JP2007061038A - Chitinase derived from bacterium of genus paenibacillus and gene encoding the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for efficiently producing a chitin oligosaccharide. <P>SOLUTION: The invention provides a new bacterial strain of the genus Paenibacillus or its variant and agrochemicals, an antibacterial agent against plant pathogens or a polysaccharide decomposing agent containing the bacterial strain; a method for producing an oligosaccharide by bringing the new bacterial strain of the genus Paenibacillus or its variant into contact with a polysaccharide or a polysaccharide-containing material (e.g. shell of snow crabs such as Echizen crab); a polypeptide composed of an amino acid sequence having a sequence identity of ≥70% to an amino acid sequence obtained by removing a secretory signal sequence from a specific amino acid sequence and having chitin decomposition activity; a polynucleotide encoding the polypeptide; etc. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、新規パエニバチルス属細菌・その変異株、およびそれに由来する新規キチナーゼおよびその遺伝子、ならびにそれらの利用法などを提供する。   The present invention provides a novel Paenibacillus genus bacterium and mutants thereof, a novel chitinase derived therefrom, a gene thereof, a method for using them, and the like.

今でこそ越前ガニは冬限定の高価な味覚であるが、昔はおやつ代わりに食べられていた。そして食べ終わったカニ殻は、当然のように田畑で肥料として用いられてきた。このようにカニ殻が肥料として用いられてきた理由は、古くから福井県の農家では、カニ殻が植物の耐病性を高め、実りを多くすると考えられていたためである。しかしながら、カニ殻が植物の耐病性を高める理由は、よく分かっていなかった。   Now Echizen crab is an expensive taste only in winter, but in the past it was eaten as a snack. And the crab shells that have been eaten have been used as fertilizer in the fields. The reason why crab husks have been used as fertilizers in this way is that, for a long time, farmers in Fukui Prefecture have been thought that crab husks increase the disease resistance of plants and increase their fruits. However, the reason why crab shells increase plant disease resistance has not been well understood.

ところで、キチンオリゴ糖は、甘味がある糖として知られており、また、動物実験や培養細胞実験により、多くの生理機能が認められている。このような生理機能としては、例えば、免疫賦活作用、エリシター活性(植物の生体防御機構の活性化)、コレステロール低下作用、血中リゾチーム誘導(ウサギ)、ビフィズス菌増殖促進(整腸機能)、ヒアルロン酸量増加(化粧品への利用)、植物種子発芽促進作用が挙げられる。さらには、キチンオリゴ糖は難消化性であるためダイエット甘味料としての応用が期待されており、また、リゾチームやキチナーゼの活性測定用基質としても有用であると考えられる。従って、上記の通り種々の有用な性質を示すキチンオリゴ糖の効率的な製造法の開発が求められている。   By the way, chitin oligosaccharides are known as sugars with sweetness, and many physiological functions are recognized by animal experiments and cultured cell experiments. Such physiological functions include, for example, immunostimulatory action, elicitor activity (activation of plant defense mechanism), cholesterol lowering action, blood lysozyme induction (rabbit), bifidobacteria growth promotion (intestinal function), hyaluron Examples thereof include an increase in acid amount (use in cosmetics) and a plant seed germination promoting action. Furthermore, since chitin oligosaccharides are difficult to digest, application as diet sweeteners is expected, and it is also considered useful as a substrate for measuring lysozyme and chitinase activity. Therefore, development of an efficient production method of chitin oligosaccharides exhibiting various useful properties as described above is required.

本発明は、キチンオリゴ糖の効率的な製造を可能とする手段を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the means which enables the efficient manufacture of chitin oligosaccharide.

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、上記の通り現在でもカニ殻を肥料にしている畑を調べることにより、カニ殻の主成分であるキチンを分解する新種の細菌、パエニバチルス・フクイネンシス(Paenibacillus fukuinensis)を発見した。本発明者らはまた、この細菌が植物病原菌に対する抗菌活性を有することを見出した。パエニバチルス・フクイネンシスは、キチンの分解によりキリンオリゴ糖を生成すること、および抗菌活性を有することから、越前ガニの殻が肥料や農薬になるという伝承を説明し得ると考えられる。併せて、本発明者らは、この細菌からの新規キチン分解酵素の単離・同定に成功し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は下記の通りである:
〔1〕受託番号FERM P−20620で表されるパエニバチルス属細菌またはその変異株;
〔2〕受託番号FERM P−20620で表されるパエニバチルス属細菌またはその変異株を多糖または多糖含有物に接触させることを含む、オリゴ糖の製造方法;
〔3〕多糖または多糖含有物が、キチン、キトサンおよびセルロースからなる群より選ばれる1以上の多糖またはその含有物である、上記〔2〕の方法;
〔4〕多糖含有物がカニ殻である、上記〔2〕または〔3〕の方法;
〔5〕カニ殻がズワイガニの殻である、上記〔4〕の方法;
〔6〕受託番号FERM P−20620で表されるパエニバチルス属細菌またはその変異株を含む、組成物;
〔7〕農薬、植物病原菌に対する抗菌剤または多糖分解剤である、上記〔6〕の組成物;
〔8〕以下(a)または(b)のポリペプチドまたはその部分ペプチド:
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列、または配列番号2で表されるアミノ酸配列において分泌シグナル配列が除去されたアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつキチン分解活性を有する、ポリペプチド;
(b)配列番号4で表されるアミノ酸配列、または配列番号4で表されるアミノ酸配列において分泌シグナル配列が除去されたアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつキチン分解活性を有する、ポリペプチド;
〔9〕上記〔8〕のポリペプチドまたはその部分ペプチドをコードするポリヌクレオチド;
〔10〕上記〔9〕のポリヌクレオチドを含む発現ベクター;
〔11〕上記〔10〕の発現ベクターを含む形質転換体;
〔12〕上記〔8〕のポリペプチドまたはその部分ペプチドに対する抗体;
〔13〕上記〔12〕の抗体を産生するハイブリドーマ。
As a result of intensive studies, the present inventors have investigated a field in which crab husks are used as fertilizer as described above, so that a new kind of bacterium, Paenibacillus fuchinensis, which degrades chitin, which is the main component of crab husks ( Paenibacillus fukuinensis) was discovered. The inventors have also found that this bacterium has antibacterial activity against phytopathogenic fungi. Paenibacillus fuchinensis can explain the tradition that Echizen crab shells become fertilizers and pesticides because it produces giraffe oligosaccharides by degradation of chitin and has antibacterial activity. In addition, the present inventors succeeded in isolating and identifying a novel chitinolytic enzyme from this bacterium, and completed the present invention. That is, the present invention is as follows:
[1] Paenibacillus genus bacteria represented by accession number FERM P-20620 or mutants thereof;
[2] A method for producing an oligosaccharide, comprising contacting a Paenibacillus bacterium represented by accession number FERM P-20620 or a mutant thereof with a polysaccharide or a polysaccharide-containing product;
[3] The method according to [2] above, wherein the polysaccharide or polysaccharide-containing material is one or more polysaccharides selected from the group consisting of chitin, chitosan, and cellulose;
[4] The method of [2] or [3] above, wherein the polysaccharide-containing material is crab shell;
[5] The method according to [4] above, wherein the crab shell is a snow crab shell;
[6] A composition comprising the genus Paenibacillus represented by accession number FERM P-20620 or a mutant thereof;
[7] The composition according to [6] above, which is an antibacterial agent, an antibacterial agent or a polysaccharide decomposing agent against plant pathogens;
[8] The following polypeptide (a) or (b) or a partial peptide thereof:
(A) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or an amino acid sequence having 70% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 from which the secretory signal sequence has been removed, and chitin A polypeptide having degrading activity;
(B) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4, or an amino acid sequence having 70% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 from which the secretory signal sequence has been removed, and chitin A polypeptide having degrading activity;
[9] A polynucleotide encoding the polypeptide of [8] above or a partial peptide thereof;
[10] An expression vector comprising the polynucleotide of [9] above;
[11] A transformant comprising the expression vector of [10] above;
[12] An antibody against the polypeptide of [8] above or a partial peptide thereof;
[13] A hybridoma that produces the antibody of [12].

本発明の細菌またはその変異株は、例えば、多糖または多糖含有物(例、越前ガニ等のズワイガニの殻)からのキチンオリゴ糖等のオリゴ糖の製造に、あるいは微生物農薬、抗菌剤、多糖の分解剤として有用である。本発明のキチナーゼは、例えば、多糖または多糖含有物からのキチンオリゴ糖の製造に有用である。   The bacterium of the present invention or a mutant thereof can be used, for example, for the production of oligosaccharides such as chitin oligosaccharides from polysaccharides or polysaccharide-containing materials (eg, snow crab shells such as Echizen crabs), or for microbial pesticides, antibacterial agents, polysaccharides. Useful as a degrading agent. The chitinase of the present invention is useful, for example, for the production of chitin oligosaccharides from polysaccharides or polysaccharide-containing materials.

(1.細菌およびその用途)
本発明は、多糖のオリゴ糖への分解活性を有するパエニバチルス属細菌またはその変異株を提供する。
(1. Bacteria and their uses)
The present invention provides a Paenibacillus bacterium or a mutant thereof having the activity of degrading polysaccharides to oligosaccharides.

本発明の細菌またはその変異株は、多糖として、例えば、キチン(N−アセチルグルコサミン)、キトサン(グルコサミン)、グルカン(例、ペプチドグルカンまたは非ペプチドグルカン)またはセルロース(ブドウ糖)を分解し得る。本発明の細菌またはその変異株はまた、キチン分解酵素(キチナーゼ)、キトサン分解酵素(キトサナーゼ)、セルロース分解酵素(グルカナーゼ、セルラーゼ)等の上記多糖の分解酵素を菌体外に分泌し得る。本発明の細菌またはその変異株はさらに、植物病原菌に対する抗菌活性を有し得る。本発明の細菌またはその変異株が抗菌活性を示し得る植物病原菌としては、細胞壁構成成分として上記多糖を含むものである限り特に限定されない。好ましくは、本発明の細菌は、受託番号FERM P−20620で表されるパエニバチルス属細菌またはその変異株である。   The bacterium of the present invention or a mutant thereof can degrade, for example, chitin (N-acetylglucosamine), chitosan (glucosamine), glucan (eg, peptide glucan or non-peptide glucan) or cellulose (glucose) as a polysaccharide. The bacterium of the present invention or a mutant strain thereof can also secrete the above-mentioned polysaccharide degrading enzymes such as chitin degrading enzyme (chitinase), chitosan degrading enzyme (chitosanase), cellulose degrading enzyme (glucanase, cellulase) and the like. The bacterium of the present invention or a mutant strain thereof may further have antibacterial activity against phytopathogenic fungi. A phytopathogenic bacterium to which the bacterium of the present invention or a mutant strain thereof can exhibit antibacterial activity is not particularly limited as long as it contains the polysaccharide as a cell wall constituent component. Preferably, the bacterium of the present invention is a Paenibacillus genus bacterium represented by accession number FERM P-20620 or a mutant strain thereof.

