JP2007105048A - Process for producing d-n-carbamoyl-alpha-amino acids - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly efficient process for producing D-N-carbamoyl-α-amino acids. <P>SOLUTION: Disclosed are a DNA fragment containing a gene for a hydantoinase derived from a specific microorganism of the genus Bacillus, Agrobacterium or Pseudomonas, a vector DNA and a transformed microorganism. Also disclosed is a process for producing D-N-carbamoyl-α-amino acids from 5-substituted hydantoins using a hydantoinase produced from a transformed microorganism transformed with the recombinant DNAs. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、D−N−カルバモイル−α−アミノ酸の製造法、特に、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素(以下、ヒダントイナーゼという)に関与する遺伝子を有する新規形質転換体を使用したD−N−カルバモイル−α−アミノ酸の製造法に関する。   The present invention relates to a method for producing DN-carbamoyl-α-amino acid, in particular, an enzyme (hereinafter referred to as an enzyme that converts 5-substituted hydantoin into a corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid by asymmetric cleavage hydrolysis) The present invention relates to a method for producing DN-carbamoyl-α-amino acid using a novel transformant having a gene involved in hydantoinase.

光学活性なD−N−カルバモイル−α−アミノ酸は、対応する光学活性なD−α−アミノ酸に変換することができ、光学活性なD−α−アミノ酸は医薬中間体として重要な化合物である。特に、半合成ペニシリン類や半合成セファロスポリン類の製造中間体としての、D−フェニルグリシン、D−パラヒドロキシフェニルグリシンなどが工業的に有用な化合物として挙げられる。   The optically active DN-carbamoyl-α-amino acid can be converted into the corresponding optically active D-α-amino acid, and the optically active D-α-amino acid is an important compound as a pharmaceutical intermediate. In particular, D-phenylglycine, D-parahydroxyphenylglycine and the like as production intermediates of semisynthetic penicillins and semisynthetic cephalosporins are industrially useful compounds.

D−N−カルバモイル−α−アミノ酸の製造法としては、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に、微生物の酵素作用を利用して変換する方法が知られており、特許文献1−4に記載されている。   As a method for producing DN-carbamoyl-α-amino acid, 5-substituted hydantoin is asymmetrically cleaved and hydrolyzed to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid using the enzymatic action of microorganisms. A conversion method is known and described in Patent Documents 1-4.

また、5−置換ヒダントインを対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素であるヒダントイナーゼに関与する遺伝子を、高温菌より取得して、これを中温菌に導入することにより、ヒダントイナーゼ活性を有する組換え体微生物を製造する方法については、特許文献5に記載されている。また、特許文献6にはアグロバクテリウムに属する菌からヒダントイナーゼ遺伝子断片を分離し、エシェリヒア・コリまたはアグロバクテリウム属細菌に導入して活性を発現させている。   In addition, a hydantoinase activity is obtained by obtaining a gene involved in hydantoinase, which is an enzyme that converts 5-substituted hydantoin into the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid from a thermophilic bacterium, and introducing the gene into a mesophilic bacterium. Patent Document 5 describes a method for producing a recombinant microorganism having the above. In Patent Document 6, a hydantoinase gene fragment is isolated from bacteria belonging to Agrobacterium and introduced into Escherichia coli or Agrobacterium bacteria to express the activity.

上記の、微生物の酵素作用を利用する方法は、酵素の供給源として知られる微生物ではいずれも酵素生産量が十分でなく、さらに、培養培地が高価である等の欠点を有していた。     The above-described methods utilizing the enzymatic action of microorganisms have drawbacks such as that the microorganisms known as enzyme supply sources are not sufficient in the amount of enzyme production, and the culture medium is expensive.

また、特許文献5に示される組換え体微生物については、ヒダントイナーゼ活性を有する胞子形成高温菌と比較して数倍程度しか酵素活性が向上しておらず酵素の生産量は十分とはいいがたい。   In addition, the recombinant microorganism shown in Patent Document 5 has an enzyme activity that is only several times higher than that of a spore-forming thermophile having hydantoinase activity, and the amount of enzyme produced is not sufficient. .

また、上記組換え体微生物を用いて、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸を生成蓄積させた例は全く示されていない。   In addition, no examples have been shown in which the above-mentioned recombinant microorganism is used to asymmetrically cleave and hydrolyze 5-substituted hydantoin to produce and accumulate the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid.

特開昭53−91189号公報JP-A-53-91189 特開昭53−44690号公報Japanese Patent Laid-Open No. 53-44690 特開昭53−69884号公報JP-A-53-69884 特開昭53−133688号公報JP-A-53-133688 特開昭62−87089号公報JP-A-62-87089 国際公開第94/00577号パンフレットInternational Publication No. 94/00577 Pamphlet

本発明は、このような問題を解決すべく、酵素の生産性が極めて高い微生物を創製するとともに、このようにして得られた酵素源を使用して、D−N−カルバモイル−α−アミノ酸を効率よく生産することを目的とする。   In order to solve such problems, the present invention creates microorganisms with extremely high enzyme productivity and uses the enzyme source thus obtained to convert DN-carbamoyl-α-amino acid. The purpose is to produce efficiently.

組換えDNA手法を用いて、ヒダントイナーゼを生産する微生物を取得する方法については、特許文献5および6に示されているが、ヒダントイナーゼ遺伝子の供給源となる微生物は、本発明でヒダントイナーゼ遺伝子を取得した微生物とは全く異なるものである。さらにヒダントイナーゼ遺伝子の塩基配列や、アミノ酸配列も、本発明のものとはかなり相違がある。   Methods for obtaining a microorganism that produces hydantoinase using recombinant DNA techniques are described in Patent Documents 5 and 6, but the microorganism that is the source of the hydantoinase gene obtained the hydantoinase gene in the present invention. It is completely different from microorganisms. Furthermore, the base sequence and amino acid sequence of the hydantoinase gene are quite different from those of the present invention.

本発明は、下記を提供する:
1. バチルス(Bacillus) sp.KNK245(FERM BP−4863)、アグロバクテリウム(Agrobacterium) sp.KNK712(FERM BP−1900)またはシュードモナス(Pseudomonas) sp.KNK003A(FERM BP−3181)に由来するヒダントイナーゼに関与する遺伝子を含むDNA断片と、ベクターDNAとの組換え体DNAを用いエシェリヒア属、シュードモナス属、フラボバクテリウム属、バチルス属、セラチア属、アグロバクテリウム属、コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属する微生物のような宿主菌体を形質転換して得られる形質転換体の生産する当該酵素を、水性媒体中で5−置換ヒダントインに作用させるD−N−カルバモイル−α−アミノ酸の製造法。
2.宿主微生物が、エシェリヒア属、シュードモナス属、フラボバクテリウム属、バチルス属、セラチア属、アグロバクテリウム属、コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属する微生物から選ばれる、1記載の形質転換微生物。
3.形質転換微生物がエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)HB101 pTH102、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)HB101 pTH103、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)HB101 pTH104(FERM BP−4864)、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)HB101 pAH1043(FERM BP−4865)またはエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)HB101 pPHD301(FERM BP−4866)である、2記載の形質転換微生物。
4.1〜3いずれか1項記載の形質転換微生物を使用することを特徴とする、5−置換ヒダントインを不斉的に加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素の製造法。
5.4記載の製造法で得られた酵素を使用することを特徴とする5−置換ヒダントインからD−N−カルバモイル−α−アミノ酸の製造法。
6.5−置換ヒダントインが一般式(1):

