JP2007129966A - Method for improvement of heat stability of glucose dehydrogenase - Google Patents

Method for improvement of heat stability of glucose dehydrogenase Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for improving stability of a composition comprising a coenzyme-binding soluble glucose dehydrogenase (GDH). <P>SOLUTION: This method for improving heat stability of a coenzyme-binding soluble glucose dehydrogenase in a composition comprising the enzyme comprises treating the composition with heat. The improvement of the heat stability according to the present invention enables the reduction in the thermal deactivation of the enzyme on the production of a glucose-measuring reagent, a glucose assay kit, and a glucose sensor to improve the amount reduction and measurement accuracy of the enzyme, and also enables to provide a blood glucose level-measuring reagent using GDH excellent in preservation stability. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼ(以下グルコースデヒドロゲナーゼをGDHとも示す)を含む組成物の安定性を向上させる方法に関する。また、安定性が向上したGDHを用いたグルコースの測定方法およびグルコースセンサに関する。 The present invention relates to a method for improving the stability of a composition containing soluble coenzyme-linked glucose dehydrogenase (hereinafter, glucose dehydrogenase is also referred to as GDH). The present invention also relates to a glucose measurement method and glucose sensor using GDH with improved stability.

血糖自己測定は、糖尿病患者が通常の自分の血糖値を把握し治療に生かすために重要である。血糖自己測定に用いられるセンサにはグルコースを基質とする酵素が利用されている。そのような酵素の例としては例えばグルコースオキシダーゼ(EC 1.1.3.4)が挙げられる。グルコースオキシダーゼはグルコースに対する特異性が高く、熱安定性に優れているという利点を有していることから血糖センサ用酵素として古くから利用されており、その最初の発表は実に40年ほど前に遡る。グルコースオキシダーゼを利用した血糖センサにおいては、グルコースを酸化してD−グルコノ−δ−ラクトンに変換する過程で生じる電子がメディエーターを介して電極に渡されることで測定がなされるが、グルコースオキシダーゼは反応で生じたプロトンを酸素に渡しやすいため溶存酸素が測定値に影響してしまうという問題があった。   Blood glucose self-measurement is important for diabetics to grasp their normal blood glucose level and use it for treatment. An enzyme using glucose as a substrate is used for a sensor used for blood glucose self-measurement. An example of such an enzyme is glucose oxidase (EC 1.1.3.4). Glucose oxidase has been used as an enzyme for blood glucose sensors for a long time because it has the advantage of high specificity for glucose and excellent thermal stability, and its first announcement dates back to about 40 years ago. . In a blood glucose sensor using glucose oxidase, measurement is performed by passing electrons generated in the process of oxidizing glucose and converting it to D-glucono-δ-lactone to the electrode through a mediator. There is a problem that dissolved oxygen affects the measured value because the protons generated in the above are easily passed to oxygen.

このような問題を回避するために、例えばNAD(P)依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.47)あるいはPQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(EC1.1.5.2(旧EC1.1.99.17))が血糖センサ用酵素として用いられている。これらは溶存酸素の影響を受けない点で優位であるが、前者のNAD(P)依存型グルコースデヒドロゲナーゼは安定性の乏しさや補酵素の添加が必要という煩雑性がある。一方後者のPQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼは、基質特異性に乏しく、マルトースやラクトースといったグルコース以外の糖類にも作用するため測定値の正確性を損ねてしまうという欠点がある。 In order to avoid such a problem, for example, NAD (P) -dependent glucose dehydrogenase (EC 1.1.1.47) or PQQ-dependent glucose dehydrogenase (EC 1.1.5.2 (formerly EC 1.1.99) .17)) is used as an enzyme for blood glucose sensors. These are superior in that they are not affected by dissolved oxygen, but the former NAD (P) -dependent glucose dehydrogenase has poor stability and the complexity of requiring the addition of a coenzyme. On the other hand, the latter PQQ-dependent glucose dehydrogenase is poor in substrate specificity and has a drawback that it impairs the accuracy of measured values because it acts on saccharides other than glucose such as maltose and lactose.

また、特許文献1にはアスペルギルス属由来フラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼが開示されている。本酵素は基質特異性に優れかつ溶存酸素の影響を受けない点で優位である。熱安定性については50℃15分処理で89%程度の活性残存率であり安定性についても優れているとされている。しかし、センサーチップ作製の工程において加熱処理を要する場合があることを考えれば決して十分な安定性とはいえない。
WO 2004/058958
Patent Document 1 discloses an Aspergillus-derived flavin-binding glucose dehydrogenase. This enzyme is superior in that it has excellent substrate specificity and is not affected by dissolved oxygen. About thermal stability, it is said that the activity remaining rate is about 89% after treatment at 50 ° C. for 15 minutes, and the stability is also excellent. However, in view of the fact that heat treatment may be required in the sensor chip manufacturing process, it cannot be said that the stability is sufficient.
WO 2004/058958

本発明の目的は、上述のような公知の血糖センサ用酵素の安定性に関する欠点を克服し、より実用面において有利な血糖値測定用試薬を提供することである。   An object of the present invention is to provide a reagent for measuring a blood glucose level that overcomes the above-mentioned drawbacks related to the stability of known enzymes for blood glucose sensors and is more practically advantageous.

本発明者らは、これまでのPQQGDHの研究で、該酵素の基質特異性を改善した多重変異体を多数取得したが、その一部には、野生型PQQGDHと比べて熱安定性が低減した変異体が見られた。そこで、この課題を解決するため、その原因について鋭意研究したところ、本特許で提示した該酵素の加温処理を施すことにより、PQQGDHの立体構造が安定に維持され安定性が改善できることがわかった。
これまでPQQGDHの安定性を向上する方策に関する報告としては特許文献2があり、その中では遺伝子レベルでのPQQGDH改変手段を用いた検討が報告されているが、酵素の改変を用いずに安定性を増大させる手段については、その可能性すら触れられていなかった。
WO02/072839
The present inventors have obtained a large number of multiple mutants that have improved the substrate specificity of the enzyme in previous PQQGDH studies, but some of them have reduced thermal stability compared to wild-type PQQGDH. Mutants were seen. Therefore, in order to solve this problem, intensive research was conducted on the cause, and it was found that the three-dimensional structure of PQQGDH can be stably maintained and the stability can be improved by performing the heating treatment of the enzyme presented in this patent. .
To date, there is Patent Document 2 as a report on measures for improving the stability of PQQGDH, in which studies using PQQGDH modification means at the gene level have been reported, but stability without enzyme modification is reported. The possibility of increasing the value was not even mentioned.
WO02 / 072839

本発明者らは、過去の方策とは異なる視点から、より簡便な安定性の改良策を探ることとし、さらなる鋭意研究を実施した結果、GDH組成物を加温処理することによりGDH自体の安定性を増大できることを明らかにして、遂に本発明を完成するに到った。   The inventors of the present invention have sought to find a simpler improvement measure for stability from a viewpoint different from the past measures, and as a result of further earnest research, the GDH composition is stabilized by heating the GDH composition. The present invention has finally been completed by clarifying that the characteristics can be increased.

すなわち、本発明は以下のような構成からなる。
[項1]
可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物において、該組成物に加温処理を施す工程を含む、該酵素の安定性を向上させる方法。
[項2]
補酵素がピロロキノンキノリンまたはフラビン化合物である項1に記載の安定性を向上させる方法。
[項3]
加温処理温度が酵素の大きな熱失活が発生する温度が発生する温度以下である項1,2に記載の安定性を向上させる方法。
[項4]
可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物において、該組成物に加温処理を施す工程を含む方法により製造された、熱安定性が向上した可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物
[項5]
項4の組成物を用いたグルコース濃度の測定方法。
[項6]
項5の組成物を含むグルコースセンサ。
[項7]
可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物において、該組成物に加温処理を施す工程を含む、安定性が向上した可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物を製造する方法。
That is, the present invention has the following configuration.
[Claim 1]
A method for improving the stability of the enzyme, comprising a step of heating the composition in a composition containing a soluble coenzyme-linked glucose dehydrogenase.
[Section 2]
Item 2. The method for improving stability according to Item 1, wherein the coenzyme is pyrroloquinone quinoline or a flavin compound.
[Section 3]
Item 3. The method according to Item 1 or 2, wherein the heating treatment temperature is equal to or lower than a temperature at which a large heat inactivation of the enzyme occurs.
[Claim 4]
A composition comprising a soluble coenzyme-linked glucose dehydrogenase, comprising a soluble coenzyme-linked glucose dehydrogenase with improved thermal stability, produced by a method comprising a step of subjecting the composition to a heating treatment Composition [Item 5]
A method for measuring a glucose concentration using the composition according to Item 4.
[Claim 6]
A glucose sensor comprising the composition of Item 5.
[Claim 7]
A method for producing a composition comprising a soluble coenzyme-bound glucose dehydrogenase with improved stability, comprising a step of subjecting the composition to a heating treatment in a composition comprising a soluble coenzyme-bound glucose dehydrogenase .

本発明による熱安定性の向上は、グルコース測定試薬、グルコースアッセイキット及びグルコースセンサー作製時の酵素の熱失活を低減して、該酵素の使用量低減や測定精度の向上を可能にする。また、保存安定性に優れたGDHを用いた血糖値測定試薬の提供を可能にする。   The improvement of the thermal stability according to the present invention reduces the heat inactivation of the enzyme during preparation of the glucose measurement reagent, glucose assay kit, and glucose sensor, thereby enabling the use amount of the enzyme to be reduced and the measurement accuracy to be improved. In addition, it is possible to provide a blood sugar level measuring reagent using GDH having excellent storage stability.

GDHは、以下の反応を触媒する酵素である。
D−グルコース + 電子伝達物質(酸化型)
→ D−グルコノ−δ−ラクトン + 電子伝達物質(還元型)
D−グルコースを酸化してD−グルコノ−1,5−ラクトンを生成するという反応を触媒する酵素であり、由来や構造に関しては特に限定するものではない。
GDH is an enzyme that catalyzes the following reaction.
D-glucose + electron transfer material (oxidized type)
→ D-glucono-δ-lactone + electron transfer material (reduced form)
It is an enzyme that catalyzes a reaction in which D-glucose is oxidized to produce D-glucono-1,5-lactone, and the origin and structure are not particularly limited.