受託番号FERM P−20620で表されるパエニバチルス属細菌は、茨城県つくば市東1−1−1中央第6、独立行政法人産業技術総合研究所に寄託されている(寄託日:平成17年8月17日)。   The Paenibacillus genus bacterium represented by the deposit number FERM P-20620 has been deposited with the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), 1-1-6 Higashi 1-1-1 Tsukuba, Ibaraki Prefecture (Deposit date: August 2005) 17th).

本発明の変異株は、本発明の細菌に由来する菌株である限り特に限定されないが、例えば、本発明の細菌と同様の表現形質(実施例2.1.参照)、および/または分子系統(実施例2.2.参照)を示す菌株であり得る。本発明の変異株は、本発明の細菌を変異原性物質等の存在下で培養することにより、あるいは本発明の細菌の有用性を高め得る遺伝子(例、上記多糖以外の多糖の分解酵素をコードする遺伝子、あるいは本発明のキチナーゼ等の多糖分解酵素をコードする遺伝子)を導入することなどにより作製できる。   The mutant strain of the present invention is not particularly limited as long as it is a strain derived from the bacterium of the present invention. For example, a phenotype similar to that of the bacterium of the present invention (see Example 2.1), and / or a molecular strain ( Example 2.2)). The mutant strain of the present invention can be obtained by culturing the bacterium of the present invention in the presence of a mutagenic substance or the like, or a gene capable of enhancing the usefulness of the bacterium of the present invention (eg, a polysaccharide degrading enzyme other than the above polysaccharide). The gene can be prepared by introducing a coding gene or a gene encoding a polysaccharide-degrading enzyme such as the chitinase of the present invention.

本発明の細菌またはその変異体は、バチルス属菌全般の培養に用いられる自体公知の方法により培養できる。例えば、本発明の細菌またはその変異体は、Digest of casein 17.0g、Papaic digest of soybean meal 3.0g、Dextrose 2.5g、Sodium chloride 5.0gおよびDipotassium phosphate 2.5gを含有するTryptic Soy Broth (BECTON DICKINSON, カタログ番号211825)(pH7.2±0.2)中において、好気性条件下で30〜42℃にて振とう培養できる。   The bacterium of the present invention or a mutant thereof can be cultured by a method known per se used for culturing Bacillus in general. For example, the bacterium of the present invention or a mutant thereof is Tryptic Soy Broth (BECTON DICKINSON, catalog containing Digest of casein 17.0 g, Papaic digest of soybean meal 3.0 g, Dextrose 2.5 g, Sodium chloride 5.0 g and Dipotassium phosphate 2.5 g. No. 211825) (pH 7.2 ± 0.2) can be cultured with shaking at 30-42 ° C. under aerobic conditions.

本発明の細菌またはその変異株は、植物病原菌に対する増殖阻害作用を示し、また、本発明の細菌またはその変異株により産生され得るキチンオリゴ糖は、種々の生理機能を示す。従って、本発明の細菌またはその変異株は、例えば、農薬、植物病原菌に対する抗菌剤、多糖の分解剤、土壌改良剤として有用であり得る。   The bacterium of the present invention or a mutant strain thereof exhibits a growth inhibitory action against phytopathogenic bacteria, and the chitin oligosaccharide that can be produced by the bacterium of the present invention or a mutant strain thereof exhibits various physiological functions. Therefore, the bacterium of the present invention or a mutant thereof can be useful as, for example, an agrochemical, an antibacterial agent against phytopathogenic fungi, a polysaccharide decomposing agent, or a soil improving agent.

本発明はまた、本発明の細菌またはその変異株を多糖または多糖含有物に接触させることを含む、オリゴ糖の製造方法を提供する。   The present invention also provides a method for producing an oligosaccharide, which comprises contacting the bacterium of the present invention or a mutant strain thereof with a polysaccharide or a polysaccharide-containing product.

多糖または多糖含有物は、本発明のパエニバチルス属細菌により分解可能な多糖、またはそれを含む材料である限り特に限定されないが、このような多糖または多糖含有物としては、例えば、キチン、キトサン(キチンの脱アセチル化産物)およびセルロースからなる群より選ばれる1以上の多糖またはそれを含む材料が挙げられる。より詳細には、多糖含有物としては、例えば、甲殻類の殻、キノコ(例、マンネンタケ、マイタケ、ヒメマツタケ(アガリクスともいう);例えば、Bull. Agr. Shizuoka Univ., No.38, p29-35 (1988) 参照)、昆虫(例、ハエ、バッタ)、イカ由来成分(イカの中心にみられる硬い骨のような透き通った白い組織)、カビ(例、コウジカビ (Aspergillus)、ユミケカビ (Absidia))の細胞壁成分が挙げられる。甲殻類としては、例えば、カニ、エビが挙げられる。カニとしては、例えば、ズワイガニ(例、越前ガニ、松葉ガニ)、タラバガニが挙げられる。   The polysaccharide or polysaccharide-containing product is not particularly limited as long as it is a polysaccharide that can be degraded by the Paenibacillus genus bacterium of the present invention, or a material containing the polysaccharide. Examples of such polysaccharide or polysaccharide-containing product include chitin, chitosan (chitin). And one or more polysaccharides selected from the group consisting of cellulose and materials containing the same. More specifically, the polysaccharide-containing material includes, for example, crustacean shells, mushrooms (eg, garlic mushrooms, maitake mushrooms, himematsutake (also referred to as agaricus)); for example, Bull. Agr. Shizuoka Univ. (1988)), insects (eg, flies, grasshoppers), squid-derived components (clear white tissue like hard bones found in the center of the squid), molds (eg, Aspergillus, absidia) Cell wall components. Examples of crustaceans include crabs and shrimps. Examples of crabs include snow crab (eg, Echizen crab, pine crab) and king crab.

越前ガニ等のカニの殻には、キチンが豊富に含まれる。キチンが酵素により分解されて生じるキチンオリゴ糖は、動物の免疫力を向上させるだけでなく、植物に対しても病原菌などの外敵から身を守るための成体防御機構を活性化することが知られている。また、越前ガニ等のズワイガニの殻には、キチンの他に、豊富なカルシウムやアスタキサンチンが含まれている。アスタキサンチンは天然の赤い色素であり、カニを茹でると赤くなるのはこの色素のためである。アスタキサンチンの抗酸化作用はβ−カロチンの約10倍、ビタミンEの約500倍であり、健康食品として非常に価値が高い。本発明の細菌は、福井県において越前ガニの殻を肥料としている畑より単離されたものであり、このようなカニ殻の分解能に優れていると考えられる。従って、本発明の製造方法では、特に健康食品用のキチンオリゴ糖の製造を目的とする場合、キチンの他に上記の通り種々の有用な成分を含み得るカニ殻、特に越前ガニ等のズワイガニの殻を多糖含有物として用いることが好ましい。   Crab shells such as Echizen crab are rich in chitin. Chitin oligosaccharides produced by the degradation of chitin by enzymes are known not only to improve immunity of animals but also to activate adult defense mechanisms to protect plants against external enemies such as pathogens. ing. Snow crab shells such as Echizen crab contain abundant calcium and astaxanthin in addition to chitin. Astaxanthin is a natural red pigment, and it is this pigment that turns red when crab is boiled. Astaxanthin has an antioxidant action about 10 times that of β-carotene and about 500 times that of vitamin E, and is very valuable as a health food. The bacterium of the present invention is isolated from a field using Echizen crab shell as a fertilizer in Fukui Prefecture, and is considered to be excellent in the resolution of such crab shells. Therefore, in the production method of the present invention, particularly for the purpose of producing chitin oligosaccharides for health foods, crab shells that can contain various useful ingredients in addition to chitin as described above, especially snow crab such as Echizen crab etc. It is preferable to use the shell as a polysaccharide-containing material.

本発明の細菌またはその変異株の多糖含有物への接触は、自体公知の方法により行われ得る。例えば、本発明の細菌またはその変異株の多糖含有物への接触は、畑等の土壌または発酵槽等の培地中で行われ得る。本発明の細菌は福井県においてカニ殻を肥料としている畑より単離されたものであり、特に条件が設定されずとも自然環境中でカニ殻を始めとする多糖含有物を分解し得ると考えられることから、上述した任意の接触様式によって多糖含有物中に含まれる多糖を分解できる。   Contact of the bacterium of the present invention or its mutant strain with the polysaccharide-containing product can be carried out by a method known per se. For example, the contact of the bacterium of the present invention or the mutant thereof with a polysaccharide-containing product can be performed in soil such as a field or a medium such as a fermenter. The bacterium of the present invention was isolated from a field using crab shell as fertilizer in Fukui Prefecture, and it is considered that it can degrade polysaccharide-containing materials such as crab shell in the natural environment even if conditions are not set. Therefore, the polysaccharide contained in the polysaccharide-containing material can be decomposed by any contact mode described above.

本発明の製造方法は、例えば、上記の通り種々の有用性を有するキチンオリゴ糖、またはキトサンオリゴ糖(実施例参照)の製造、ならびに該キチンオリゴ糖および/またはキトサンオリゴ糖を含む農薬や健康食品(カルシウム、アスタキサンチンをさらに含んでいてもよい)などの開発に有用である。   The production method of the present invention includes, for example, the production of chitin oligosaccharides or chitosan oligosaccharides (see Examples) having various utilities as described above, and agricultural chemicals and health containing the chitin oligosaccharides and / or chitosan oligosaccharides. It is useful for the development of foods (which may further contain calcium and astaxanthin).

