にキシロース以外の単糖又はオリゴ糖が結合したものが挙げられる。前記側鎖は、キシラン誘導体に由来する側鎖であり、具体的には、L−アラビノフラノース残基、D−グルクロン酸残基、4−O−メチルグルクロン酸残基等である。   As the xylooligosaccharides produced by the production method of the present embodiment, those consisting of only a main chain in which about 2 to 7 xyloses are linearly bonded by β1,4-glycoside bonds, or the main chain The thing which the side chain couple | bonded is mentioned. Examples of the xylo-oligosaccharide consisting only of the main chain include xylobiose (X2), xylotriose (X3), xylotetraose (X4), xylopentose (X5), xylohexaose (X6) or xyloheptaose (X7). It is done. Examples of the xylo-oligosaccharide having a side chain include those in which a monosaccharide or oligosaccharide other than xylose is bound to the sugar constituting X2 to X7. The side chain is a side chain derived from a xylan derivative, and specifically includes an L-arabinofuranose residue, a D-glucuronic acid residue, a 4-O-methylglucuronic acid residue, and the like.

これらのキシロオリゴ糖は、ビフィズス菌のような腸内有用菌(所謂善玉菌)の栄養源となり、所謂腸内悪玉菌の栄養源とはなり得ないため、善玉菌の増殖を選択的に高めて高い整腸作用を発揮する。また、これらのキシロオリゴ糖は、ミュータンス菌のような虫歯菌の栄養源にならないため、虫歯予防効果を有する甘味料としても利用可能である。さらに、これらのキシロオリゴ糖は、免疫賦活作用も発揮し得る。例えば、キシロオリゴ糖としてのX2は、ビフィズス菌に対する増殖作用を有することが報告されている。X2は、化1に示すように、2個のD−キシロース残基をβ1→4結合にて結合させた構造を有するが、ビフィズス菌等の腸内有用菌は、前記β1→4結合を切断する酵素を備えており、切断後のD−キシロースを分解して資化することができる。   These xylooligosaccharides can be a nutrient source for useful enteric bacteria such as bifidobacteria (so-called good bacteria) and cannot be a nutrient source for so-called enteric bacteria. Highly effective intestinal regulation. In addition, since these xylooligosaccharides do not serve as a nutrient source for caries fungi such as mutans, they can also be used as sweeteners having a caries-preventing effect. Furthermore, these xylooligosaccharides can also exert an immunostimulatory effect. For example, X2 as a xylo-oligosaccharide has been reported to have a proliferative action against bifidobacteria. X2 has a structure in which two D-xylose residues are linked by β1 → 4 bond as shown in Chemical Formula 1, but useful enteric bacteria such as bifidobacteria cleave the β1 → 4 bond. It is possible to decompose and assimilate the cleaved D-xylose.

また、キシロオリゴ糖としての4−O−メチルグルクロン酸1−α1,2−キシロトリオースは、化2に示すように、3個のD−キシロース残基をβ1→4結合にて直鎖状に結合させたキシロトリオース残基と、該キシロトリオース残基の端に位置するD−キシロース残基にα1→2結合にて結合した4−O−メチルグルクロン酸残基とよりなる。腸内有用菌の中には、D−キシロース残基間のβ1→4結合を切断する酵素と、D−キシロース残基及び4−O−メチルグルクロン酸残基間のα1→2結合を切断する酵素とを備えたものが知られている。 In addition, 4-O-methylglucuronic acid 1-α1,2-xylotriose as a xylooligosaccharide is linearly linked with three D-xylose residues by β1 → 4 bonds as shown in Chemical Formula 2. It consists of a bonded xylotriose residue and a 4-O-methylglucuronic acid residue bonded to the D-xylose residue located at the end of the xylotriose residue by an α1 → 2 bond. Among useful enteric bacteria, an enzyme that cleaves β1 → 4 bond between D-xylose residues and a1 → 2 bond between D-xylose residues and 4-O-methylglucuronic acid residues. What is provided with an enzyme is known.

本実施形態の製造方法はさらに、前記分解工程を経て生成した複数種類のキシロオリゴ糖を分離する分離工程を備えることが好ましい。分離工程では、構造の異なるキシロオリゴ糖をそれぞれ互いに分離可能な公知の分離法が利用される。即ち、この分離工程では、分解工程によって得られた複数種類のキシロオリゴ糖が各種のキシロオリゴ糖に区分(単離)されるのである。 The production method of the present embodiment preferably further includes a separation step of separating a plurality of types of xylo-oligosaccharides produced through the decomposition step. In the separation step, a known separation method capable of separating xylo-oligosaccharides having different structures from each other is used. That is, in this separation step, a plurality of types of xylo-oligosaccharides obtained in the decomposition step are classified (isolated) into various xylo-oligosaccharides.

このような分離法としては、ゲルろ過クロマトグラフィー、陽イオン交換樹脂(Na型、Ca型、K型、H型等)又は陰イオン交換樹脂(Cl型、OH型等)を担体として用いたイオン交換クロマトグラフィー、レクチンや抗体等を担体に結合させてなるアフィニティークロマトグラフィー、活性炭、シリカゲル、オクタデシルシリル基(ODS)を備えた樹脂やゲル等を担体として用いたクロマトグラフィーが適宜選択して利用される。なお、上述したクロマトグラフィーの代わりに同様の担体を用いたバッチ式の分離方法も実施可能である。また、分離法としては、固定床方式(ワンパス方式)、連続方式(疑似移動床方式)又は半連続方式(固定床方式と連続方式の組み合わせ)による分離装置を用いる方法、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、電気透析膜等を用いて脱塩する方法、限外ろ過、メンブランろ過、珪藻土(あるいはハイフロスーパーセル)ろ過、逆浸透膜ろ過等によるろ過、冷却結晶化法又は煎糖法による結晶化、公知のイースト処理、その他、活性炭又は陰イオン交換樹脂を用いた脱色等が適宜選択されて採用される。   Such separation methods include gel filtration chromatography, cation exchange resins (Na type, Ca type, K type, H type, etc.) or ions using anion exchange resins (Cl type, OH type, etc.) as carriers. Exchange chromatography, affinity chromatography in which lectin or antibody is bound to a carrier, activated carbon, silica gel, chromatography using octadecylsilyl group (ODS) resin or gel, etc. are appropriately selected and used. The A batch-type separation method using the same carrier instead of the chromatography described above can also be carried out. Separation methods include fixed bed method (one-pass method), continuous method (pseudo moving bed method) or semi-continuous method (a combination of fixed bed method and continuous method), cation exchange resin, anion Desalination using ion exchange resin, electrodialysis membrane, etc., ultrafiltration, membrane filtration, diatomaceous earth (or hyflosupercell) filtration, filtration by reverse osmosis membrane filtration, etc., crystallization by cooling crystallization method or sucrose method , Known yeast treatment, decolorization using activated carbon or anion exchange resin, etc. are appropriately selected and employed.