本発明の方法に適用することができるGDHは、可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)であれば特に限定されない。
補酵素としては、例えばピロロキノンキノリンまたはフラビン化合物またはニコチン酸アミドアデニンジヌクレオチド(NAD)などをとることができる。
The GDH that can be applied to the method of the present invention is not particularly limited as long as it is a soluble coenzyme-linked glucose dehydrogenase (GDH).
As the coenzyme, for example, pyrroloquinone quinoline or flavin compound or nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) can be used.

本発明の方法に適用することができる、補酵素としてピロロキノンキノリンをとるGDH(PQQGDH)としては、特に限定されるものではないが、例えば、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)LMD79.41由来のもの(A.M.Cleton−Jansenら、J.Bacteriol.,170,2121(1988)およびMol.Gen.Genet.,217,430(1989))、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)由来のもの(A.M.Cleton−Jansenら、J.Bacteriol.,172,6308(1990))、グルコノバクター・オキシダンス(Gluconobacter oxydans)由来のもの(Mol.Gen.Genet.,229,206(1991))、及び、特許文献1で報告されているアシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumanni) NCIMB11517由来のものなどが例示できる。
ただし、エシェリヒア・コリなどに存在する膜型酵素を改変して可溶型にすることは困難であり、起源としてはアシネトバクター・カルコアセティカスもしくはアシネトバクター・バウマンニなどの可溶性PQQGDHを選択することが好ましい。
なお、アシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii)NCIMB11517株は、以前、Acinetobacter calcoaceticusに分類されていた。
GDH (PQQGDH) taking pyrroloquinone quinoline as a coenzyme that can be applied to the method of the present invention is not particularly limited. For example, Acinetobacter calcoaceticus LMD79.41 From (A.M. Cleton-Jansen et al., J. Bacteriol., 170, 2121 (1988) and Mol. Gen. Genet., 217, 430 (1989)), from Escherichia coli (AM Cleton-Jansen et al., J. Bacteriol., 172, 6308 (1990)), derived from Gluconobacter oxydans. (Mol.Gen.Genet., 229,206 (1991)), and Acinetobacter baumannii (Acinetobacter baumannii) reported in Patent Document 1 NCIMB11517, and others derived from.
However, it is difficult to modify a membrane enzyme present in Escherichia coli to make it soluble, and it is preferable to select soluble PQQGDH such as Acinetobacter calcoaceticus or Acinetobacter baumannii as the origin. .
In addition, Acinetobacter baumannii (Acinetobacter baumannii) NCIMB11517 strain was formerly classified into Acinetobacter calcaceticus.

本発明の方法に適用することができるPQQGDHは、グルコースデヒドロゲナーゼ活性を有する限り、上記に例示されたものにさらに他のアミノ酸残基の一部が欠失または置換されていてもよく、また他のアミノ酸残基が付加されていてもよい。
このような改変は当該技術分野における公知技術を用いて当業者であれば容易に実施することが出来る。例えば、蛋白質に部位特異的変異を導入するために当該蛋白質をコードする遺伝子の塩基配列を置換または挿入するための種々の方法が、Sambrookら著、Molecular Cloning; A Laboratory Manual 第2版(1989)Cold Spring Harbor Laboratory Press, New Yorkに記載されている。
PQQGDH applicable to the method of the present invention may have some other amino acid residues deleted or substituted to those exemplified above as long as it has glucose dehydrogenase activity. An amino acid residue may be added.
Such modifications can be easily carried out by those skilled in the art using known techniques in the art. For example, various methods for substituting or inserting a base sequence of a gene encoding a protein in order to introduce a site-specific mutation into the protein are described in Sambrook et al., Molecular Cloning; A Laboratory Manual 2nd edition (1989). Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York.

これらのPQQGDHは、たとえば東洋紡績製GLD−321など市販のものを用いることが出来る。あるいは、当該技術分野における公知技術を用いて当業者であれば容易に製造することが出来る。   As these PQQGDH, for example, commercially available products such as GLD-321 manufactured by Toyobo Co., Ltd. can be used. Alternatively, it can be easily manufactured by those skilled in the art using known techniques in the technical field.

例えば、上記のPQQGDHを生産する天然の微生物、あるいは、天然のPQQGDHをコードする遺伝子をそのまま、あるいは、変異させてから、発現用ベクター(多くのものが当該技術分野において知られている。例えばプラスミド。)に挿入し、適当な宿主(多くのものが当該技術分野において知られている。例えば大腸菌。)に形質転換させた形質転換体を培養し、培養液から遠心分離などで菌体を回収した後、菌体を機械的方法またはリゾチームなどの酵素的方法で破壊し、また、必要に応じてEDTAなどのキレート剤や界面活性剤等を添加して可溶化し、PQQGDHを含む水溶性画分を得ることができる。または適当な宿主ベクター系を用いることにより、発現したPQQGDHを直接培養液中に分泌させることが出来る。   For example, the above-mentioned natural microorganisms producing PQQGDH, or the gene encoding natural PQQGDH as it is or after being mutated, are expressed vectors (many are known in the art. For example, plasmids ), And cultivates the transformant transformed into an appropriate host (many are known in the art. For example, E. coli), and recovers the cell from the culture by centrifugation. After that, the bacterial cells are destroyed by a mechanical method or an enzymatic method such as lysozyme, and if necessary, a chelating agent such as EDTA or a surfactant is solubilized, and a water-soluble fraction containing PQQGDH. You can get minutes. Alternatively, the expressed PQQGDH can be secreted directly into the culture medium by using an appropriate host vector system.

上記のようにして得られたPQQGDH含有溶液を、例えば減圧濃縮、膜濃縮、さらに硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウムなどの塩析処理、あるいは親水性有機溶媒、例えばメタノール、エタノール、アセトンなどによる分別沈殿法により沈殿せしめればよい。また、加熱処理や等電点処理も有効な精製手段である。また、吸着剤あるいはゲルろ過剤などによるゲルろ過、吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィーを行うことにより、精製されたPQQGDHを得ることができる。該精製酵素標品は、電気泳動(SDS−PAGE)的に単一のバンドを示す程度に純化されていることが好ましい。   The PQQGDH-containing solution obtained as described above is precipitated by, for example, vacuum concentration, membrane concentration, salting-out treatment with ammonium sulfate, sodium sulfate or the like, or fractional precipitation with a hydrophilic organic solvent such as methanol, ethanol, acetone, etc. You just have to let them know. Heat treatment and isoelectric point treatment are also effective purification means. Further, purified PQQGDH can be obtained by performing gel filtration with an adsorbent or a gel filter, adsorption chromatography, ion exchange chromatography, and affinity chromatography. The purified enzyme preparation is preferably purified to the extent that it shows a single band on electrophoresis (SDS-PAGE).

本発明におけるPQQGDHの濃度は特に制約がない。   The concentration of PQQGDH in the present invention is not particularly limited.

本発明の方法に適用することができる、補酵素としてFADをとるGDH(FAD依存型GDH)としては、特に限定されるものではないが、例えば、真核生物の範疇に属する糸状菌のペニシリウム(Penicillium)属、アスペルギルス(Aspergillus)属などの微生物に由来するものが挙げられる。これら微生物菌株は各菌株保存機関より分譲を依頼することにより容易に入手することができる。例えば、ペニシリウム属のペニシリウム・リラシノエキヌラタムは、寄託番号NBRC6231として製品評価技術基盤機構・生物資源部門に登録されている。 GDH (FAD-dependent GDH) that adopts FAD as a coenzyme that can be applied to the method of the present invention is not particularly limited, but for example, Penicillium of a filamentous fungus belonging to the category of eukaryotes ( Examples thereof include those derived from microorganisms such as the genus Penicillium and the genus Aspergillus. These microbial strains can be easily obtained by requesting distribution from each strain storage organization. For example, the Penicillium genus Penicillium Lirashino Echinulatam is registered in the Product Evaluation Technology Foundation / Biological Resources Division under the deposit number NBRC6231.

上記微生物を培養する培地としては、微生物が生育しかつ本発明に示すGDHを生産しうるものであれば特に限定しないが、より好適には微生物の生育に必要な炭素源、無機窒素源及び/または有機窒素源を含有するものがよく、さらに好ましくは通気攪拌に適した液体培地であるのがよい。液体培地の場合、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、蔗糖などが、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、コーンスティープリカー、ペプトン、カゼイン、肉エキス、脱脂大豆、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、塩化マグネシウム等の無機塩、ビタミン類等)を含んでいてもよい。   The medium for culturing the microorganism is not particularly limited as long as the microorganism can grow and produce the GDH shown in the present invention. More preferably, the carbon source, inorganic nitrogen source and / or Or what contains an organic nitrogen source is good, More preferably, it is good that it is a liquid culture medium suitable for aeration stirring. In the case of a liquid medium, for example, glucose, dextran, soluble starch, and sucrose are used as the carbon source, and examples of the nitrogen source are ammonium salts, nitrates, amino acids, corn steep liquor, peptone, casein, meat extract, defatted soybeans, potato An extract etc. are illustrated. Moreover, other nutrients (for example, inorganic salts such as calcium chloride, sodium dihydrogen phosphate, magnesium chloride, vitamins, etc.) may be contained as desired.

培養方法は、当分野において知られている方法に従う。例えば上記栄養素を含む液体培地に微生物の胞子もしくは生育状態の菌体を植菌し、静置もしくは通気攪拌により菌体を増殖させるが、好ましくは通気攪拌により培養するのがよい。培養液のpHは好ましくは5〜9であり、さらに好ましくは6〜8である。温度は通常14〜42℃、より好ましくは20℃〜40℃で行うのがよい。通常は14〜144時間培養を継続するが、好ましくは各々の培養条件においてGDHの発現量が最大となる時点で培養を終了するのがよい。このような時点を見極める方策としては、培養液のサンプリングを行って培養液中のGDH活性を測定することでその変化をモニタリングし、経時的なGDH活性の上昇がなくなった時点をピークとみなして培養停止すればよい。   The culture method follows methods known in the art. For example, spore of microorganisms or growing cells are inoculated in a liquid medium containing the above nutrients, and the cells are allowed to grow by standing or stirring with aeration. Preferably, the cells are cultured by stirring with aeration. The pH of the culture solution is preferably 5-9, more preferably 6-8. The temperature is usually 14 to 42 ° C, more preferably 20 to 40 ° C. Usually, the culture is continued for 14 to 144 hours. Preferably, the culture is terminated when the expression level of GDH is maximized under each culture condition. As a measure to identify such a time point, the change is monitored by sampling the culture solution and measuring the GDH activity in the culture solution, and the time point when the increase in GDH activity with time is stopped is regarded as a peak. What is necessary is just to stop culture | cultivation.