Figure 2007105048
(式中、Rはフェニル基、水酸基で置換されたフェニル基、アルキル基、置換アルキル基、アラルキル基またはチエニル基を示す。)で表わされる化合物である5記載の製造法。
7.バチルス sp.KNK245(FERM BP−4863)由来のヒダントイナーゼをコードする遺伝子を含むDNA断片と、プラスミド(pUCNT)との組換えにより得られ、図2〜4のいずれかに示す制限酵素切断地図を有する組換えプラスミド。
8.組換えプラスミドが、pTH102、pTH103またはpTH104である7記載の組換プラスミド。
9.アグロバクテリウム sp.KNK712(FERM BP−1900)由来のヒダントイナーゼをコードする遺伝子を含むDNA断面とプラスミドpUC18との組換えによって得られ、図1の制限酵素地図を有する組換えプラスミド。
10.組換えプラスミドがpAH1043である9記載の組換えプラスミド。
11.シュードモナス sp.KNK003A(FERM BP−3181)由来のヒダントイナーゼをコードする遺伝子を含むDNA断片と、プラスミドpUC18の組換えによって得られ、図5の制限酵素地図を有する組換えプラスミド。
12.組換えプラスミドがpPHD301である11記載の組換えプラスミド。
13.配列表配列番号1のアミノ酸配列のアミノ酸番号1〜457のアミノ酸配列の全部または一部をコードする5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して、対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素活性を示す蛋白質の遺伝子。
14.配列表配列番号1のアミノ酸配列のアミノ酸番号1〜457のアミノ酸配列の全部または一部を含み、5−置換ヒダントインを不斉的に加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する活性を有する酵素蛋白質。
15.配列表配列番号3のアミノ酸配列のアミノ酸番号1〜485のアミノ酸配列の全部または一部をコードする5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して、対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素活性を示す蛋白質の遺伝子。
16.配列表配列番号1の塩基番号1〜2518の塩基配列の全部または一部もしくはこれと等価の塩基配列を持ち、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して、対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素活性を示す蛋白質の遺伝子を含むDNA断片。
17.配列表配列番号3の塩基番号1〜1569の塩基配列の全部または一部もしくはこれと等価の塩基配列を持ち、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して、対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素活性を示す蛋白質の遺伝子を含むDNA断片。
18.配列表配列番号3のアミノ酸配列のアミノ酸番号1〜485のアミノ酸配列の全部または一部を含み、5−置換ヒダントインを不斉的に加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する活性を有する酵素蛋白質。 The present invention provides the following:
1. Bacillus sp. KNK245 (FERM BP-4863), Agrobacterium sp. KNK712 (FERM BP-1900) or Pseudomonas sp. Using a recombinant DNA of a DNA fragment containing a gene involved in hydantoinase derived from KNK003A (FERM BP-3181) and a vector DNA, Escherichia, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus, Serratia, Agrobacterium D which causes the enzyme produced by a transformant obtained by transforming a host cell such as a microorganism belonging to the genus Baum, Corynebacterium, or Brevibacterium to act on a 5-substituted hydantoin in an aqueous medium A method for producing N-carbamoyl-α-amino acid.
2. 2. The transformed microorganism according to 1, wherein the host microorganism is selected from microorganisms belonging to the genus Escherichia, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus, Serratia, Agrobacterium, Corynebacterium or Brevibacterium.
3. The transformed microorganisms are Escherichia coli HB101 pTH102, Escherichia coli HB101 pTH103, Escherichia coli HB101 pTH104 (FERM BP-4864), Escherichia coli (3 EscherichiAH 104B). 3. The transformed microorganism according to 2, which is FERM BP-4865) or Escherichia coli HB101 pPHD301 (FERM BP-4866).
4. A 5-substituted hydantoin is asymmetrically hydrolyzed and converted to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid, using the transformed microorganism according to any one of 4.1 to 3 Enzyme production method.
A method for producing DN-carbamoyl-α-amino acid from 5-substituted hydantoin, which comprises using the enzyme obtained by the production method according to 5.4.
6.5-Substituted hydantoins have the general formula (1):
Figure 2007105048
6. The production method according to 5, wherein R is a phenyl group, a phenyl group substituted with a hydroxyl group, an alkyl group, a substituted alkyl group, an aralkyl group or a thienyl group.
7). Bacillus sp. A recombinant plasmid obtained by recombination of a DNA fragment containing a gene encoding hydantoinase derived from KNK245 (FERM BP-4863) with a plasmid (pUCNT) and having a restriction enzyme cleavage map shown in any of FIGS. .
8). 8. The recombinant plasmid according to 7, wherein the recombinant plasmid is pTH102, pTH103 or pTH104.
9. Agrobacterium sp. A recombinant plasmid obtained by recombination of a DNA cross section containing a gene encoding a hydantoinase derived from KNK712 (FERM BP-1900) with the plasmid pUC18 and having the restriction enzyme map of FIG.
10. 10. The recombinant plasmid according to 9, wherein the recombinant plasmid is pAH1043.
11. Pseudomonas sp. A recombinant plasmid obtained by recombination of a DNA fragment containing a gene encoding hydantoinase derived from KNK003A (FERM BP-3181) and the plasmid pUC18 and having the restriction enzyme map of FIG.
12 12. The recombinant plasmid according to 11, wherein the recombinant plasmid is pPHD301.
13. A 5-substituted hydantoin that encodes all or part of the amino acid sequence of amino acid numbers 1 to 457 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is asymmetrically cleaved and hydrolyzed, and the corresponding DN-carbamoyl-α- A protein gene that shows enzymatic activity to convert to amino acids.
14 It contains all or part of the amino acid sequence of amino acid numbers 1 to 457 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and asymmetrically hydrolyzes 5-substituted hydantoin to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid. An enzyme protein having an activity to convert.
15. A 5-substituted hydantoin that encodes all or part of the amino acid sequence of amino acid numbers 1 to 485 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 is asymmetrically cleaved and hydrolyzed, and the corresponding DN-carbamoyl-α- A protein gene that shows enzymatic activity to convert to amino acids.
16. It has the whole or a part of the base sequence of base numbers 1 to 2518 in the sequence listing SEQ ID NO: 1 or a base sequence equivalent thereto, and asymmetrically cleaves and hydrolyzes 5-substituted hydantoins to give the corresponding DN- A DNA fragment comprising a gene of a protein exhibiting enzymatic activity for conversion to carbamoyl-α-amino acid.
17. It has the whole or a part of the base sequence of base numbers 1 to 1569 of the sequence listing SEQ ID NO: 3 or a base sequence equivalent thereto, and asymmetrically cleaves and hydrolyzes the 5-substituted hydantoin to give the corresponding DN- A DNA fragment comprising a gene of a protein exhibiting enzymatic activity for conversion to carbamoyl-α-amino acid.
18. Including all or part of the amino acid sequence of amino acid numbers 1 to 485 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 and asymmetrically hydrolyzing the 5-substituted hydantoin to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid An enzyme protein having an activity to convert.

本発明により得られるようなヒダントイナーゼの生産性が極めて高い形質転換体はこれまで知られておらず、この形質転換体の酵素を作用させることにより非常に効率良く経済的にD−N−カルバモイル−α−アミノ酸を製造することが可能になった。   A transformant with extremely high productivity of hydantoinase as obtained by the present invention has not been known so far, and DN-carbamoyl- is very efficiently and economically produced by allowing the enzyme of this transformant to act. It has become possible to produce α-amino acids.

本発明に用いる遺伝子を含むDNA断片は、バチルス sp.KNK245 アグロバクテリウム sp.KNK712またはシュードモナス sp.KNK003Aから得ることができる。アグロバクテリウム sp.KNK712およびシュードモナス sp.KNK003Aは、各々、FERM BP−1900およびFERM BP−3181の受託番号の下、本出願人により既に通産省工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託され、また、WO92/10579にその詳細が記載されている公知株である。また、バチルス sp.KNK245は、この度、本発明者らにより、新たに見いだされた菌株で、1994年11月12日より、FERM BP−4863の受託番号の下、同研究所に寄託されている。     The DNA fragment containing the gene used in the present invention is Bacillus sp. KNK245 Agrobacterium sp. KNK712 or Pseudomonas sp. It can be obtained from KNK003A. Agrobacterium sp. KNK712 and Pseudomonas sp. KNK003A has already been deposited by the applicant under the accession numbers of FERM BP-1900 and FERM BP-3181, respectively, at the Institute of Biotechnology, Ministry of International Trade and Industry, and details thereof are described in WO92 / 10579. Is a known strain. Bacillus sp. KNK245 is a strain newly found by the present inventors and has been deposited with the Institute under the accession number of FERM BP-4863 since November 12, 1994.

つぎに、バチルス sp.KNK245の菌学的性質を示す。

Figure 2007105048
Figure 2007105048
かかる菌株からヒダントイナーゼ遺伝子を得るには、通常以下の様に行う。 Next, Bacillus sp. The bacteriological properties of KNK245 are shown.
Figure 2007105048
Figure 2007105048
In order to obtain a hydantoinase gene from such a strain, it is usually carried out as follows.

まず、微生物の菌体より染色体DNAを抽出し、つぎに、染色体DNAを適当な制限酵素、例えば、Sau3AI等で部分加水分解した後に、ベクターDNAと結合させて、種々の染色体DNAの断片をもつ組換え体DNAを遺伝子ライブラリーとして得る(特開昭58−126789号および米国特許第4,237,224号明細書参照)。   First, chromosomal DNA is extracted from the cells of the microorganism, then chromosomal DNA is partially hydrolyzed with an appropriate restriction enzyme such as Sau3AI, and then combined with vector DNA to have various chromosomal DNA fragments. Recombinant DNA is obtained as a gene library (see JP-A-58-126789 and US Pat. No. 4,237,224).

そして、この遺伝子ライブラリーから目的とする遺伝子を含む組換え菌を選択するが、これは発現した蛋白を酵素活性等を指標として検出したり、蛋白のN末端配列を解析してそれに対応するDNAプローブを合成してコロニーハイブリダイゼーション等で遺伝子の存在を検出すること等によって行うことができる。また、既知のヒダントイナーゼの塩基配列をもとに適当な部分の配列を合成したDNAプライマーを用い、コロニーハイブリダイゼーションやポリメラーゼ・チェイン・リアクション(PCR)法によって遺伝子を取得することもできる。遺伝子が取得できると、その塩基配列を解析する。また、ヒダントイナーゼを生産する微生物および、この酵素遺伝子を導入した組換え微生物を培養して、生産した酵素を精製し、その蛋白の分子量を決定するとともに、アミノ末端付近のアミノ酸配列を気相プロテインシークエンサーなどで決定する。   Then, a recombinant bacterium containing the target gene is selected from this gene library, which detects the expressed protein using the enzyme activity or the like as an index, or analyzes the N-terminal sequence of the protein and corresponding DNA. It can be performed by synthesizing a probe and detecting the presence of a gene by colony hybridization or the like. Alternatively, a gene can be obtained by colony hybridization or polymerase chain reaction (PCR) using a DNA primer obtained by synthesizing an appropriate sequence based on the known hydantoinase base sequence. If a gene can be obtained, its base sequence is analyzed. In addition, by culturing a microorganism that produces hydantoinase and a recombinant microorganism into which this enzyme gene has been introduced, the produced enzyme is purified, the molecular weight of the protein is determined, and the amino acid sequence near the amino terminus is converted to a gas phase protein sequencer. Etc.

ついで、これらのDNA塩基配列と蛋白のアミノ末端配列とを比較し、ヒダントイナーゼ蛋白をコードした塩基配列部分の蛋白への翻訳開始部位を決定し、この部位より翻訳終止コドンまでの遺伝子部分に酵素蛋白がコードされていることを蛋白の分子量との関係も考慮して確かめ、目的とする遺伝子であることを確認する(Molecular Cloning, A LaboratoryManual, 2nd Ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press 第4章、第13章)。これにより、アグロバクテリウム sp.KNK712およびシュードモナス sp.KNK003Aより配列表の配列番号1および3のDNA断片を得た。また、バチルス sp. KNK245からもヒダントイナーゼをコードする遺伝子を含むDNA断片を得た。よく知られているごとく、こうして得られた当該酵素をコードした遺伝子および/またはこれを含むDNA断片は、通常、1つのアミノ酸に複数の塩基コドンが対応していることから、当該遺伝子および/またはDNA断片に対応するアミノ酸配列をコードした他の塩基配列を持つDNA断片と等価である。   Next, the DNA base sequence is compared with the amino terminal sequence of the protein to determine the translation start site of the base sequence portion encoding the hydantoinase protein into the protein, and the enzyme protein in the gene portion from this site to the translation stop codon. Confirm that the gene is encoded in consideration of the relationship with the molecular weight of the protein, and confirm that it is the gene of interest (Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Chapter 4, Chapter Chapter 13). As a result, Agrobacterium sp. KNK712 and Pseudomonas sp. DNA fragments of SEQ ID NOs: 1 and 3 in the sequence listing were obtained from KNK003A. Bacillus sp. A DNA fragment containing a gene encoding hydantoinase was also obtained from KNK245. As is well known, since a gene encoding the enzyme and / or a DNA fragment containing the enzyme thus obtained usually has a plurality of base codons corresponding to one amino acid, the gene and / or It is equivalent to a DNA fragment having another base sequence encoding an amino acid sequence corresponding to the DNA fragment.