なお、X2〜X7のような電荷を有さないキシロオリゴ糖と、4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースのような正電荷を有するキシロオリゴ糖とを分離する場合には、陰イオン交換クロマトグラフィーを利用することが最も簡便かつ有効である。ちなみに、本実施形態の製造方法で製造されるキシロオリゴ糖とは、複数種類のキシロオリゴ糖の混合物、及び単一の種類のキシロオリゴ糖のいずれであってもよい。   When separating a xylo-oligosaccharide having no charge such as X2 to X7 and a xylo-oligosaccharide having a positive charge such as 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose, the negative It is most convenient and effective to use ion exchange chromatography. Incidentally, the xylooligosaccharide produced by the production method of the present embodiment may be a mixture of a plurality of types of xylooligosaccharides or a single type of xylooligosaccharide.

前記実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
(1) 本実施形態のキシロオリゴ糖の製造方法では、エキソ型キシラナーゼが用いられる。エンド型のキシラナーゼは、一般に、キシロビオース、キシロトリオース、キシロテトラオースのような重合度の連続したキシロオリゴ糖を生成させる性質を有するが、本実施形態のエキソ型キシラナーゼは、不連続な重合度を有し、かつ特定の構造を有するキシロオリゴ糖を生成させるという極めてユニークな性質を有している。このため、本実施形態のエキソ型キシラナーゼを用いて、特定の構造を有するキシラン誘導体を加水分解することにより、該キシラン誘導体の側鎖の構造に依存した特定の構造を有するキシロオリゴ糖を容易に得ることができる。
The effects exhibited by the embodiment will be described below.
(1) In the method for producing xylooligosaccharide of the present embodiment, exo-type xylanase is used. The endo-type xylanase generally has a property of generating a continuous xylo-oligosaccharide having a polymerization degree such as xylobiose, xylotriose, and xylotetraose. However, the exo-type xylanase of this embodiment has a discontinuous polymerization degree. It has a very unique property of producing a xylo-oligosaccharide having a specific structure. Therefore, by using the exo-xylanase of the present embodiment to hydrolyze a xylan derivative having a specific structure, a xylo-oligosaccharide having a specific structure depending on the structure of the side chain of the xylan derivative is easily obtained. be able to.

(2) 本実施形態のキシロオリゴ糖の製造方法では、グリコシル加水分解酵素のファミリー10に属し、かつ13以上のアミノ酸残基よりなるループ7を有する(β/α)バレル構造を形成するという構造上の特徴を備えたエキソ型キシラナーゼが用いられる。また、本実施形態のキシロオリゴ糖の製造方法では、メチルグルクロノキシランを基質として反応させると、キシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースを生成させる酵素活性を有するという機能上の特徴を有するエキソ型キシラナーゼが用いられる。なお、本実施形態のエキソ型キシラナーゼは、前記構造上の特徴及び機能上の特徴のうちの少なくとも一方の特徴を有していればよい。即ち、本実施形態では、前記構造上の特徴を有さずに機能上の特徴のみを有するもの、又は前記機能上の特徴を有さずに構造上の特徴のみを有しているものであっても構わない。このようなキシラナーゼを用いる場合、上記(1)と同様に、特定の構造を有するキシロオリゴ糖を容易に得ることができる。特に、本実施形態の製造方法のように、4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースのような特異な構造を有するキシロオリゴ糖を大量かつ安価に製造することが可能な技術は重要である。 (2) In the method for producing xylooligosaccharides of this embodiment, a structure that belongs to the glycosyl hydrolase family 10 and has a (β / α) 8- barrel structure having a loop 7 composed of 13 or more amino acid residues. An exo-xylanase with the above characteristics is used. Further, in the method for producing xylo-oligosaccharide of the present embodiment, the function of having an enzyme activity to produce xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose when methylglucuronoxylan is reacted as a substrate. An exo-xylanase having the above characteristics is used. The exo-type xylanase of the present embodiment only needs to have at least one of the structural characteristics and functional characteristics. That is, in the present embodiment, there is only a functional feature without the structural feature, or only a structural feature without the functional feature. It doesn't matter. When such a xylanase is used, a xylo-oligosaccharide having a specific structure can be easily obtained as in (1) above. In particular, as in the production method of the present embodiment, a technique capable of producing a large amount and low cost of a xylooligosaccharide having a specific structure such as 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose is provided. is important.

(3) 本実施形態のキシロオリゴ糖の製造方法では、分解工程を経て生成した複数種類のキシロオリゴ糖を分離する分離工程を備えているため、特定の構造を有する有用なキシロオリゴ糖を容易に単離することができる。特に、分離工程で陰イオン交換クロマトグラフィーを用いる場合には、4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースのような特異な構造を有するキシロオリゴ糖を極めて容易に単離することができて便利である。   (3) The method for producing xylo-oligosaccharides of this embodiment includes a separation step for separating a plurality of types of xylo-oligosaccharides produced through the decomposition step, so that useful xylo-oligosaccharides having a specific structure can be easily isolated. can do. In particular, when anion exchange chromatography is used in the separation step, xylooligosaccharides having a specific structure such as 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose can be isolated very easily. It is possible and convenient.

(4) 本実施形態のエキソ型キシラナーゼは、キシラン誘導体を複数のキシロオリゴ糖に分解する。例えば、アエロモナス・パンクタータME−1株由来のキシラナーゼXは、白樺由来のキシランをキシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースの二つのキシロオリゴ糖に分解する。この場合、本実施形態では、分解工程によって生成された前記複数のキシロオリゴ糖をイオン交換クロマトグラフィーで分離する分離工程をさらに実施することにより、キシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースにそれぞれ区分することが可能である。これにより、キシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースをそれぞれ高純度で大量に製造することが可能となる。ちなみに、本実施形態のキシロオリゴ糖の製造方法は、キシロビオースのみを製造する場合に適用することが可能であるうえ、4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースのみを製造する場合に適用することも可能である。   (4) The exo-xylanase of this embodiment decomposes a xylan derivative into a plurality of xylo-oligosaccharides. For example, xylanase X derived from Aeromonas pantata ME-1 strain decomposes xylan derived from birch into two xylo-oligosaccharides of xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose. In this case, in this embodiment, by further performing a separation step of separating the plurality of xylo-oligosaccharides produced by the decomposition step by ion exchange chromatography, xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid-α1,2- Each can be divided into xylotriose. As a result, xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose can be produced in large quantities with high purity. Incidentally, the method for producing xylo-oligosaccharide of the present embodiment can be applied to the production of only xylobiose, and also can produce only 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose. It is also possible to apply.

<XynXの粗酵素溶液の調製>
非特許文献1の方法にて、配列番号1で表される塩基配列からなるxynX遺伝子がインサートされてなるプラスミドpXOL1(3.7kbp)を作製した後、大腸菌組換え体JM109/pXOL1を非特許文献1の方法で作製した。なお、pXOL1は、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センターに受領番号:NITE AP−126にて寄託されている。次に、該組換え体を非特許文献1の方法で前培養(100μg/mlアンピシリン含有LB培地5ml、37℃、12時間、120rpmの振盪培養)及び本培養(100μg/mlアンピシリン、0.1mMのIPTG含有LB培地100ml、37℃、5時間、120rpmの振盪培養)した。続いて、本培養後の培養液を6000×gで10分間遠心することにより、組換え体を集菌した。集菌後の組換え体を水100mlで洗浄した後、フレンチプレス(大岳製作所)で超音波破砕することにより、XynXの粗酵素溶液を得た。
<Preparation of crude enzyme solution of XynX>
After preparing the plasmid pXOL1 (3.7 kbp) in which the xynX gene consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 is inserted by the method of Non-Patent Document 1, the E. coli recombinant JM109 / pXOL1 is 1 was used. In addition, pXOL1 is deposited with the receipt number: NITE AP-126 at the Patent Microorganism Deposit Center, National Institute of Technology and Evaluation. Next, the recombinant was precultured by the method of Non-Patent Document 1 (LB medium containing 100 μg / ml ampicillin 5 ml, 37 ° C., 12 hours, 120 rpm shaking culture) and main culture (100 μg / ml ampicillin, 0.1 mM). Of IPTG-containing LB medium at 37 ° C. for 5 hours at 120 rpm with shaking). Subsequently, the recombinant was harvested by centrifuging the culture solution after the main culture at 6000 × g for 10 minutes. The recombinant after collection was washed with 100 ml of water and then ultrasonically crushed with a French press (Otake Co., Ltd.) to obtain a crude enzyme solution of XynX.