上記の培養液からGDHを抽出する方法としては、菌体内に蓄積したGDHを回収する場合にあっては遠心分離もしくはろ過等の操作によって菌体のみを集め、この菌体を溶媒、好ましくは水もしくは緩衝液に再懸濁する。再懸濁した菌体は公知の方法により破砕することで菌体中のGDHを溶媒中に抽出することができる。破砕方法としては、溶菌酵素を用いることもでき、また物理的破砕方法を用いてもよい。溶菌酵素としては、真菌細胞壁を消化する能力を有するものであれば特に限定しないが、適用可能な酵素の例としてはシグマ社製「Lyticase」等が挙げられる。また、物理的破砕の方法としては例えば超音波破砕、ガラスビーズ破砕、フレンチプレス等が挙げられる。破砕処理後の溶液は、遠心分離もしくはろ過により残渣を取り除いてGDH粗抽出溶液を得ることができる。 As a method for extracting GDH from the culture solution, when collecting GDH accumulated in the microbial cells, only the microbial cells are collected by an operation such as centrifugation or filtration, and the microbial cells are collected in a solvent, preferably water. Alternatively, resuspend in buffer. The resuspended cells can be crushed by a known method to extract GDH in the cells into a solvent. As a crushing method, a lytic enzyme can be used, or a physical crushing method may be used. The lytic enzyme is not particularly limited as long as it has the ability to digest fungal cell walls. Examples of applicable enzymes include “Lyticase” manufactured by Sigma. Examples of the physical crushing method include ultrasonic crushing, glass bead crushing, and French press. The residue after the crushing treatment can be removed by centrifugation or filtration to obtain a GDH crude extraction solution.

また本発明における培養方法としては固体培養によることもできる。好ましくは温度や湿度等を適宜制御の上で小麦等のふすま上に本発明のGDH生産能を有する真核微生物を生育させる。このとき、培養は静置により行ってもよく、また培養物を攪拌する等して混合してもよい。GDHの抽出は、培養物に溶媒、このましくは水もしくは緩衝液を加えてGDHを溶解させ、遠心分離もしくはろ過により菌体やふすま等の固形物を取り除くことでなされる。   In addition, the culture method in the present invention may be solid culture. Preferably, the eukaryotic microorganism having the ability to produce the GDH of the present invention is grown on bran such as wheat while appropriately controlling temperature, humidity and the like. At this time, the culture may be performed by standing or may be mixed by stirring the culture. GDH extraction is performed by adding a solvent, preferably water or a buffer, to the culture to dissolve GDH, and removing solids such as bacterial cells and bran by centrifugation or filtration.

GDHの精製は、GDH活性の存在する画分に応じて通常使用される種々の分離技術を適宜組み合わせることにより行うことができる。上記GDH抽出液から、例えば塩析、溶媒沈殿、透析、限外ろ過、ゲルろ過、非変性PAGE、SDS−PAGE、イオン交換クロマトグラフィー、ヒドロキシアパタイトクロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、逆相高速液体クロマトグラフィー、等電点電気泳動などの公知の分離方法を適当に選択して行うことができる。また、抽出したGDHもしくは精製したGDH溶液中に各種安定化剤等を添加することもできる。このような物質の例としては例えばマンニトール・トレハロース・スクロース・ソルビトール・エリスリトール、グリセロール等に代表される糖・糖アルコール類・グルタミン酸・アルギニン等に代表されるアミノ酸、牛血清アルブミン・卵白アルブミンや各種シャペロン等に代表されるタンパク質・ペプチド類等を挙げることができる。   Purification of GDH can be performed by appropriately combining various separation techniques that are usually used depending on the fraction in which GDH activity is present. From the GDH extract, for example, salting out, solvent precipitation, dialysis, ultrafiltration, gel filtration, non-denaturing PAGE, SDS-PAGE, ion exchange chromatography, hydroxyapatite chromatography, affinity chromatography, reverse phase high performance liquid chromatography A known separation method such as isoelectric focusing can be selected appropriately. Moreover, various stabilizers etc. can also be added in the extracted GDH or the refined GDH solution. Examples of such substances include, for example, mannitol, trehalose, sucrose, sorbitol, erythritol, amino acids typified by sugars, sugar alcohols, glutamic acid, arginine and the like typified by glycerol, bovine serum albumin, ovalbumin, and various chaperones. And proteins and peptides represented by the above.

また本発明のGDHは液状で供することもできるが、凍結乾燥、真空乾燥あるいはスプレードライ等により粉末化することができる。このとき、GDHは緩衝液等に溶解したものを用いることができ、さらに賦形剤あるいは安定化剤として糖・糖アルコール類、アミノ酸、タンパク質、ペプチド等を添加するのが好ましい。また、粉末化後さらに造粒することもできる。   The GDH of the present invention can be provided in a liquid state, but can be pulverized by freeze drying, vacuum drying, spray drying or the like. At this time, GDH dissolved in a buffer solution or the like can be used, and it is preferable to add sugar / sugar alcohols, amino acids, proteins, peptides, etc. as excipients or stabilizers. Further, it can be further granulated after pulverization.

上記に示すGDHの抽出・精製・粉末化、および安定性試験に用いる緩衝液の組成は特に限定しないが、好ましくはpH5〜8の範囲で緩衝能を有するものであればよく、例えばホウ酸、トリス塩酸、リン酸カリウム等の緩衝剤や、BES、Bicine、Bis−Tris、CHES、EPPS、HEPES、HEPPSO、MES、MOPS、MOPSO、PIPES、POPSO、TAPS、TAPSO、TES、Tricineといったグッド緩衝剤が挙げられる。
これらのうち1種のみを適用してもよいし、2種以上を用いてもよい。さらには上記以外を含む1種以上の複合組成であってもよい。
また、これらの添加濃度としては、緩衝能を持つ範囲であれば特に限定されないが、好ましい上限は100mM以下、より好ましくは50mM以下である。好ましい下限は5mM以上である。
凍結乾燥物中においては緩衝剤の含有量は、特に限定されるものではないが、好ましくは0.1%(重量比)以上、特に好ましくは0.1〜30%(重量比)の範囲で使用される。
これらは、種々の市販の試薬を用いることが出来る。
The composition of the buffer used for GDH extraction, purification, pulverization, and stability test described above is not particularly limited, but any buffer having a buffering ability in the range of pH 5 to 8 is preferable. For example, boric acid, Buffers such as Tris-HCl and potassium phosphate, and good buffers such as BES, Bicine, Bis-Tris, CHES, EPPS, HEPES, HEPPSO, MES, MOPS, MOPSO, PIPES, POPSO, TAPS, TAPSO, TES, Tricine Can be mentioned.
Of these, only one type may be applied, or two or more types may be used. Furthermore, one or more composite compositions including those other than the above may be used.
In addition, the concentration of these additives is not particularly limited as long as it has a buffer capacity, but the preferable upper limit is 100 mM or less, more preferably 50 mM or less. A preferred lower limit is 5 mM or more.
The content of the buffering agent in the lyophilized product is not particularly limited, but is preferably 0.1% (weight ratio) or more, particularly preferably 0.1 to 30% (weight ratio). used.
These can use various commercially available reagents.

これらのバッファーは測定時に添加してもよいし、後記するグルコース測定用試薬、グルコースアッセイキットあるいはグルコースセンサーを作製するときに予め含有させておくこともできる。なお、その際には、液体状態、乾燥状態などの形態は問われず、測定時に機能するようにしておけばよい。   These buffers may be added at the time of measurement, or may be contained in advance when a glucose measuring reagent, a glucose assay kit, or a glucose sensor described later is prepared. In this case, the liquid state, the dry state, etc. are not limited, and it is sufficient to function at the time of measurement.

本発明でいう安定性の向上とは、GDH酵素を含む組成物をある一定の温度で、一定時間熱処理した後、維持されているGDH酵素の残存率(%)が増大することを意味する。例えば、本願発明では、ほぼ完全に活性が維持されると4℃保存のサンプルを100%として、これと55℃,1時間熱処理後のGDH溶液の活性値を比較して、その酵素の残存率を算出している。この残存率が加温処理を実施していないものと比べて増大していた場合、GDHの熱安定性が向上したと判断した。
安定性が向上しているかどうかの判断は、次のように行った。
後述のGDH酵素活性の測定方法に記載の活性測定法において、4℃,16時間処理後のPQQGDH活性値(a)と、熱処理後のGDH活性値(b)を測定し、測定値(a)を100とした場合に対する相対値((b)/(a)×100)を求めた。この相対値を残存率(%)とした。そして、該加温処理の実施の有無を比較して、実施により残存率が増大した場合、熱安定性が向上したと判断した。
なお、上記説明における「熱処理」は、酵素の安定性を確認する試験のための処理のことを言い、本発明の「加温処理」とは異なることを、念のため付記する。本段落以外での説明においても同様である。
The improvement in the stability as used in the present invention means that the residual ratio (%) of the maintained GDH enzyme increases after heat-treating the composition containing the GDH enzyme at a certain temperature for a certain time. For example, in the present invention, when the activity is almost completely maintained, the sample stored at 4 ° C. is regarded as 100%, and this is compared with the activity value of the GDH solution after heat treatment at 55 ° C. for 1 hour. Is calculated. When this residual rate was increased as compared with the case where the heating treatment was not performed, it was determined that the thermal stability of GDH was improved.
Judgment as to whether or not stability was improved was performed as follows.
In the activity measurement method described in the method for measuring GDH enzyme activity described below, the PQQGDH activity value (a) after treatment at 4 ° C. for 16 hours and the GDH activity value (b) after heat treatment were measured, and the measurement value (a) The relative value ((b) / (a) × 100) with respect to the value of 100 was determined. This relative value was defined as the residual rate (%). Then, the presence or absence of the heating treatment was compared, and it was determined that the thermal stability was improved when the residual rate increased due to the implementation.
In addition, “heat treatment” in the above description refers to a treatment for a test for confirming the stability of the enzyme, and it is noted that it is different from the “warming treatment” of the present invention. The same applies to the explanations other than this paragraph.