(2.新規キチナーゼおよびその関連発明)
本発明は、本発明の細菌に由来する新規キチナーゼ(即ち、キチナーゼAおよびキチナーゼB)あるいはその部分ペプチドを提供する。本発明のキチナーゼは、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいは配列番号2または4で表されるアミノ酸配列において分泌シグナル配列が除去されたアミノ酸配列(以下、必要に応じて、「配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列」と省略する)と同一または実質的に同一のアミノ酸配列からなるポリペプチドであり得る。本発明のキチナーゼあるいはその部分ペプチドは、例えば、キチンオリゴ糖の製造、本発明の抗体の作製などに有用であり得る。
(2. Novel chitinase and related invention)
The present invention provides a novel chitinase derived from the bacterium of the present invention (ie, chitinase A and chitinase B) or a partial peptide thereof. The chitinase of the present invention has an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4, or an amino acid sequence obtained by removing a secretory signal sequence from the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4 (hereinafter referred to as “sequence” It may be a polypeptide consisting of the same or substantially the same amino acid sequence as the amino acid sequence represented by No. 2 or 4, or its secretory signal-removed amino acid sequence ”. The chitinase of the present invention or a partial peptide thereof can be useful, for example, for the production of chitin oligosaccharides and the production of the antibody of the present invention.

配列番号2で表されるアミノ酸配列において分泌シグナル配列が除去されたアミノ酸配列は、配列番号2で表されるアミノ酸配列における38番目〜最後のアミノ酸残基に対応するアミノ酸配列であり得、また、配列番号4で表されるアミノ酸配列において分泌シグナル配列が除去されたアミノ酸配列は、配列番号4で表されるアミノ酸配列における32番目〜最後のアミノ酸残基に対応するアミノ酸配列であり得る。   The amino acid sequence from which the secretory signal sequence has been removed from the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 can be an amino acid sequence corresponding to the 38th to the last amino acid residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, The amino acid sequence from which the secretory signal sequence has been removed from the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 can be an amino acid sequence corresponding to the 32nd to the last amino acid residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4.

一実施形態では、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列は、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と所定のアミノ酸配列同一性を有するアミノ酸配列であり得る。アミノ酸配列同一性の程度は、例えば約70%、好ましくは約80%、より好ましくは約90%、さらにより好ましくは約95%、最も好ましくは約97%、約98%または約99%以上であり得る。アミノ酸配列同一性は自体公知の方法により決定できる。例えば、アミノ酸配列同一性(%)は、当該分野で慣用のプログラム(例えば、BLAST、FASTA等)を初期設定で用いて決定することができる。また、別の局面では、同一性(%)は、当該分野で公知の任意のアルゴリズム、例えば、Needlemanら(1970) (J. Mol. Biol. 48: 444-453)、Myers及びMiller (CABIOS, 1988, 4: 11-17)のアルゴリズム等を使用して決定することができる。Needlemanらのアルゴリズムは、GCGソフトウェアパッケージ(www.gcg.comで入手可能)のGAPプログラムに組み込まれており、同一性(%)は、例えば、BLOSUM 62 matrix又はPAM250 matrix、並びにgap weight: 16、14、12、10、8、6若しくは4、及びlength weight: 1、2、3、4、5若しくは6のいずれかを使用することによって決定することができる。また、Myers及びMillerのアルゴリズムは、GCG配列アラインメントソフトウェアパッケージの一部であるALIGNプログラムに組み込まれている。アミノ酸配列を比較するためにALIGNプログラムを利用する場合、例えば、PAM120 weight residue table、gap length penalty 12、gap penalty 4を用いることができる。   In one embodiment, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4 or the amino acid sequence substantially identical to the secretory signal-removed amino acid sequence is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4, or the secretion signal thereof It may be an amino acid sequence having a predetermined amino acid sequence identity with the removed amino acid sequence. The degree of amino acid sequence identity is, for example, about 70%, preferably about 80%, more preferably about 90%, even more preferably about 95%, most preferably about 97%, about 98% or about 99% or more. possible. Amino acid sequence identity can be determined by a method known per se. For example, amino acid sequence identity (%) can be determined using a program commonly used in the art (eg, BLAST, FASTA, etc.) by default. In another aspect, identity (%) is determined by any algorithm known in the art, such as Needleman et al. (1970) (J. Mol. Biol. 48: 444-453), Myers and Miller (CABIOS, 1988, 4: 11-17). Needleman et al.'S algorithm is incorporated into the GAP program in the GCG software package (available at www.gcg.com) and the percent identity is, for example, BLOSUM 62 matrix or PAM250 matrix, and gap weight: 16, It can be determined by using either 14, 12, 10, 8, 6 or 4 and length weight: 1, 2, 3, 4, 5 or 6. The Myers and Miller algorithms are also incorporated into the ALIGN program that is part of the GCG sequence alignment software package. When the ALIGN program is used to compare amino acid sequences, for example, PAM120 weight residue table, gap length penalty 12, and gap penalty 4 can be used.

別の実施形態では、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列は、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列において1以上のアミノ酸が置換、付加、欠失および/または挿入されたアミノ酸配列であり得る。置換、付加、欠失および/または挿入されるアミノ酸の数は、1以上であれば特に限定されないが、例えば1〜約100個、好ましくは1〜約50個、より好ましくは1〜約30個、さらにより好ましくは1〜約20個、最も好ましくは1〜約10個、1〜約5個あるいは1または2個であり得る。   In another embodiment, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4 or the amino acid sequence substantially identical to the secretory signal-removed amino acid sequence is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4, or its secretion It may be an amino acid sequence in which one or more amino acids have been substituted, added, deleted and / or inserted in the signal removal amino acid sequence. The number of amino acids to be substituted, added, deleted and / or inserted is not particularly limited as long as it is 1 or more. For example, 1 to about 100, preferably 1 to about 50, more preferably 1 to about 30. Even more preferably, it may be 1 to about 20, most preferably 1 to about 10, 1 to about 5, or 1 or 2.

本発明のキチナーゼは、キチン分解活性を有し得る。本発明のキチナーゼが配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列からなるポリペプチドである場合、キチン分解活性の程度は、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と同一のアミノ酸配列からなるポリペプチドと定量的に同等であり得るが、許容し得る範囲(例えば約0.1〜約5倍、好ましくは約0.5〜約2倍)で異なっていてもよい。   The chitinase of the present invention may have chitinolytic activity. When the chitinase of the present invention is a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4 or an amino acid sequence substantially identical to the secretory signal-removed amino acid sequence, the degree of chitinolytic activity is SEQ ID NO: 2. Alternatively, it can be quantitatively equivalent to the amino acid sequence represented by 4 or a polypeptide consisting of the same amino acid sequence as the secretory signal-removed amino acid sequence, but within an acceptable range (for example, about 0.1 to about 5 times, Preferably about 0.5 to about 2 times).

本発明のキチナーゼはまた、その特徴的なドメインとしてファミリー18キチナーゼドメイン、キチン吸着ドメイン、フィブロネクチンタイプ3ドメインを有し得る。従って、本発明のキチナーゼが配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列からなるポリペプチドである場合、これらのドメインおよび/またはその機能を保持することが好ましい。   The chitinase of the present invention may also have a family 18 chitinase domain, a chitin adsorption domain, a fibronectin type 3 domain as its characteristic domains. Therefore, when the chitinase of the present invention is a polypeptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4 or the amino acid sequence substantially the same as the secretory signal-removed amino acid sequence, these domains and / or their functions Is preferably maintained.

ファミリー18キチナーゼドメインは、ファミリー18の糖質加水分解酵素が有するキチナーゼ活性に必要なアミノ酸領域である。糖質加水分解酵素は、活性ドメインのアミノ酸配列の類似性に基づき、いくつかのファミリーに分類されている(Henrissat, B, and Bairoch, A.(1966) Biochem J. 316, 695-696、2004年現在で91ファミリーに分類)。これまでに数多くのキチナーゼが報告されているが、これらはいずれもファミリー18と19の種類のファミリーに分類されている。ファミリー18キチナーゼドメインは、配列番号2で表されるアミノ酸配列において45番目〜367番目のアミノ酸残基に対応し得、また、配列番号4で表されるアミノ酸配列において38番目〜349番目のアミノ酸残基に対応し得る。   The family 18 chitinase domain is an amino acid region necessary for chitinase activity possessed by the carbohydrate hydrolase of family 18. Carbohydrate hydrolases are classified into several families based on the similarity of the amino acid sequences of the active domains (Henrissat, B, and Bairoch, A. (1966) Biochem J. 316, 695-696, 2004. It is classified into 91 families as of the year). A large number of chitinases have been reported so far, and they are all classified into family 18 and 19 types of families. The family 18 chitinase domain can correspond to the 45th to 367th amino acid residues in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and the 38th to 349th amino acid residues in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4. Can correspond to the group.

キチン吸着ドメインは、キチナーゼとその基質キチンとのより強い相互作用を可能とする領域であり、酵素活性には必須ではないが、酵素の比活性を高めることが知られている。キチン吸着ドメインは、配列番号2で表されるアミノ酸配列において564番目〜606番目のアミノ酸残基に対応し得、また、配列番号4で表されるアミノ酸配列において564番目〜605番目のアミノ酸残基、および662番目〜757番目のアミノ酸残基に対応し得る。   The chitin adsorption domain is a region that allows stronger interaction between chitinase and its substrate chitin, and is not essential for enzyme activity, but is known to increase the specific activity of the enzyme. The chitin adsorption domain can correspond to the 564th to 606th amino acid residues in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and the 564th to 605th amino acid residues in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 , And amino acid residues 662 to 757.

糖質分解酵素におけるフィブロネクチンタイプ3ドメインの機能については未だよくわかっていない。しかし、これまでに報告されているキチナーゼでは、フィブロネクチンタイプ3ドメインは、いずれもキチナーゼドメインとキチン吸着ドメインの間に存在しており、これまでは両ドメインのリンカーとして機能しているのではないかと考えられている。ところが、本発明の細菌が産生するキチナーゼAのフィブロネクチンタイプ3ドメインは、キチナーゼドメインとキチン吸着ドメインの間ではなく、C末端領域に存在していることから、本酵素は大変興味深い。フィブロネクチンタイプ3ドメインは、配列番号2で表されるアミノ酸配列において711番目〜793番目のアミノ酸残基に対応し得、また、配列番号4で表されるアミノ酸配列において378番目〜461番目のアミノ酸残基、および471番目〜554番目のアミノ酸残基に対応し得る。   The function of the fibronectin type 3 domain in carbohydrate degrading enzymes is not yet well understood. However, in the chitinases reported so far, all fibronectin type 3 domains exist between the chitinase domain and the chitin adsorption domain, and so far, they may function as linkers of both domains. It is considered. However, since the fibronectin type 3 domain of chitinase A produced by the bacterium of the present invention exists not in the chitinase domain and the chitin adsorption domain but in the C-terminal region, the enzyme is very interesting. The fibronectin type 3 domain may correspond to the amino acid residues 711 to 793 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, and the amino acid residues from the 378th to 461th positions in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4. It may correspond to the group and amino acid residues from position 471 to position 554.