本発明に用いるベクターとしては、エシェリヒア属、シュードモナス属、フラボバクテリウム属、バチルス属、セラチア属、コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属する細菌の細胞内で自律複製できる微生物由来のプラスミド、ファージまたはその誘導体が使用出来る。   The vectors used in the present invention include Escherichia, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus, Serratia, Corynebacterium, or Brevibacterium genus-derived plasmids and phages that can autonomously replicate in cells of the genus Alternatively, derivatives thereof can be used.

例えば、「組換えDNA実験指針 −解説・Q&A−」(組換えDNA実験指針研究会編、科学技術庁ライフサイエンス課監修、第一法規出版(株)、平成3年9月24日改訂)25〜27頁および36〜38頁に記載の宿主−ベクター系を用いることが出来る。また、強力な構造プロモーターをもつように改質したベクターを使用して、ベクター上の適切な位置に翻訳開始部位を連結した組換えDNAを使用することにより酵素の生産量を上昇させることができる。これらの断片の両端を制限酵素で切断して、適当なベクターとの組換え体DNAを作製して、エシェリヒア属、シュードモナス属、フラボバクテリウム属、バチルス属、セラチア属、アグロバクテリウム属、コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属する微生物を直接形質転換してヒダントイナーゼを生産する組換え体微生物を取得することができる。   For example, “Recombinant DNA Experiment Guidelines -Commentary / Q & A-” (edited by the Recombinant DNA Experiment Guidelines Study Group, supervised by the Science and Technology Agency, Life Sciences Section, Daiichi Law Publishing Co., Ltd., revised on September 24, 1991) 25 The host-vector system described on pages -27 and 36-38 can be used. Moreover, by using a vector modified to have a strong structural promoter and using a recombinant DNA in which a translation initiation site is linked to an appropriate position on the vector, the amount of enzyme produced can be increased. . Both ends of these fragments are cleaved with a restriction enzyme to prepare a recombinant DNA with an appropriate vector, and Escherichia, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus, Serratia, Agrobacterium, Coryne A recombinant microorganism that produces hydantoinase by directly transforming a microorganism belonging to the genus Bacteria or Brevibacterium can be obtained.

上記の属の菌種を直接形質転換しないで、例えば、エシェリヒア・コリのような他の微生物の宿主ベクター系にて目的遺伝子を一旦クローン化し、しかる後に適当なベクターとの組換え体DNAを作製してから、上記の属の菌種を形質転換しても、同様にヒダントイナーゼを生産する組換え体微生物を取得することができる。   Without directly transforming the above species, for example, the target gene is once cloned in a host vector system of another microorganism such as Escherichia coli, and then a recombinant DNA with an appropriate vector is prepared. Then, even if a bacterial species of the above genus is transformed, a recombinant microorganism that similarly produces hydantoinase can be obtained.

組換え体製造のためには、S.N.Cohen et al.米国特許第4,237,224号明細書、遺伝子操作実験法[高木康敬編著、講談社サイエンティフィック(1980)、Method in Enzymology,68,Recombinant DNA[Ray Mv編、Academic Press(1979)]、特開昭58−126789号明細書などの文献の記載が広く応用できる。   For recombinant production, S. N. Cohen et al. US Pat. No. 4,237,224, Gene manipulation experiment method [Yasutaka Takagi, Kodansha Scientific (1980), Method in Enzymology, 68, Recombinant DNA [Ray Mv, Academic Press (1979)], Special Descriptions of documents such as the specification of Kokai 58-126789 can be widely applied.

クローンした目的遺伝子の不要なDNAを取り除き、強力なプロモーターを持つように改質したベクターを使用して、ベクター上の適切な位置に翻訳開始部位を連結した組換えDNAを使用して上記の宿主菌を形質転換し、得られる形質転換株を用いることにより、目的酵素の生産量を上昇させることができる。   Using a recombinant DNA in which a translation initiation site is linked to an appropriate position on the vector using a vector modified by removing unnecessary DNA from the cloned target gene and having a strong promoter, the above host The amount of target enzyme produced can be increased by transforming the fungus and using the resulting transformant.

形質転換株は、通常の栄養培地に培養することにより、導入した組換え体DNAの形質を発現させることができる。組換え体DNAに遺伝子DNAまたはベクターDNA由来の性質が付与されている場合は、その性質にあわせて培地に薬剤を補ってもよい。   The transformed strain can be expressed in the introduced recombinant DNA by culturing in a normal nutrient medium. When the recombinant DNA is given a property derived from gene DNA or vector DNA, the medium may be supplemented with a drug according to the property.

このようにして得られた形質転換株を酵素源として得るには、通常の培地を用いて培養を行なえばよいが、必要に応じて、ヒダントイン化合物、ウラシル、イソプロピル−1−チオ−β−D−ガラクトサイド(IPTG)などの添加、温度上昇など、酵素誘導のための処理を行なうこともできる。形質転換株の培養のために用いられる培地は、通常、炭素源、窒素源および無機イオンを含有する普通の培地であってよい。これにビタミン、アミノ酸などの有機微量栄養素を添加すると、好ましい結果が得られる場合が多い。炭素源としては、グルコースやシュークロースのような炭水化物、酢酸のような有機酸、アルコール類などが適宜使用される。窒素源としては、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩などが用いられる。無機イオンとしては、リン酸イオン、マグネシウムイオン、カリウムイオン、鉄イオン、マンガンイオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、銅イオン、アルミニウムイオン、モリブデンイオンなどが使用されてよい。   In order to obtain the transformant thus obtained as an enzyme source, culture can be carried out using a normal medium. If necessary, hydantoin compounds, uracil, isopropyl-1-thio-β-D -Treatment for enzyme induction, such as addition of galactoside (IPTG), temperature rise, etc., can also be performed. The medium used for culturing the transformed strain may be a common medium usually containing a carbon source, a nitrogen source and inorganic ions. When organic micronutrients such as vitamins and amino acids are added thereto, favorable results are often obtained. As the carbon source, carbohydrates such as glucose and sucrose, organic acids such as acetic acid, alcohols and the like are appropriately used. As the nitrogen source, ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salt and the like are used. As inorganic ions, phosphate ions, magnesium ions, potassium ions, iron ions, manganese ions, cobalt ions, nickel ions, copper ions, aluminum ions, molybdenum ions, and the like may be used.

培養は、好気的条件下にpH4〜8、温度25〜60℃の適当な範囲に制御しつつ、1〜10日間培養を行なえば、望ましい結果が得られる。   Desirable results can be obtained by culturing for 1 to 10 days while controlling the culture at an appropriate range of pH 4 to 8 and temperature 25 to 60 ° C.

形質転換株の産生する酵素を作用する態様としては、当該転換株の培養液、菌体、菌体処理物、菌体から抽出した酵素、固定化菌体などを挙げることができる。   Examples of the mode in which the enzyme produced by the transformed strain acts include a culture solution of the transformed strain, bacterial cells, treated bacterial cells, enzymes extracted from the bacterial cells, and immobilized bacterial cells.

菌体としては、培養終了後の培養液そのまま、培養液より分離された菌、洗浄された菌体などいずれも使用可能である。菌体処理物としては凍結乾燥菌体、アセトン乾燥菌体、トルエンや界面活性剤と接触させた菌体、リゾチームで処理した菌体、超音波処理した菌体、機械的に摩砕した菌体などの他、これら菌体の処理物から得られたヒダントイナーゼ活性を有する酵素抽出液、さらには、これらの菌体の固定化物、菌体処理物の不溶化物、酵素蛋白の固定化用担体(例えば、陰イオン交換樹脂)への固定化物などが使用出来る。なお、固定化法については、例えば、特開昭63−185382号明細書が参考になる。   As the microbial cells, any of the cultures after completion of the culture can be used, such as bacteria isolated from the culture solution and washed cells. The treated cells include freeze-dried cells, acetone-dried cells, cells that have been contacted with toluene or a surfactant, cells that have been treated with lysozyme, cells that have been sonicated, and cells that have been mechanically ground. In addition, an enzyme extract having a hydantoinase activity obtained from a treated product of these cells, an immobilized product of these cells, an insolubilized product of the treated cells, a carrier for immobilizing enzyme proteins (for example, , Anion exchange resin) and the like can be used. For the immobilization method, for example, JP-A-63-185382 is referred to.

固定化に使用される支持体としては、デュオライト(Duolite)A568またはDS17186(ローム・アンド・ハース社:登録商標)などのフェノールホルムアルデヒド陰イオン交換樹脂、アンバーライト(Amberlite)IRA935、IRA945、IRA901(ローム・アンド・ハース社:登録商標)、レワタイト(Lewatit)OC1037(バイエル社:登録商標)、ダイアイオン(Diaion)EX−05(三菱化成工業:登録商標)などのポリスチレン樹脂のような各種アミンやアンモニウム塩あるいはジエタノールアミン型の官能基を持つ各種の陰イオン交換樹脂が適している。その他DEAE−セルロースなどの支持体も使用することができる。   Supports used for immobilization include phenol formaldehyde anion exchange resins such as Duolite A568 or DS17186 (Rohm and Haas: registered trademark), Amberlite IRA935, IRA945, IRA901 ( Various amines such as polystyrene resins such as Rohm and Haas (registered trademark), Lewatit OC1037 (Bayer: registered trademark), Diaion EX-05 (Mitsubishi Chemical Industry: registered trademark) Various anion exchange resins having an ammonium salt or diethanolamine type functional group are suitable. Other supports such as DEAE-cellulose can also be used.

さらに、酵素の吸着をより強固かつ安定にするため、通常、架橋剤を用いるが、好適な例として、グルタルアルデヒトを挙げることができる。使用する酵素は、精製酵素だけでなく、部分精製酵素、菌体破砕液、無細胞抽出液など種々の精製度のものが使用できる。固定化酵素の調製は支持体に酵素を吸着後、架橋処理をする等の通常の調製法が使用できる。   Furthermore, in order to make the adsorption of the enzyme stronger and more stable, a cross-linking agent is usually used, but a preferable example is glutaraldehyde. As the enzyme to be used, not only a purified enzyme but also various purified enzymes such as a partially purified enzyme, a cell disruption solution, and a cell-free extract can be used. For the preparation of the immobilized enzyme, a usual preparation method such as crosslinking treatment after adsorbing the enzyme to the support can be used.