<バーチウッドキシランの加水分解産物の検討1>
XynXの粗酵素溶液によるキシランの加水分解産物を調べるために、0.5%バーチウッドキシラン(SIGMA)及び0.02%ナトリウムアザイド含有50mMリン酸緩衝液(pH6.8)に、XynXの粗酵素溶液を等量加えて37℃で12時間又は24時間反応させた。反応終了後、100℃で5分間煮沸して酵素を失活させた後、未分解キシランなどの不要物を取り除くため、12000rpmで5分間遠心した。遠心後の上清を回収し、遠心エバポレーターで凍結乾燥させた。乾燥後の加水分解産物をメタノール40μlに溶解させた後、再度不要物を取り除くために12000rpmで5分間遠心した。遠心後の各上清を用いて薄層クロマトグラフィー(TLC)を行った。
<Examination of Birchwood Xylan Hydrolyzate 1>
In order to examine the hydrolysis product of xylan by a crude enzyme solution of XynX, a crude solution of XynX was added to 50 mM phosphate buffer (pH 6.8) containing 0.5% birchwood xylan (SIGMA) and 0.02% sodium azide. An equal amount of the enzyme solution was added and reacted at 37 ° C. for 12 hours or 24 hours. After completion of the reaction, the enzyme was inactivated by boiling at 100 ° C. for 5 minutes, and then centrifuged at 12000 rpm for 5 minutes in order to remove unnecessary substances such as undegraded xylan. The supernatant after centrifugation was collected and lyophilized with a centrifugal evaporator. The hydrolyzate after drying was dissolved in 40 μl of methanol, and then centrifuged again at 12000 rpm for 5 minutes in order to remove unnecessary substances. Thin layer chromatography (TLC) was performed using each supernatant after centrifugation.

TLCの実施は、まず、TLCプレート(TLC aluminium sheets Silica gel 60F(MERCK))に上清10μlずつをスポットした後、クロロホルム:酢酸:水=5:7:1の展開溶媒1にて展開させた。展開後のTLCプレートを十分に乾燥させた後、硫酸:メタノール=1:1の発色試薬1をTLCプレートに噴霧し、ホットプレート上で加熱することにより、展開後の加水分解産物を可視化させた。結果を図3(a)に示す。   To perform TLC, first, 10 μl of the supernatant was spotted on a TLC plate (TLC aluminum sheets Silica gel 60F (MERCK)), and then developed with a developing solvent 1 of chloroform: acetic acid: water = 5: 7: 1. . After the developed TLC plate was sufficiently dried, the coloring reagent 1 of sulfuric acid: methanol = 1: 1 was sprayed onto the TLC plate and heated on the hot plate to visualize the developed hydrolyzate. . The results are shown in FIG.

図3(a)のレーン1にはX1、X2、X3及びX4を混合したスタンダードキシロオリゴ糖マーカーが展開され、レーン2には12時間反応させたときの加水分解産物が展開され、レーン3には24時間反応させたときの加水分解産物が展開されている。図3(a)より、XynXは、バーチウッドキシランからキシロビオース(以下、プロダクトAと記載する)及びキシロテトラオース(以下、プロダクトBと記載する)のみを特異的に生成させることが確認された。通常、エンド型のキシラナーゼは、キシロビオース、キシロトリオース、キシロテトラオースのような重合度の連続したキシロオリゴ糖を生成させるため、XynXのキシラナーゼ活性は非常にユニークである。   In FIG. 3 (a), lane 1 is a standard xylo-oligosaccharide marker that is a mixture of X1, X2, X3, and X4. In lane 2, a hydrolyzate after reaction for 12 hours is developed. The hydrolyzate when reacted for 24 hours is developed. From FIG. 3 (a), it was confirmed that XynX specifically produces only xylobiose (hereinafter referred to as product A) and xylobitetraose (hereinafter referred to as product B) from birchwood xylan. In general, endo-type xylanases produce xylo-oligosaccharides having a continuous polymerization degree such as xylobiose, xylotriose, and xylotetraose, and thus XynX xylanase activity is very unique.

<XynX分離標品(精製標品)の調製>
上記プラスミドpXOL1にインサートされているxynX遺伝子をXbaI及びHindIIIにて切り出した後、pTTQ18ベクターにサブクローニングすることにより、tacプロモーター及びlacIqの制御下で発現するプラスミドpXLIQ1(5.6kbp)を構築した。なお、pXLIQ1は、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許微生物寄託センターに受領番号:NITE AP−128にて寄託されている。プラスミドpXLIQ1を大腸菌BL21(DE3)に導入して形質転換することにより、大腸菌組換え体BL21(DE3)/pXLIQ1を作製した(非特許文献3参照)。
<Preparation of XynX separation preparation (purified preparation)>
The xynX gene inserted into the plasmid pXOL1 was excised with XbaI and HindIII, and then subcloned into the pTTQ18 vector to construct a plasmid pXLIQ1 (5.6 kbp) that was expressed under the control of the tac promoter and lacIq. In addition, pXLIQ1 is deposited with the receipt number: NITE AP-128 in the Patent Microorganism Deposit Center, National Institute of Technology and Evaluation. Plasmid pXLIQ1 was introduced into E. coli BL21 (DE3) and transformed to produce E. coli recombinant BL21 (DE3) / pXLIQ1 (see Non-Patent Document 3).

次に、該組換え体を非特許文献3の方法にて前培養(100μg/mlアンピシリン含有LB培地5ml、37℃、12時間、120rpmの振盪培養)及び本培養(100μg/mlアンピシリン、0.1mMのIPTG含有LB培地100ml、37℃、120rpmの振盪培養)した。続いて、非特許文献2に記載の浸透圧ショック法を用いて、本培養にて得られた組換え体のペリプラズムからXynXタンパク質を含む粗酵素溶液を回収した。   Next, the recombinant was precultured by the method of Non-Patent Document 3 (5 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin, 37 ° C., 12 hours, shaking culture at 120 rpm) and main culture (100 μg / ml ampicillin, 0. 1 ml IPTG-containing LB medium 100 ml, 37 ° C., shaking culture at 120 rpm). Subsequently, using the osmotic shock method described in Non-Patent Document 2, a crude enzyme solution containing the XynX protein was recovered from the recombinant periplasm obtained in the main culture.

