JP2007295803A - Gene cluster involving oxidative decomposition passage of polychlorinated biphenyls/polycyclic aromatic hydrocarbons and method for utilizing the same - Google Patents

Gene cluster involving oxidative decomposition passage of polychlorinated biphenyls/polycyclic aromatic hydrocarbons and method for utilizing the same Download PDF

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Nariyuki Sakai
斉之 坂井
Satoshi Ezaki
聡 江崎
Nobukazu Suzuki
伸和 鈴木
Ryuichiro Kurane
隆一郎 倉根
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gene cluster and a group of enzymes involving oxidative decomposition passage of polychlorinated biphenyls (PCB)/polycyclic aromatic hydrocarbons and to provide a utilization method in environmental purification field thereof. <P>SOLUTION: A method for decomposing PCB comprises acquiring a gene encoding α and β subunits of a new aromatic ring dioxygenase and having a specific amino acid sequence, a gene encoding a dihydrodiol dehydrogenase and further a gene encoding a dioxygenase cleaving an aromatic ring from a bacterium of the genus Paenibacillus and using an enzymatic protein derived from these genes. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリ塩化ビフェニル類/多環芳香族炭化水素類の酸化分解経路に関与する遺伝子群、及びその利用方法に関し、更に詳しくは、ポリ塩化ビフェニル類/多環芳香族炭化水素類分解活性を有する芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ遺伝子、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ遺伝子を含んで構成される遺伝子群、及び、これらの遺伝子群によってコードされる酵素群、及び、これらの環境浄化分野における利用方法に関するものである。   The present invention relates to a group of genes involved in the oxidative degradation pathway of polychlorinated biphenyls / polycyclic aromatic hydrocarbons, and a method for using the same, and more particularly, polychlorinated biphenyls / polycyclic aromatic hydrocarbons decomposition activity. Aromatic ring dioxygenase gene, aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase gene, genes comprising an aromatic ring cleaved dioxygenase gene, enzymes encoded by these genes, and environmental purification thereof It relates to usage in the field.

近年の産業発達に伴い、様々な有害化学物質が環境中に放出、漏洩される等して、地球環境の破壊が進行しており、大きな社会問題を招いている。なかでも、有機塩素化合物に分類されるポリ塩化ビフェニル類(以下、「PCB」と称する場合がある。)、多環芳香族炭化水素類(以下、「PAH」と称する場合がある)等の芳香族系の有害化学物質は、生物体および環境中でも化学的に極めて安定な化合物であり、また、親油性化合物である。このため、土壌から地下水系、海洋へと拡散した場合に、その間に生息する生物体内の脂肪組織に蓄積し、食物連鎖を通して濃縮されていく性質があることから、長期に渡って環境に悪影響をもたらす。また、最近の研究において、内分泌撹乱物質としての毒性が報告され、極微量な汚染についても環境への悪影響が懸念される。このため、PCB、及びPAH等の有害化学物質を分解、無害化する浄化技術を早急に確立することが不可欠であった。   With recent industrial development, various harmful chemical substances are released and leaked into the environment, and the destruction of the global environment has been progressing, causing serious social problems. Among them, aromatics such as polychlorinated biphenyls (hereinafter sometimes referred to as “PCB”) and polycyclic aromatic hydrocarbons (hereinafter sometimes referred to as “PAH”) classified as organochlorine compounds. Family-based hazardous chemicals are compounds that are chemically very stable in living organisms and the environment, and are also lipophilic compounds. For this reason, when it spreads from the soil to the groundwater system and the ocean, it accumulates in the adipose tissue in the living organisms that inhabit, and is concentrated through the food chain. Bring. In recent studies, toxicity as an endocrine disrupting substance has been reported, and there is a concern that even a very small amount of pollution may adversely affect the environment. For this reason, it was indispensable to quickly establish a purification technique for decomposing and detoxifying harmful chemical substances such as PCB and PAH.

PCB、及びPAH等の有害化学物質の分解浄化技術として、熱処理技術、化学的処理技術、生物処理技術等が開発されてきた。なかでも、生物処理技術は、細菌が有する物質変換能を活用することにより有害化学物質を分解、無害化する技術である。そして、分解に際して有害な分解生成物を産生することなくPCB、PAH等の有害化学物質を低濃度化でき、かつ、コストや処置設備面において有利な条件で処理することが可能であることから、その実用化に向けて研究が進められている。特に、有機塩素化合物であるPCBは、自然界の微生物による分解を受けにくいため、PCBに対して高い分解能力を発現できる有用微生物、及び有用微生物が産生する酵素の積極的な利用が必要となる。   Heat treatment technology, chemical treatment technology, biological treatment technology, etc. have been developed as technologies for decomposing and purifying harmful chemical substances such as PCB and PAH. Among them, the biological treatment technology is a technology for decomposing and detoxifying harmful chemical substances by utilizing the substance conversion ability of bacteria. And since it can reduce the concentration of harmful chemical substances such as PCB and PAH without producing harmful decomposition products at the time of decomposition, and can be processed under advantageous conditions in terms of cost and treatment equipment, Research is underway for its practical application. In particular, PCB, which is an organochlorine compound, is difficult to be decomposed by microorganisms in the natural world. Therefore, it is necessary to actively use useful microorganisms that can exhibit high decomposing ability for PCBs and enzymes produced by the useful microorganisms.

従来、有害化学物質を分解する生物処理技術として、Pseudomonas pseudoalcaligenesBurkholderiacepacia由来のジオキシゲナーゼから構築したキメラ酵素(例えば、特許文献1を参照。)、Nocardioides属から単離したベンゼン環水酸化酵素(例えば、特許文献2を参照。)、Terrabacter属から単離したアンギュラージオキシゲナーゼ(例えば、特許文献3を参照。)が報告されている。さらに、Paenibacillus属YK5株からジベンゾフランの酸化分解に関与するタンパク質群をコードする遺伝子群が単離されている(例えば、非特許文献3を参照。)。 Conventionally, as biological treatment techniques for decomposing harmful chemical substances, chimeric enzymes constructed from Pseudomonas pseudoalcaligenes and dioxygenase derived from Burkholderiacepacia (see, for example, Patent Document 1), benzene ring hydroxylase isolated from the genus Nocardioides (for example, , See Patent Document 2), and angular dioxygenase isolated from Terrabacter genus (see, for example, Patent Document 3) has been reported. Furthermore, a gene group encoding a protein group involved in oxidative degradation of dibenzofuran has been isolated from Paenibacillus genus YK5 (see, for example, Non-Patent Document 3).