本発明のキチナーゼのうち、配列番号2で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列からなるポリペプチドは、低温域で高い活性を示し、至適温度は約30℃であり得る。本ポリペプチドはまた、pH安定性の非常に高い酵素であり、pH3〜9で約80%以上(例、約80〜90%)の相対活性を有し得る。本ペプチドはさらに、低温で安定であるが高温でも急激には失活しない比較的熱安定性の高い酵素であり、20〜30℃の低温で安定であり、40〜80℃の範囲では徐々に相対活性が低下し得る。例えば、40℃から80℃における相対活性減少率は約1%(相対活性)/1℃であり、また、60〜80℃でも約35〜50%の相対活性を有し得る。   Among the chitinases of the present invention, a polypeptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or an amino acid sequence substantially identical to the secretory signal-removed amino acid sequence exhibits high activity at low temperatures, and the optimum temperature is It can be about 30 ° C. The polypeptides are also very pH stable enzymes and may have a relative activity of about 80% or more (eg, about 80-90%) at pH 3-9. Furthermore, the present peptide is an enzyme having a relatively high thermostability that is stable at a low temperature but not rapidly inactivated at a high temperature, is stable at a low temperature of 20 to 30 ° C., and gradually increases in the range of 40 to 80 ° C. Relative activity can be reduced. For example, the relative activity decrease rate from 40 ° C. to 80 ° C. is about 1% (relative activity) / 1 ° C., and even 60-80 ° C. can have a relative activity of about 35-50%.

一方、配列番号4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と実質的に同一のアミノ酸配列からなるポリペプチドは、高温域(約50−60℃)で高い活性を示し、至適温度は約60℃であり得る。本ポリペプチドはまた、中性付近で活性を示す酵素であり、至適pHは7付近であり、pH6〜8の範囲では90%以上の相対活性を有し得る。本ペプチドはさらに、20〜50℃までの熱処理で相対活性を90%以上保持しており安定であり得る。   On the other hand, a polypeptide consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 or an amino acid sequence substantially the same as the secretory signal-removed amino acid sequence exhibits high activity at high temperatures (about 50-60 ° C.) and is optimal. The temperature can be about 60 ° C. The present polypeptide is also an enzyme having activity near neutrality, the optimum pH is around 7, and it can have a relative activity of 90% or more in the range of pH 6-8. Furthermore, this peptide can maintain a relative activity of 90% or more by heat treatment up to 20 to 50 ° C. and can be stable.

本発明のキチナーゼを用いたキチンオリゴ糖の製造は、公知のキチナーゼによるキチンオリゴ糖の製造と同様の自体公知の方法により行われ得る(例えば、相羽誠一, 高分子加工, 46, 328 (1997);Usui T et al., Biochim Biophys Acta, 923, 302 (1987) 参照)。また、キチナーゼの活性測定法に準じてキチンオリゴ糖を製造することも勿論可能である。キチナーゼの活性測定法としては、例えば、基質溶液(コロイダルキチンまたはグリコールキチンのフェリシアン化カリウム溶液(フェリシアン化カリウム0.5 gを0.5 M炭酸ナトリウム1リットルに溶かす))を用いて、コロイダルキチンまたはグリコールキチンの分解によって生成する還元糖を用いて定量し、キチナーゼ活性を測定する方法が挙げられる(例えば、キチン、キトサン実験マニュアル、キチン、キトサン研究会編、技報堂出版、p112-113、1991参照)。より詳細には、後述の実施例を参照のこと。   Production of chitin oligosaccharides using the chitinase of the present invention can be carried out by a method known per se similar to the production of chitin oligosaccharides using known chitinases (for example, Seiichi Aiba, Polymer Processing, 46, 328 (1997)). See Usui T et al., Biochim Biophys Acta, 923, 302 (1987)). It is of course possible to produce chitin oligosaccharides according to the chitinase activity measurement method. As a method for measuring the activity of chitinase, for example, by using a substrate solution (potassium ferricyanide of colloidal chitin or glycol chitin (dissolving 0.5 g of potassium ferricyanide in 1 liter of 0.5 M sodium carbonate)), and by decomposing colloidal chitin or glycol chitin. There is a method of measuring the chitinase activity by quantification using the reducing sugar to be produced (see, for example, chitin, chitosan experiment manual, chitin, chitosan research group, Gihodo Publishing, p112-113, 1991). See the examples below for more details.

本発明の部分ペプチドは、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と同一または実質的に同一のアミノ酸配列からなるポリペプチドの部分ペプチドであり得る。本発明の部分ペプチドは、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と同一または実質的に同一のアミノ酸配列から選ばれる少なくとも約8個、好ましくは少なくとも10個、より好ましくは少なくとも12個、さらにより好ましくは少なくとも15個、最も好ましくは20個以上の連続したアミノ酸からなるペプチドであり得る。詳細には、本発明の部分ペプチドとしては、例えば、本発明のキチナーゼに特徴的なドメイン自体、あるいは該ドメインを含むポリペプチドが挙げられる。   The partial peptide of the present invention may be a partial peptide of a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4, or the same or substantially the same amino acid sequence as the secretory signal-removed amino acid sequence. The partial peptide of the present invention is at least about 8, preferably at least 10, selected from the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4, or the same or substantially the same amino acid sequence as the secretory signal-removed amino acid sequence, More preferably, it may be a peptide consisting of at least 12, more preferably at least 15, most preferably 20 or more consecutive amino acids. Specifically, the partial peptide of the present invention includes, for example, the domain itself characteristic of the chitinase of the present invention or a polypeptide containing the domain.

本発明はまた、本発明のキチナーゼをコードするポリヌクレオチドあるいはその部分ヌクレオチドを提供する。本発明のポリヌクレオチドは、配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいは配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列において分泌シグナル配列をコードするヌクレオチド配列が除去されたヌクレオチド配列(以下、必要に応じて、「配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいはその分泌シグナル除去ヌクレオチド配列」と省略する)と同一または実質的に同一のヌクレオチド配列であり得る。本発明のポリヌクレオチドあるいはその部分ヌクレオチドは、例えば、本発明のキチナーゼまたはその部分ペプチドの作製に有用であり得る。   The present invention also provides a polynucleotide encoding the chitinase of the present invention or a partial nucleotide thereof. The polynucleotide of the present invention comprises a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3, or a nucleotide sequence obtained by removing a nucleotide sequence encoding a secretory signal sequence from the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 (hereinafter referred to as necessary). Accordingly, the nucleotide sequence may be the same or substantially the same as “the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 or its secretion signal-removed nucleotide sequence”). The polynucleotide of the present invention or a partial nucleotide thereof can be useful, for example, for producing the chitinase of the present invention or a partial peptide thereof.

一実施形態では、配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいは配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列において分泌シグナル配列をコードするヌクレオチド配列が除去されたヌクレオチド配列と70%以上の配列同一性を有するヌクレオチド配列であり得る。ヌクレオチド配列同一性の程度は、例えば約70%、好ましくは約80%、より好ましくは約90%、さらにより好ましくは約95%、最も好ましくは約97%、約98%または約99%以上であり得る。ヌクレオチド配列同一性は自体公知の方法により決定できる。例えば、ヌクレオチド配列同一性(%)は、上述したアミノ酸配列同一性(%)と同様の方法により決定できる。   In one embodiment, the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3, or the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3, wherein the nucleotide sequence encoding the secretory signal sequence is removed and at least 70% of the sequence It can be a nucleotide sequence having identity. The degree of nucleotide sequence identity is, for example, about 70%, preferably about 80%, more preferably about 90%, even more preferably about 95%, most preferably about 97%, about 98% or about 99% or more. possible. Nucleotide sequence identity can be determined by methods known per se. For example, nucleotide sequence identity (%) can be determined in the same manner as amino acid sequence identity (%) described above.

別の実施形態では、配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいはその分泌シグナル除去ヌクレオチド配列と実質的に同一のヌクレオチド配列は、配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいはその分泌シグナル除去ヌクレオチド配列において1以上のヌクレオチドが置換、付加、欠失および/または挿入されたヌクレオチド配列であり得る。置換、付加、欠失および/または挿入されるヌクレオチドの数は、1以上であれば特に限定されないが、例えば1〜約300個、好ましくは1〜約150個、より好ましくは1〜約100個、さらにより好ましくは1〜約50個、最も好ましくは1〜約30個、1〜約20個、1〜約10個または1〜約5個であり得る。   In another embodiment, the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 or the nucleotide sequence substantially identical to the secretion signal elimination nucleotide sequence thereof is the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3, or the secretion thereof. It may be a nucleotide sequence in which one or more nucleotides have been substituted, added, deleted and / or inserted in a signal removal nucleotide sequence. The number of nucleotides to be substituted, added, deleted and / or inserted is not particularly limited as long as it is 1 or more. For example, 1 to about 300, preferably 1 to about 150, more preferably 1 to about 100. Even more preferably from 1 to about 50, most preferably from 1 to about 30, from 1 to about 20, from 1 to about 10 or from 1 to about 5.

さらに別の実施形態では、配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいはその分泌シグナル除去ヌクレオチド配列と実質的に同一のヌクレオチド配列は、配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列の相補配列に対してハイストリンジェント条件下でハイブリダイズし得るポリヌクレオチドであり得る。ハイストリンジェント条件下でのハイブリダイゼーションの条件は、既報の条件を参考に設定することができる(Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, 6.3.1-6.3.6, 1999)。例えば、ハイストリンジェント条件下でのハイブリダイゼーションの条件としては、6×SSC(sodium chloride/sodium citrate)/45℃でのハイブリダイゼーション、次いで0.2×SSC/0.1%SDS/50〜65℃での一回以上の洗浄が挙げられる。   In still another embodiment, the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 or a nucleotide sequence substantially identical to the secretory signal elimination nucleotide sequence is a complementary sequence of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 It can be a polynucleotide that can hybridize under high stringency conditions. Hybridization conditions under high stringency conditions can be set with reference to previously reported conditions (Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, 6.3.1-6.3.6, 1999). For example, hybridization conditions under high stringency conditions include hybridization at 6 × SSC (sodium chloride / sodium citrate) / 45 ° C., then 0.2 × SSC / 0.1% SDS / 50 to 65 ° C. More than once.