得られた粗酵素溶液を非特許文献3の方法(Hi TrapQ陰イオン交換クロマトグラフィー→(HiPrep Sephacryl HRゲルろ過→POROS HQ陰イオン交換高速液体クロマトグラフィー)により分離した。分離時のキシラナーゼ活性はジニトロサリチル酸(DNS)法にて還元糖を生成させることにより測定し、タンパク質の存在はSDS−PAGEにて確認した。分離条件を以下に示す。   The obtained crude enzyme solution was separated by the method of Non-Patent Document 3 (Hi TrapQ anion exchange chromatography → (HiPrep Sephacryl HR gel filtration → POROS HQ anion exchange high performance liquid chromatography). The xylanase activity at the time of separation was dinitro. The presence of the protein was confirmed by SDS-PAGE as measured by producing a reducing sugar by the salicylic acid (DNS) method.

[Hi Trap Q]
カラム ;Q Sepharose Fast Flow陰イオン交換カラム(Amersham Biosciences)
溶出液 ;緩衝液A=20mMトリス塩酸(pH8.0)
緩衝液B=20mMトリス塩酸(pH8.0)/1M NaCl
グラジエント;緩衝液B濃度 0%→100%(0分→30分)
流速 ;5ml/分
検出波長 ;280nm
カラム温度 ;4℃
分画容量 ;5ml
[Hi Prep26/60]
カラム ;Hi Prep26/60ゲル濾過カラム(Amersham Biosciences)
溶出液 ;20mMトリス塩酸(pH8.0)
流速 ;1ml/分
検出波長 ;280nm
カラム温度 ;4℃
分画容量 ;5ml
[POROS HQ]
カラム ;POROS HQ陰イオン交換カラム(PerSeptive Biosystems)
溶出液 ;緩衝液a=20mMトリス塩酸(pH8.0)
緩衝液b=20mMトリス塩酸(pH8.0)/1M NaCl
グラジエント;緩衝液b濃度 0% ( 0分→ 5分)
0%→ 30%( 5分→15分)
30%→100%(15分→20分)
流速 ;4ml/分
検出波長 ;280nm
カラム温度 ;室温
分画容量 ;1ml
<XynX分離標品のキャラクタライゼーション>
分離後の活性画分を20mMトリス塩酸(pH8.0)に対して透析した。透析後のXynX(以下、XynX分離標品と記載する)は、分子量38kDaの単量体として存在し、50℃の至適温度及び8.0の至適pHを有し、かつ40℃以下の温度で安定なタンパク質であった。また、基質特異性は、バーチウッドキシランに対するキシラナーゼ活性を100%とすると、オートスペルトキシランに対して195%、カルボキシメチルセルロース及び可溶性デンプンに対してはいずれも0%のキシラナーゼ活性を有していた。
[Hi Trap Q]
Column; Q Sepharose Fast Flow anion exchange column (Amersham Biosciences)
Eluent: Buffer A = 20 mM Tris-HCl (pH 8.0)
Buffer B = 20 mM Tris-HCl (pH 8.0) / 1M NaCl
Gradient: Buffer B concentration 0% → 100% (0 min → 30 min)
Flow rate: 5 ml / min Detection wavelength: 280 nm
Column temperature: 4 ° C
Fraction volume: 5 ml
[Hi Prep 26/60]
Column; Hi Prep 26/60 gel filtration column (Amersham Biosciences)
Eluent: 20 mM Tris-HCl (pH 8.0)
Flow rate: 1 ml / min Detection wavelength: 280 nm
Column temperature: 4 ° C
Fraction volume: 5 ml
[POROS HQ]
Column: POROS HQ anion exchange column (PerSeptive Biosystems)
Eluate: Buffer a = 20 mM Tris-HCl (pH 8.0)
Buffer b = 20 mM Tris-HCl (pH 8.0) / 1M NaCl
Gradient: Buffer b concentration 0% (0 min → 5 min)
0% → 30% (5 minutes → 15 minutes)
30% → 100% (15 minutes → 20 minutes)
Flow rate: 4 ml / min Detection wavelength: 280 nm
Column temperature: Room temperature Fraction volume: 1 ml
<Characterization of XynX separation standard>
The active fraction after separation was dialyzed against 20 mM Tris-HCl (pH 8.0). XynX after dialysis (hereinafter referred to as XynX separation preparation) exists as a monomer having a molecular weight of 38 kDa, has an optimum temperature of 50 ° C. and an optimum pH of 8.0, and is 40 ° C. or less. The protein was stable at temperature. Substrate specificity was 195% for autospertoxylan and 0% for carboxymethylcellulose and soluble starch, assuming that the xylanase activity for birchwood xylan was 100%.

XynX分離標品を用いて、プロテインシーケンサーによるアミノ酸配列の決定を行ったところ、配列番号2における2〜333番目のアミノ酸配列からなるタンパク質であることが確認された。また、XynXは、図1に示すように、既知構造のファミリー10エンド型キシラナーゼとの相同性が高く、かつ活性部位のアミノ酸が高い割合で保存されていたことも判明した。   When the amino acid sequence of the XynX isolated sample was determined by a protein sequencer, it was confirmed to be a protein consisting of amino acid sequences 2 to 333 in SEQ ID NO: 2. Further, as shown in FIG. 1, it was also found that XynX has a high homology with family 10 endo-xylanase having a known structure and a high proportion of amino acids in the active site.

次に、得られたアミノ酸配列を利用してホモロジーモデリング法で立体構造予測を行ったところ、(β/α)バレル構造を形成し得ることが示唆されるとともに、通常より長いアミノ酸残基よりなるループ7の存在が示唆された。続いて、X線結晶回析にて立体構造解析を行ったところ、図2に模式的に示す立体構造を形成していることが判明した。なお、図2に示す符号20は、XynXを示す。このXynXにおいて、濃く色付けした螺旋状リボン21はαへリックス、薄く色付けした帯状リボン22はβシート、ハッチングで示す帯状領域はループ7を表している。 Next, when the three-dimensional structure prediction was performed by the homology modeling method using the obtained amino acid sequence, it was suggested that a (β / α) 8- barrel structure could be formed, and a longer amino acid residue than usual. The existence of the following loop 7 was suggested. Subsequently, when a three-dimensional structure analysis was performed by X-ray crystal diffraction, it was found that a three-dimensional structure schematically shown in FIG. 2 was formed. In addition, the code | symbol 20 shown in FIG. 2 shows XynX. In XynX, the spiral ribbon 21 that is darkly colored represents an α helix, the ribbon ribbon 22 that is lightly colored represents a β sheet, and the belt-shaped region indicated by hatching represents a loop 7.

次に、XynXの活性中心の求核触媒残基及び酸塩基触媒残基を決定するために、E133A及びE240A(配列番号2で表されるアミノ酸配列においては、134番目及び241番目のEをそれぞれAに置換したもの)の2種類のアミノ酸置換変異体についてアザイド試験を行った。その結果、E240が求核触媒残基、E133が酸塩基触媒残基であることが判明した(図2参照)。   Next, in order to determine the nucleophilic catalytic residue and the acid-base catalytic residue at the active center of XynX, E133A and E240A (in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, the 134th and 241st E are respectively represented. The azide test was conducted on two types of amino acid substitution mutants (substituted by A). As a result, it was found that E240 is a nucleophilic catalyst residue and E133 is an acid-base catalyst residue (see FIG. 2).