本発明における酵素反応の基質となる、5−置換ヒダントインは特に限定するものではなく、通常この種の反応に使用されるもの、いずれでもよい。例えば、一般式(1):

Figure 2007105048
で表わされる化合物が挙げられる。 The 5-substituted hydantoin used as a substrate for the enzyme reaction in the present invention is not particularly limited, and any of those usually used for this kind of reaction may be used. For example, the general formula (1):
Figure 2007105048
The compound represented by these is mentioned.

一般式(1)の化合物における置換基Rは広範囲にわたることができるが、特に、医薬中間体のように産業上有用な化合物を与えるためには、Rがフェニル基、水酸基で置換されたフェニル基、アルキル基、置換アルキル基、アラルキル基、またはチエニル基であるのが好ましい。水酸基で置換されたフェニル基の場合、水酸基は1つもしくはそれ以上であって、o−、m−、p−いづれの位置に置換していてもよいが、p−ヒドロキシフェニル基が代表的である。アルキル基は炭素数1〜4であって、対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸がD−N−カルバモイル−アラニン、D−N−カルバモイル−バリン、D−N−カルバモイル−ロイシン、D−N−カルバモイル−イソロイシンなどとなる基である。置換アルキル基は炭素数1〜4のアルキル基が水酸基、アルキルチオ基、カルボキシル基、アミノ基、フェニル基、水酸基で置換されたフェニル基、アミド基などで置換されたものであって、対応するD−N−カルバモイル−アミノ酸がD−N−カルバモイル−セリン、D−N−カルバモイル−スレオニン、D−N−カルバモイル−メチオニン、D−N−カルバモイル−システイン、D−N−カルバモイル−アスパラギン、D−N−カルバモイル−グルタミン、D−N−カルバモイル−チロシン、D−N−カルバモイル−トリプトファン、D−N−カルバモイル−アスパラギン酸、D−N−カルバモイル−グルタミン酸、D−N−カルバモイル−ヒスチジン、D−N−カルバモイル−リジン、D−N−カルバモイル−アルギニン、D−N−カルバモイル−シトルリンなどとなる基である。アラルキル基は炭素数7〜8のたとえばベンジル、フェネチル基であって、対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸がD−N−カルバモイル−フェニルアラニンなどとなる基である。   The substituent R in the compound of the general formula (1) can vary widely, but in particular, in order to give industrially useful compounds such as pharmaceutical intermediates, R is a phenyl group or a phenyl group substituted with a hydroxyl group. , An alkyl group, a substituted alkyl group, an aralkyl group, or a thienyl group. In the case of a phenyl group substituted with a hydroxyl group, the hydroxyl group is one or more and may be substituted at any position of o-, m-, and p-, but a p-hydroxyphenyl group is typical. is there. The alkyl group has 1 to 4 carbon atoms, and the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-leucine, D- It is a group that becomes N-carbamoyl-isoleucine or the like. A substituted alkyl group is a group in which an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is substituted with a hydroxyl group, an alkylthio group, a carboxyl group, an amino group, a phenyl group, a phenyl group substituted with a hydroxyl group, an amide group, etc. -N-carbamoyl-amino acid is DN-carbamoyl-serine, DN-carbamoyl-threonine, DN-carbamoyl-methionine, DN-carbamoyl-cysteine, DN-carbamoyl-asparagine, DN -Carbamoyl-glutamine, DN-carbamoyl-tyrosine, DN-carbamoyl-tryptophan, DN-carbamoyl-aspartic acid, DN-carbamoyl-glutamic acid, DN-carbamoyl-histidine, DN- Carbamoyl-lysine, DN-carbamoyl-arginine, DN-ca Bamoiru - citrulline, or the like to become group. The aralkyl group is, for example, benzyl or phenethyl group having 7 to 8 carbon atoms, and the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-phenylalanine or the like.

水性媒体としては、水、緩衝液、エタノールのような有機溶媒を含むものが使用される。さらに必要に応じて、微生物の成育に必要な栄養素、抗酸化剤、界面活性剤、補酵素、ヒドロキシルアミン、金属などを水性媒体に添加することもできる。   As the aqueous medium, one containing water, a buffer solution, or an organic solvent such as ethanol is used. Furthermore, nutrients necessary for the growth of microorganisms, antioxidants, surfactants, coenzymes, hydroxylamines, metals, and the like can be added to the aqueous medium as necessary.

上記微生物の菌体を水溶性媒体中で培養しながら、菌体と5−置換ヒダントインを接触せしめて作用させる場合には、5−置換ヒダントインを含み、かつ微生物の生育に必要な炭素源、窒素源、無機イオンなどの栄養素を含む水性媒体が用いられる。さらにビタミン、アミノ酸などの有機・微量栄養素を添加すると、好ましい結果が得られる場合が多い。炭素源としては、グルコース、シュークロースのような炭水化物、酢酸のような有機酸、アルコール類などが適宜に使用される。窒素源としては、アンモニアガス、アンモニア水、アンモニウム塩などが用いられる。無機イオンとしては、リン酸イオン、マグネシウムイオン、カリウムイオン、鉄イオン、マンガンイオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、銅イオン、アルミニウムイオン、モリブデンイオンなどが使用されてよい。   When the cells of the microorganism are cultured in an aqueous medium and the cells are brought into contact with the 5-substituted hydantoin, the carbon source containing the 5-substituted hydantoin and necessary for the growth of the microorganism, nitrogen Sources and aqueous media containing nutrients such as inorganic ions are used. Furthermore, when organic / micronutrients such as vitamins and amino acids are added, favorable results are often obtained. As the carbon source, carbohydrates such as glucose and sucrose, organic acids such as acetic acid, alcohols and the like are appropriately used. As the nitrogen source, ammonia gas, aqueous ammonia, ammonium salt and the like are used. As inorganic ions, phosphate ions, magnesium ions, potassium ions, iron ions, manganese ions, cobalt ions, nickel ions, copper ions, aluminum ions, molybdenum ions, and the like may be used.

培養は好気的条件下に、pH4〜8、温度25〜60℃の適当な範囲に制御しつつ行う。1〜10日間程度培養を行なえば、5−置換ヒダントインはD−N−カルバモイル−α−アミノ酸のみに効率よく交換される。   Cultivation is performed under aerobic conditions while controlling the pH within a suitable range of 4 to 8 and a temperature of 25 to 60 ° C. If the culture is performed for about 1 to 10 days, the 5-substituted hydantoin is efficiently exchanged only for DN-carbamoyl-α-amino acid.

一方、上記微生物の培養液をそのまま、培養菌体、菌体処理物、酵素抽出液、菌体の固定化物、菌体の不溶化物あるいは酵素蛋白質の固定化物と、5−置換ヒダントインを溶解または懸濁した水性媒体中で反応を行う場合は、10〜80℃の適当な温度に調節し、pHを4〜9.5に保ちつつ暫時静置または撹拌すればよい。かくして、5〜100時間程度経過すれば、ヒダントイナーゼによる基質がD−特異的加水分解反応と、基質の化学的なラセミ化が同時に進行して、D型、DL型あるいは、L型の5−置換ヒダントインはすべて対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換され、水性媒体中に多量に蓄積される。また、5−置換ヒダントインは反応の進行に伴って分割して添加してもよい。   On the other hand, the culture broth of the microorganism is used as it is, in which the cultured cells, treated cells, enzyme extract, immobilized cells, insolubilized cells or immobilized enzyme protein, and 5-substituted hydantoin are dissolved or suspended. When the reaction is carried out in a turbid aqueous medium, the temperature may be adjusted to an appropriate temperature of 10 to 80 ° C. and kept for a while or stirred while maintaining the pH at 4 to 9.5. Thus, after about 5 to 100 hours, the substrate by hydantoinase undergoes a D-specific hydrolysis reaction and chemical racemization of the substrate at the same time, and the D-type, DL-type, or L-type 5-substitution All hydantoins are converted to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acids and accumulate in large amounts in aqueous media. The 5-substituted hydantoin may be added in portions as the reaction proceeds.

生成したD−N−カルバモイル−α−アミノ酸は、常套の分離方法により分離、精製することができる。   The produced DN-carbamoyl-α-amino acid can be separated and purified by a conventional separation method.

以上述べた方法により得られる分離、精製したD−N−カルバモイル−α−アミノ酸、あるいはヒダントイナーゼ反応により得られた反応液をそのまま用いて、D−N−カルバモイル−α−アミノ酸を化学的に、もしくは脱カルバモイル活性を有する酵素の作用により変換して、D−α−アミノ酸を容易に取得することができる。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。
Using the DN-carbamoyl-α-amino acid separated or purified obtained by the method described above, or the reaction solution obtained by the hydantoinase reaction, DN-carbamoyl-α-amino acid chemically or D-α-amino acids can be easily obtained by conversion by the action of an enzyme having decarbamoyl activity.
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.

ヒダントイナーゼ活性菌の土壌からの分離
土壌サンプル0.5gを生理食塩水2mlに懸濁後、放置して上澄液を1滴、分離用寒天平板培地(肉エキス1.0%、ペプトン1.0%、イーストエキス1.0%、塩化ナトリウム0.3%、寒天2.0%;pH7.5)に塗布した。これを50℃で2日間培養し、得られたコロニーを、同分離用平板培地にウラシル0.1%および塩化マンガン20ppmを添加した平板培地に移植して、さらに50℃で1日培養した。こうして得られた菌体を、反応基質液(DL−(パラヒドロキシフェニル)ヒダントイン30mM、亜硫酸ナトリウム0.1%、炭酸緩衝液50mM)100μlに懸濁し、50℃で2時間反応させた。つぎに、反応液をTLCプレートにスポットし、ブタノール:酢酸:水(4:1:1)の展開溶媒で展開後、10%p−ジメチルアミノベンズアルデヒドの濃塩酸溶液を用いて黄色スポットを検出することにより、N−カルバモイルパラヒドロキシフェニルグリシンを生成する菌株を選択した。このようにして2740個のコロニーからヒダントイナーゼ高活性菌であるバチルス sp. KNK245(FERM BP−4863)を分離した。
Separation of Hydantoinase-Activating Bacteria from Soil 0.5 g of a soil sample was suspended in 2 ml of physiological saline and allowed to stand. %, Yeast extract 1.0%, sodium chloride 0.3%, agar 2.0%; pH 7.5). This was cultured at 50 ° C. for 2 days, and the obtained colonies were transplanted to a plate medium in which 0.1% uracil and 20 ppm of manganese chloride were added to the same plate medium for separation, and further cultured at 50 ° C. for 1 day. The bacterial cells thus obtained were suspended in 100 μl of a reaction substrate solution (DL- (parahydroxyphenyl) hydantoin 30 mM, sodium sulfite 0.1%, carbonate buffer 50 mM) and reacted at 50 ° C. for 2 hours. Next, the reaction solution is spotted on a TLC plate, developed with a developing solvent of butanol: acetic acid: water (4: 1: 1), and a yellow spot is detected using a concentrated hydrochloric acid solution of 10% p-dimethylaminobenzaldehyde. Thus, a strain producing N-carbamoylparahydroxyphenylglycine was selected. In this manner, from 2740 colonies, Bacillus sp. KNK245 (FERM BP-4863) was isolated.