これらは、分解対象化合物が、単環芳香族化合物、又は多環芳香族化合物に限定されている。一般に、環境汚染サイトは、PCB、PAH、ダイオキシン、単環芳香族化合物等により複合的に汚染されているため、これら基質特異性が低い酵素では、効率的な浄化を行なうには不十分であった。   In these compounds, the compounds to be decomposed are limited to monocyclic aromatic compounds or polycyclic aromatic compounds. Generally, environmental pollution sites are complexly contaminated with PCBs, PAHs, dioxins, monocyclic aromatic compounds, etc., so these enzymes with low substrate specificity are not sufficient for efficient purification. It was.

一方、PCBを分解する酵素としてRhodococcus globerulus P6由来のビフェニルジオキシゲナーゼ(例えば、非特許文献1を参照。)が報告されている。しかし、3塩素以上のPCBの分解に関する知見は報告されておらず、限られた構造のPCBを分解できるのみであった。一般に、PCB汚染浄化において問題となるのは、難分解性の5塩素以上の高塩素置換体PCBであることから、3塩素以上のPCBに対する分解性が報告されてないRhodococcusgloberulus P6由来のビフェニルジオキシゲナーゼのPCB汚染浄化分野における実用的価値は限定されたものであった。 On the other hand, Rhodococcus globerulus P6-derived biphenyl dioxygenase (see, for example, Non-Patent Document 1) has been reported as an enzyme that degrades PCB. However, no knowledge about the decomposition of PCBs with 3 or more chlorines has been reported, and only PCBs with a limited structure could be decomposed. In general, a problem in PCB contamination purification is a highly-degradable PCB with 5 or more chlorines, which is difficult to decompose, and therefore biphenyldioxygenase derived from Rhodococcusgloberulus P6, which has not been reported to be degradable to 3 or more PCBs. The practical value in the field of PCB contamination purification was limited.

更に、PCB及びナフタレンを分解する能力を有するBacillus属JF8株が単離されたこと(例えば、特許文献4、非特許文献2を参照。)が報告されている。しかし、Bacillus属JF8株は、PCBの5塩素置換体に対しては、20%程度の低い分解能を示すのみであった。また、Bacillus属JF8株から、ビフェニル、及びPCB分解に関与するジオキシゲナーゼは特定されていなかった。 Furthermore, it has been reported that a Bacillus genus JF8 strain having the ability to decompose PCB and naphthalene has been isolated (see, for example, Patent Document 4 and Non-Patent Document 2). However, the Bacillus genus JF8 strain only showed a resolution as low as 20% with respect to the 5-chlorine substitute of PCB. Further, from the Bacillus genus JF8 strain, biphenyl and dioxygenase involved in PCB degradation have not been identified.

したがって、上記したPCB分解細菌及び該細菌が産生する酵素はいずれもが、塩素置換数の多い(例えば、5塩素置換体以上)高塩素置換体PCBに対する分解能力が低く、限られた構造のPCBを分解できるのみであった。そのため、高塩素置換体PCBの分解能の観点から、環境浄化分野への適用においては依然として不十分であり、高塩素置換体PCBをも効率的に分解可能なPCB分解細菌の出現が要望されていた。また、従来において既知のPCB分解細菌及びPCB分解酵素は、その多くがRhodococcus属、Pseudomonas属であり(図2を参照)、これらの細菌が産生する分解酵素は基質特異性が低いものと考えられた。 Therefore, both the above PCB-decomposing bacteria and the enzymes produced by these bacteria have a low ability to decompose high-chlorine-substituted PCBs with a large number of chlorine substitutions (for example, 5 chlorine-substituted or more), and PCBs with a limited structure. Could only be decomposed. Therefore, from the viewpoint of the resolution of the high chlorine-substituted PCB, it is still insufficient for application to the environmental purification field, and there has been a demand for the appearance of PCB-degrading bacteria that can efficiently decompose the high-chlorine-substituted PCB. . In addition, most of the conventionally known PCB-degrading bacteria and PCB-degrading enzymes are of the genus Rhodococcus and Pseudomonas (see FIG. 2), and the degrading enzymes produced by these bacteria are considered to have low substrate specificity. It was.

以上の問題点を解決すべく、PCB及びPAHをも分解できる特性を備えた細菌、Paenibacillus属KBC101株が本発明者らによって単離された(例えば、特許文献5を参照。)。かかる細菌はRhodococcus属、Pseudomonas属とは系統進化学的に異なる細菌であり、Paenibacillus属から初めて単離されたPCB分解細菌として報告された。そして、従来公知の生物分解処理では分解が困難である塩素置換数が5〜9の高塩素置換体PCBに対しても40%程の分解率を有することから、環境浄化分野における実用化が期待されていた。 In order to solve the above problems, a bacterium having a characteristic capable of degrading PCB and PAH, Paenibacillus genus KBC101 strain was isolated by the present inventors (see, for example, Patent Document 5). Such a bacterium is phylogenetically different from the genus Rhodococcus and Pseudomonas, and was reported as the first PCB-degrading bacterium isolated from the genus Paenibacillus . And since it has a decomposition rate of about 40% even for high chlorine substituted PCBs having 5-9 chlorine substitutions, which are difficult to decompose by the conventionally known biodegradation treatment, practical application in the field of environmental purification is expected. It had been.