本発明のポリヌクレオチドは、キチン分解活性を有するポリペプチドをコードし得る。本発明のポリヌクレオチドが配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいはその分泌シグナル除去ヌクレオチド配列と実質的に同一のヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドである場合、当該ポリヌクレオチドによりコードされるポリペプチドのキチン分解活性の程度は、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と同一のアミノ酸配列からなるポリペプチドと定量的に同等であり得るが、許容し得る範囲(例えば約0.1〜約5倍、好ましくは約0.5〜約2倍)で異なっていてもよい。   The polynucleotide of the present invention may encode a polypeptide having chitinolytic activity. When the polynucleotide of the present invention is a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3, or a nucleotide sequence substantially the same as the secretory signal-removed nucleotide sequence, a polypeptide encoded by the polynucleotide The degree of chitinolytic activity of can be quantitatively equivalent to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4, or a polypeptide consisting of the same amino acid sequence as the secretory signal-removed amino acid sequence, but within an acceptable range (For example, about 0.1 to about 5 times, preferably about 0.5 to about 2 times).

本発明のポリヌクレオチドはまた、その特徴的なドメインであるファミリー18キチナーゼドメイン、キチン吸着ドメイン、フィブロネクチンタイプ3ドメインを有するポリペプチドをコードし得る。従って、本発明のポリヌクレオチドが配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいはその分泌シグナル除去ヌクレオチド配列と実質的に同一のヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドである場合、これらのドメインおよび/またはその機能を保持するポリペプチドをコードすることが好ましい。   The polynucleotide of the present invention may also encode a polypeptide having its characteristic domains, family 18 chitinase domain, chitin adsorption domain, fibronectin type 3 domain. Therefore, when the polynucleotide of the present invention is a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3, or a nucleotide sequence substantially identical to the secretory signal elimination nucleotide sequence, these domains and / or It is preferred to encode a polypeptide that retains function.

本発明の部分ヌクレオチドは、本発明の部分ペプチドをコードするヌクレオチドであり得る。詳細には、本発明の部分ヌクレオチドは、配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいはその分泌シグナル除去ヌクレオチド配列と同一または実質的に同一のヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドの部分ヌクレオチドであり得る。本発明の部分ヌクレオチドとしては、例えば、本発明のキチナーゼに特徴的なドメインをコードするヌクレオチドが挙げられる。   The partial nucleotide of the present invention can be a nucleotide encoding the partial peptide of the present invention. Specifically, the partial nucleotide of the present invention may be a partial nucleotide of a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3, or the same or substantially the same nucleotide sequence as the secretory signal elimination nucleotide sequence. . Examples of the partial nucleotide of the present invention include a nucleotide encoding a domain characteristic of the chitinase of the present invention.

本発明のポリヌクレオチドは、自体公知の方法により作製できる。例えば、配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいはその分泌シグナル除去ヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドは、本発明の細菌またはその変異株から総RNAを抽出し、mRNAからcDNAを調製した後、適切なプライマーを用いてPCRを行うことによりクローニングできる。また、配列番号1または3で表されるヌクレオチド配列、あるいはその分泌シグナル除去ヌクレオチド配列と実質的に同一のヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドは、上記の通りクローニングしたポリヌクレオチドに変異を導入することにより作製できる。変異導入法としては、例えば、合成オリゴヌクレオチド指定突然変異導入法(gapped duplex)法、ランダムに点突然変異を導入する方法(例えば、亜硝酸若しくは亜硫酸での処理)、カセット変異法、リンカースキャニング法、ミスマッチプライマー法などの方法が挙げられる。   The polynucleotide of the present invention can be prepared by a method known per se. For example, a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 or a secretion signal-removed nucleotide sequence thereof is prepared by extracting total RNA from the bacterium of the present invention or a mutant thereof, and preparing cDNA from mRNA. Cloning can be performed by PCR using appropriate primers. In addition, a polynucleotide consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 3 or a nucleotide sequence substantially identical to the secretory signal-removed nucleotide sequence is prepared by introducing mutations into the cloned polynucleotide as described above. it can. Examples of the mutagenesis method include a synthetic oligonucleotide-directed mutagenesis method (gapped duplex) method, a method of randomly introducing point mutations (eg, treatment with nitrous acid or sulfite), a cassette mutagenesis method, and a linker scanning method. And a mismatch primer method.

また、本発明のポリペプチドについても自体公知の方法により作製できる。例えば、上記のように作製した本発明のポリヌクレオチドを発現ベクターに組み込み、得られた組換えベクターを適切な宿主細胞に導入して形質転換体を得た後、形質転換体を培養し、本発明のポリペプチドを産生させ、次いで回収すればよい。本発明はまた、このような組換えベクター、及び当該ベクターが導入された形質転換体をも提供する。   The polypeptide of the present invention can also be produced by a method known per se. For example, the polynucleotide of the present invention produced as described above is incorporated into an expression vector, the obtained recombinant vector is introduced into an appropriate host cell to obtain a transformant, the transformant is cultured, The polypeptide of the invention may be produced and then recovered. The present invention also provides such a recombinant vector and a transformant introduced with the vector.

発現ベクターとしては、任意の宿主細胞中で本発明のポリペプチドをコードする遺伝子を発現し、これらポリペプチドを産生できるものであれば特に制限されない。例えば、プラスミドベクター、ウイルスベクター等を挙げることができる。   The expression vector is not particularly limited as long as it can express a gene encoding the polypeptide of the present invention in any host cell and produce these polypeptides. For example, a plasmid vector, a virus vector, etc. can be mentioned.

宿主細胞として細菌、特に大腸菌を用いる場合、一般に発現ベクターは少なくともプロモーター−オペレーター領域、開始コドン、本発明のポリペプチドをコードするDNA、終止コドン、ターミネーター領域および複製可能単位から構成され得る。   When a bacterium, particularly E. coli, is used as a host cell, generally an expression vector can be composed of at least a promoter-operator region, a start codon, DNA encoding the polypeptide of the present invention, a stop codon, a terminator region, and a replicable unit.

細菌中で本発明のポリペプチドを発現させるためのプロモーター−オペレーター領域は、プロモーター、オペレーター及びShine-Dalgarno(SD) 配列(例えば、AAGGなど)を含むものである。例えば宿主が大腸菌の場合、好適にはTrpプロモーター、lacプロモーター、recAプロモーター、λPLプロモーター、lppプロモーター、tacプロモーターなどを含むものが例示される。ターミネーター領域、複製可能単位については、自体公知のものを用いることができる。   The promoter-operator region for expressing the polypeptide of the present invention in bacteria contains a promoter, an operator and a Shine-Dalgarno (SD) sequence (for example, AAGG). For example, when the host is Escherichia coli, preferred examples include those containing Trp promoter, lac promoter, recA promoter, λPL promoter, lpp promoter, tac promoter and the like. As the terminator region and the replicable unit, those known per se can be used.

本発明の形質転換体は、上述の発現ベクターを宿主細胞に導入することにより調製することができる。   The transformant of the present invention can be prepared by introducing the above expression vector into a host cell.

形質転換体の作製に用いられる宿主細胞としては、前記の発現ベクターに適合し、形質転換されうるものであれば特に限定されず、本発明の技術分野において通常使用される天然細胞あるいは人工的に樹立された組換細胞など種々の細胞(例えば、大腸菌、バチルス属菌、放線菌等の細菌、酵母などの真核生物細胞)が例示される。   The host cell used for the preparation of the transformant is not particularly limited as long as it is compatible with the above expression vector and can be transformed. Natural cells or artificially used usually in the technical field of the present invention can be used. Various cells such as established recombinant cells (eg, bacteria such as E. coli, Bacillus, actinomycetes, eukaryotic cells such as yeast) are exemplified.

本発明のポリペプチドは、上記の如く調製される発現ベクターを含む形質転換体を栄養培地で培養することによって製造することができる。   The polypeptide of the present invention can be produced by culturing a transformant containing the expression vector prepared as described above in a nutrient medium.

栄養培地は、形質転換体の生育に必要な炭素源、無機窒素源もしくは有機窒素源を含んでいることが好ましい。炭素源としては、例えばグルコース、デキストラン、可溶性デンプン、ショ糖などが、無機窒素源もしくは有機窒素源としては、例えばアンモニウム塩類、硝酸塩類、アミノ酸、コーンスチープ・リカー、ペプトン、カゼイン、肉エキス、大豆粕、バレイショ抽出液などが例示される。また所望により他の栄養素(例えば、無機塩(例えば塩化カルシウム、リン酸二水素ナトリウム、塩化マグネシウム)、ビタミン類)を含んでいてもよい。   The nutrient medium preferably contains a carbon source, an inorganic nitrogen source or an organic nitrogen source necessary for the growth of the transformant. Examples of the carbon source include glucose, dextran, soluble starch, and sucrose. Examples of the inorganic or organic nitrogen source include ammonium salts, nitrates, amino acids, corn steep liquor, peptone, casein, meat extract, large extract, and the like. Examples include soybean cake, potato extract and the like. If desired, other nutrients (for example, inorganic salts (for example, calcium chloride, sodium dihydrogen phosphate, magnesium chloride), vitamins) may be contained.

形質転換体の培養は自体公知の方法により行われる。培養条件、例えば温度、培地のpHおよび培養時間は、本発明のポリペプチドが大量に生産されるように適宜選択される。例えば、宿主が細菌である場合、上記栄養源を含有する液体培地が適当である。好ましくは、pHが5〜8である培地である。宿主が大腸菌の場合、好ましい培地としてLB培地、M9培地等が例示される。かかる場合、培養は、例えば、通気、撹拌しながら、約30〜40℃にて約5〜30時間行うことができる。宿主がバチルス属菌の場合、例えば、通気、撹拌をしながら、約30〜40℃にて約15〜100時間行うことができる。   The transformant is cultured by a method known per se. Culture conditions such as temperature, medium pH and culture time are appropriately selected so that the polypeptide of the present invention is produced in large quantities. For example, when the host is a bacterium, a liquid medium containing the above nutrient source is appropriate. Preferably, the medium has a pH of 5-8. When the host is Escherichia coli, preferred media include LB media and M9 media. In such a case, the culture can be performed, for example, at about 30 to 40 ° C. for about 5 to 30 hours with aeration and stirring. When the host is a genus Bacillus, for example, it can be performed at about 30 to 40 ° C. for about 15 to 100 hours with aeration and stirring.