バチルス sp. KNK245由来のヒダントイナーゼのN末端アミノ酸配列の決定
バチルス sp. KNK245株一白金耳を500ml坂口フラスコ中の種母培地(肉エキス1.0%、ペプトン1.0%、イーストエキス0.5%;pH7.5)100mlに植菌し、55℃で19時間培養した。ついで、その2%を2リットル坂口フラスコの本培養培地(肉エキス1.0%、ペプトン1.0%、イーストエキス0.5%、ウラシル0.1%、塩化マンガン4水和物20ppm;pH7.5)500mlに植菌して55℃で19時間培養した。得られた9リットルの培養ブロスから菌体を遠心分離により集菌した。これを0.2MTris−HCl(pH8.0)20mM硫酸マンガンに懸濁し、超音波粉砕した後、遠心分離を行い。無細胞抽出液を得た。つぎに、硫安沈殿による分画、DEAE−Sepharose、フェニル−Sepharoseを用いて32倍まで精製した。さらに、硫安を用いてヒダントイナーゼの結晶を取得した。この結晶を水に溶解して、470A型気相プロテイン・シーケンサー(アプライド・バイオシステムズ社製)により解析したことろ、ヒダントイナーゼはN末端に、
Met−Lys−Lys−Ile−Ile−Lys−Asn−Gly−Thr−Ile−Val−Thr−
なるアミノ酸配列を持つことが判った。
Bacillus sp. Determination of N-terminal amino acid sequence of hydantoinase derived from KNK245 Bacillus sp. One platinum loop of KNK245 strain was inoculated into 100 ml of seed medium (meat extract 1.0%, peptone 1.0%, yeast extract 0.5%; pH 7.5) in a 500 ml Sakaguchi flask, and at 55 ° C. for 19 hours. Cultured. Then, 2% of this was added to the main culture medium (meat extract 1.0%, peptone 1.0%, yeast extract 0.5%, uracil 0.1%, manganese chloride tetrahydrate 20 ppm; pH 7 5) Inoculated into 500 ml and cultured at 55 ° C. for 19 hours. Bacterial cells were collected from the obtained 9 liter culture broth by centrifugation. This was suspended in 0.2 M Tris-HCl (pH 8.0) 20 mM manganese sulfate, ultrasonically pulverized, and then centrifuged. A cell-free extract was obtained. Next, it refine | purified to 32 times using the fraction by ammonium sulfate precipitation, DEAE-Sepharose, and phenyl-Sepharose. Furthermore, hydantoinase crystals were obtained using ammonium sulfate. This crystal was dissolved in water and analyzed with a 470A gas phase protein sequencer (Applied Biosystems). Hydantoinase was found at the N-terminus,
Met-Lys-Lys-Ile-Ile-Lys-Asn-Gly-Thr-Ile-Val-Thr-
It was found to have the amino acid sequence

アグロバクテリウム sp.KNK712(FERM BP−1900)由来のヒダントイナーゼに関与する遺伝子を含むプラスミドの取得
ヒダントイナーゼ遺伝子は、WO92/10579に記載されているプラスミドpAHD101にクローン化されたDNA断片上に存在していることを以下の方法で検討することにより見出した。pAHD101を常法によりエシェリヒア・コリJM109に形質転換し、100mg/リットルのアンピシリンを含むL−ブロス(ペプトン10g/リットル、イーストエキス5g/リットル、塩化ナトリウム5g/リットル;pH7.0)50mlに植菌し、37℃で16時間培養した。ついで、培養液50mlを集菌し、上澄液を取り除き、50mlの基質溶液(0.5% 5−(パラヒドロキシフェニル)ヒダントイン、0.05%Triton X−100、0.05Mリン酸緩衝液;pH8.7)に菌体を懸濁し、窒素気流下、37℃で3時間反応を行った。この反応液をTLCにスポットし、展開後、p−ジメチルアミノベンズアルデヒドの塩酸溶液で発色したところ、標準品と一致するD−N−カルバモイル−(パラヒドロキシフェニル)グリシンのスポットを示した。以上のことから、pAHD101の形質転換株はヒダントイナーゼをコードする遺伝子を発現していることが確認できた。
プラスミドpAHD101をSacIおよびSalIで切断して、挿入断片を短縮化して得られた2.1kbpの断片を、pUC18のSacI,SalI切断フラグメントと連結してプラスミドpAH1043を得た(図1参照)。
また、DNAシークエンスキット(アプライド・バイオシステムズ社製)を用いて、ヒダントイナーゼ遺伝子の塩基配列の決定を行なった。この結果を配列表配列番号1に示した。
プラスミドpAH1043でエシェリヒア・コリ HB101を形質転換し形質転換株エシェリヒア・コリ HB101 pAH1043(FERM BP−4865)を得た。
Agrobacterium sp. Obtaining a plasmid containing a gene related to hydantoinase derived from KNK712 (FERM BP-1900) The hydantoinase gene is present on the DNA fragment cloned in the plasmid pAHD101 described in WO92 / 10579 as follows. It was found by examining the method. pAHD101 was transformed into Escherichia coli JM109 by a conventional method and inoculated into 50 ml of L-broth (peptone 10 g / liter, yeast extract 5 g / liter, sodium chloride 5 g / liter; pH 7.0) containing 100 mg / liter ampicillin. And cultured at 37 ° C. for 16 hours. Next, 50 ml of the culture solution was collected, the supernatant was removed, and 50 ml of the substrate solution (0.5% 5- (parahydroxyphenyl) hydantoin, 0.05% Triton X-100, 0.05 M phosphate buffer solution) The cells were suspended in pH 8.7) and reacted at 37 ° C. for 3 hours under a nitrogen stream. This reaction solution was spotted on TLC, developed, and developed with a hydrochloric acid solution of p-dimethylaminobenzaldehyde. As a result, a DN-carbamoyl- (parahydroxyphenyl) glycine spot consistent with the standard product was shown. From the above, it was confirmed that the transformant of pAHD101 expressed a gene encoding hydantoinase.
The 2.1 pbp fragment obtained by digesting plasmid pAHD101 with SacI and SalI and shortening the inserted fragment was ligated with the SacI, SalI digested fragment of pUC18 to obtain plasmid pAH1043 (see FIG. 1).
In addition, the base sequence of the hydantoinase gene was determined using a DNA sequence kit (Applied Biosystems). The results are shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.
Escherichia coli HB101 was transformed with the plasmid pAH1043 to obtain a transformant Escherichia coli HB101 pAH1043 (FERM BP-4865).

バチルス sp.KNK245の染色体DNAとベクターDNAの組換え体DNAの創製
2リットルの液体培地(肉エキス10g/リットル、ペプトン10g/リットル、イーストエキス5g/リットル;pH7.5)でバチルス sp.KNK245(FERM BP−4863)を45℃で24時間培養した後、集菌し、菌体を得た。得られた菌体よりMarmur法に従って染色体DNAを抽出した。この染色体DNA1μgにBamHIを10U添加し、37℃で16時間反応させて完全分解を行なった。
一方、別にプラスミドpUC19をBamHIで完全切断し、これを先に得られた染色体からのDNA断片とT4DNAリガーゼによって連結し、多種の組換え体プラスミドの混液を得た。
Bacillus sp. Creation of recombinant DNA of KNK245 chromosomal DNA and vector DNA Bacillus sp. In 2 liters of liquid medium (meat extract 10 g / liter, peptone 10 g / liter, yeast extract 5 g / liter; pH 7.5). KNK245 (FERM BP-4863) was cultured at 45 ° C. for 24 hours and then collected to obtain bacterial cells. Chromosomal DNA was extracted from the obtained bacterial cells according to the Marmur method. To 1 μg of this chromosomal DNA, 10 U of BamHI was added and reacted at 37 ° C. for 16 hours for complete degradation.
Separately, plasmid pUC19 was completely cleaved with BamHI and ligated with the previously obtained DNA fragment from the chromosome by T4 DNA ligase to obtain a mixture of various recombinant plasmids.