しかしながら、かかる細菌を実際に汚染浄化の現場に用いる場合には、細菌の特異的モニタリングを行なうことが、効率的な汚染浄化事業の実行のためには不可避である。また、取り扱い、及び効果の制御が容易な酵素剤として利用することが可能となれば、効率的な汚染浄化の実行が可能となる。   However, when such bacteria are actually used in the field of contamination purification, specific bacteria monitoring is unavoidable for the efficient execution of the pollution purification business. In addition, if it can be used as an enzyme agent that can be easily handled and controlled in its effects, efficient contamination purification can be performed.

特開2000−69979号公報JP 2000-69979 A 特開2002−65268号公報JP 2002-65268 A 特開2003−25056号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-25056 特開平11−10122号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-10122 特開2005−245280号公報JP 2005-245280 A Heterologous Expression of Biphenyl Dioxygenase-Encoding Gene from a Gram-Positive Broad-Spectrum Polychlorinated Biphenyl Degrader and Characterization of Chlorobiphenyl Oxidation by the gene Products.(グラム陽性広域スペクトルポリ塩化ビフェニル分解細菌由来のビフェニルジオキシゲナーゼコード遺伝子の異種発現及び前記遺伝子産物による塩化ビフェニル酸化の特徴付け)J.Bacteriol., 1997年3月、第1924頁〜第1930頁Heterologous Expression of Biphenyl Dioxygenase-Encoding Gene from a Gram-Positive Broad-Spectrum Polychlorinated Biphenyl Degrader and Characterization of Chlorobiphenyl Oxidation by the gene Products. Characterization of chlorinated biphenyl oxidation by the gene product) J. Bacteriol., March 1997, pages 1924-1930 Isolation and characterization of thermophilic Bacillus sp.JF8 capable of degrading polychlorinated biphenyls and naphthalene.(ポリ塩化ビフェニル類およびナフタレンを分解する能力を有する好熱性バシラス属JF8の単離および特徴付け。)、FEMS Microbiology Letters 1999年9月1日、第178巻、第1号、第87頁〜第93頁Isolation and characterization of thermophilic Bacillus sp. JF8 capable of degrading polychlorinated biphenyls and naphthalene., FEMS Microbiology Letters 1999 9 1st, Volume 178, Issue 1, Pages 87-93 Isolation and characterization of a gene cluster for dibenzofuran degradation in a new dibenzofuran-utilizing bacterium Paenibacillussp. strain YK5.(新規ジベンゾフラン利用細菌、Paenibacillus属YK5株におけるジベンゾフラン分解のための遺伝子クラスターの単離及び特徴付け。)、Arch Microbiol., 2006年1月号、第184巻、第5号、第305〜第315頁Isolation and characterization of a gene cluster for dibenzofuran degradation in a new dibenzofuran-utilizing bacterium Paenibacillus sp. Strain YK5. (A novel dibenzofuran-utilizing bacterium, isolation and characterization of a gene cluster for dibenzofuran degradation in Paenibacillus genus YK5), Arch Microbiol., January 2006, Vol.184, No.5, pp.305-315

そこで、本発明は、上記実情を鑑みて、広範囲な基質特異性を有し、PCB及びPAH、更には塩素置換数の多い高塩素置換体PCBをも分解できる特性を備える分解酵素、及び当該酵素を用いた汚染浄化方法を提供することを目的とする。更には、汚染浄化の効率化のため、広範囲な基質特異性を有し、PCB及びPAH、更には塩素置換数の多い高塩素置換体PCBをも分解できる特性を備える芳香族化合物分解細菌の遺伝子レベルでの特異的なモニタリングを利用した汚染浄化方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above circumstances, the present invention has a wide range of substrate specificities, and a degradation enzyme having characteristics capable of degrading PCB and PAH, and also a high chlorine-substituted PCB having a large number of chlorine substitutions, and the enzyme An object of the present invention is to provide a method for purifying contamination using the above. Furthermore, in order to improve the efficiency of pollution purification, aromatic compound-degrading bacteria genes that have a wide range of substrate specificities and are capable of degrading PCBs and PAHs, as well as high-chlorine-substituted PCBs with a high number of chlorine substitutions. The objective is to provide a method for decontamination using specific monitoring at the level.

本発明者らは、上記課題を解消すべく、Paenibacillus属に属し、PCB及びPAH分解能、特に塩素置換数の多い高塩素置換体PCBに対する分解能を有する細菌から、芳香環ジオキシゲナーゼのサブユニットα遺伝子および、サブユニットβ遺伝子、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ遺伝子、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ遺伝子をクローニングすることに成功し本発明を完成するに至った。更に、鋭意研究を行った結果、該遺伝子、及び該遺伝子がコードする酵素を利用した効率的な汚染浄化方法を構築するに至り、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have obtained a subunit α gene of an aromatic ring dioxygenase from a bacterium belonging to the genus Paenibacillus and having a resolution of PCB and PAH, particularly a high-chlorine-substituted PCB having a large number of chlorine substitutions. In addition, the present inventors have succeeded in cloning the subunit β gene, the aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase gene, and the aromatic ring-cleaving dioxygenase gene, thereby completing the present invention. Furthermore, as a result of earnest research, the present invention was completed by constructing an efficient decontamination method using the gene and the enzyme encoded by the gene.

上記目的を達成するため、本発明は以下の[1]〜[22]に示すものである。   In order to achieve the above object, the present invention is shown in the following [1] to [22].