<バーチウッドキシランの加水分解産物の検討2>
XynX分離標品によるキシランの加水分解産物を詳細に調べた。まず、0.5%バーチウッドキシラン含有20mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)に、XynX分離標品を10μg/mlとなるように加え、37℃で12時間反応させた。反応終了後、100℃で5分間煮沸して酵素を失活させた後、未分解キシランなどの不要物を取り除くため、12000rpmで5分間遠心した。遠心後の上清を回収し、遠心エバポレーターで凍結乾燥させた。乾燥後の加水分解産物をメタノールに溶解させた後、再度不要物を取り除くために12000rpmで5分間遠心した。遠心後の上清を回収し、遠心エバポレーターで凍結乾燥させた。
<Examination of birchwood xylan hydrolysis products 2>
The xylan hydrolyzate by the XynX isolated sample was examined in detail. First, the XynX separation sample was added to 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 0.5% birchwood xylan so as to be 10 μg / ml, and reacted at 37 ° C. for 12 hours. After completion of the reaction, the enzyme was inactivated by boiling at 100 ° C. for 5 minutes, and then centrifuged at 12000 rpm for 5 minutes in order to remove unnecessary substances such as undegraded xylan. The supernatant after centrifugation was collected and lyophilized with a centrifugal evaporator. The hydrolyzate after drying was dissolved in methanol, and then centrifuged again at 12000 rpm for 5 minutes to remove unnecessary substances. The supernatant after centrifugation was collected and lyophilized with a centrifugal evaporator.

次に、凍結乾燥後の加水分解産物の一部を用いて、糖の酸加水分解を行った。まず、加水分解産物5mgに0.5M硫酸500mlを加え、105℃で2時間インキュベートし、水酸化ナトリウムで中和した後、凍結乾燥を行った。乾燥後の酸加水分解物をメタノールに溶解させた。   Next, sugar was hydrolyzed using a part of the hydrolyzed product after freeze-drying. First, 500 ml of 0.5 M sulfuric acid was added to 5 mg of the hydrolyzate, incubated at 105 ° C. for 2 hours, neutralized with sodium hydroxide, and then lyophilized. The acid hydrolyzate after drying was dissolved in methanol.

上記凍結乾燥後の加水分解産物の残りと、前記酸加水分解物とを用いて、TLCを行った。TLCの実施は、まず、4枚のTLCプレートに加水分解産物及び酸加水分解物の各サンプル液10μlずつをそれぞれスポットした。2枚のTLCプレートは上記展開溶媒1にて展開し、残り2枚のTLCプレートは1−ブタノール:酢酸:水=2:1:1の展開溶媒2にて展開した。展開後の各TLCプレートを十分に乾燥させた後、展開溶媒1で展開したTLCプレートの1枚、及び展開溶媒2で展開したTLCプレートの1枚に対してそれぞれ発色試薬1を噴霧し、ホットプレート上で加熱した。また、残りのTLCプレートに対して、ジフェニルアミン−アニリン試薬(ジフェニルアミン1g、アニリン1ml、アセトン50ml及び80%リン酸)からなる発色試薬2を噴霧し、ホットプレート上で加熱した。結果を図4及び図5に示す。   TLC was performed using the remaining hydrolyzate after lyophilization and the acid hydrolyzate. For the TLC, first, 10 μl of each sample solution of hydrolyzate and acid hydrolyzate was spotted on four TLC plates. The two TLC plates were developed with the developing solvent 1, and the remaining two TLC plates were developed with developing solvent 2 of 1-butanol: acetic acid: water = 2: 1: 1. After each developed TLC plate is sufficiently dried, the coloring reagent 1 is sprayed on one TLC plate developed with the developing solvent 1 and one TLC plate developed with the developing solvent 2, respectively. Heated on plate. Further, the coloring reagent 2 composed of diphenylamine-aniline reagent (1 g of diphenylamine, 1 ml of aniline, 50 ml of acetone and 80% phosphoric acid) was sprayed on the remaining TLC plate and heated on a hot plate. The results are shown in FIGS.

図4(a)、(b)は、いずれもクロロホルム系の展開溶媒1で展開されたTLCプレートであって、図4(a)は硫酸/メタノールの発色試薬1で可視化させたものであり、図4(b)はジフェニルアミン−アニリン試薬からなる発色試薬2で可視化させたものである。図4(a)、(b)のレーン1には、スタンダードキシロオリゴ糖マーカーが展開され、レーン2には加水分解産物が展開され、レーン3には酸加水分解物が展開され、レーン4〜7にはグルクロン酸、グルコース、フルクトース及びアラビノースがそれぞれ展開されている。図5(a)、(b)は、いずれもブタノール系の展開溶媒2で展開されたTLCプレートであって、図5(a)は発色試薬1で可視化させたものであり、図5(b)は発色試薬2で可視化させたものである。図5(a)、(b)の各レーン1に展開されているサンプルは、図4の場合と同じである。   4 (a) and 4 (b) are both TLC plates developed with a chloroform-based developing solvent 1, and FIG. 4 (a) is visualized with a coloring reagent 1 of sulfuric acid / methanol. FIG. 4 (b) is visualized with a coloring reagent 2 comprising a diphenylamine-aniline reagent. 4A and 4B, a standard xylo-oligosaccharide marker is developed in lane 1, a hydrolyzate is developed in lane 2, an acid hydrolyzate is developed in lane 3, and lanes 4-7. Are developed glucuronic acid, glucose, fructose and arabinose, respectively. 5 (a) and 5 (b) are TLC plates developed with a butanol-based developing solvent 2, and FIG. 5 (a) is visualized with the coloring reagent 1, and FIG. ) Is visualized with the coloring reagent 2. The samples developed in each lane 1 in FIGS. 5A and 5B are the same as those in FIG.

その結果、図4(a)のレーン2においてX4とほぼ同じ位置に検出されたスポット(プロダクトB)は、図5(a)のレーン2ではマーカーのX4と異なる位置に検出された。さらに、図4(a)及び図5(a)のレーン3には、いずれもX1以外にX2の位置にもスポットが検出された。バーチウッドキシランからX2及びX4のみを特異的に生成させる場合、それらの加水分解産物を酸加水分解すれば、X1しか検出されないはずである。よって、XynXによりバーチウッドキシランを加水分解したときの加水分解産物、即ちプロダクトA及びBは、X2及びX4ではないことが示唆された。   As a result, the spot (product B) detected at substantially the same position as X4 in lane 2 of FIG. 4A was detected at a position different from marker X4 in lane 2 of FIG. 5A. Further, in both lanes 3 of FIGS. 4A and 5A, spots were detected at the position of X2 in addition to X1. When only X2 and X4 are produced specifically from birchwood xylan, only X1 should be detected if the hydrolyzate is acid hydrolyzed. Therefore, it was suggested that the hydrolyzed products when birchwood xylan was hydrolyzed with XynX, that is, products A and B were not X2 and X4.