本発明のポリペプチドは、上述のような形質転換体を培養し、該形質転換体から回収、好ましくは単離、精製することができる。   The polypeptide of the present invention can be obtained by culturing a transformant as described above and recovering, preferably isolating and purifying from the transformant.

単離、精製方法としては、例えば塩析、溶媒沈澱法等の溶解度を利用する方法、透析、限外濾過、ゲル濾過、ドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミドゲル電気泳動など分子量の差を利用する方法、イオン交換クロマトグラフィーやヒドロキシルアパタイトクロマトグラフィーなどの荷電を利用する方法、アフィニティークロマトグラフィーなどの特異的親和性を利用する方法、逆相高速液体クロマトグラフィーなどの疎水性の差を利用する方法、等電点電気泳動などの等電点の差を利用する方法などが挙げられる。   As an isolation and purification method, for example, a method using solubility such as salting out, solvent precipitation, dialysis, ultrafiltration, gel filtration, a method using molecular weight difference such as sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis, Methods using charges such as ion exchange chromatography and hydroxylapatite chromatography, methods using specific affinity such as affinity chromatography, methods using hydrophobic differences such as reversed-phase high-performance liquid chromatography, isoelectricity Examples thereof include a method using a difference in isoelectric point such as point electrophoresis.

また、タグ(例えば、ヒスチジンタグ、Flagタグ)などを付加したポリペプチドを形質転換体に産生させ、当該タグに親和性を有する物質(例えば、Ni2+レジン、タグに特異的な抗体)を用いることにより、より簡便に、本発明のポリペプチドを単離、精製することもできる。 In addition, a polypeptide to which a tag (for example, histidine tag, Flag tag) or the like is added is produced in the transformant, and a substance having an affinity for the tag (for example, Ni 2+ resin, an antibody specific for the tag) is used. Thus, the polypeptide of the present invention can be isolated and purified more easily.

さらに、本発明のポリペプチドは、無細胞系にて合成可能である。無細胞系による本発明のポリペプチドの合成では、例えば、大腸菌、ウサギ網状赤血球、コムギ胚芽からの抽出液などを使用できる。また、本発明のポリペプチドは、固相合成法、液相合成法等の自体公知の有機化学的方法によって作製できる。   Furthermore, the polypeptide of the present invention can be synthesized in a cell-free system. In the synthesis of the polypeptide of the present invention in a cell-free system, for example, an extract from Escherichia coli, rabbit reticulocyte, wheat germ, or the like can be used. In addition, the polypeptide of the present invention can be produced by a known organic chemical method such as a solid phase synthesis method or a liquid phase synthesis method.

本発明の抗体の作製に用いられる抗原としては、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と同一または実質的に同一のアミノ酸配列からなるポリペプチド、あるいはそれらの部分ペプチドを用いることができる。部分ペプチドとしては、免疫原性を有する限り特に限定されないが、例えば、配列番号2または4で表されるアミノ酸配列、あるいはその分泌シグナル除去アミノ酸配列と同一または実質的に同一のアミノ酸配列、あるいは上述のドメインをコードするアミノ酸配列から選ばれる少なくとも約8個、好ましくは少なくとも10個、より好ましくは少なくとも12個、さらにより好ましくは少なくとも15個、最も好ましくは20個以上の連続したアミノ酸からなるペプチドであり得る。   Examples of the antigen used for producing the antibody of the present invention include the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4, or a polypeptide comprising the same or substantially the same amino acid sequence as the secretory signal-removed amino acid sequence, Partial peptides can be used. The partial peptide is not particularly limited as long as it has immunogenicity. For example, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or 4, or the same or substantially the same amino acid sequence as the secretory signal-removed amino acid sequence, or the above-mentioned A peptide consisting of at least about 8, preferably at least 10, more preferably at least 12, even more preferably at least 15, most preferably 20 or more consecutive amino acids selected from the amino acid sequence encoding the domain of possible.

本発明の抗体は、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体のいずれであってもよく、周知の免疫学的手法により作製することができる。この抗体は、完全な抗体分子だけでなく、本発明のポリペプチドに対する抗原結合部位(CDR)を有する限りいかなるフラグメントであってもよく、例えば、Fab、F(ab')2、ScFv、minibody等が挙げられる。 The antibody of the present invention may be either a polyclonal antibody or a monoclonal antibody, and can be prepared by a well-known immunological technique. This antibody may be not only a complete antibody molecule but also any fragment as long as it has an antigen binding site (CDR) for the polypeptide of the present invention, such as Fab, F (ab ′) 2 , ScFv, minibody, etc. Is mentioned.

例えば、ポリクローナル抗体は、上記抗原(必要に応じて、ウシ血清アルブミン、KLH(Keyhole Limpet Hemocyanin)等のキャリア蛋白質に架橋した複合体とすることもできる)を、市販のアジュバント(例えば、完全または不完全フロイントアジュバント)とともに、動物の皮下あるいは腹腔内に2〜3週間おきに2〜4回程度投与し(部分採血した血清の抗体価を公知の抗原抗体反応により測定し、その上昇を確認しておく)、最終免疫から約3〜10日後に全血を採取して抗血清を精製することにより取得できる。抗原を投与する動物としては、ラット、マウス、ウサギ、ヤギ、モルモット、ハムスターなどの哺乳動物が挙げられる。 For example, polyclonal antibodies, the antigen (if necessary, bovine serum albumin, KLH (may be a K eyhole L impet H emocyanin) complexes crosslinked to a carrier protein, etc.), commercial adjuvants (e.g., (Complete or incomplete Freund's adjuvant) and administered subcutaneously or intraperitoneally 2 to 4 times every 2 to 3 weeks (the antibody titer of the partially collected serum is measured by a known antigen-antibody reaction) It can be obtained by collecting the whole blood about 3 to 10 days after the final immunization and purifying the antiserum. Examples of animals to which the antigen is administered include mammals such as rats, mice, rabbits, goats, guinea pigs, and hamsters.

また、モノクローナル抗体は、細胞融合法により作成することができる。例えば、マウスに上記抗原を市販のアジュバントと共に2〜4回皮下あるいは腹腔内に投与し、最終投与の3日後に脾臓あるいはリンパ節を採取し、白血球を採取する。この白血球と骨髄腫細胞(例えば、NS-1, P3X63Ag8など)を細胞融合して該因子に対するモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマを得る。細胞融合はPEG法でも電圧パルス法であってもよい。所望のモノクローナル抗体を産生するハイブリドーマは、周知のEIAまたはRIA法等を用いて抗原と特異的に結合する抗体を、培養上清中から検出することにより選択できる。モノクローナル抗体を産生するハイブリドーマの培養は、インビトロ、またはマウスもしくはラット、好ましくはマウス腹水中等のインビボで行うことができ、抗体はそれぞれハイブリドーマの培養上清および動物の腹水から取得することができる。   A monoclonal antibody can be prepared by a cell fusion method. For example, the above antigen is administered to mice subcutaneously or intraperitoneally 2-4 times together with a commercially available adjuvant, and spleen or lymph nodes are collected 3 days after the final administration, and white blood cells are collected. The leukocytes and myeloma cells (for example, NS-1, P3X63Ag8, etc.) are fused to obtain a hybridoma that produces a monoclonal antibody against the factor. Cell fusion may be PEG or voltage pulse. A hybridoma producing a desired monoclonal antibody can be selected by detecting an antibody that specifically binds to an antigen from the culture supernatant using a well-known EIA or RIA method. The hybridoma producing the monoclonal antibody can be cultured in vitro, or in vivo, such as mouse or rat, preferably mouse ascites, and the antibody can be obtained from the culture supernatant of the hybridoma and the ascites of the animal, respectively.

本明細書中で挙げられた特許および特許出願明細書を含む全ての刊行物に記載された内容は、本明細書での引用により、その全てが明示されたと同程度に本明細書に組み込まれるものである。   The contents of all publications, including patents and patent application specifications cited in this specification, are hereby incorporated by reference herein to the same extent as if all were explicitly stated. Is.

以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記実施例等に何ら制約されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

実施例1:新規パエニバチルス属細菌の単離
一次スクリーニングでは、カニ殻を定期的に撒いている畑から土壌をサンプリングし、コロイダルキトサンを唯一の炭素源とする培地で集積培養を行うことにより、キトサン分解菌を濃縮した。
次いで、二次スクリーニングでは、コロイダルキトサンを含むことにより白濁した栄養寒天培地上に、一次スクリーニングで濃縮した培養液を塗沫することによりコロニーを形成させ、コロイダルキトサンの分解によりコロニー周辺に出現する透明なハローを指標にキトサン分解菌を純粋培養した。このようにして得られたキトサン分解菌は、コロイダルキチンプレート上でも同様にハローを形成した。
Example 1: Isolation of a novel Paenibacillus genus In primary screening, soil is sampled from a field in which crab shells are periodically sown, and enriched in a medium containing colloidal chitosan as the sole carbon source. Degraded bacteria were concentrated.
Next, in the secondary screening, colonies are formed by smearing the culture solution concentrated in the primary screening on the nutrient agar medium that has become cloudy due to the inclusion of colloidal chitosan, and transparent that appears around the colonies due to the decomposition of colloidal chitosan The chitosan-degrading bacteria were purely cultured using the halo as an index. The chitosan-degrading bacterium thus obtained also formed a halo on the colloidal chitin plate.