[1]下記(I)又は(II)のDNAを含む芳香族化合物酸化分解系オペロン。
(I)配列表の配列認識番号1に示す塩基配列をからなるDNA
(II)配列表の配列認識番号1に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香族化合物に対する酸化分解活性を有するタンパク質をコードするDNAを含んで構成される芳香族化合物酸化分解系オペロンを形成するDNA
[2]ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する酸化分解活性を有するタンパク質をコードするDNAを含んで構成される上記[1]の芳香族化合物酸化分解系オペロン。
[3]下記、(A)又は(B)に示すタンパク質をコードする遺伝子。
(A)配列表の配列認識番号3に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(B)配列表の配列認識番号3に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットとしての機能を有するタンパク質
[4]下記、(a)又は(b)のDNAを含む遺伝子。
(a)配列表の配列認識番号2に示す塩基配列からなるDNA
(b)配列表の配列認識番号2に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットとしての機能を有するタンパク質をコードするDNA
[5]ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解活性を有する芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットとしての機能を有するタンパク質をコードする上記[3]又は[4]の遺伝子。
[6]下記、(C)又は(D)に示すタンパク質をコードする遺伝子。
(C)配列表の配列認識番号5に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(D)配列表の配列認識番号5に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットとしての機能を有するタンパク質
[7]下記、(c)又は(d)のDNAを含む遺伝子。
(c)配列表の配列認識番号4に示す塩基配列からなるDNA
(d)配列表の配列認識番号4に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットとしての機能を有するタンパク質をコードするDNA
[8]ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解活性を有する芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットとしての機能を有するタンパク質をコードする上記[6]又は[7]の遺伝子。
[9]下記、(E)又は(F)に示すタンパク質をコードする遺伝子。
(E)配列表の配列認識番号9に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(F)配列表の配列認識番号9に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼとしての機能を有するタンパク質
[10]下記、(e)又は(f)のDNAを含む遺伝子。
(e)配列表の配列認識番号8に示す塩基配列からなるDNA
(f)配列表の配列認識番号8に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼとしての機能を有するタンパク質をコードするDNA
[11]ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解活性を有する芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼとしての機能を有するタンパク質をコードする上記[9]又は[10]の遺伝子。
[12]下記、(G)又は(H)に示すタンパク質をコードする遺伝子。
(G)配列表の配列認識番号11に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(H)配列表の配列認識番号11に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼとしての機能を有するタンパク質
[13]下記、(g)又は(h)のDNAを含む遺伝子。
(g)配列表の配列認識番号10に示す塩基配列からなるDNA
(h)配列表の配列認識番号10に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼとしての機能を有するタンパク質をコードするDNA
[14]ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解活性を有する芳香環開裂ジオキシゲナーゼとしての機能を有するタンパク質をコードする上記[12]又は[13]の遺伝子。
[15]下記、(A)又は(B)、及び、(C)又は(D)のタンパク質を含んで構成されるタンパク質複合体からなる芳香環ジオキシゲナーゼ。
(A)配列表の配列認識番号3に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(B)配列表の配列認識番号3に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットとしての機能を有するタンパク質
(C)配列表の配列認識番号5に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(D)配列表の配列認識番号5に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットとしての機能を有するタンパク質
[16]ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解能を有する上記[15]の芳香環ジオキシゲナーゼ。
[17]下記、(E)又は(F)のタンパク質からなる芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ。
(E)配列表の配列認識番号9に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(F)配列表の配列認識番号9に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼとしての機能を有するタンパク質
[18]ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解能を有する上記[17]の芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ。
[19]下記、(G)又は(H)のタンパク質からなる芳香環開裂ジオキシゲナーゼ。
(G)配列表の配列認識番号11に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(H)配列表の配列認識番号11に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼとしての機能を有するタンパク質
[20]ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解能を有する上記[19]の芳香環開裂ジオキシゲナーゼ。
[1] An aromatic compound oxidative degradation operon containing the following DNA (I) or (II):
(I) DNA comprising the base sequence shown in sequence recognition number 1 in the sequence listing
(II) comprising DNA that hybridizes with DNA consisting of the base sequence shown in sequence recognition number 1 in the sequence listing under stringent conditions and encodes a protein having oxidative degradation activity against aromatic compounds DNA forming an aromatic compound oxidative degradation operon
[2] The aromatic compound oxidative degradation operon according to [1] above, comprising DNA encoding a protein having oxidative degradation activity for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons.
[3] A gene encoding the protein shown in (A) or (B) below.
(A) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing (B) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as an α subunit of an aromatic ring dioxygenase [4] A gene including the following DNA (a) or (b):
(A) DNA comprising the base sequence shown in sequence recognition number 2 in the sequence listing
(B) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing under stringent conditions and encodes a protein having a function as an α subunit of an aromatic ring dioxygenase
[5] The above [3] or [4], which encodes a protein having a function as an α subunit of an aromatic ring dioxygenase having a decomposition activity on at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons Genes.
[6] A gene encoding a protein shown in (C) or (D) below.
(C) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing (D) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as a β subunit of an aromatic ring dioxygenase [7] A gene including the following DNA (c) or (d):
(C) DNA consisting of the base sequence represented by sequence recognition number 4 in the sequence listing
(D) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing under stringent conditions and encodes a protein having a function as a β subunit of an aromatic ring dioxygenase
[8] The above [6] or [7], which encodes a protein having a function as a β subunit of an aromatic ring dioxygenase having a decomposition activity on at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons Genes.
[9] A gene encoding a protein shown in (E) or (F) below.
(E) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing (F) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence containing an addition and having a function as an aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase [10] A gene comprising DNA of the following (e) or (f):
(E) DNA comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 8 in the sequence listing
(F) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 8 in the sequence listing under stringent conditions and encodes a protein having a function as an aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase
[11] The gene according to [9] or [10], which encodes a protein having a function as an aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase having a decomposition activity on at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons .
[12] A gene encoding a protein shown in (G) or (H) below.
(G) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 in the sequence listing (H) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence containing an addition and having a function as an aromatic ring-cleaving dioxygenase [13] A gene comprising the following DNA of (g) or (h).
(G) DNA comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 in the sequence listing
(H) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 10 in the sequence listing under a stringent condition and encodes a protein having a function as an aromatic ring-cleaving dioxygenase
[14] The gene according to [12] or [13], which encodes a protein having a function as an aromatic ring-cleaving dioxygenase having a decomposition activity for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons.
[15] An aromatic ring dioxygenase comprising a protein complex comprising the following protein (A) or (B) and (C) or (D).
(A) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing (B) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, or Protein (D) sequence recognition number of protein (D) sequence list which has amino acid sequence shown in sequence recognition number 5 of protein (C) sequence list which consists of amino acid sequence including addition and has a function as α-subunit of aromatic ring dioxygenase 5. A protein comprising an amino acid sequence containing substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in 5 and having a function as a β subunit of an aromatic ring dioxygenase [16 The above-mentioned [15] having a resolution for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons Aromatic ring dioxygenase.
[17] An aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase comprising the following protein (E) or (F):
(E) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing (F) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as an aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase [18] The above [17] having a resolution for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons Aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase.
[19] An aromatic ring-cleaving dioxygenase comprising the following protein (G) or (H):
(G) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 in the sequence listing (H) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as an aromatic ring-cleaving dioxygenase [20] The resolution according to [19], which has a resolution for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons Aromatic ring cleavage dioxygenase.