加温処理は、加温処理を施す前後で、少なくとも50%以上の活性が維持されている必要があり、好ましくは80%以上の活性が維持されており、さらに好ましくは90%以上の活性が維持されていることが望ましい。
本特許における酵素の大きな熱失活が発生する温度とは、幾つかの異なる処理温度で酵素の残存活性を調べた時に、連続する3点以上のデータから得られる近似式の傾きの絶対値が2倍以上に変化する点(処理温度)を意味している。例えば、図1では、0、30、40℃での近似式の傾きの絶対値は、0.233であり、40、50、60℃での近似式の傾きの絶対値は、3.63である。よって、この熱処理条件では、40℃が大きな熱失活が発生する温度となる。
あるいは、本特許における酵素の大きな熱失活が発生する温度とは、幾つかの異なる温度で熱処理したときの酵素の残存活性が80%以下となる温度である。
本発明においては、上記の2通りの方法で得られた温度のうち、低いほうの温度を「酵素の大きな熱失活が発生する温度」とする。一方の方法でしか決められない場合は、その方法で決定した温度を「酵素の大きな熱失活が発生する温度」とする。
In the heating treatment, at least 50% or more of the activity needs to be maintained before and after the heating treatment, preferably 80% or more of the activity is maintained, more preferably 90% or more of the activity. It is desirable that it be maintained.
The temperature at which large heat inactivation of the enzyme in this patent occurs is the absolute value of the slope of the approximate expression obtained from three or more consecutive data when the residual activity of the enzyme is examined at several different processing temperatures. It means a point (processing temperature) that changes more than twice. For example, in FIG. 1, the absolute value of the slope of the approximate expression at 0, 30, and 40 ° C. is 0.233, and the absolute value of the slope of the approximate expression at 40, 50, and 60 ° C. is 3.63. is there. Therefore, under this heat treatment condition, 40 ° C. is a temperature at which large thermal deactivation occurs.
Alternatively, the temperature at which a large heat inactivation of the enzyme in this patent occurs is a temperature at which the residual activity of the enzyme becomes 80% or less when heat-treated at several different temperatures.
In the present invention, among the temperatures obtained by the above two methods, the lower temperature is referred to as “temperature at which large heat inactivation of the enzyme occurs”. When it can be determined only by one method, the temperature determined by that method is set as “the temperature at which a large heat inactivation of the enzyme occurs”.

この、大きな熱失活が発生する温度は、酵素の種類により異なり、また、同じ酵素でも、検討に用いる酵素濃度により異なる。例えば、本特許の検討で用いたPQQGDH改変体では、酵素濃度5U/mlで検討した場合には、大きな熱失活が発生する温度は、40℃であったが(図1)、20〜30U/mlで検討した場合には、55℃であった。そこで、酵素濃度20〜30U/mlの検討では、該温度以下で安全サイドを考え、50℃以下で加温処理を検討している。また、加温処理条件の検討の結果、大きな熱失活が発生する温度以下では、処理時間を長くしても大きな熱失活は見られず、90%以上の活性が維持されていた。大きな熱失活が発生する温度よりも少し低い温度(5℃程度)で長い時間処理することが最も有効であると思われた。  The temperature at which this large heat inactivation occurs varies depending on the type of enzyme, and even for the same enzyme, it varies depending on the enzyme concentration used in the study. For example, in the modified PQQGDH used in the study of this patent, when examined at an enzyme concentration of 5 U / ml, the temperature at which large heat inactivation occurs was 40 ° C. (FIG. 1), 20-30 U. When examined at / ml, it was 55 ° C. Therefore, in the examination of the enzyme concentration of 20 to 30 U / ml, considering the safety side below the temperature, the heating treatment is examined at 50 ° C. or less. Further, as a result of the examination of the heating treatment conditions, below the temperature at which large heat deactivation occurs, no large heat deactivation was observed even if the treatment time was extended, and 90% or more of the activity was maintained. It seemed to be most effective to treat for a long time at a temperature (about 5 ° C.) slightly lower than the temperature at which large heat deactivation occurs.

本発明の効果は、メディエーターを含む系においてより顕著なものとなる。本発明の方法に適用できるメディエーターは特に限定されないが、フェナジンメトサルフェート(PMS)と2,6−ジクロロフェノールインドフェノール(DCPIP)との組み合わせ、PMSとニトロブルーテトラゾリウム(NBT)との組み合わせ、DCPIP単独、フェリシアン化物イオン(化合物としてはフェリシアン化カリウムなど)単独、フェロセン単独などが挙げられる。中でもフェリシアン化物イオン(化合物としてはフェリシアン化カリウムなど)が好ましい。
これらの各メディエーターは感度に様々な違いが存在するために、添加濃度を一律に規定する必要性はないが、一般的には1mM以上の添加が望ましい。
これらのメディエーターは測定時に添加してもよいし、後記するグルコース測定用試薬、グルコースアッセイキットあるいはグルコースセンサを作製するときに予め含有させておくこともできる。なお、その際には、液体状態、乾燥状態などの形態は問われず、測定時に反応時に解離してイオンの状態になるようにしておけばよい。
The effect of the present invention becomes more remarkable in a system including a mediator. The mediator applicable to the method of the present invention is not particularly limited, but a combination of phenazine methosulfate (PMS) and 2,6-dichlorophenolindophenol (DCPIP), a combination of PMS and nitroblue tetrazolium (NBT), or DCPIP alone And ferricyanide ions (such as potassium ferricyanide as a compound) alone, ferrocene alone and the like. Of these, ferricyanide ions (such as potassium ferricyanide) are preferable.
Since each of these mediators has various differences in sensitivity, it is not necessary to uniformly define the addition concentration, but it is generally desirable to add 1 mM or more.
These mediators may be added at the time of measurement, or may be contained in advance when a glucose measuring reagent, a glucose assay kit, or a glucose sensor described later is prepared. In this case, the liquid state, the dry state, and the like are not limited, and it is only necessary to dissociate at the time of the reaction during the measurement so as to be in an ion state.

本発明においてはさらに必要に応じて種々の成分を共存させることが出来る。例えば、界面活性剤、安定化剤、賦形剤などを添加しても良い。
例えば、カルシウムイオンまたはその塩、およびグルタミン酸、グルタミン、リジン等のアミノ酸類、さらに血清アルブミン等を添加することによりPQQGDHをより安定化することができる。
例えば、カルシウムイオンまたはカルシウム塩を含有させることにより、PQQGDHを安定化させることができる。カルシウム塩としては、塩化カルシウムまたは酢酸カルシウムもしくはクエン酸カルシウム等の無機酸または有機酸のカルシウム塩などが例示される。また、水性組成物において、カルシウムイオンの含有量は、1×10-4〜1×10-2Mであることが好ましい。
カルシウムイオンまたはカルシウム塩を含有させることによる安定化効果は、グルタミン酸、グルタミンおよびリジンからなる群から選択されたアミノ酸を含有させることにより、さらに向上する。グルタミン酸、グルタミンおよびリジンからなる群から選択されるアミノ酸は、1種または2種以上であってもよい。ここにさらに卵白アルブミン(OVA)を含有させてもよい。
あるいは、(1)アスパラギン酸、グルタミン酸、α−ケトグルタル酸、リンゴ酸、α−ケトグルコン酸、α−サイクロデキストリンおよびそれらの塩からなる群から選ばれた1種または2種以上の化合物および(2)アルブミンを共存せしめることにより、GDHを安定化することができる。
In the present invention, various components can coexist if necessary. For example, you may add surfactant, a stabilizer, an excipient | filler, etc.
For example, PQQGDH can be further stabilized by adding calcium ions or salts thereof, amino acids such as glutamic acid, glutamine, and lysine, and serum albumin.
For example, PQQGDH can be stabilized by containing calcium ions or calcium salts. Examples of calcium salts include calcium chloride, calcium salts of inorganic acids such as calcium acetate and calcium citrate, and organic acids. In the aqueous composition, the calcium ion content is preferably 1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 M.
The stabilizing effect by containing calcium ions or calcium salts is further improved by containing an amino acid selected from the group consisting of glutamic acid, glutamine and lysine. One or more amino acids selected from the group consisting of glutamic acid, glutamine and lysine may be used. It may further contain ovalbumin (OVA).
Or (1) one or more compounds selected from the group consisting of aspartic acid, glutamic acid, α-ketoglutaric acid, malic acid, α-ketogluconic acid, α-cyclodextrin, and salts thereof; and (2) GDH can be stabilized by allowing albumin to coexist.

本発明においては以下の種々の方法によりグルコースを測定することができる。
本発明のグルコース測定用試薬、グルコースアッセイキット、グルコースセンサは、液状(水溶液、懸濁液等)、真空乾燥やスプレードライなどにより粉末化したもの、凍結乾燥など種々の形態をとることができる。乾燥法としては、特に制限されるものではなく常法に従って行えばよい。本発明の酵素を含む組成物は凍結乾燥物に限られず、乾燥物を再溶解した溶液状態であってもよい。
本発明においては以下の種々の方法によりグルコースを測定することができる。
In the present invention, glucose can be measured by the following various methods.
The glucose measurement reagent, glucose assay kit, and glucose sensor of the present invention can take various forms such as liquid (aqueous solution, suspension, etc.), powdered by vacuum drying or spray drying, freeze drying, and the like. The drying method is not particularly limited and may be performed according to a conventional method. The composition containing the enzyme of the present invention is not limited to a lyophilized product, and may be in a solution state in which the dried product is redissolved.
In the present invention, glucose can be measured by the following various methods.