一方、TLCプレートをジフェニルアミン−アニリン試薬からなる発色試薬2で可視化させる場合、アルドヘキソースを青紫色、ペントースを褐紫色、ケトヘキソースを黄赤色、ウロン酸を紫褐色に発色させることが知られている。図4(b)及び図5(b)のレーン2に示すX2のスポット(プロダクトA)及びX4付近のスポット(プロダクトB)は、いずれも異なる色に発色されており、プロダクトAはキシロースの褐紫色に似ており、プロダクトBはグルクロン酸の紫褐色に似ていた。また、図4(b)及び図5(b)のレーン3(酸加水分解物)に示すX1のスポット及びX2付近のスポットは、いずれも異なる色に発色されており、X1のスポットはキシロースの褐紫色に似ており、X2付近のスポットはグルクロン酸の紫褐色に似ていた。よって、図4(b)及び図5(b)のレーン3に示すX2付近のスポットは、不完全酸加水分解物ではなく、ウロン酸物質であることが示唆された。従って、XynXによりバーチウッドキシランを加水分解すると、X2からなるプロダクトAと、ウロン酸を含む物質からなるプロダクトBとを特異的に生成させることが強く示唆される。   On the other hand, when a TLC plate is visualized with a coloring reagent 2 comprising a diphenylamine-aniline reagent, it is known to develop an aldohexose blue-violet, a pentose brown-violet, a ketohexose yellow-red, and a uronic acid purple-brown. . The spot of X2 (product A) and the spot near X4 (product B) shown in lane 2 of FIGS. 4 (b) and 5 (b) are both colored in different colors, and product A is brown brown of xylose. It resembles purple and product B resembles the purple brown of glucuronic acid. Further, the X1 spot and the spot near X2 shown in lane 3 (acid hydrolyzate) in FIGS. 4B and 5B are both colored in different colors, and the X1 spot is a xylose spot. It resembles a brown-purple color, and the spot near X2 resembles a purple-brown color of glucuronic acid. Therefore, it was suggested that the spot near X2 shown in lane 3 of FIGS. 4B and 5B is not an incomplete acid hydrolyzate but a uronic acid substance. Therefore, it is strongly suggested that when birchwood xylan is hydrolyzed by XynX, product A composed of X2 and product B composed of a substance containing uronic acid are specifically generated.

バーチウッドキシランは、β1,4結合したキシロース主鎖(Xn)と、該主鎖を構成するキシロース残基に対してα1,2結合した4−O−メチル−D−グルクロン酸からなる側鎖とを備えたキシラン誘導体を高い割合で含有していることが知られている。さらに、前記側鎖は、主鎖を構成するキシロース残基10個に対して1個程度の割合でランダムに分布しているものと考えられている。このようなキシラン誘導体をXynXが加水分解する場合を仮定すると、図4及び図5の各レーン2のX4付近に検出されたスポット(プロダクトB)は、Xnに4−O−メチル−D−グルクロン酸残基を結合させた構造を有していると推定される。   Birchwood xylan consists of a β1,4-linked xylose main chain (Xn) and a side chain consisting of 4-O-methyl-D-glucuronic acid α1,2 bonded to the xylose residue constituting the main chain. It is known that it contains a high proportion of xylan derivatives comprising Further, the side chain is considered to be randomly distributed at a ratio of about 1 to 10 xylose residues constituting the main chain. Assuming that XynX hydrolyzes such a xylan derivative, the spot (product B) detected in the vicinity of X4 in each lane 2 in FIGS. 4 and 5 is 4-O-methyl-D-glucuron in Xn. It is presumed to have a structure in which an acid residue is bound.

<プロダクトA,Bの単離>
実施例1で調製したXynXの粗酵素溶液100mlに、1.0%バーチウッドキシラン溶液100mlを加え、37℃で12時間反応させた後、プロダクトA,Bを含む加水分解産物をメタノール抽出した。次に、加水分解産物を含むメタノール抽出液に陰イオン交換樹脂Dowex(Cl)(ムロマチテクノス)を加えて一晩攪拌した後、1.5cm×15cmのエコノカラム(Bio−Rad)に充填し、300mlの水でカラム内を洗浄することにより、非吸着画分を溶出させた。次に、該カラム内に0.5M塩化ナトリウム100mlを流すことにより、吸着画分を溶出させた。非吸着画分はエバポレートした後に次の試験に供した。吸着画分は、エバポレートした後にゲル濾過樹脂Sephadex G−10(Amersham Biosciences)を充填したエコノカラム内で脱塩処理し、溶媒を水に置換した後に次の試験に供した。
<Isolation of products A and B>
100 ml of 1.0% birchwood xylan solution was added to 100 ml of the crude enzyme solution of XynX prepared in Example 1 and reacted at 37 ° C. for 12 hours, and then the hydrolyzate containing products A and B was extracted with methanol. Next, an anion exchange resin Dowex (Cl ) (Muromachi Technos) was added to the methanol extract containing the hydrolyzate and stirred overnight, and then packed in an 1.5 cm × 15 cm Econo column (Bio-Rad). The non-adsorbed fraction was eluted by washing the inside of the column with 300 ml of water. Next, the adsorbed fraction was eluted by flowing 100 ml of 0.5 M sodium chloride through the column. The non-adsorbed fraction was evaporated and then subjected to the next test. The adsorbed fraction was evaporated, desalted in an Econo column packed with gel filtration resin Sephadex G-10 (Amersham Biosciences), and subjected to the next test after the solvent was replaced with water.

最終的に、非吸着画分25mgと、吸着画分12mgとが得られた。また、陰イオン交換樹脂に供される前の加水分解産物、非吸着画分及び吸着画分をTLCプレートにスポットし、上記実施例1と同じ条件でTLCを行った。結果を図3(b)に示す。図3(b)のレーン1にはスタンダードキシロオリゴ糖マーカーが展開され、レーン2には加水分解産物が展開され、レーン3には非吸着画分が展開され、レーン4には吸着画分が展開されている。同図に示すように、陰イオン交換樹脂を用いた分離方法により、プロダクトA,Bを単離することができた。   Finally, 25 mg of the non-adsorbed fraction and 12 mg of the adsorbed fraction were obtained. Further, the hydrolyzate, the non-adsorbed fraction and the adsorbed fraction before being subjected to the anion exchange resin were spotted on a TLC plate, and TLC was performed under the same conditions as in Example 1. The results are shown in FIG. In FIG. 3 (b), the standard xylo-oligosaccharide marker is developed in lane 1, the hydrolyzate is developed in lane 2, the non-adsorbed fraction is developed in lane 3, and the adsorbed fraction is developed in lane 4. Has been. As shown in the figure, products A and B could be isolated by a separation method using an anion exchange resin.

<プロダクトA,Bの同定>
非吸着画分(プロダクトA)及び吸着画分(プロダクトB)について、それぞれH−NMRを測定した。その結果、プロダクトAはX2であると同定された。一方、プロダクトBは、複雑な化合物であるうえ、測定時に多くのノイズが検出されたために同定に至るような解析を行うことができなかった。
<Identification of products A and B>
1 H-NMR was measured for the non-adsorbed fraction (product A) and the adsorbed fraction (product B), respectively. As a result, product A was identified as X2. On the other hand, product B is a complex compound, and a lot of noise was detected during measurement, so analysis that led to identification could not be performed.