上記[1]〜[20]の構成によれば、PCB及びPAHに対する高い分解活性を有する芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼを提供するものである。特には、PCB汚染系、PAH汚染系、更にはPCB及びPAHによる複合汚染系の浄化において実用的価値の高い酵素を提供するものである。特に、本発明で提供される酵素は、従来公知の生物分解処理技術によっては分解が困難であった塩素置換数が5以上の高塩素置換体PCBに対する高い分解能をも有する細菌から取得された新規な酵素であり、高塩素置換体PCBを含めた広範な基質特異性を有するものと期待される。
更に、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼは、ビフェニルを誘導物質とする1のオペロンを形成する遺伝子群によってコードされるものであることが判明している。
また、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼのアミノ酸配列、並びに塩基配列が明確になったことから、遺伝子工学的手法を用いて低コストかつ工業的に大量生産することが可能となった。
According to the configuration of the above [1] to [20], an aromatic ring dioxygenase, an aromatic ring cleavage dioxygenase, and an aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase having high decomposition activity against PCB and PAH are provided. In particular, the present invention provides an enzyme having high practical value in the purification of PCB-contaminated systems, PAH-contaminated systems, and combined contaminated systems using PCB and PAH. In particular, the enzyme provided by the present invention is a novel enzyme obtained from a bacterium having a high resolution with respect to a high chlorine-substituted PCB having a chlorine substitution number of 5 or more, which has been difficult to decompose by a conventionally known biodegradation treatment technique. It is expected to have a wide range of substrate specificities including high chlorine substituted PCBs.
Furthermore, it has been found that the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring cleavage dioxygenase, and aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase of the present invention are encoded by a gene group that forms one operon derived from biphenyl. Yes.
In addition, since the amino acid sequences and base sequences of the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring cleavage dioxygenase, and aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase of the present invention have been clarified, they can be produced at low cost and industrially using genetic engineering techniques. Mass production became possible.

[21]上記[15]又は[16]の芳香環ジオキシゲナーゼ、上記[17]又は[18]の芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、及び上記[19]又は[20]の芳香環開裂ジオキシゲナーゼから選択される少なくともいずれか1つと、芳香族化合物を接触させる芳香族化合物の分解方法。 [21] The aromatic ring dioxygenase of [15] or [16] above, the aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase of [17] or [18] above, and the aromatic ring cleavage dioxygenase of [19] or [20] above A method for decomposing an aromatic compound, wherein the aromatic compound is brought into contact with at least one of the above.

上記[21]の構成によれば、PCB及びPAHに対する高い分解活性を有する芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼを利用した芳香族化合物の分解方法提供でき、特にPCB汚染系、PAH汚染系、更にはPCB及びPAHによる複合汚染系の浄化において実用的価値の高い分解方法を提供できる。また、従来公知の生物分解処理技術によっては分解が困難であった高塩素置換体PCBをも効率的に分解処理できる分解方法を提供できる。   According to the configuration of [21] above, it is possible to provide a method for decomposing an aromatic compound using an aromatic ring dioxygenase, an aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase, or an aromatic ring-cleaving dioxygenase having a high decomposing activity for PCB and PAH. It is possible to provide a decomposition method having a high practical value in the purification of contaminated systems, PAH contaminated systems, and combined contaminated systems using PCB and PAH. In addition, it is possible to provide a decomposition method capable of efficiently decomposing a high chlorine substituted PCB, which has been difficult to decompose by a conventionally known biodegradation processing technique.

[22]配列表の配列認識番号2に示す塩基配列、配列表の配列認識番号4に示す塩基配列、配列認識番号8に示す塩基配列、配列表の配列認識番号10に示す塩基配列のいずれか少なくとも1つの塩基配列中の一部又は全部の塩基配列を有するオリゴヌクレオチド、又は前記オリゴヌクレオチドに相補的なオリゴヌクレオチドを用いて、受託番号FERM BP−08636として寄託されているPaenibacillus属KBC101株を検出する細菌検出方法。 [22] Any of the base sequence shown in sequence recognition number 2 in the sequence listing, the base sequence shown in sequence recognition number 4 in the sequence listing, the base sequence shown in sequence recognition number 8 or the base sequence shown in sequence recognition number 10 in the sequence listing Detection of Paenibacillus genus KBC101 strain deposited under the accession number FERM BP-08636 using an oligonucleotide having a part or all of the base sequence in at least one base sequence, or an oligonucleotide complementary to the oligonucleotide To detect bacteria.

上記[22]の構成によれば、PCB及びPAHに対する高い分解能を有する受託番号FERM BP−08636として寄託されているPaenibacillus属KBC101株を検出する細菌検出方法を提供できる。特に、公知の生物分解処理技術によっては分解が困難であった塩素置換数が5以上の高塩素置換体PCBに対する高い分解能を有するPaenibacillus属KBC101株の特異的な検出が可能となる。かかる細菌検出方法により、Paenibacillus属KBC101株の存在及び動態をモニタリングすることが可能となり、検出結果に基づき、高効率的な汚染浄化系の構築、並びに浄化処理時間の短縮化を図ることが可能となる。 According to the configuration of [22] above, it is possible to provide a bacterial detection method for detecting Paenibacillus genus KBC101 strain deposited under the accession number FERM BP-08636 having high resolution for PCB and PAH. In particular, it is possible to specifically detect Paenibacillus genus KBC101 strain having high resolution with respect to a high-chlorine-substituted PCB having a chlorine substitution number of 5 or more, which has been difficult to decompose by known biodegradation treatment techniques. With this bacteria detection method, it is possible to monitor the presence and dynamics of Paenibacillus genus KBC101 strain, and based on the detection results, it is possible to construct a highly efficient pollution purification system and shorten the purification treatment time. Become.