グルコース測定用試薬
本発明のグルコース測定用試薬は、典型的には、GDH、緩衝液、メディエーターなど測定に必要な試薬、キャリブレーションカーブ作製のためのグルコース標準溶液、ならびに使用の指針を含む。本発明のキットは、例えば、凍結乾燥された試薬として、または適切な保存溶液中の溶液として提供することができる。好ましくは本発明のGDHはホロ化した形態で提供されるが、アポ酵素の形態で提供し、使用時にホロ化することもできる。
Glucose Measuring Reagent The glucose measuring reagent of the present invention typically contains GDH, a buffer, a mediator, and other necessary reagents for measurement, a glucose standard solution for preparing a calibration curve, and usage guidelines. The kit of the invention can be provided, for example, as a lyophilized reagent or as a solution in a suitable storage solution. Preferably, the GDH of the present invention is provided in a holified form, but may be provided in the form of an apoenzyme and hololated at the time of use.

グルコースアッセイキット
本発明はまた、本発明に従うGDHを含むグルコースアッセイキットを特徴とする。本発明のグルコースアッセイキットは、本発明に従うGDHを少なくとも1回のアッセイに十分な量で含む。典型的には、キットは、本発明のGDHに加えて、アッセイに必要な緩衝液、メディエーター、キャリブレーションカーブ作製のためのグルコース標準溶液、ならびに使用の指針を含む。本発明に従うGDHは種々の形態で、例えば、凍結乾燥された試薬として、または適切な保存溶液中の溶液として提供することができる。
Glucose Assay Kit The present invention also features a glucose assay kit comprising GDH according to the present invention. The glucose assay kit of the present invention comprises GDH according to the present invention in an amount sufficient for at least one assay. Typically, the kit includes the GDH of the present invention, plus buffers necessary for the assay, mediators, glucose standard solution for creating a calibration curve, and directions for use. The GDH according to the present invention can be provided in various forms, for example as a lyophilized reagent or as a solution in a suitable storage solution.

グルコースセンサ
本発明はまた、本発明に従うGDHを用いるグルコースセンサを特徴とする。電極としては、カーボン電極、金電極、白金電極などを用い、この電極上に本発明の酵素を固定化する。固定化方法としては、架橋試薬を用いる方法、高分子マトリックス中に封入する方法、透析膜で被覆する方法、光架橋性ポリマー、導電性ポリマー、酸化還元ポリマーなどがあり、あるいはメディエーターとともにポリマー中に固定あるいは電極上に吸着固定してもよく、またこれらを組み合わせて用いてもよい。典型的には、グルタルアルデヒドを用いて本発明のGDHをカーボン電極上に固定化した後、アミン基を有する試薬で処理してグルタルアルデヒドをブロッキングする。
Glucose sensor The present invention also features a glucose sensor using GDH according to the present invention. As the electrode, a carbon electrode, a gold electrode, a platinum electrode or the like is used, and the enzyme of the present invention is immobilized on this electrode. As immobilization methods, there are a method using a crosslinking reagent, a method of encapsulating in a polymer matrix, a method of coating with a dialysis membrane, a photocrosslinkable polymer, a conductive polymer, a redox polymer, etc. It may be fixed or adsorbed and fixed on the electrode, or a combination of these may be used. Typically, the GDH of the present invention is immobilized on a carbon electrode using glutaraldehyde, and then treated with a reagent having an amine group to block glutaraldehyde.

グルコース濃度の測定は、以下のようにして行うことができる。恒温セルに緩衝液を入れ、メディエーターを加えて一定温度に維持する。作用電極として本発明のGDHを固定化した電極を用い、対極(例えば白金電極)および参照電極(例えばAg/AgCl電極)を用いる。カーボン電極に一定の電圧を印加して、電流が定常になった後、グルコースを含む試料を加えて電流の増加を測定する。標準濃度のグルコース溶液により作製したキャリブレーションカーブに従い、試料中のグルコース濃度を計算することができる。   The glucose concentration can be measured as follows. Put the buffer in a thermostatic cell and add a mediator to maintain a constant temperature. An electrode on which the GDH of the present invention is immobilized is used as a working electrode, and a counter electrode (for example, a platinum electrode) and a reference electrode (for example, an Ag / AgCl electrode) are used. After a constant voltage is applied to the carbon electrode and the current becomes steady, a sample containing glucose is added and the increase in current is measured. The glucose concentration in the sample can be calculated according to a calibration curve prepared with a standard concentration glucose solution.

以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明する。
実施例1 :PQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子の発現プラスミドの構築
野生型PQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼの発現プラスミドpNPG5は、ベクターpBluescript SK(−)のマルチクローニング部位にアシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii) NCIMB11517株由来のPQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼをコードする構造遺伝子を挿入したものである。その塩基配列を配列表の配列番号2に、また該塩基配列から推定されるPQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼのアミノ酸配列を配列表の配列番号1に示す。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
Example 1 Construction of PQQ-Dependent Glucose Dehydrogenase Gene Expression Plasmid Wild-type PQQ-dependent glucose dehydrogenase expression plasmid pNPG5 was derived from the Acinetobacter baumannii17 strain NCIMB115 at the multiple cloning site of the vector pBluescript SK (-). A structural gene encoding a PQQ-dependent glucose dehydrogenase is inserted. The base sequence is shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, and the amino acid sequence of PQQ-dependent glucose dehydrogenase deduced from the base sequence is shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.

実施例2:変異型PQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼの作製
野生型PQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子を含む組換えプラスミドpNPG5と変異導入部位のアミノ酸をコードするトリプレットを中央に含む40mer程度の合成オリゴヌクレオチドを基に、QuickChangeTM Site−Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE製)を用いて、そのプロトコールに従って変異処理操作を順次行い、Q168A,169Y,L169P,A170L,E245D,M342I,N429D,430Pの変異を導入した、基質特異性が改善された変異型PQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼをコードする組換えプラスミド(pNPG5−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P)を取得した。得られた候補株の塩基配列を決定して、配列番号1記載のアミノ酸配列の168番目のグルタミンがアラニンに、169番目のロイシンがプロリンに、170番目のアラニンがロイシンに、245番目のグルタミン酸がアスパラギン酸に、342番目のメチオニンがイソロイシンに、429番目のアスパラギンがアスパラギン酸に置換され、168番目の後ろにチロシンと429番目の後ろにプロリンが挿入された変異型PQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼをコードしていることを確認した。
該組換えプラスミドにて大腸菌コンピテントセル(エシェリヒア・コリーJM109;東洋紡績製)を形質転換して、形質転換体を取得した。
Example 2: Production of mutant PQQ-dependent glucose dehydrogenase Based on a recombinant plasmid pNPG5 containing a wild-type PQQ-dependent glucose dehydrogenase gene and a synthetic oligonucleotide of about 40 mer containing a triplet encoding the amino acid at the site of mutation introduction , QuickChange Site-Directed Mutagenesis Kit (manufactured by STRATAGENE) was used to sequentially carry out mutation treatment operations according to the protocol to introduce the mutations of Q168A, 169Y, L169P, A170L, E245D, M342I, N429D, and 430P. Recombinant plasmid encoding mutant PQQ-dependent glucose dehydrogenase with improved (pNPG5-Q168A + 169Y + L169P + A1 0L + E245D + M342I + N429D + 430P) was obtained. The nucleotide sequence of the obtained candidate strain was determined, and the 168th glutamine of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 was alanine, the 169th leucine was proline, the 170th alanine was leucine, and the 245th glutamic acid was It encodes a mutant PQQ-dependent glucose dehydrogenase in which aspartic acid is substituted with 342nd methionine for isoleucine and 429th asparagine for aspartic acid, and 168th for tyrosine and 429th for proline. Confirmed that.
Escherichia coli competent cells (Escherichia coli JM109; manufactured by Toyobo Co., Ltd.) were transformed with the recombinant plasmid to obtain transformants.

実施例3:シュードモナス属細菌で複製できる発現ベクターの構築
実施例2で得た組換えプラスミドpNPG5−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430PのDNA5μgを制限酵素BamHIおよびXhoI(東洋紡績製)で切断して、変異型PQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼの構造遺伝子部分を単離した。単離したDNAとBamHIおよびXhoIで切断したpTM33(1μg)とT4DNAリガーゼ1単位で16℃、16時間反応させ、DNAを連結した。連結したDNAはエシェリヒア・コリDH5αのコンピテントセルを用いて形質転換を行った。得られた発現プラスミドをpNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430Pと命名した。
Example 3: Construction of an expression vector capable of replicating in Pseudomonas bacteria Recombinant plasmid pNPG5-Q168A + 169Y + L169P + A170L + 5 μg of DNA obtained in Example 2 was cleaved with restriction enzymes BamHI and XhoI (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), and dependent on mutant Q The structural gene part of dehydrogenase was isolated. The isolated DNA was reacted with pTM33 (1 μg) cleaved with BamHI and XhoI with 1 unit of T4 DNA ligase at 16 ° C. for 16 hours to ligate the DNA. Ligated DNA was transformed with Escherichia coli DH5α competent cells. The obtained expression plasmid was designated as pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P.

実施例4:シュードモナス属細菌の形質転換体の作製
シュードモナス・プチダTE3493(微工研寄12298号)をLBG培地(LB培地+0.3%グリセロール)で30℃、16時間培養し、遠心分離(12,000rpm、10分間)により菌体を回収し、この菌体に氷冷した300mMシュークロースを含む5mMK−リン酸緩衝液(pH7.0)8mlを加え、菌体を懸濁した。再度遠心分離(12,000rpm、10分間)により菌体を回収し、この菌体に氷冷した300mMシュークロースを含む5mMK−リン酸緩衝液(pH7.0)0.4mlを加え、菌体を懸濁した。
該懸濁液に実施例3で得た発現プラスミドpNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430Pを0.5μg加え、エレクトロポレーション法により形質転換した。100μg/mlのストレプトマイシンを含むLB寒天培地に生育したコロニーより、目的とする形質転換体を得た。
Example 4 Production of Pseudomonas Bacterium Transformant Pseudomonas putida TE3493 (Microtechnical Research No. 12298) was cultured in LBG medium (LB medium + 0.3% glycerol) at 30 ° C. for 16 hours and centrifuged (12 The bacterial cells were collected by 2,000 rpm for 10 minutes, and 8 ml of 5 mM K-phosphate buffer (pH 7.0) containing 300 mM sucrose ice-cooled was added to the bacterial cells to suspend the bacterial cells. The bacterial cells were collected again by centrifugation (12,000 rpm, 10 minutes), and 0.4 ml of 5 mM K-phosphate buffer (pH 7.0) containing 300 mM sucrose ice-cooled was added to the bacterial cells. Suspended.
0.5 μg of the expression plasmid pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P obtained in Example 3 was added to the suspension and transformed by electroporation. A target transformant was obtained from a colony grown on an LB agar medium containing 100 μg / ml streptomycin.