バチルス sp.KNK245由来のヒダントイナーゼ遺伝子の取得
実施例3に示したアグロバクテリウム sp.KNK712(FERM BP−1900)および特開昭62−87089号に示されたLu1220株由来のヒダントイナーゼ遺伝子の塩基配列をもとに、これらの配列の1155bpの長さの塩基をはさみ、各相補鎖の配列を有する逆向きの2種類のプライマー1および2(表2)を合成した。実施例4で調製した、バチルス sp.KNK245由来の染色体DNAを鋳型として合成した2種類のプライマーを用いてポリメラーゼチェーンリアクション(PCR)を行なったところ、1.2kbp程度のフラグメントを得ることができた。このフラグメントの塩基配列の決定を、DNAシークエンスキット(アプライド・バイオシステムズ社製)を用いて決定したところ、既知のヒダントイナーゼ遺伝子の塩基配列と相同性が高く、得られたPCRフラグメントはヒダントイナーゼ遺伝子の一部であることがわかった。つぎに、このフラグメントの各相補鎖の配列を有する2種類の逆向きのプライマー3および4(表2)を合成した。
さらに、実施例4の組換え体DNAのベクター部分の配列を有するプライマー5(表2)を合成して、先に合成したプライマーと、このプライマーを用いて、実施例1の組換え体DNAを鋳型にPCRを行ない、ヒダントイナーゼ遺伝子の前半部分と後半部分を含む2種類のDNA断片を得た。そしてこれらのDNA断片の塩基配列を決定した。実施例2で示したヒダントイナーゼ蛋白質のN末端アミノ酸配列から予想される塩基配列から翻訳開始コドンを決定して、先に決定した塩基配列の結果と合わせてヒダントイナーゼをコードする遺伝子の全塩基配列を決定した。
つぎに、このようにして得られた塩基配列をもとに、ヒダントイナーゼ遺伝子の開始コドンの付近の配列に制限酵素NdeIの切断配列をもつプライマー6(表2)とヒダントイナーゼ遺伝子内のPstI切断部位の配列をもつプライマー7(表2)を合成して、これらのプライマーを用い、実施例1の染色体DNAを鋳型としてPCRを行ない、1.2kbのフラグメント1を得た。つぎに、先のPstI切断部位で逆向きのプライマー8(表2)と、終止コドンの後の配列を有し、HindIII切断部位の配列をもつプライマー9(表2)を合成して、実施例1の染色体DNAを鋳型としてPCRを行ない、0.25kbのフラグメント2を得た。フラグメント1を、NdeIとPstIで、フラグメント2を、PstIとHindIIIで、WO94/03613に示されるpUC19の改良ベクタープラスミドpUCNTをNdeIとHindIIIで、それぞれ切断した断片をT4DNAリガーゼにより連結することによりヒダントイナーゼ遺伝子を含むプラスミドpTH102を得た(図2参照)。

Figure 2007105048
Bacillus sp. Acquisition of hydantoinase gene derived from KNK245 Agrobacterium sp. Based on the base sequence of hydantoinase gene derived from KNK712 (FERM BP-1900) and Lu1220 strain shown in JP-A-62-87089, the base sequence of 1155 bp in length of these sequences is sandwiched between each complementary strand. Two types of reverse primers 1 and 2 (Table 2) having sequences were synthesized. Bacillus sp. Prepared in Example 4 When polymerase chain reaction (PCR) was performed using two types of primers synthesized using chromosomal DNA derived from KNK245 as a template, a fragment of about 1.2 kbp could be obtained. When the base sequence of this fragment was determined using a DNA sequence kit (Applied Biosystems), it was highly homologous to the base sequence of a known hydantoinase gene, and the resulting PCR fragment was one of the hydantoinase genes. It turned out to be a part. Next, two types of reverse primers 3 and 4 (Table 2) having the sequence of each complementary strand of this fragment were synthesized.
Furthermore, the primer 5 (Table 2) having the sequence of the vector portion of the recombinant DNA of Example 4 was synthesized, and the recombinant DNA of Example 1 was synthesized using the previously synthesized primer and this primer. PCR was performed on the template to obtain two types of DNA fragments including the first half and the second half of the hydantoinase gene. And the base sequence of these DNA fragments was determined. The translation initiation codon is determined from the nucleotide sequence predicted from the N-terminal amino acid sequence of the hydantoinase protein shown in Example 2, and the entire nucleotide sequence of the gene encoding hydantoinase is determined together with the result of the previously determined nucleotide sequence. did.
Next, based on the base sequence thus obtained, primer 6 (Table 2) having a restriction enzyme NdeI cleavage sequence in the vicinity of the start codon of the hydantoinase gene and the PstI cleavage site in the hydantoinase gene. Primer 7 having a sequence (Table 2) was synthesized, and PCR was carried out using the chromosomal DNA of Example 1 as a template using these primers to obtain 1.2 kb fragment 1. Next, primer 8 (Table 2) reverse in the previous PstI cleavage site and primer 9 (Table 2) having the sequence after the stop codon and having the sequence of HindIII cleavage site were synthesized. PCR was performed using the chromosomal DNA of 1 as a template to obtain a fragment 2 of 0.25 kb. Fragment 1 was ligated with NdeI and PstI, fragment 2 was ligated with PstI and HindIII, and the pUC19 improved vector plasmid pUCNT shown in WO94 / 03613 was ligated with NdeI and HindIII, and the hydantoinase gene was ligated with T4 DNA ligase. Plasmid pTH102 containing was obtained (see FIG. 2).
Figure 2007105048

バチルス sp.KNK245ヒダントイナーゼ遺伝子の発現用組換え体DNAの創製
実施例5のフラグメント2を得るのと同様の方法でPCRを行ない、0.25kbのフラグメント3を得た。ただし、この時使用した合成プライマーは、フラグメント2を得る時に使用したPstI切断部位をもつプライマーの代わりに、PstI切断部位近くのNdeI切断部位を1塩基置換して、NdeIで切断できなくしたプライマー10(表2)と、終止コドン付近のプライマーのかわりに、終止コドン以降の塩基の数をさらに減少させたプライマー11(表2)を使用した。つぎに、実施例5のpTH102を取得するのと同じ方法でフラグメント1と3とpUCNTからプラスミドpTH103を得た(図3参照)。
さらに、pTH103を得るのと同様の方法で、ただし、終止コドン付近のプライマー11の終止コドンTAGをTAAに変異させたプライマー12(表2)を使用して、pTH104を得た(図4参照)。
pTH104で形質転換されたエシェリヒア・コリHB101をエシェリヒア・コリHB101 pTH104とした。この菌株は、生命工学工業技術研究所にFERM BP−4864の寄託番号の下、1994年11月2日より寄託してある。
Bacillus sp. Creation of recombinant DNA for expression of KNK245 hydantoinase gene PCR was performed in the same manner as that for obtaining fragment 2 of Example 5 to obtain 0.25 kb fragment 3. However, the synthetic primer used at this time was a primer 10 in which the NdeI cleavage site near the PstI cleavage site was substituted by 1 base instead of the primer having the PstI cleavage site used when obtaining fragment 2, and thus could not be cleaved with NdeI. Instead of the primer in the vicinity of the stop codon (Table 2), the primer 11 (Table 2) in which the number of bases after the stop codon was further reduced was used. Next, plasmid pTH103 was obtained from fragments 1 and 3 and pUCNT in the same manner as that for obtaining pTH102 of Example 5 (see FIG. 3).
Furthermore, pTH104 was obtained in the same manner as that for obtaining pTH103, except that primer 12 (Table 2) in which the stop codon TAG of primer 11 near the stop codon was mutated to TAA was used (see FIG. 4). .
Escherichia coli HB101 transformed with pTH104 was designated as Escherichia coli HB101 pTH104. This strain has been deposited at the Biotechnology Institute of Technology from November 2, 1994 under the deposit number of FERM BP-4864.

シュードモナス sp.KNK003A(FERM BP−3181)由来の、ヒダントイナーゼに関与する遺伝子を含むプラスミドの取得
実施例3と同様の方法によって、WO92/10579に記載されているプラスミドpPHD301にヒダントイナーゼ遺伝子が存在することを見出した。
エシェリヒア・コリHB101をpPHD301で形質転換してエシェリヒア・コリHB101pPHD301(FERM BP−4866)を得た。また、pPHD301の制限酵素地図を図5に示す。
また、実施例3と同様に、ヒダントイナーゼ遺伝子の塩基配列の決定を行い、その結果を配列表の配列番号3に示した。
Pseudomonas sp. Obtaining a plasmid containing a gene related to hydantoinase derived from KNK003A (FERM BP-3181) By the same method as in Example 3, it was found that the hydantoinase gene was present in the plasmid pPHD301 described in WO92 / 10579.
Escherichia coli HB101 was transformed with pPHD301 to obtain Escherichia coli HB101pPHD301 (FERM BP-4866). FIG. 5 shows a restriction enzyme map of pPHD301.
Moreover, the base sequence of the hydantoinase gene was determined in the same manner as in Example 3, and the result is shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing.

形質転換株から得られた酵素による5−(パラヒドロキシフェニル)ヒダントインのD−N−カルバモイル−(パラヒドロキシフェニル)グリシンへの変換
実施例6で得られた形質転換株のエシェリヒア・コリHB101pTH104を、アンピシリン100μg/mlと塩化マンガン4水和物400ppmを含む2YT・ブロス(ポリペプトン16g/リットル、イーストエキス10g/リットル、塩化ナトリウム5g/リットル;pH7.0)50mlに植菌し、37℃で24時間培養した。この培養液50mlから菌体を集菌し、0.05M炭酸緩衝液pH8.7に懸濁して50mlとした。これにTritonX−100を終濃度0.05%となるように加えた後、5−(パラヒドロキシフェニル)ヒダントインを1.5g加えて、6N苛性ソーダでpH8.7にpHコントロールしながら、窒素気流下、40℃に保温しながら3時間撹拌して反応を行なった。反応後の反応液を遠心分離して上清の生成D−N−カルバモイル−(パラヒドロキシフェニル)グリシンの比色定量を、10%パラジメチルアミノベンズアルデヒドの濃塩酸溶液による発色で行ったところ変換収率97.5%でD−N−カルバモイル−(パラヒドロキシフェニル)グリシンが生成していた。
この反応液を塩酸でpH5に調整し、遠心分離した後、上澄液を濃縮して、塩酸でpH2に調整した後、4℃に保存して析出した結晶を濾集した。水−エタノールより再結して、970mgのD−N−カルバモイル−(パラヒドロキシフェニル)グリシンを得た。融点176〜177℃、[α]D20=−177.0°(C=0.5、5%エタノール)。
Conversion of 5- (parahydroxyphenyl) hydantoin to DN-carbamoyl- (parahydroxyphenyl) glycine by the enzyme obtained from the transformed strain Escherichia coli HB101pTH104 of the transformed strain obtained in Example 6 Inoculated in 50 ml of 2YT broth (polypeptone 16 g / liter, yeast extract 10 g / liter, sodium chloride 5 g / liter; pH 7.0) containing 100 μg / ml of ampicillin and 400 ppm of manganese chloride tetrahydrate at 37 ° C. for 24 hours. Cultured. Cells were collected from 50 ml of this culture solution and suspended in 0.05 M carbonate buffer pH 8.7 to make 50 ml. TritonX-100 was added to this to a final concentration of 0.05%, 1.5 g of 5- (parahydroxyphenyl) hydantoin was added, and the pH was controlled at pH 8.7 with 6N caustic soda under a nitrogen stream. The reaction was carried out by stirring for 3 hours while keeping the temperature at 40 ° C. Centrifugation of the reaction solution after the reaction and formation of supernatant Colorimetric determination of DN-carbamoyl- (parahydroxyphenyl) glycine was performed by color development with 10% paradimethylaminobenzaldehyde in concentrated hydrochloric acid solution. DN-carbamoyl- (parahydroxyphenyl) glycine was produced at a rate of 97.5%.
The reaction solution was adjusted to pH 5 with hydrochloric acid and centrifuged, and then the supernatant was concentrated, adjusted to pH 2 with hydrochloric acid, stored at 4 ° C., and the precipitated crystals were collected by filtration. Recrystallization from water-ethanol gave 970 mg of DN-carbamoyl- (parahydroxyphenyl) glycine. M.p. 176-177 [deg.] C, [[alpha]] D20 = -177.0 [deg.] (C = 0.5, 5% ethanol).