本発明の実施の形態について、以下に詳細に説明する。但し、本発明の範囲はこれらの実施の形態により限定的に解釈されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described in detail below. However, the scope of the present invention is not limitedly interpreted by these embodiments.

〔1〕芳香族化合物の酸化分解機構
まず、芳香族化合物の酸化分解機構を、芳香族化合物に属するビフェニルを例にとって説明する。ビフェニルは、図1に示す通り、ビフェニルジオキシゲナーゼ(以下、「BphA」と称する場合がある。)、ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ(以下、「BphB」と称する場合がある。)、2,3-ジヒドロキシビフェニル 1,2-ジオキシゲナーゼ(以下、「BphC」と称する場合がある。)、2−ヒドロキシ−6−オキソ−6−フェニルヘキサ−2,4−ジエノエート ヒドロラーゼ(以下、「BphD」と称する場合がある。)により分解されることが知られている。詳細には、BphAによりビフェニルに隣接する2つの水酸基が導入されcis-ビフェニル ジヒドロジオールが生成される。そして、BphBにより当該cis-ビフェニル ジヒドロジオールから2つの水素分子が除かれ2,3-ジヒドロキシビフェニルが生成され、続いて、BphCによりメタ開裂して黄色化合物である2-ヒドロキシ-6-オキソ-6-フェニルヘキサ-2,4-ジエン酸(以下、「HOPDA」を略する場合がある)が生成する。そして、BphDによりHOPDAが安息香酸と2-ヒドロキシペンタ-2,4-ジエノエートに分解する。その後、BphE、BphF、及びBphGと称される酵素群によってアセチルCoAにまで分解される。
[1] Oxidative Decomposition Mechanism of Aromatic Compound First, the oxidative decomposition mechanism of an aromatic compound will be described by taking biphenyl belonging to the aromatic compound as an example. As shown in FIG. 1, biphenyl is biphenyl dioxygenase (hereinafter sometimes referred to as “BphA”), dihydrodiol dehydrogenase (hereinafter sometimes referred to as “BphB”), 2,3-dihydroxybiphenyl. 1,2-dioxygenase (hereinafter sometimes referred to as “BphC”), 2-hydroxy-6-oxo-6-phenylhexa-2,4-dienoate hydrolase (hereinafter sometimes referred to as “BphD”) .)). Specifically, BphA introduces two hydroxyl groups adjacent to biphenyl to produce cis-biphenyl dihydrodiol. Then, BphB removes two hydrogen molecules from the cis-biphenyl dihydrodiol to produce 2,3-dihydroxybiphenyl, and then meta-cleavages with BphC to produce 2-hydroxy-6-oxo-6, which is a yellow compound. -Phenylhexa-2,4-dienoic acid (hereinafter, “HOPDA” may be abbreviated) is produced. And BOPD decomposes HOPDA into benzoic acid and 2-hydroxypenta-2,4-dienoate. Then, it is decomposed to acetyl CoA by a group of enzymes called BphE, BphF, and BphG.

ここで、本発明の対象となる芳香環ジオキシゲナーゼとは、分子状酸素を芳香環に取り込む反応を触媒する一群の酵素であり、芳香族化合物の初発酸化を触媒する。具体的には、2原子の分子状酸素を芳香環上に導入し、その結果、隣接する2つの水酸基を芳香環上に導入する反応を触媒する。上記ビフェニルの分解において初発酸化分解を触媒するジオキシゲナーゼは、ビフェニルジオキシゲナーゼと称される。ビフェニルジオキシゲナーゼは、αサブユニット(以下、「BphA1」と称する場合がある。)、βサブユニット(以下、「BphA2」と称する場合がある。)、フェレドキシン(以下、「BphA3」と称する場合がある。)、フェレドキシンリダクターゼ(以下、「BphA4」と称する場合がある。)から構成される多成分酵素である。そして、図1に示す通り、αサブユニットとβサブユニットとが複合体を形成し、基質との結合及び酸素添加反応を触媒し、フェレドキシンが電子伝達体として機能し、フェレドキシンリダクターゼがNAD又はNADPHとフェレドキシンの酸化還元反応を触媒する。   Here, the aromatic ring dioxygenase that is the subject of the present invention is a group of enzymes that catalyze the reaction of incorporating molecular oxygen into the aromatic ring, and catalyzes the initial oxidation of the aromatic compound. Specifically, molecular oxygen of 2 atoms is introduced onto the aromatic ring, and as a result, the reaction of introducing two adjacent hydroxyl groups onto the aromatic ring is catalyzed. The dioxygenase that catalyzes the initial oxidative degradation in the degradation of biphenyl is referred to as biphenyl dioxygenase. Biphenyl dioxygenase is sometimes referred to as α subunit (hereinafter sometimes referred to as “BphA1”), β subunit (hereinafter sometimes referred to as “BphA2”), ferredoxin (hereinafter referred to as “BphA3”). A multi-component enzyme composed of ferredoxin reductase (hereinafter sometimes referred to as “BphA4”). Then, as shown in FIG. 1, the α subunit and the β subunit form a complex, catalyze the binding and oxygenation reaction with the substrate, the ferredoxin functions as an electron carrier, and the ferredoxin reductase is NAD or NADPH. And catalyzes the redox reaction of ferredoxin.

また、本発明の対象となる芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼは、芳香族ジヒドロジオール化合物から水素分子を取り除いて芳香族ジオール化合物を生成する脱水素反応を触媒する。   In addition, the aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase that is the subject of the present invention catalyzes a dehydrogenation reaction that removes hydrogen molecules from an aromatic dihydrodiol compound to produce an aromatic diol compound.