実施例5:PQQ依存型GDH標品の調製
500mlのTerrific brothを2L容坂口フラスコに分注し、121℃、20分間オートクレーブを行い、放冷後別途無菌濾過したストレプトマイシンを100μg/mlになるように添加した。この培地に100μg/mlのストレプトマイシンを含むPY培地で予め30℃、24時間培養したシュードモナス・プチダTE3493(pNPG6−Q168A+169Y+L169P+A170L+E245D+M342I+N429D+430P)の培養液を5ml接種し、30℃で40時間通気攪拌培養した。培養終了時のPQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼ活性は、前記活性測定において、培養液1ml当たり約30U/mlであった。
上記菌体を遠心分離により集菌し、20mMリン酸緩衝液(pH7.0)に懸濁した後、超音波処理により破砕し、更に遠心分離を行い、上清液を粗酵素液として得た。得られた粗酵素液をHiTrap−SP(アマシャム−ファルマシア)イオン交換カラムクロマトグラフィーにより分離・精製した。次いで10mM PIPES−NaOH緩衝液(pH6.5)で透析した後に終濃度が1mMになるように塩化カルシウムを添加した。最後にHiTrap−DEAE(アマシャム−ファルマシア)イオン交換カラムクロマトグラフィーにより分離・精製し、精製酵素標品を得た。本方法により得られた標品は、SDS−PAGE的にほぼ単一なバンドを示した。
このようにして取得した精製酵素をPQQ依存型GLD評価標品として使用した。
Example 5: Preparation of PQQ-dependent GDH preparation 500 ml of terrific broth was dispensed into a 2 L Sakaguchi flask, autoclaved at 121 ° C. for 20 minutes, allowed to cool, and then separately sterile filtered streptomycin to 100 μg / ml. Added to. This medium was inoculated with 5 ml of Pseudomonas putida TE3493 (pNPG6-Q168A + 169Y + L169P + A170L + E245D + M342I + N429D + 430P) previously cultured in a PY medium containing 100 μg / ml streptomycin at 30 ° C. for 24 hours, and cultured with aeration at 30 ° C. for 40 hours. The PQQ-dependent glucose dehydrogenase activity at the end of the culture was about 30 U / ml per 1 ml of the culture solution in the activity measurement.
The cells were collected by centrifugation, suspended in 20 mM phosphate buffer (pH 7.0), disrupted by sonication, and further centrifuged to obtain a supernatant as a crude enzyme solution. . The obtained crude enzyme solution was separated and purified by HiTrap-SP (Amersham-Pharmacia) ion exchange column chromatography. Next, after dialyzing with 10 mM PIPES-NaOH buffer (pH 6.5), calcium chloride was added to a final concentration of 1 mM. Finally, it was separated and purified by HiTrap-DEAE (Amersham-Pharmacia) ion exchange column chromatography to obtain a purified enzyme preparation. The sample obtained by this method showed an almost single band by SDS-PAGE.
The purified enzyme thus obtained was used as a PQQ-dependent GLD evaluation sample.

試験例1:GDH活性の測定方法
測定原理
D−グルコース+PMS+PQQGDH → D−グルコノ−1,5−ラクトン + PMS(red)
PMS(red) + DCPIP → PMS + DCPIP(red)
フェナジンメトサルフェート(PMS)(red)による2,6−ジクロロフェノール-インドフェノール(DCPIP)の還元により形成されたDCPIP(red)の存在は、600nmで分光光度法により測定した。また、基質特異性の検討では、D−グルコースの部分を他の糖類に変更して、それぞれの基質に対する特異性を測定した。
単位の定義
1単位は、以下に記載の条件下で1分当たりDCPIP(red)を1.0ミリモル形成させるPQQGDHの酵素量をいう。
方法
試薬
A.D−グルコース溶液:1.0M(1.8g D−グルコース(分子量180.16) /10ml H2O)
B.PIPES−NaOH緩衝液, pH6.5:50mM(60mLの水中に懸濁した 1.51gのPIPES(分子量302.36)を、5N NaOHに溶解し、2.2 mlの10% Triton X−100を加える。5N NaOHを用いて25℃で pHを6.5±0.05に調整し、水を加えて100mlとした。)
C.PMS溶液:24mM(73.52mgのフェナジンメトサルフェート(分子量81 7.65)/10mlH2O)
D.DCPIP溶液:2.0mM(6.5mgのニトロテトラゾリウムブルー(分子量8 17.65)/10mlH2O)
E.酵素希釈液:1mM CaCl2, 0.1% Triton X−100, 0. 1% BSAを含む50mM PIPES−NaOH緩衝液(pH6.5)

手順
1. 遮光ビンに以下の反応混合物を調製し、氷上で貯蔵した(用時調製)
4.5ml D−グルコース溶液 (A)
21.9ml PIPES−NaOH緩衝液(pH6.5) (B)
2.0ml PMS溶液 (C)
1.0ml DCPIP溶液 (D)
Test Example 1: Method for measuring GDH activity
Measurement principle D-glucose + PMS + PQQGDH → D-glucono-1,5-lactone + PMS (red)
PMS (red) + DCPIP → PMS + DCPIP (red)
The presence of DCPIP (red) formed by the reduction of 2,6-dichlorophenol-indophenol (DCPIP) with phenazine methosulfate (PMS) (red) was measured spectrophotometrically at 600 nm. In the examination of substrate specificity, the D-glucose part was changed to another saccharide, and the specificity for each substrate was measured.
Unit Definition One unit refers to the amount of PQQGDH enzyme that forms 1.0 mmol of DCPIP (red) per minute under the conditions described below.
Methods Reagent A. D-glucose solution: 1.0 M (1.8 g D-glucose (molecular weight 180.16) / 10 ml H 2 O)
B. PIPES-NaOH buffer, pH 6.5: 50 mM (1.51 g of PIPES (molecular weight 302.36) suspended in 60 mL of water was dissolved in 5N NaOH, and 2.2 ml of 10% Triton X-100 was dissolved. The pH was adjusted to 6.5 ± 0.05 with 5N NaOH at 25 ° C., and water was added to make 100 ml.)
C. PMS solution: 24 mM (73.52 mg phenazine methosulfate (molecular weight 81 7.65) / 10 ml H 2 O)
D. DCPIP solution: 2.0 mM (6.5 mg of nitrotetrazolium blue (molecular weight 8 17.65) / 10 ml H 2 O)
E. Enzyme diluent: 1mM CaCl 2, 0.1% Triton X-100, 0. 50 mM PIPES-NaOH buffer (pH 6.5) containing 1% BSA

Procedure 1. Prepare the following reaction mixture in a light-proof bottle and store on ice (prepared at the time of use)
4.5 ml D-glucose solution (A)
21.9 ml PIPES-NaOH buffer (pH 6.5) (B)
2.0ml PMS solution (C)
1.0 ml DCPIP solution (D)

上記アッセイ混合物の反応液中の濃度は次のとおり。
PIPES緩衝液 36mM
D−グルコース 148mM
PMS 1.58mM
DCPIP 0.066mM
The concentration of the assay mixture in the reaction solution is as follows.
PIPES buffer 36 mM
D-glucose 148 mM
PMS 1.58mM
DCPIP 0.066 mM

2. 3.0mlの反応混合液を試験管(プラスチック製)に入れ、37℃で5分間予備 加温した。
3. 0.1mlの酵素溶液を加え、穏やかに反転して混合した。
4. 600nmでの水に対する吸光度の減少を37℃に維持しながら分光光度計で4〜 5分間記録し、曲線の初期直線部分からの1分当たりのΔODを計算した(ODテ スト)。
同時に、酵素溶液に代えて酵素希釈液(E)加えることを除いては同一の方法を 繰り返し、ブランク(ΔODブランク)を測定した。
アッセイの直前に氷冷した酵素希釈液(E)で酵素粉末を溶解し、同一の緩衝液で0.05−0.10U/mlに希釈した(該酵素の接着性のためにプラスチックチューブの使用が好ましい)。
基質特異性を評価する目的には、上記活性測定操作はグルコース溶液の代わりにマルトース溶液を基質として実施した。

計算
活性を以下の式を用いて計算する:
U/ml={ΔOD/min(ΔODテスト− ΔODブランク)×Vt×df}/(16.8×1.0×Vs)
U/mg=(U/ml)×1/C
Vt:総体積(3.1ml)
Vs:サンプル体積(0.1ml)
16.8:上記測定条件でのDCPIPのミリモル分子吸光係数(cm2/マイクロモル)
1.0:光路長(cm)
df:希釈係数
C:溶液中の酵素濃度(c mg/ml)
2. 3.0 ml of the reaction mixture was put in a test tube (made of plastic) and preheated at 37 ° C. for 5 minutes.
3. 0.1 ml enzyme solution was added and mixed by gentle inversion.
4). The decrease in absorbance for water at 600 nm was recorded on a spectrophotometer while maintaining at 37 ° C. for 4-5 minutes and the ΔOD per minute from the initial linear portion of the curve was calculated (OD test).
At the same time, the same method was repeated except that the enzyme diluent (E) was added instead of the enzyme solution, and a blank (ΔOD blank) was measured.
Immediately before the assay, the enzyme powder was dissolved in ice-cooled enzyme diluent (E) and diluted to 0.05-0.10 U / ml with the same buffer (use of a plastic tube for adhesion of the enzyme) Is preferred).
For the purpose of evaluating substrate specificity, the above activity measurement operation was carried out using a maltose solution as a substrate instead of a glucose solution.