実施例2:新規パエニバチルス属細菌の解析
2.1.表現形質の解析
実施例1により得られた細菌の表現形質の解析を行った。結果を以下に示す。
・細胞形態:
桿菌:(大きさ:0.5-0.6× 1.2-1.5 μm)
運動性:+(周鞭毛)
グラム染色:+
内生胞子:+
胞子の形:楕円
胞子の位置:末端
胞子嚢の膨らみ:膨らむ
・生理的性質:
カタラーゼ:+
デンプンの加水分解:+
グルコースからの酸の生成:+
・酸素に対する態度:通性嫌気性
・生育温度: 30-42℃で良好な生育
・至適pH :7.2(+:陽性)
Example 2: Analysis of novel Paenibacillus bacteria
2.1. Analysis of phenotypes The bacterial phenotypes obtained in Example 1 were analyzed. The results are shown below.
・ Cell morphology:
Neisseria gonorrhoeae: (size: 0.5-0.6 × 1.2-1.5 μm)
Motility: + (periflagellate)
Gram staining: +
Endogenous spores: +
Spore shape: ellipse Spore position: terminal Spore bulge: bulge / physiological properties:
Catalase: +
Starch hydrolysis: +
Acid production from glucose: +
・ Attitude toward oxygen: facultative anaerobic growth temperature: good growth at 30-42 ℃ ・ optimal pH: 7.2 (+: positive)

2.2.16S rDNAの塩基配列に基づく分子系統解析
本菌株の1000bp以上の16S rDNAの塩基配列を決定し、DNAデータベース(DDBJ)にアクセスして、FASTAプログラムを用いて、16S rDNA の塩基配列の相同性検索を行った結果、本菌株の16S rDNAは既知のPaenibacillus属細菌と90%以上の相同性を示したが、本属のいずれの既知種とも95%以下の相同性であった。また、DNAデータベースより入手したPaenibacillus属および好気性有胞子細菌の塩基配列を多重整列後、NJ法により分子系統解析を行った結果、本菌株の分子系統樹の位置はPaenibacillus属細菌で構成されるクラスター内にあったが、いずれの既知種とも異なる系統枝に位置していた。
2.2. Molecular phylogenetic analysis based on the base sequence of 16S rDNA The base sequence of 16S rDNA of 1000 bp or more of this strain was determined, the DNA database (DDBJ) was accessed, and the base sequence of 16S rDNA was determined using the FASTA program. As a result, the 16S rDNA of this strain showed 90% or more homology with known Paenibacillus genus bacteria, but it was 95% or less with any known species of this genus. In addition, as a result of molecular phylogenetic analysis by NJ method after multiple alignment of base sequences of Paenibacillus genus and aerobic spores obtained from DNA database, the position of the molecular phylogenetic tree of this strain is composed of Paenibacillus genus bacteria Although in the cluster, it was located in a phylogenetic branch different from any known species.

2.3.分類・同定の結果
本菌株の表現形質(Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, Vol. 2, Williams & Wilkins, Baltimore(1984)およびBergey's Manual of Determinative Bacteriology (9th ed.) , J. G. Holt, N. R. Krieg, P. H. A. Sneath, J. T. Staley, S. T. Williams(ed), Williams & Wilkins, Baltimore(1994)を参考)および系統分類学的解析から同定を行った結果、本菌株はPaenibacillus属の新種の細菌であると結論した。
本発明者らは、この新種の細菌をパエニバチルス・フクイネンシス(Paenibacillus fukuinensis)と命名した。
2.3. Classification and identification results (Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, Vol. 2, Williams & Wilkins, Baltimore (1984) and Bergey's Manual of Determinative Bacteriology (9th ed.) JT Staley, ST Williams (ed), Williams & Wilkins, Baltimore (1994)) and phylogenetic analysis revealed that this strain was a new species of Paenibacillus.
The inventors have named this new species of bacteria as Paenibacillus fukuinensis.

2.4.多糖分解能および植物病原菌の増殖阻害
本発明の細菌の多糖分解能を測定した。その結果、本発明の細菌は、キチン(N−アセチルグルコサミン)、キトサン(グルコサミン)、セルロース(ブドウ糖)の分解能を有していた。また、本発明の細菌は、このような多糖の分解能を有するタンパク質が菌体外に分泌していた。
2.4. Polysaccharide resolution and phytopathogenic growth inhibition The polysaccharide resolution of the bacterium of the present invention was measured. As a result, the bacterium of the present invention had a resolution of chitin (N-acetylglucosamine), chitosan (glucosamine), and cellulose (glucose). In addition, in the bacterium of the present invention, a protein having such a polysaccharide resolution was secreted outside the microbial cells.

2.5.植物病原菌の増殖阻害
次いで、本発明の細菌による植物病原菌の増殖阻害実験を行った。イチゴに植物病原菌(フザリウム)を感染させた後、本発明の細菌の培養液または培地(コントロール)をイチゴに噴霧した。その結果、本発明の細菌の培養液が噴霧されたイチゴは、室温で数日間放置してもフザリウムの増殖は殆ど認められなかったが、コントロールのイチゴではフザリウムが繁殖し、果汁が漏れ出していた。菌類の中には、キチン、キトサン、セルロースを細胞壁成分としている種類が存在することが知られている。本発明の細菌はこのような細胞壁成分を分解し得るため、植物病原菌(フザリウム)の増殖を阻害したと考えられる。
2.5. Inhibition of the growth of plant pathogens Next, an experiment for inhibiting the growth of plant pathogens by the bacteria of the present invention was conducted. After infecting strawberries with a phytopathogenic fungus (fusarium), the bacterial culture solution or medium (control) of the present invention was sprayed onto the strawberries. As a result, the strawberry sprayed with the bacterial culture solution of the present invention showed little growth of fusarium even after being allowed to stand at room temperature for several days, but the strawberry of control strawberry was propagated and fruit juice leaked out. It was. It is known that some fungi have chitin, chitosan, and cellulose as cell wall components. Since the bacterium of the present invention can decompose such cell wall components, it is considered that the growth of phytopathogenic fungi (fusarium) was inhibited.

実施例3:新規キチナーゼの単離
パエニバチルス・フクイネンシスをコロイダルキチンを含む栄養液体培地中で培養した。培養終了後、遠心分離により菌体と残っているコロイダルキトサンを除去し、培養上清中の酵素を硫酸アンモニウムの添加により沈殿濃縮した。得られた粗酵素をカラムクロマトグラフィーにより分離し、キチナーゼ活性を有する画分を分取した。結果を以下の表1に示す。
Example 3: Isolation of a novel chitinase Paenibacillus fuchinensis was cultured in a nutrient liquid medium containing colloidal chitin. After completion of the culture, the cells and the remaining colloidal chitosan were removed by centrifugation, and the enzyme in the culture supernatant was precipitated and concentrated by adding ammonium sulfate. The obtained crude enzyme was separated by column chromatography, and a fraction having chitinase activity was collected. The results are shown in Table 1 below.