そして、本発明の対象となる芳香環開裂ジオキシゲナーゼは、2原子の分子状酸素を芳香族ジオール化合物上に導入し、その結果、隣接する2つの水酸基を芳香族ジオール化合物上に導入することにより芳香族ジオール化合物をメタ開裂する反応を触媒する。   The aromatic ring-cleaving dioxygenase that is the subject of the present invention introduces molecular oxygen of 2 atoms onto the aromatic diol compound, and as a result, introduces two adjacent hydroxyl groups onto the aromatic diol compound. Catalyses the reaction of meta-cleaving aromatic diol compounds.

〔2〕本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子のクローニング
本発明者は、PCB及びPAH、更には塩素置換数の多い高塩素置換体PCBをも分解できる特性を備える芳香環ジオキシゲナーゼをコードする遺伝子を単離するため、Paenibacillus属KBC101株(受託番号:FERM BP-08636、以下、「KBC101株」と略する)のゲノムライブラリーをクローニングした。クローニングは、芳香族化合物分解細菌のジオキシゲナーゼのαサブユニット遺伝子において保存されている配列に基づいて設計された縮重プライマーセットを用いて行ない、これにより芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニット遺伝子の部分配列を取得した。かかる部分配列をプローブとしたKBC101株のゲノムライブラリーのコロニーハイブリダイゼーションにより陽性クローンを得た。続いて、クローニングされたDNA断片の塩基配列決定後、相同性検索により、芳香環ジオキシゲナーゼαサブユニット及びβサブユニット、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、及び芳香環開裂ジオキシゲナーゼをコードすると推定される遺伝子を同定した。そして、かかる遺伝子によりコードされるアミノ酸配列は、既知の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼとは、最大約70〜80%程度のアミノ酸レベルで相同性を示した。しかし、本発明で同定された上記酵素群は、従来公知のPCB分解菌由来の酸化分解酵素とは系統学的に異なる新規の酵素群であることが示唆された。続いて、本発明で同定された遺伝子を含む発現プラスミドを構築し、ビフェニルの変換活性を有することを見出し、これらがビフェニルを含む芳香族化合物の酸化分解経路に関与する機能を有するタンパク質群をコードする遺伝子群であることが確認された。
[2] Cloning of the aromatic ring dioxygenase gene of the present invention The present inventors have identified a gene encoding an aromatic ring dioxygenase having characteristics capable of degrading PCB and PAH, as well as a high chlorine substituted PCB having a large number of chlorine substitutions. to isolate, Paenibacillus sp KBC101 strain (accession number: FERM BP-08636, hereinafter abbreviated as "KBC101 share") was cloned genomic library. Cloning is performed using a degenerate primer set designed based on the sequence conserved in the α-subunit gene of the aromatic-degrading bacterial dioxygenase, so that a part of the α-subunit gene of the aromatic ring dioxygenase can be obtained. Obtained an array. Positive clones were obtained by colony hybridization of the genomic library of KBC101 strain using such a partial sequence as a probe. Subsequently, after nucleotide sequencing of the cloned DNA fragment, homology search is presumed to encode aromatic ring dioxygenase α and β subunits, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase, and aromatic ring cleaved dioxygenase The gene was identified. The amino acid sequence encoded by such a gene showed homology with known aromatic ring dioxygenases, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenases, and aromatic ring cleavage dioxygenases at an amino acid level of about 70 to 80% at maximum. . However, it was suggested that the enzyme group identified in the present invention is a novel enzyme group that is systematically different from the conventionally known oxidative degradation enzymes derived from PCB-degrading bacteria. Subsequently, an expression plasmid containing the gene identified in the present invention is constructed and found to have biphenyl conversion activity, which encodes a protein group having a function involved in the oxidative degradation pathway of aromatic compounds containing biphenyl. It was confirmed that it is a gene group.

上記のようにして得られた芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニット、及びβサブユニット、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼを含むDNA断片の塩基配列を配列表の配列認識番号1に示す。この配列中には、5つのオープンリーディングフレーム(以下、「ORF」と略する。)が存在する。相同性検索より、上流から、ジオキシゲナーゼのαサブユニット、βサブユニット、機能未知、ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、2,3−ジヒドロキシビフェニル 1,2−ジオキシゲナーゼのコード配列と推定される。各遺伝子の塩基配列を配列表の配列認識番号2、4、6、8及び10に示し、コードされるアミノ酸配列を配列表の配列認識番号3、5、7、9及び11に示す。   The base sequence of the DNA fragment containing the α-subunit and β-subunit of the aromatic ring dioxygenase obtained as described above, the aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase, and the aromatic ring-cleaving dioxygenase is represented by SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. Show. In this sequence, there are five open reading frames (hereinafter abbreviated as “ORF”). From the homology search, it is presumed from the upstream that it is the coding sequence of α-subunit, β-subunit, unknown function, dihydrodiol dehydrogenase, 2,3-dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase of dioxygenase. The base sequence of each gene is shown in sequence recognition numbers 2, 4, 6, 8 and 10 in the sequence listing, and the encoded amino acid sequences are shown in sequence recognition numbers 3, 5, 7, 9 and 11 in the sequence listing.

更に、検討を行った結果、本発明で同定された遺伝子が、クラスター状にまとまった一つのオペロンとして転写調節を受けていることが判明した。また、これらがビフェニルをはじめとする芳香族化合物によって転写調節されていることも判明した。一般に、同一オペロン上には、機能的に関連のある遺伝子群がクラスターを形成していることから、上記機能未知な部位に関しても今後の解析により、芳香族化合物の酸化分解経路に関与する酵素をコードしている可能性が示唆される。   Furthermore, as a result of examination, it has been found that the gene identified in the present invention is subject to transcriptional regulation as a clustered operon. It has also been found that these are transcriptionally regulated by aromatic compounds such as biphenyl. In general, functionally related genes are clustered on the same operon, so that the enzyme involved in the oxidative degradation pathway of aromatic compounds will be analyzed in the future analysis of the above unknown sites. The possibility of coding is suggested.