Calculation Activity is calculated using the following formula:
U / ml = {ΔOD / min (ΔOD test−ΔOD blank) × Vt × df} / (16.8 × 1.0 × Vs)
U / mg = (U / ml) × 1 / C
Vt: Total volume (3.1 ml)
Vs: Sample volume (0.1 ml)
16.8: Millimolecular extinction coefficient of DCPIP under the above measurement conditions (cm 2 / micromol)
1.0: Optical path length (cm)
df: Dilution factor C: Enzyme concentration in solution (c mg / ml)

実施例6:FAD依存型GDH標品の調製
FAD依存型GDH生産菌としてAspergillus terreus亜種とPenicillium lilacinoechinulatum NBRC6231(独立行政法人製品評価技術基盤機構より購入)を用い、それぞれのL乾標本をポテトデキストロース寒天培地(Difco製)に植菌し25℃でインキュベートすることにより復元した。復元させたプレート上の菌糸を寒天ごと回収してフィルター滅菌水に懸濁した。2基の10L容ジャーファーメンター中に生産培地(1%麦芽エキス、1.5%大豆ペプチド、0.1%MgSO4・7水和物、2%グルコース、pH6.5)6Lを調製し、120℃15分オートクレーブ滅菌後に上記の菌糸懸濁液をそれぞれ投入、培養を開始した。培養条件は、温度30℃、通気量2L/分、攪拌数380rpmで行った。培養開始から64時間後に培養を停止し、ヌッチェろ過器を用いて吸引ろ過によりろ紙上にそれぞれの菌株の菌体を集めた。培養液5Lを分子量10,000カットの限外ろ過用中空糸モジュールで1/10量に濃縮し、濃縮液にそれぞれ硫酸アンモニウムを終濃度が60%飽和(456g/L)となるように添加、溶解した。続いて日立高速冷却遠心機で8000rpm15分遠心し残渣を沈殿させたのち、上清をOctyl−Sepharoseカラムに吸着させ、硫酸アンモニウム濃度0.6〜0.0飽和でグラジエント溶出してGDH活性のある画分を回収した。得られたGDH溶液を、G−25セファロースカラムでゲルろ過を行ってタンパク質画分を回収することで脱塩を行い、脱塩液に0.6飽和相当の硫酸アンモニウムを添加して溶解した。これをPhenyl−Sepharoseカラムに吸着させ、硫酸アンモニウム濃度0.6〜0.0飽和でグラジエント溶出してGDH活性のある画分を回収した。さらに、得られたGDH溶液を、G−25セファロースカラムでゲルろ過を行ってタンパク質画分を回収し、取得した精製酵素をFAD依存型GLD評価標品として使用した。
Example 6: Preparation of FAD-dependent GDH preparation Aspergillus terreus subsp. And Penicillium lilacinoechinulatum NBRC6231 (purchased from the National Institute of Technology and Evaluation Technology) were used as FAD-dependent GDH-producing bacteria. It was reconstituted by inoculating agar medium (Difco) and incubating at 25 ° C. The restored mycelium on the plate was collected together with the agar and suspended in filter sterilized water. Prepare 6 L of production medium (1% malt extract, 1.5% soybean peptide, 0.1% MgSO 4 .7hydrate, 2% glucose, pH 6.5) in two 10 L jar fermenters, After the autoclave sterilization at 120 ° C. for 15 minutes, the above mycelial suspensions were added and the culture was started. The culture conditions were a temperature of 30 ° C., an aeration rate of 2 L / min and a stirring rate of 380 rpm. The culture was stopped 64 hours after the start of the culture, and the cells of each strain were collected on the filter paper by suction filtration using a Nutsche filter. Concentrate 5 L of the culture solution to 1/10 volume using a hollow fiber module for ultrafiltration with a molecular weight of 10,000 cut, and add and dissolve ammonium sulfate in the concentrate so that the final concentration is 60% saturation (456 g / L). did. Subsequently, after centrifuging at 8000 rpm for 15 minutes in a Hitachi high-speed cooling centrifuge, the residue was precipitated, the supernatant was adsorbed on an Octyl-Sepharose column, and gradient elution was performed with an ammonium sulfate concentration of 0.6 to 0.0 saturation. Minutes were collected. The obtained GDH solution was subjected to gel filtration with a G-25 Sepharose column to recover the protein fraction, and desalted to add 0.6 ammonium sulfate equivalent to the desalted solution and dissolved. This was adsorbed on a Phenyl-Sepharose column and eluted with a gradient at an ammonium sulfate concentration of 0.6 to 0.0 to collect a fraction having GDH activity. Further, the obtained GDH solution was subjected to gel filtration with a G-25 Sepharose column to collect a protein fraction, and the obtained purified enzyme was used as a FAD-dependent GLD evaluation preparation.

本発明のグルコース測定用組成物、グルコースアッセイキット、グルコースセンサー、あるいはグルコース測定方法に用いるメディエーターは、特に制限されるものではないが、好ましくは、2,6−dichlorophenol−indophenol(略称DCPIP)、フェロセンあるいはそれらの誘導体(例えばフェリシアン化カリウム、フェナジンメトサルフェートなど)を用いるのがよい。これらのメディエーターは市販のものを入手することができる。   The mediator used in the composition for measuring glucose, the glucose assay kit, the glucose sensor, or the glucose measuring method of the present invention is not particularly limited, but preferably 2,6-dichlorophenol-indophenol (abbreviated as DCPIP), ferrocene. Alternatively, derivatives thereof (for example, potassium ferricyanide, phenazine methosulfate, etc.) may be used. These mediators can be obtained commercially.

試験例2
本発明において、FAD依存型GDHの活性測定は以下の条件で行う。
<試薬>
50mM PIPES緩衝液pH6.5(0.1%TritonX−100を含む)
14mM 2,6−ジクロロフェノールインドフェノール(DCPIP)溶液
1M D−グルコース溶液
上記PIPES緩衝液15.8ml、DCPIP溶液0.2ml、D―グルコース溶液4mlを混合して反応試薬とする。
Test example 2
In the present invention, the activity of FAD-dependent GDH is measured under the following conditions.
<Reagent>
50 mM PIPES buffer pH 6.5 (including 0.1% Triton X-100)
14 mM 2,6-dichlorophenolindophenol (DCPIP) solution 1M D-glucose solution 15.8 ml of the above PIPES buffer, 0.2 ml of DCPIP solution, and 4 ml of D-glucose solution are mixed to obtain a reaction reagent.

<測定条件>
反応試薬2.9mlを37℃で5分間予備加温する。GDH溶液0.1mlを添加しゆるやかに混和後、水を対照に37℃に制御された分光光度計で、600nmの吸光度変化を5分記録し、直線部分から1分間あたりの吸光度変化(ΔODTEST)を測定する。盲検はGDH溶液の代わりにGDHを溶解する溶媒を試薬混液に加えて同様に1分間あたりの吸光度変化(ΔODBLANK)を測定する。これらの値から次の式に従ってGDH活性を求める。ここでGDH活性における1単位(U)とは、濃度200mMのD−グルコース存在下で1分間に1マイクロモルのDCPIPを還元する酵素量として定義している。

活性(U/ml)=
(−(ΔODTEST−ΔODBLANK)×3.0×希釈倍率)/(16.3×0.1×1.0)

なお、式中の3.0は反応試薬+酵素溶液の液量(ml)、16.3は本活性測定条件におけるミリモル分子吸光係数(cm2/マイクロモル)、0.1は酵素溶液の液量(ml)、1.0はセルの光路長(cm)を示す。
<Measurement conditions>
Prewarm 2.9 ml of reaction reagent at 37 ° C. for 5 minutes. After adding 0.1 ml of GDH solution and mixing gently, the absorbance change at 600 nm was recorded for 5 minutes with a spectrophotometer controlled at 37 ° C. with water as a control, and the absorbance change per minute (ΔOD TEST ). In the blind test, a solvent that dissolves GDH is added to the reagent mixture instead of the GDH solution, and the change in absorbance per minute (ΔOD BLANK ) is measured in the same manner. From these values, the GDH activity is determined according to the following formula. Here, 1 unit (U) in GDH activity is defined as the amount of enzyme that reduces 1 micromole of DCPIP per minute in the presence of 200 mM D-glucose.

Activity (U / ml) =
(− (ΔOD TEST −ΔOD BLANK ) × 3.0 × dilution ratio) / (16.3 × 0.1 × 1.0)

In the formula, 3.0 is the amount of the reaction reagent + enzyme solution (ml), 16.3 is the molar molecular extinction coefficient (cm 2 / micromole) under the conditions for this activity measurement, and 0.1 is the solution of the enzyme solution. Amount (ml), 1.0 indicates the optical path length (cm) of the cell.