固定化ヒダントイナーゼの調製
実施例7と同様の方法で得られたエシェリヒア・コリHB101pTH104の培養液1リットルを集菌後、1mM硫酸マンガン水溶液に懸濁後、60mlにしてpH8.5に調整し、超音波により菌体の破砕を行なった。このようにして得られた酵素液にpH8.5に平衡化した陰イオン交換樹脂Duolite A−568を20g加え、15℃で20時間撹拌して、酵素を吸着させた。この液に終濃度0.1%となるようにグルタールアルデヒドを加え、1時間撹拌し、架橋処理を行なった。この後、樹脂を濾集、洗浄して固定化ヒダントイナーゼ20gを得た。
Preparation of immobilized hydantoinase 1 liter of a culture solution of Escherichia coli HB101pTH104 obtained in the same manner as in Example 7 was collected, suspended in 1 mM aqueous manganese sulfate solution, adjusted to 60 ml, adjusted to pH 8.5, The bacterial cells were crushed by sound waves. 20 g of the anion exchange resin Duolite A-568 equilibrated to pH 8.5 was added to the enzyme solution thus obtained, and the mixture was stirred at 15 ° C. for 20 hours to adsorb the enzyme. Glutaraldehyde was added to this solution to a final concentration of 0.1%, and the mixture was stirred for 1 hour to carry out a crosslinking treatment. Thereafter, the resin was collected by filtration and washed to obtain 20 g of immobilized hydantoinase.

固定化酵素による5−(パラヒドロキシフェニル)ヒダントインのD−N−カルバモイル−(パラヒドロキシフェニル)グリシンへの変換
実施例9で得た固定化ヒダントイナーゼ5gを、窒素通気した40℃の1mM硫酸マンガン水溶液100mlに加えた後、5−(パラヒドロキシフェニル)ヒダントイン3gを添加して6N水酸化ナトリウムでpH8.7にコントロールしながら、40℃、窒素通気下3時間撹拌して反応を行なった。反応後、静置して反応液を吸引採取した後、実施例8と同様の方法で生成カルバモイルアミノ酸を精製し、D−N−カルバモイル−(パラヒドロキシフェニル)グリシンを2.2g得た。
Conversion of 5- (parahydroxyphenyl) hydantoin to DN-carbamoyl- (parahydroxyphenyl) glycine by immobilized enzyme 5 mM of the immobilized hydantoinase obtained in Example 9 was passed through nitrogen atmosphere at 40 ° C. in 1 mM manganese sulfate aqueous solution. After adding to 100 ml, the reaction was carried out by adding 3 g of 5- (parahydroxyphenyl) hydantoin and controlling the pH to 8.7 with 6N sodium hydroxide and stirring at 40 ° C. for 3 hours under nitrogen flow. After the reaction, the reaction solution was allowed to stand and collected by suction, and then the produced carbamoylamino acid was purified in the same manner as in Example 8 to obtain 2.2 g of DN-carbamoyl- (parahydroxyphenyl) glycine.

バチルス sp.KNK245ヒダントイナーゼ遺伝子のバチルス・サブチルスでの発現
実施例5に記載の方法に準じて、バチルス sp.KNK245由来の染色体DNAを鋳型として、プライマー12および13(表2)を用いてPCRを行い、1.7kbのフラグメントを得た。これをBamHIおよびHindIIIで切断し、同様に切断したプラスミドpHY300PLK(宝酒造)とライゲートしてプラスミドpTHB301を得た。その制限酵素地図を図6に示す。
このプラスミドpTHB301をバチルス・サブチルスISW1214(宝酒造より入手)、バチルス・サブチルスYS−11(IAM12019)またはバチルス・サブチルス3115(IAM12020)に、電気穿孔法(島津製作所製GTE−10型使用、10KV/cm,2ms)で導入し、実施例4に示す培地に、MnCl2・4H2Oを0.02g/リットル添加した培地で、37℃、20時間培養した。菌体を集めて、超音波により破砕することにより、無細胞抽出液を調製したところ、バチルス sp.KNK245を同条件で培養したときと比較して、ヒダントイナーゼの比活性は、いずれも約2.2倍高かった。
Bacillus sp. Expression of KNK245 hydantoinase gene in Bacillus subtilis According to the method described in Example 5, Bacillus sp. PCR was performed using the chromosomal DNA derived from KNK245 as a template and primers 12 and 13 (Table 2) to obtain a 1.7 kb fragment. This was cleaved with BamHI and HindIII, and ligated with the similarly cleaved plasmid pHY300PLK (Takara Shuzo) to obtain plasmid pTHB301. The restriction enzyme map is shown in FIG.
This plasmid pTHB301 was applied to Bacillus subtilis ISW1214 (obtained from Takara Shuzo), Bacillus subtilis YS-11 (IAM12019) or Bacillus subtilis 3115 (IAM12020) using an electroporation method (GTE-10 type manufactured by Shimadzu Corporation, 10 KV / cm, 2 ms) and cultured at 37 ° C. for 20 hours in a medium obtained by adding 0.02 g / liter of MnCl2 · 4H2O to the medium shown in Example 4. A cell-free extract was prepared by collecting bacterial cells and crushing them with ultrasonic waves. As a result, Bacillus sp. The specific activity of hydantoinase was about 2.2 times higher than that when KNK245 was cultured under the same conditions.

バチルス sp.KNK245ヒダントイナーゼ遺伝子の好熱菌での発現
実施例11で作製したプラスミドpTHB301をプロトプラスト法
(J.Bacteriol.,149,824(1982)に準じる)でバチルス・ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)IFO12550に形質転換し、実施例11と同様の方法で培養し、無細胞抽出液を調製した。同条件で調製したバチルス sp.KNK245の無細胞抽出液と比較して、ヒダントイナーゼの比活性は約3.6倍高かった。
以上記載したとおり、本発明によれば、ヒダントイナーゼの生産性が極めて高い微生物が創製でき、これを酵素源として使用することにより、D−N−カルバモイル−α−アミノ酸が効率よく生産できる。
Bacillus sp. Expression of KNK245 hydantoinase gene in thermophile Plasmid pTHB301 prepared in Example 11 was transformed into Bacillus stearothermophilus IFO12550 by protoplast method (according to J. Bacteriol., 149, 824 (1982)). The cells were transformed and cultured in the same manner as in Example 11 to prepare a cell-free extract. Bacillus sp. Compared with the cell-free extract of KNK245, the specific activity of hydantoinase was about 3.6 times higher.
As described above, according to the present invention, microorganisms with extremely high hydantoinase productivity can be created, and by using this as an enzyme source, DN-carbamoyl-α-amino acid can be produced efficiently.

プラスミドpAH1043の制限酵素地図である。It is a restriction map of plasmid pAH1043. プラスミドpTH102の制限酵素地図である。It is a restriction map of plasmid pTH102. プラスミドpTH103の制限酵素地図である。It is a restriction enzyme map of plasmid pTH103. プラスミドpTH104の制限酵素地図である。It is a restriction enzyme map of plasmid pTH104. プラスミドpPHD301の制限酵素地図である。It is a restriction enzyme map of plasmid pPHD301. プラスミドpTHB301の制限酵素地図である。It is a restriction map of plasmid pTHB301. 配列表を示す。The sequence listing is shown. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing. 配列表の続き。Continuation of the sequence listing.

Claims (19)