次に、プロダクトBについて、MALDI−TOF MSによる質量分析を行った。その結果、プロダクトBの分子量は約627であることが判明した。この分子量は、X3に4−O−メチル−D−グルクロン酸及びナトリウム塩を加えた分子量と一致した。よって、プロダクトBは、4−O−メチル−D−グルクロニルキシロトリオース(アルドヘキサオウロン酸)であることが判明した。   Next, the product B was subjected to mass spectrometry by MALDI-TOF MS. As a result, it was found that the molecular weight of product B was about 627. This molecular weight coincided with the molecular weight obtained by adding 4-O-methyl-D-glucuronic acid and sodium salt to X3. Therefore, it was found that product B was 4-O-methyl-D-glucuronyl xylotriose (aldohexauronic acid).

次に、4−O−メチル−D−グルクロン酸残基がX3のどの位置に結合しているかを調べるために、プロダクトBについてメチル化分析を行った。メチル化分析では、まず、プロダクトBをメチル化した後、酸加水分解し、続いてアセチル化した後、ガスクロマトグラフィー(GC)に供した。その結果、4−O−メチル−D−グルクロン酸残基の結合位置において検出予測されるアルジトールアセテートとGCとの結果は、非還元末端側の位置に4−O−メチル−D−グルクロン酸残基が結合している場合のパターンと一致した。   Next, methylation analysis was performed on product B in order to examine at which position of X3 the 4-O-methyl-D-glucuronic acid residue was bound. In the methylation analysis, product B was first methylated, acid hydrolyzed, and then acetylated, and then subjected to gas chromatography (GC). As a result, the results of alditol acetate and GC predicted to be detected at the binding position of 4-O-methyl-D-glucuronic acid residue indicate that 4-O-methyl-D-glucuronic acid is located at the non-reducing end position. Consistent with the pattern when the residues were bound.

これを確認するために、プロダクトBを還元化した後、メチル化、酸加水分解及びアセチル化を行った後にGCに供したところ、検出されたアルジトールアセテートは、4−O−メチル−D−グルクロニルキシロトリオースを還元した場合に推測されるアルジトールアセテートと一致した。さらに、プロダクトBを還元化した後、メチル化、酸加水分解及びアセチル化を行った後にGC−MS分析にて解析したところ、4−O−メチル−D−グルクロニルキシロトリオースを還元した場合に推測されるアルジトールアセテートと一致した。従って、プロダクトBは、X3の非還元末端側のキシロピラノースの2位に4−O−メチル−D−グルクロン酸残基が結合した構造、即ち上記化2に示す構造を有していると結論づけられた。そして、本実施例のキシロオリゴ糖の製造方法によれば、キシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースを高純度で大量に製造可能であることが示された。   In order to confirm this, product B was reduced, methylated, acid hydrolyzed and acetylated, and then subjected to GC. The detected alditol acetate was 4-O-methyl-D- It was consistent with the alditol acetate presumed when glucuronyl xylotriose was reduced. Furthermore, after reducing product B, methylation, acid hydrolysis and acetylation were followed by analysis by GC-MS analysis. When 4-O-methyl-D-glucuronylxylotriose was reduced It was consistent with the alditol acetate speculated. Therefore, it is concluded that product B has a structure in which a 4-O-methyl-D-glucuronic acid residue is bonded to the 2-position of xylopyranose on the non-reducing terminal side of X3, that is, the structure shown in Chemical Formula 2 above. It was. And according to the manufacturing method of the xylo-oligosaccharide of a present Example, it was shown that xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid- (alpha) 1, 2- xylotriose can be manufactured in high purity and in large quantities.

<オートスペルトキシランの加水分解>
実施例2で調製したXynX分離標品を10μg/mlの濃度で含有する20mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)に、基質としての0.5%オートスペルトキシラン溶液500μlを加え、37℃で6時間又は12時間反応させることにより加水分解産物を得た。また、得られた各加水分解産物を上記実施例2と同様に酸加水分解することにより、酸加水分解物を得た。これらの加水分解産物及び酸加水分解物について、上記実施例2と同じ条件でTLCを行った。
<Hydrolysis of autospertoxylan>
To a 20 mM Tris-HCl buffer solution (pH 8.0) containing the XynX isolated preparation prepared in Example 2 at a concentration of 10 μg / ml, 500 μl of a 0.5% autospertoxylan solution as a substrate was added, and the mixture was added at 37 ° C. for 6 minutes. The hydrolyzate was obtained by reacting for 12 hours. Moreover, the acid hydrolyzate was obtained by carrying out the acid hydrolysis of each obtained hydrolysis product similarly to the said Example 2. FIG. TLC was performed on these hydrolysates and acid hydrolysates under the same conditions as in Example 2 above.

その結果、6時間及び12時間反応させたときの加水分解産物では、互いにほぼ同じ位置、大きさ及び濃さのスポットが確認された。ちなみに、確認されたスポットには、X1,X2,X3,X4,X5付近に位置するものが含まれていた。即ち、これらオートスペルトキシラン(アラビノグルクロノキシラン)を基質として生成されたスポットのパターンは、上記各実施例のバーチウッドキシランを基質とした場合のパターンとは異なっていた。従って、XynXは、キシラン誘導体の側鎖の構造に応じて、異なるキシロオリゴ糖を生成させるものであることが確認された。   As a result, spots having almost the same position, size, and darkness were confirmed in the hydrolyzate when reacted for 6 hours and 12 hours. Incidentally, the confirmed spots included those located in the vicinity of X1, X2, X3, X4, and X5. That is, the pattern of spots generated using autospertoxylan (arabinoglucuronoxylan) as a substrate was different from the pattern when birchwood xylan of each of the above examples was used as a substrate. Therefore, it was confirmed that XynX generates different xylooligosaccharides depending on the structure of the side chain of the xylan derivative.

<ループ7のキシラナーゼ活性への影響>
配列番号1で表される塩基配列の919〜975番目のヌクレオチドを取り除いたxynXのループ7欠失遺伝子(mL7)を作製した。次に、mL7をpT7ベクターにTAクローニングした後、pTTQ18ベクターにサブクローニングすることにより、tacプロモーター及びlacIqの制御下で発現するプラスミドpXLIQ1(mL7)(5.6kbp)を構築した。プラスミドpXLIQ1(mL7)を大腸菌BL21(DE3)に導入して形質転換することにより、大腸菌組換え体BL21(DE3)/pXLIQ1(mL7)を作製した後、実施例1と同様に前培養及び本培養した。続いて、本培養後の培養液を実施例1と同様に超音波破砕することにより、XynXのループ7欠失タンパク質(XynX mL7)を含む粗酵素溶液を得た。
<Influence of loop 7 on xylanase activity>
A xynX loop 7 deletion gene (mL7) was prepared by removing nucleotides 919 to 975 of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. Next, TA7 was cloned into pT7 vector and then subcloned into pTTQ18 vector to construct plasmid pXLIQ1 (mL7) (5.6 kbp) expressed under the control of tac promoter and lacIq. Plasmid pXLIQ1 (mL7) is introduced into E. coli BL21 (DE3) and transformed to produce E. coli recombinant BL21 (DE3) / pXLIQ1 (mL7), and then preculture and main culture in the same manner as in Example 1. did. Subsequently, the culture solution after the main culture was ultrasonically disrupted in the same manner as in Example 1 to obtain a crude enzyme solution containing a XynX loop 7 deletion protein (XynX mL7).