実施例7:PQQ依存型GDHの至適温度と熱安定性の検討
実施例1〜5で得たPQQ依存型GDHを用いて、至適温度と熱安定性を調べた。
至適温度は、50mM PIPES−NaOH(pH6.5)緩衝液中で最大活性を示した温度(40℃)を100%として、各温度における相対活性(%)を算出した(図1)。検討に用いたPQQ依存型GDHは、40〜45℃が至適温度であった。
熱安定性は、50mM PIPES−NaOH(pH6.5)、1mM CaCl2組成にて5.0U/mlのPQQ依存型GDHを30、40,50,60,70℃で、30分間熱処理した後に残存するGDH活性を、4℃保存していたサンプルの活性値と比較して、各温度における残存活性(%)を算出した(図2)。熱処理温度40℃までは、あまり活性低下が見られず、50℃処理にて大きく失活する傾向が見られた。熱安定性は、溶液の組成、酵素濃度により、変動するものと思われる。例えば、酵素濃度が高くなれば、大きな熱失活が見られる温度は高く推移する(50℃以上になる)ものと思われる。

実施例8:加温処理によるPQQ依存型GDHの安定性に及ぼす影響
実施例1〜5で得たPQQ依存型GDHを用いて、加温処理前後でホロ型酵素の安定性が変化しないか検討した。PQQ依存型GDH溶液を20mM PIPES緩衝液(pH6.5)、1mM CaCl2を用いて20〜30U/mlの活性となるよう希釈し、この希釈液をヒートバスにて50℃,1時間加温処理行った。加温処理後に、熱失活が起こる条件(55℃,1時間)にて処理した後、加温処理前後のPQQ依存型GDH活性(試験例1)を比較した。加温処理前の熱処理後の残存活性は31%であったが、加温処理後の熱処理後の残存活性は後42%であった。加温処理により、PQQ依存型GDHの安定性が増大することが明らかとなった(表1)。加温処理を行うことにより該酵素のホロ化率が増大しており、これが安定性の増大に繋がっているものと思われた。
表1は、加温処理が及ぼす熱安定性効果の検討結果である。加温処理後に4℃にて保存したサンプルの活性値を100%として残存活性を算出した。
Example 7: Examination of optimum temperature and thermal stability of PQQ-dependent GDH Using PQQ-dependent GDH obtained in Examples 1 to 5, the optimum temperature and thermal stability were examined.
As the optimum temperature, the relative activity (%) at each temperature was calculated with the temperature (40 ° C.) showing the maximum activity in 50 mM PIPES-NaOH (pH 6.5) buffer as 100% (FIG. 1). The optimum temperature of the PQQ-dependent GDH used for the study was 40 to 45 ° C.
Thermal stability is 50 mM PIPES-NaOH (pH 6.5), 1 mM CaCl 2 composition and 5.0 U / ml PQQ-dependent GDH remaining after heat treatment at 30, 40, 50, 60, 70 ° C. for 30 minutes The GDH activity to be performed was compared with the activity value of the sample stored at 4 ° C., and the residual activity (%) at each temperature was calculated (FIG. 2). Until the heat treatment temperature was 40 ° C., the activity was not significantly decreased, and a tendency to be largely deactivated by the 50 ° C. treatment was observed. The thermal stability seems to vary depending on the solution composition and enzyme concentration. For example, if the enzyme concentration is increased, the temperature at which a large heat inactivation is observed is likely to increase (become 50 ° C. or higher).

Example 8: Effect on the stability of PQQ-dependent GDH by heating treatment Using the PQQ-dependent GDH obtained in Examples 1 to 5, the stability of the holo-type enzyme was improved before and after the heating treatment. We examined whether it changed. The PQQ-dependent GDH solution is diluted with 20 mM PIPES buffer (pH 6.5) and 1 mM CaCl 2 so as to have an activity of 20-30 U / ml, and this diluted solution is heated at 50 ° C. for 1 hour in a heat bath. went. After the heat treatment, the PQQ-dependent GDH activity (Test Example 1) before and after the heat treatment was compared after treatment under conditions (55 ° C., 1 hour) where heat inactivation occurs. The residual activity after the heat treatment before the heat treatment was 31%, but the residual activity after the heat treatment after the heat treatment was 42% after. It was revealed that the stability of PQQ-dependent GDH is increased by the heating treatment (Table 1). By performing the heating treatment, the holoformation rate of the enzyme was increased, which seemed to lead to an increase in stability.
Table 1 shows the results of studying the thermal stability effect exerted by the heating treatment. The residual activity was calculated with the activity value of the sample stored at 4 ° C. after the heating treatment as 100%.

次に、表1と同様の操作方法にて加温処理条件について広く検討した(表2)。処理温度35℃で、30分程度の処理を施した場合でも、微弱ながら安定性が向上する効果が認められた。しかしながら、処理温度35℃では、長時間処理を行っても十分な効果は見られなかった。また、加温処理温度50℃で、16時間行った場合でも、安定性が損なわれることがなく、GDHの安定化には、該酵素が変性するよりも若干低い温度で、長時間処理することが最も有効であると思われた。なお、今回の実験では、加温処理効果が判り易いように、あえてアミノ酸変異により安定性が損なわれたPQQ依存型GDH変異体を用いているが、野生型のPQQ依存型GDHを用いても、加温処理にて安定性が向上することは確認できている。特に変異体は構造の歪みにより、PQQの保持能が低下しており、加温処理を施すことによりホロ型酵素の構造が校正され、ホロ型酵素自体の安定性が向上しているものと推測する。加温処理以外でも、該酵素に何らかのエネルギーを加えることにより、同様の効果が得られる可能性があると思われる。
表2は、加温処理条件の検討(温度x時間)結果である。加温処理後に4℃にて保存したサンプルの活性値を100%として残存活性を算出した。
Next, the heating treatment conditions were extensively examined by the same operation method as in Table 1 (Table 2). Even when the treatment was performed at a treatment temperature of 35 ° C. for about 30 minutes, the effect of improving the stability was recognized although it was weak. However, at a treatment temperature of 35 ° C., a sufficient effect was not seen even when the treatment was performed for a long time. In addition, even when the heating treatment temperature is 50 ° C. for 16 hours, the stability is not impaired, and for stabilization of GDH, treatment is performed for a long time at a temperature slightly lower than the enzyme denatures. Seemed to be the most effective. In this experiment, a PQQ-dependent GDH mutant whose stability was impaired by an amino acid mutation was used to make it easy to understand the effect of the heat treatment, but even if wild-type PQQ-dependent GDH is used, It has been confirmed that the stability is improved by heating treatment. In particular, mutants have reduced PQQ retention capacity due to structural distortion, and it is assumed that the structure of holo-type enzyme is calibrated by heating treatment, and the stability of holo-type enzyme itself is improved. To do. It seems that the same effect may be obtained by adding some energy to the enzyme other than the heating treatment.
Table 2 shows the results of the examination of the heat treatment conditions (temperature x time). The residual activity was calculated with the activity value of the sample stored at 4 ° C. after the heating treatment as 100%.

また、加温処理(50℃、16時間)後に、再度加温処理(50℃、16時間)を施すことにより、熱安定性(55℃、1時間熱処理)がどのように推移するのか検討した(表3)。加温処理が不十分な場合、再度、加温処理をすることにより熱安定性が増大することが確認できた。これらの検討から、加温処理の効果は温度と時間に比例するが、一定以上は増大しないことが明らかとなった。
表3は、加温処理後の再加温処理における効果の検討結果である。加温処理後に4℃にて保存したサンプルの活性値を100%として残存活性を算出した。
In addition, after the heating treatment (50 ° C., 16 hours), it was examined how the thermal stability (55 ° C., 1 hour heat treatment) changes by performing the heating treatment (50 ° C., 16 hours) again. (Table 3). When the heating treatment was insufficient, it was confirmed that the thermal stability was increased by performing the heating treatment again. From these examinations, it became clear that the effect of the heating treatment is proportional to the temperature and time, but does not increase beyond a certain level.
Table 3 shows the examination results of the effects in the reheating treatment after the heating treatment. The residual activity was calculated with the activity value of the sample stored at 4 ° C. after the heating treatment as 100%.

本発明の組成物は、可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物において、該組成物に加温処理を施す工程を含む方法により製造された、熱安定性が向上した可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物であり、その製造過程に特徴を持つ発明である。
一般に、ある組成物についてそれが加温処理工程を経たものであるかを判別することは困難であるが、本発明の組成物においては上記表3の結果から、50℃、16時間で2回目の加温処理を行ったときに、(1回目55℃、1時間熱処理後の活性残存率)÷(2回目55℃、1時間熱処理後の活性残存率)の値が60%を越えるときは、加温処理したと推定できる目安となる。
The composition of the present invention is a soluble coenzyme having improved thermostability produced by a method comprising a step of subjecting the composition to a heating treatment in a composition containing soluble coenzyme-bound glucose dehydrogenase It is a composition containing bound glucose dehydrogenase, and is an invention characterized by its production process.
In general, it is difficult to determine whether a certain composition has undergone a heating treatment step. However, in the composition of the present invention, from the results of Table 3 above, the second time at 50 ° C. for 16 hours. When the value of (activity remaining after heat treatment for the first time at 55 ° C. for 1 hour) / (activity remaining ratio after heat treatment for the second time at 55 ° C. for 1 hour) exceeds 60%. It can be estimated that it has been heated.

本発明によれば、GDH組成物を加温処理することにより、GDH自体の安定性を増大でき、グルコース測定試薬の製作時に加温処理を施すことにより、保存安定性の高い試薬を提供することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to increase the stability of GDH itself by heating the GDH composition, and to provide a reagent having high storage stability by performing the heating process when producing a glucose measuring reagent. Is possible.

PQQ依存型GDHの至適温度Optimal temperature for PQQ-dependent GDH PQQ依存型GDHの熱安定性Thermal stability of PQQ-dependent GDH

Claims (7)

可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物において、該組成物に加温処理を施す工程を含む、該酵素の安定性を向上させる方法。 A method for improving the stability of the enzyme, comprising a step of subjecting the composition to a heating treatment in a composition containing soluble coenzyme-linked glucose dehydrogenase. 補酵素がピロロキノンキノリンまたはフラビン化合物である請求項1に記載の安定性を向上させる方法。 The method according to claim 1, wherein the coenzyme is pyrroloquinone quinoline or a flavin compound. 加温処理温度が酵素の大きな熱失活が発生する温度が発生する温度以下である請求項1,2に記載の安定性を向上させる方法。 The method for improving stability according to claim 1 or 2, wherein the heating treatment temperature is equal to or lower than a temperature at which a large temperature inactivation of the enzyme occurs. 可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物において、該組成物に加温処理を施す工程を含む方法により製造された、熱安定性が向上した可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物 A composition comprising a soluble coenzyme-linked glucose dehydrogenase, comprising a soluble coenzyme-linked glucose dehydrogenase with improved thermal stability produced by a method comprising a step of subjecting the composition to a heating treatment Composition 請求項4の組成物を用いたグルコース濃度の測定方法。 A method for measuring a glucose concentration using the composition of claim 4. 請求項5の組成物を含むグルコースセンサ。 A glucose sensor comprising the composition of claim 5. 可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物において、該組成物に加温処理を施す工程を含む、安定性が向上した可溶性の補酵素結合型のグルコースデヒドロゲナーゼを含む組成物を製造する方法。 A method for producing a composition comprising a soluble coenzyme-bound glucose dehydrogenase having improved stability, comprising a step of subjecting the composition to a heating treatment in a composition comprising a soluble coenzyme-bound glucose dehydrogenase .
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