バチルス(Bacillus)sp.KNK245(FERM BP−4863)の染色体DNAを鋳型として、下記に示すプライマー6とプライマー7のプライマーセットを用いてPCRを行い、得られたフラグメントをNdeIとPstIで切断したDNA断片と、
バチルス(Bacillus)sp.KNK245(FERM BP−4863)の染色体DNAを鋳型として、下記に示すプライマー8とプライマー9のプライマーセット、プライマー10とプライマー11のプライマーセット、およびプライマー10とプライマー12のプライマーセットからなる群から選択されるプライマーセットを用いてPCRを行い、得られたフラグメントをPstIとHindIIIで切断したDNA断片を、
ベクタープラスミドpUCNTをNdeIとHindIIIで切断したものへT4DNAリガーゼで連結して得られる、
5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素(以下、ヒダントイナーゼという)をコードする遺伝子を含む組み換えDNAの、lacプロモーター直後のNdeIサイトからHindIIIサイトまでに含まれる、ヒダントイナーゼをコードする遺伝子を含むDNA断片と、
ベクターDNAとの組換体DNAを用いて宿主微生物を形質転換して得られる形質転換微生物。
Figure 2007105048
Bacillus sp. Using KNK245 (FERM BP-4863) chromosomal DNA as a template, PCR was performed using the primer set of primer 6 and primer 7 shown below, and the resulting fragment was cleaved with NdeI and PstI,
Bacillus sp. KNK245 (FERM BP-4863) chromosomal DNA as a template, selected from the group consisting of the primer set of primer 8 and primer 9, the primer set of primer 10 and primer 11, and the primer set of primer 10 and primer 12 shown below PCR was performed using a primer set, and the obtained DNA fragment was digested with PstI and HindIII,
Obtained by ligating the vector plasmid pUCNT with NdeI and HindIII with T4 DNA ligase,
NdeI immediately after the lac promoter of a recombinant DNA containing a gene encoding an enzyme (hereinafter referred to as hydantoinase) that asymmetrically cleaves and hydrolyzes a 5-substituted hydantoin into the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid. A DNA fragment containing a gene encoding hydantoinase contained from the site to the HindIII site;
A transformed microorganism obtained by transforming a host microorganism using a recombinant DNA with a vector DNA.
Figure 2007105048
ベクターDNAがpUCNTであり、組み換えプラスミドが下記
Figure 2007105048
Figure 2007105048
Figure 2007105048
のいずれかに示す制限酵素地図で示される組換えプラスミドである、請求項1記載の形質転換微生物。
The vector DNA is pUCNT and the recombinant plasmid is
Figure 2007105048
Figure 2007105048
Figure 2007105048
The transformed microorganism according to claim 1, which is a recombinant plasmid represented by the restriction enzyme map shown in any one of the above.
宿主微生物が、エシェリヒア属、シュードモナス属、フラボバクテリウム属、バチルス属、セラチア属、アグロバクテリウム属、コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属する微生物から選ばれる請求項1または2記載の形質転換微生物。 The transformation according to claim 1 or 2, wherein the host microorganism is selected from microorganisms belonging to the genus Escherichia, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus, Serratia, Agrobacterium, Corynebacterium or Brevibacterium. Microorganisms. 形質転換微生物がエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)HB101 pTH104(FERM BP−4864)である、請求項3記載の形質転換微生物。 The transformed microorganism according to claim 3, wherein the transformed microorganism is Escherichia coli HB101 pTH104 (FERM BP-4864). 請求項1〜4いずれかに記載の形質転換微生物、またはシュードモナス(Pseudomonas) sp.KNK003A(FERM BP−3181)に由来し、かつ、配列表配列番号3のアミノ酸配列を有している、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素(以下、ヒダントイナーゼという)をコードする遺伝子を含むDNA断片と、ベクターDNAとの組換体DNAを用いて、宿主微生物を形質転換して得られる形質転換微生物を使用することを特徴とする5−置換ヒダントインを不斉的に加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素の製造法。 The transformed microorganism according to any one of claims 1 to 4, or Pseudomonas sp. The 5-substituted hydantoin derived from KNK003A (FERM BP-3181) and having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 is asymmetrically cleaved and hydrolyzed to give the corresponding DN-carbamoyl-α. -Using a transformed microorganism obtained by transforming a host microorganism using a recombinant DNA of a DNA fragment containing a gene encoding an enzyme that converts to an amino acid (hereinafter referred to as hydantoinase) and a vector DNA. A method for producing an enzyme, wherein the characteristic 5-substituted hydantoin is asymmetrically hydrolyzed to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid. 宿主微生物が、エシェリヒア属、シュードモナス属、フラボバクテリウム属、バチルス属、セラチア属、アグロバクテリウム属、コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属する微生物から選ばれる請求項5記載の製造法。 6. The process according to claim 5, wherein the host microorganism is selected from microorganisms belonging to the genus Escherichia, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus, Serratia, Agrobacterium, Corynebacterium or Brevibacterium. 形質転換微生物がエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)HB101 pTH104(FERM BP−4864)、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)HB101 pAH1043(FERM BP−4865)またはエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)HB101 pPHD301(FERM BP−4866)である請求項6記載の製造法。 The transformed microorganism is Escherichia coli HB101 pTH104 (FERM BP-4864), Escherichia coli HB101 pAH1043 (FERM BP-4865) or Escherichia coli HB101 pPHDB (FER BP48P) The method according to claim 6, wherein 請求項5〜7いずれかに記載の製造法で得られた酵素を使用することを特徴とする5−置換ヒダントインからD−N−カルバモイル−α−アミノ酸の製造法。 A method for producing DN-carbamoyl-α-amino acid from 5-substituted hydantoin, which comprises using the enzyme obtained by the production method according to claim 5. 5−置換ヒダントインが一般式(1):
Figure 2007105048
(式中、Rはフェニル基、水酸基で置換されたフェニル基、アルキル基、置換アルキル基、アラルキル基またはチエニル基を示す。)で表わされる化合物である請求項8記載の製造法。
5-substituted hydantoins are represented by the general formula (1):
Figure 2007105048
9. The process according to claim 8, wherein R is a compound represented by the formula: R represents a phenyl group, a phenyl group substituted with a hydroxyl group, an alkyl group, a substituted alkyl group, an aralkyl group or a thienyl group.
バチルス(Bacillus)sp.KNK245(FERM BP−4863)の染色体DNAを鋳型として、下記に示すプライマー6とプライマー7のプライマーセットを用いてPCRを行い、得られたフラグメントをNdeIとPstIで切断したDNA断片と、
バチルス(Bacillus)sp.KNK245(FERM BP−4863)の染色体DNAを鋳型として、下記に示すプライマー8とプライマー9のプライマーセット、プライマー10とプライマー11のプライマーセット、およびプライマー10とプライマー12のプライマーセットからなる群から選択されるプライマーセットを用いてPCRを行い、得られたフラグメントをPstIとHindIIIで切断したDNA断片を、
ベクタープラスミドpUCNTをNdeIとHindIIIで切断したものへT4DNAリガーゼで連結して得られる、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素(以下、ヒダントイナーゼという)をコードする遺伝子を含む組み換えDNAの、lacプロモーター直後のNdeIサイトからHindIIIサイトまでに含まれる、ヒダントイナーゼをコードする遺伝子を含むDNA断片と、
ベクタープラスミドとの組み換えプラスミド。
Figure 2007105048
Bacillus sp. Using KNK245 (FERM BP-4863) chromosomal DNA as a template, PCR was performed using the primer set of primer 6 and primer 7 shown below, and the resulting fragment was cleaved with NdeI and PstI,
Bacillus sp. KNK245 (FERM BP-4863) chromosomal DNA as a template, selected from the group consisting of the primer set of primer 8 and primer 9, the primer set of primer 10 and primer 11, and the primer set of primer 10 and primer 12 shown below PCR was performed using a primer set, and the obtained DNA fragment was digested with PstI and HindIII,
An enzyme obtained by ligating a vector plasmid pUCNT with NdeI and HindIII and ligating it with T4 DNA ligase to asymmetrically cleave and hydrolyze a 5-substituted hydantoin into the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid A DNA fragment containing a gene encoding hydantoinase, which is contained from the NdeI site immediately after the lac promoter to the HindIII site of a recombinant DNA containing a gene encoding (hereinafter referred to as hydantoinase);
Recombinant plasmid with vector plasmid.
Figure 2007105048
ベクタープラスミドがpUCNTであり、下記
Figure 2007105048
Figure 2007105048
Figure 2007105048
のいずれかに示す制限酵素地図で示される、請求項10記載の組換えプラスミド。
The vector plasmid is pUCNT,
Figure 2007105048
Figure 2007105048
Figure 2007105048
The recombinant plasmid of Claim 10 shown by the restriction enzyme map shown in either.
プラスミドpAHD101をSacIおよびSalIで切断して、得られた2.1kbpの断片を、pUC18のSacI、SalI切断フラグメントと連結して得られ、下記
Figure 2007105048
の制限酵素地図で示される組換えプラスミド。
The plasmid pAHD101 was digested with SacI and SalI, and the obtained 2.1 kbp fragment was ligated with the SacI and SalI digested fragment of pUC18.
Figure 2007105048
Recombinant plasmid shown in the restriction enzyme map.
エシェリヒア・コリHB101 pAH1043(FERM BP−4865)。 Escherichia coli HB101 pAH1043 (FERM BP-4865). 請求項10記載のプラスミドであって、下記
Figure 2007105048
の制限酵素地図で示される組み換えプラスミドの、lacプロモーター直後のNdeIサイトからHindIIIサイトまでに含まれており、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素活性を示す蛋白質の遺伝子。
The plasmid according to claim 10, wherein
Figure 2007105048
Of the recombinant plasmid shown in the restriction enzyme map of ## STR1 ## which is contained from the NdeI site to the HindIII site immediately after the lac promoter, and the corresponding DN-carbamoyl-α is obtained by asymmetric cleavage hydrolysis of the 5-substituted hydantoin. -A gene of a protein exhibiting an enzymatic activity to be converted into an amino acid.
請求項11記載のプラスミドであって、下記
Figure 2007105048
の制限酵素地図で示される組み換えプラスミドを発現して得られる、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素活性を示す蛋白質をコードする遺伝子を含むDNA断片。
The plasmid according to claim 11, wherein
Figure 2007105048
A protein having an enzyme activity obtained by expressing a recombinant plasmid represented by the restriction enzyme map of (a) and converting the 5-substituted hydantoin into a corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid by asymmetric cleavage hydrolysis. A DNA fragment containing the encoding gene.
請求項11記載のプラスミドであって、下記
Figure 2007105048
の制限酵素地図で示される組み換えプラスミドの、lacプロモーター直後のNdeIサイトからHindIIIサイトまでの遺伝子によりコードされるアミノ酸配列に含まれるアミノ酸配列を有し、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する活性を有する酵素蛋白質。
The plasmid according to claim 11, wherein
Figure 2007105048
Of the recombinant plasmid shown in the restriction enzyme map of Fig. 5 having an amino acid sequence contained in the amino acid sequence encoded by the gene from the NdeI site to the HindIII site immediately after the lac promoter, and asymmetrically cleaving and hydrolyzing 5-substituted hydantoins An enzyme protein having an activity of converting to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid.
配列表配列番号3のアミノ酸配列を有する、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して、対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素活性を示す蛋白質の遺伝子。 A gene of a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 and having an enzyme activity that asymmetrically cleaves and hydrolyzes a 5-substituted hydantoin to convert it to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid. 配列表配列番号3の塩基番号60〜1517の塩基配列を有し、5−置換ヒダントインを不斉的に開裂加水分解して、対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する酵素活性を示す蛋白質の遺伝子を含むDNA断片。 It has a base sequence of base numbers 60 to 1517 of SEQ ID NO: 3 and has an enzyme activity to asymmetrically cleave and hydrolyze a 5-substituted hydantoin and convert it to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid. A DNA fragment containing the gene of the indicated protein. 配列表配列番号3のアミノ酸配列を含み、5−置換ヒダントインを不斉的に加水分解して対応するD−N−カルバモイル−α−アミノ酸に変換する活性を有する酵素蛋白質。 An enzyme protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 and having an activity of asymmetrically hydrolyzing a 5-substituted hydantoin to convert it to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid.
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