実施例4:新規キチナーゼの解析
精製したキチナーゼ画分をSDS-PAGEにより確認したところ、70 kDaダルトン付近に2本、40 kDaに1本、合計3本のメジャーバンドを検出した(図1-左)。さらに、活性染色法(ザイモグラム)により各バンドのキチナーゼ活性を調べたところ、70 kDaダルトン付近に存在する2本のバンドに明確なキチナーゼ活性を検出した(図1-右)。
3本のバンドをプロテインシーケンサにより、そのN末端領域のアミノ酸配列を解析した。その結果、70 kDaダルトン付近に存在する2本のバンドは共にキチナーゼに類似したアミノ酸配列であり、40 kDaのバンドは推定のキチン吸着ドメインであることが予想された(図1-右)。
得られたN末端領域のアミノ酸配列からPCR用の合成プライマーを設計し、70 kDaダルトン付近に存在する2本のバンドに相当するキチナーゼ遺伝子をフクイネンシスからクローニングした。これらの遺伝子をヒスタグ融合タンパク発現用のベクターであるpQE30(キアゲン社)にサブクローニングし、大腸菌に形質転換した。大腸菌で発現させたフクイネンシス由来の2種類のキチナーゼ(Chitinase A(ChiA) およびChitinase B(ChiB))は、常法に従ってニッケルキレートカラムで精製し、以下の通りその酵素学的性質を調べた。
(1)至適温度の決定
基本アッセイ条件は、以下の通りである。
酵素量:精製酵素として約0.2unitsを用いた。なお、酵素量の測定は、反応時間を1分と11分行った以外は以下の測定法に従い、1分あたりの生成量から酵素量(units数)を求めた。
酵素反応液:1 mlの0.5%グリコールキチン、2mlのクエン酸緩衝液、1 mlの酵素液(0.2 Units):を混合し、計4 mlの溶液を調製した。
測定法:0.5%グルコールキチン1ml、0.2M-NaHPO4-0.1Mクエン酸緩衝液(pH 4.0)2 mlおよび酵素液を含む反応液4mlを、振とうしながら37℃で20分間反応させた。3分間沸騰させて反応を停止後、遠心分離した。試験管に上澄液1.5 mlをとり、上記のフェリシアン化カリウム溶液2 mlを加え、15分間沸騰させた。冷却後、420 nmの吸光度を測定し、N−アセチルグルコサミンを標準として生成還元糖を定量した。酵素単位は、毎分1μmolのN−アセチルグルコサミンに相当する還元等を生成する酵素量を1単位とした。
なお、本アッセイでは、至適温度の決定のため、上記基本アッセイ条件に記載した37℃ではなく20〜80℃の所定の反応温度にて上記アッセイを行った。
結果を図3に示す。ChiAの至適温度は30℃であり、20-80℃の範囲で50%以上の相対活性を示した。一方、ChiBの至適温度は60℃であり、30-60℃の範囲で50%以上の相対活性を示し、反応温度が60℃を超えると相対活性は約40%にまで急激に減少した。これらの結果から、ChiAは低温域(30℃付近)で活性が高く、逆にChiBは高温域(50-60℃付近)で高い活性を示す酵素であることが明らかとなった。
(2)至適pHの決定
上記(1)に記載される基本アッセイ条件に従ってアッセイを行った。
なお、本アッセイでは、至適pHの決定のため、酵素を所定のpHに1時間放置後、上記アッセイを行った。
結果を図4に示す。ChiAはpH3-9の広い範囲で80%以上の相対活性を示した。このように広いpH範囲で高い活性を示すキチナーゼは極めて珍しいと考えられる。一方、ChiBの至適pHは7付近であり、pH6-8の範囲では90%以上の相対活性を示した。これらの結果から、ChiAはpH安定性の非常に高い酵素であり、ChiBは中性付近で活性を示す酵素であることが明らかとなった。なお、ChiAは、これまでのキチナーゼとは異なり非常に広いpH範囲にて活性を保持し得ることから、特定のpH範囲でのみ活性を示す種々の酵素と組合せて使用することが可能になるため極めて有用である。
(3)熱安定性
上記(1)に記載される基本アッセイ条件に従ってアッセイを行った。
なお、本アッセイでは、熱安定性の決定のため、酵素を20〜80℃の所定の温度に1時間放置した後、上記アッセイを行った。
結果を図5に示す。ChiAは20-30℃の低温で安定であり、40-80℃の範囲では除去に相対活性が低下した。一方、ChiBは20-50℃までの熱処理で相対活性を90%以上保持しており安定であったが、60℃以上で急激に失活した。これらの結果から、ChiAは低温で安定であるが高温でも急激には失活しない比較的熱安定性の高い酵素であり、ChiBは60℃以上で急激に失活する熱安定性の低い酵素であることが明らかとなった。
Example 4: Analysis of novel chitinase The purified chitinase fraction was confirmed by SDS-PAGE. As a result, two major bands in the vicinity of 70 kDa dalton and one in 40 kDa were detected (Fig. 1 left). ). Furthermore, when the chitinase activity of each band was examined by an activity staining method (zymogram), clear chitinase activity was detected in two bands present in the vicinity of 70 kDa dalton (FIG. 1-right).
The amino acid sequence of the N-terminal region of the three bands was analyzed using a protein sequencer. As a result, the two bands present in the vicinity of 70 kDa dalton were both amino acid sequences similar to chitinase, and the 40 kDa band was predicted to be a putative chitin adsorption domain (FIG. 1-right).
A synthetic primer for PCR was designed from the amino acid sequence of the obtained N-terminal region, and a chitinase gene corresponding to two bands present in the vicinity of 70 kDa dalton was cloned from Fuchinensis. These genes were subcloned into pQE30 (Qiagen), a vector for expressing histag fusion proteins, and transformed into E. coli. Two kinds of chitinases (Chitinase A (ChiA) and Chitinase B (ChiB)) derived from Fucuinensis expressed in Escherichia coli were purified by a nickel chelate column according to a conventional method, and their enzymatic properties were examined as follows.
(1) Determination of optimum temperature The basic assay conditions are as follows.
Enzyme amount: About 0.2 units was used as a purified enzyme. In addition, the amount of enzyme (units number) was calculated | required from the production amount per minute according to the following measuring methods except having performed reaction time for 1 minute and 11 minutes.
Enzyme reaction solution: 1 ml of 0.5% glycol chitin, 2 ml of citrate buffer, and 1 ml of enzyme solution (0.2 Units) were mixed to prepare a total solution of 4 ml.
Measurement method: 1 ml of 0.5% glycol chitin, 2 ml of 0.2M-NaHPO4-0.1M citrate buffer (pH 4.0) and 4 ml of the reaction solution containing the enzyme solution were reacted at 37 ° C. for 20 minutes while shaking. The reaction was stopped by boiling for 3 minutes and then centrifuged. 1.5 ml of the supernatant was taken into a test tube, 2 ml of the above potassium ferricyanide solution was added, and the mixture was boiled for 15 minutes. After cooling, the absorbance at 420 nm was measured, and the produced reducing sugar was quantified using N-acetylglucosamine as a standard. The enzyme unit was defined as 1 unit of the amount of enzyme that produces reduction corresponding to 1 μmol of N-acetylglucosamine per minute.
In this assay, in order to determine the optimum temperature, the assay was performed at a predetermined reaction temperature of 20 to 80 ° C. instead of 37 ° C. described in the basic assay conditions.
The results are shown in FIG. The optimum temperature of ChiA was 30 ° C, and showed a relative activity of 50% or more in the range of 20-80 ° C. On the other hand, the optimum temperature of ChiB was 60 ° C, and showed a relative activity of 50% or more in the range of 30-60 ° C. When the reaction temperature exceeded 60 ° C, the relative activity decreased rapidly to about 40%. From these results, it was clarified that ChiA is highly active at low temperatures (around 30 ° C), whereas ChiB is an enzyme exhibiting high activity at high temperatures (around 50-60 ° C).
(2) Determination of optimum pH The assay was performed according to the basic assay conditions described in (1) above.
In this assay, in order to determine the optimum pH, the enzyme was allowed to stand at a predetermined pH for 1 hour, and then the above assay was performed.
The results are shown in FIG. ChiA showed a relative activity of 80% or more over a wide range of pH3-9. Such a chitinase exhibiting high activity in a wide pH range is considered to be extremely rare. On the other hand, the optimum pH of ChiB was around 7, and showed a relative activity of 90% or more in the range of pH 6-8. From these results, it was clarified that ChiA is an enzyme with very high pH stability, and ChiB is an enzyme that shows activity near neutrality. Since ChiA can maintain activity in a very wide pH range unlike conventional chitinases, it can be used in combination with various enzymes that show activity only in a specific pH range. Very useful.
(3) Thermal stability The assay was performed according to the basic assay conditions described in (1) above.
In this assay, in order to determine thermal stability, the enzyme was allowed to stand at a predetermined temperature of 20 to 80 ° C. for 1 hour, and then the above assay was performed.
The results are shown in FIG. ChiA was stable at a low temperature of 20-30 ° C, and its relative activity decreased in the range of 40-80 ° C. On the other hand, ChiB was stable with a relative activity of 90% or more after heat treatment up to 20-50 ° C, but rapidly deactivated at 60 ° C or more. From these results, ChiA is a relatively heat-stable enzyme that is stable at low temperatures but does not rapidly inactivate at high temperatures, and ChiB is a low-heat-stable enzyme that inactivates rapidly above 60 ° C. It became clear that there was.

本発明の細菌またはその変異株は、例えば、多糖または多糖含有物(例、越前ガニ等のズワイガニの殻)からのキチンオリゴ糖等のオリゴ糖の製造を可能とする。本発明の細菌またはその変異株はまた、微生物農薬、抗菌剤、多糖の分解剤として使用できる。本発明のキチナーゼは、例えば、多糖または多糖含有物からのキチンオリゴ糖の製造を可能とする。   The bacterium of the present invention or a mutant strain thereof makes it possible to produce oligosaccharides such as chitin oligosaccharides from, for example, polysaccharides or polysaccharide-containing materials (eg, snow crab shells such as Echizen crabs). The bacterium of the present invention or a mutant strain thereof can also be used as a microbial pesticide, an antibacterial agent, and a polysaccharide degradation agent. The chitinase of the present invention makes it possible to produce chitin oligosaccharides from, for example, polysaccharides or polysaccharide-containing materials.

フクイネンシスの培養上清から精製したキチナーゼ画分のSDS-PAGEと活性染色を示す図である。It is a figure which shows the SDS-PAGE and activity staining of the chitinase fraction refine | purified from the culture supernatant of Fukuinensis. キチナーゼA(ChiA)およびキチナーゼB(ChiB)のドメインを示す図である。It is a figure which shows the domain of chitinase A (ChiA) and chitinase B (ChiB). キチナーゼA(ChiA)およびキチナーゼB(ChiB)の活性と温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the activity and temperature of chitinase A (ChiA) and chitinase B (ChiB). キチナーゼA(ChiA)およびキチナーゼB(ChiB)の活性とpHとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the activity of chitinase A (ChiA) and chitinase B (ChiB), and pH. キチナーゼA(ChiA)およびキチナーゼB(ChiB)の活性と熱安定性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the activity of chitinase A (ChiA) and chitinase B (ChiB), and thermal stability.

Claims (13)

受託番号FERM P−20620で表されるパエニバチルス属細菌またはその変異株。 Paenibacillus genus bacteria represented by accession number FERM P-20620 or mutants thereof. 受託番号FERM P−20620で表されるパエニバチルス属細菌またはその変異株を多糖または多糖含有物に接触させることを含む、オリゴ糖の製造方法。 A method for producing an oligosaccharide, comprising bringing a Paenibacillus genus bacterium represented by accession number FERM P-20620 or a mutant thereof into contact with a polysaccharide or a polysaccharide-containing product. 多糖または多糖含有物が、キチン、キトサンおよびセルロースからなる群より選ばれる1以上の多糖またはその含有物である、請求項2記載の方法。 The method according to claim 2, wherein the polysaccharide or the polysaccharide-containing material is one or more polysaccharides selected from the group consisting of chitin, chitosan, and cellulose, or a content thereof. 多糖含有物がカニ殻である、請求項2または3記載の方法。 The method according to claim 2 or 3, wherein the polysaccharide-containing material is crab shell. カニ殻がズワイガニの殻である、請求項4記載の方法。 The method of claim 4, wherein the crab shell is a snow crab shell. 受託番号FERM P−20620で表されるパエニバチルス属細菌またはその変異株を含む、組成物。 A composition comprising a Paenibacillus genus bacterium represented by accession number FERM P-20620 or a mutant strain thereof. 農薬、植物病原菌に対する抗菌剤または多糖分解剤である、請求項6記載の組成物。 The composition according to claim 6, which is an antibacterial agent or a polysaccharide decomposing agent against pesticides, plant pathogens. 以下(a)または(b)のポリペプチドまたはその部分ペプチド:
(a)配列番号2で表されるアミノ酸配列、または配列番号2で表されるアミノ酸配列において分泌シグナル配列が除去されたアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつキチン分解活性を有する、ポリペプチド;
(b)配列番号4で表されるアミノ酸配列、または配列番号4で表されるアミノ酸配列において分泌シグナル配列が除去されたアミノ酸配列と70%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつキチン分解活性を有する、ポリペプチド。
The following (a) or (b) polypeptide or a partial peptide thereof:
(A) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or an amino acid sequence having 70% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 from which the secretory signal sequence has been removed, and chitin A polypeptide having degrading activity;
(B) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4, or an amino acid sequence having 70% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 from which the secretory signal sequence has been removed, and chitin A polypeptide having degradation activity.
請求項8記載のポリペプチドまたはその部分ペプチドをコードするポリヌクレオチド。 A polynucleotide encoding the polypeptide according to claim 8 or a partial peptide thereof. 請求項9記載のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。 An expression vector comprising the polynucleotide according to claim 9. 請求項10記載の発現ベクターを含む形質転換体。 A transformant comprising the expression vector according to claim 10. 請求項8記載のポリペプチドまたはその部分ペプチドに対する抗体。 An antibody against the polypeptide according to claim 8 or a partial peptide thereof. 請求項12記載の抗体を産生するハイブリドーマ。 A hybridoma producing the antibody according to claim 12.
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