得られた粗酵素溶液を、反応温度を40℃、反応時間を2時間とした以外は、実施例1と同様にバーチウッドキシランと反応させた後、TLCにて分析した。なお、実施例1で得られた野生型のXynXの粗酵素溶液についても同様に反応させた後、TLCにて分析した。その結果、野生型のXynXでは、TLCプレート上でX2(プロダクトA)及び4−O−メチルグルクロニルキシロトリオース(プロダクトB)が明確に検出されたのに対し、XynX mL7では、TLCプレート上でキシロオリゴ糖が全く検出されなかった。   The obtained crude enzyme solution was reacted with birchwood xylan in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was 40 ° C. and the reaction time was 2 hours, and then analyzed by TLC. The wild-type XynX crude enzyme solution obtained in Example 1 was similarly reacted and then analyzed by TLC. As a result, in the wild type XynX, X2 (product A) and 4-O-methylglucuronylxylotriose (product B) were clearly detected on the TLC plate, whereas in XynX mL7, No xylo-oligosaccharide was detected.

よって、XynXによるユニークなキシラナーゼ活性(バーチウッドキシランからプロダクトA,Bを生成させる活性)の発現には、13以上のアミノ酸残基よりなるループ7の存在が重要であることが予想され得る。さらに、立体構造より推測すると、XynXに見られる通常より長いループ7は、キシラン誘導体の主鎖の末端を覆い被せるように保持することで、該キシラン誘導体をオリゴ糖単位で端から順番に切り出すエキソ型の酵素活性に直接的に寄与していることが示唆され得る。従って、グリコシル加水分解酵素のファミリー10に属し、かつ13以上のアミノ酸残基よりなるループ7を有する(β/α)バレル構造を形成しているエキソ型キシラナーゼを用いて、キシランを主鎖とする多糖を分解することにより、特定の構造を有するキシロオリゴ糖の製造が可能であることが強く示唆され得る。 Therefore, it can be expected that the presence of the loop 7 composed of 13 or more amino acid residues is important for the expression of the unique xylanase activity (activity for generating products A and B from birchwood xylan) by XynX. In addition, assuming a three-dimensional structure, the loop 7 longer than usual found in XynX holds the end of the main chain of the xylan derivative so as to cover the end of the xylan derivative in an oligosaccharide unit in order from the end. It can be suggested that it contributes directly to the type of enzyme activity. Therefore, using an exo-xylanase belonging to the family 10 of glycosyl hydrolase and having a (β / α) 8- barrel structure having a loop 7 consisting of 13 or more amino acid residues, xylan is used as the main chain. It can be strongly suggested that it is possible to produce a xylo-oligosaccharide having a specific structure by decomposing the polysaccharide.

複数のキシラナーゼのアミノ酸配列を比較した図。The figure which compared the amino acid sequence of the some xylanase. キシラナーゼXの立体構造を模式的に示す図。The figure which shows the three-dimensional structure of xylanase X typically. (a)は実施例1においてバーチウッドキシランをXynXで加水分解した加水分解産物を展開したTLCプレートを示し、(b)は実施例3において加水分解産物をイオン交換樹脂で分離した後に展開したTLCプレートを示す。(A) shows the TLC plate which developed the hydrolysis product which hydrolyzed birch wood xylan with XynX in Example 1, (b) shows the TLC which developed after separating the hydrolysis product with the ion exchange resin in Example 3. The plate is shown. 実施例2において、加水分解産物をクロロホルム系の展開溶媒で展開したTLCプレートであって、(a)は硫酸/メタノールで可視化させたものであり、(b)はジフェニルアミン−アニリン試薬で可視化させたものである。In Example 2, a TLC plate in which a hydrolyzed product was developed with a chloroform-based developing solvent, (a) was visualized with sulfuric acid / methanol, and (b) was visualized with a diphenylamine-aniline reagent. Is. 実施例2において、加水分解産物をブタノール系の展開溶媒で展開したTLCプレートであって、(a)は硫酸/メタノールで可視化させたものであり、(b)はジフェニルアミン−アニリン試薬で可視化させたものである。In Example 2, a TLC plate in which a hydrolyzed product was developed with a butanol-based developing solvent, (a) was visualized with sulfuric acid / methanol, and (b) was visualized with a diphenylamine-aniline reagent. Is.

符号の説明Explanation of symbols

20…キシラナーゼX。   20: Xylanase X.

Claims (7)

キシロオリゴ糖を製造する方法であって、
該方法は、キシラン誘導体をエキソ型キシラナーゼで分解する分解工程を備え、
前記キシラン誘導体は、β1,4−キシランよりなる主鎖に側鎖が結合してなる構造を有することを特徴とするキシロオリゴ糖の製造方法。
A method for producing a xylo-oligosaccharide comprising:
The method comprises a decomposition step of decomposing a xylan derivative with an exo-type xylanase,
The method for producing a xylooligosaccharide, wherein the xylan derivative has a structure in which a side chain is bonded to a main chain composed of β1,4-xylan.
前記エキソ型キシラナーゼは、グリコシル加水分解酵素のファミリー10に属し、かつN末端から7番目のβシート−αへリックス間に13以上のアミノ酸残基よりなるループ構造を有する(β/α)バレル構造を形成していることを特徴とする請求項1に記載のキシロオリゴ糖の製造方法。 The exo-xylanase belongs to the family 10 of glycosyl hydrolases, and has a loop structure consisting of 13 or more amino acid residues between the 7th β sheet-α helix from the N terminus (β / α) 8 barrels The method for producing a xylo-oligosaccharide according to claim 1, wherein a structure is formed. 前記エキソ型キシラナーゼは、メチルグルクロノキシランを基質として反応させると、キシロビオース及び4−O−メチルグルクロン酸−α1,2−キシロトリオースを生成させる酵素活性を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のキシロオリゴ糖の製造方法。   The exo-type xylanase has an enzyme activity for producing xylobiose and 4-O-methylglucuronic acid-α1,2-xylotriose when reacted with methylglucuronoxylan as a substrate. A method for producing the xylo-oligosaccharide according to claim 2. 前記エキソ型キシラナーゼは、アエロモナス・パンクタータME−1株(特許微生物寄託センター受領番号:NITE AP−127)由来のキシラナーゼXであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のキシロオリゴ糖の製造方法。   The exo-type xylanase is xylanase X derived from Aeromonas pantata ME-1 strain (patent microorganism deposit center receipt number: NITE AP-127), according to any one of claims 1 to 3. The manufacturing method of xylo-oligosaccharide of description. 前記キシラン誘導体は、メチルグルクロノキシランである請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のキシロオリゴ糖の製造方法。   The method for producing a xylo-oligosaccharide according to any one of claims 1 to 4, wherein the xylan derivative is methyl glucuronoxylan. 前記キシラン誘導体は、4−O−メチルグルクロン酸を前記側鎖として備える請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のキシロオリゴ糖の製造方法。   The said xylan derivative is a manufacturing method of the xylooligosaccharide as described in any one of Claims 1-5 provided with 4-O-methyl glucuronic acid as the said side chain. 当該製造方法はさらに、前記分解工程を経て生成した前記キシロオリゴ糖を分離する工程を備えることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のキシロオリゴ糖の製造方法。   The said manufacturing method is further equipped with the process of isolate | separating the said xylooligosaccharide produced | generated through the said decomposition | disassembly process, The manufacturing method of the xylooligosaccharide as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned.
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