〔3〕本発明の芳香族化合物の酸化分解経路に関与する酵素群
本発明の芳香族化合物の酸化分解経路に関与する酵素群として、芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼが見出された。これらは、従来公知のPCB分解菌とは系統学的に相違するPaenibacillus属KBC101株から見出された新規な酵素である。
[3] Enzyme Group Involved in Oxidative Degradation Pathway of Aromatic Compound of the Present Invention As an enzyme group involved in the oxidative degradation path of aromatic compound of the present invention, aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase, aromatic ring cleavage Dioxygenase was found. These are novel enzymes discovered from Paenibacillus genus KBC101 strain, which is phylogenetically different from conventionally known PCB-degrading bacteria.

芳香環ジオキシゲナーゼは、αサブユニット、βサブユニット、フェレドキシン、フェレドキシンリダクダーゼの4つの構成成分からなるタンパク質複合体である。   Aromatic ring dioxygenase is a protein complex composed of four components: α subunit, β subunit, ferredoxin, and ferredoxin reductase.

そして、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットとして、配列表の配列認識番号3のアミノ酸配列を有するものが例示される。   And what has the amino acid sequence of sequence recognition number 3 of a sequence table is illustrated as (alpha) subunit of the aromatic-ring dioxygenase of this invention.

本発明の芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットとして、配列表の配列認識番号5のアミノ酸配列を有するものが例示される。   Examples of the β subunit of the aromatic ring dioxygenase of the present invention include those having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 in the sequence listing.

フェレドキシン、フェレドキシンリダクダーゼの各構成成分に関しては、当該活性を有するものが、特に制限なく利用することができる。   Regarding each component of ferredoxin and ferredoxin reductase, those having the activity can be used without particular limitation.

本発明の芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼとして、配列表の配列認識番号9のアミノ酸配列を有するものが例示される。   Examples of the aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase of the present invention include those having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9 in the sequence listing.

本発明の芳香環開裂ジオキシゲナーゼとして、配列表の配列認識番号11のアミノ酸配列を有するものが例示される。   Examples of the aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention include those having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11 in the sequence listing.

また、本発明の酵素は、上記各サブユニットのアミノ酸配列において、特定のアミノ酸に改変が生じている改変部位を有するアミノ酸配列を有し、かつ、それぞれの機能又は活性を有するものも含まれる。ここで、改変とは、改変の基礎となるタンパク質のアミノ酸配列のうち、1または数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入および付加の少なくとも1つからなる改変が生じていることを意味する。そして、「1または数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入及び付加の少なくとも1つからなる改変」とは、改変の基礎となるタンパク質をコードする遺伝子に対する公知のDNA組換え技術、点変異導入方法等によって、欠失、置換、挿入又は付加することができる程度の数のアミノ酸が、欠失、置換、挿入又は付加されることを意味し、これらの組み合わせをも含む。   In addition, the enzyme of the present invention includes those having an amino acid sequence having a modified site where a specific amino acid is modified in the amino acid sequence of each of the above subunits, and having each function or activity. Here, the modification means that a modification comprising at least one of deletion, substitution, insertion and addition of one or several amino acids in the amino acid sequence of the protein serving as the basis of the modification has occurred. "Modification consisting of at least one of deletion, substitution, insertion and addition of one or several amino acids" means a known DNA recombination technique for a gene encoding a protein that is the basis of the modification, point mutation introduction It means that as many amino acids as can be deleted, substituted, inserted or added by a method or the like are deleted, substituted, inserted or added, and combinations thereof are also included.

このような改変体は自然又は人工の突然変異により生じた突然変異体の中から当該活性を有するタンパク質をスクリーニングすることにより取得できる。   Such a variant can be obtained by screening a protein having the activity from mutants generated by natural or artificial mutation.

或いは、下記で説明する本発明の遺伝子を用いて改変を施すことによっても取得できる、そのような遺伝子に改変を施す方法としては、特に制限はなく、当業者に公知の改変タンパク質作製のための変異導入技術を利用することができる。例えば、部位特異的突然変異誘発法、PCR法等を利用して点変異を導入するPCR突然誘発法、あるいは、トランスポゾン挿入突然変異誘発法などの公知の変異導入技術を利用することができる。市販の変異導入用キット(例えば、QuikChange(登録商標) Site-directed Mutagenesis Kit(Stratagene社製)等を利用してもよい。また、常法のホスホルアミダイト法等のDNA合成法を利用して、所望の改変を施した遺伝子を構築することによっても調製することができる。   Alternatively, the method for modifying such a gene, which can be obtained by modifying using the gene of the present invention described below, is not particularly limited, and for producing a modified protein known to those skilled in the art. Mutagenesis techniques can be used. For example, a known mutagenesis technique such as a site-directed mutagenesis method, a PCR abrupt induction method that introduces a point mutation using a PCR method, or a transposon insertion mutagenesis method can be used. A commercially available mutagenesis kit (for example, QuikChange (registered trademark) Site-directed Mutagenesis Kit (manufactured by Stratagene), etc.) may be used, and a DNA synthesis method such as a conventional phosphoramidite method may be used. Alternatively, it can be prepared by constructing a gene having a desired modification.

そして、改変が導入された遺伝子が、所望の機能又は活性を有するタンパク質をコードするか否かは、改変遺伝子に基づいて製造した組換えタンパク質の芳香環ジオキシゲナーゼ活性、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ活性、芳香環開裂ジオキシゲナーゼを、夫々測定することにより評価することができる。例えば、芳香環ジオキシゲナーゼ活性は、他のサブユニット遺伝子と共に発現させることにより評価を行なうことが好ましい。   Whether or not the gene into which the modification is introduced encodes a protein having a desired function or activity depends on whether or not the aromatic ring dioxygenase activity, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase activity of the recombinant protein produced based on the modified gene The aromatic ring-cleaving dioxygenase can be evaluated by measuring each. For example, the aromatic ring dioxygenase activity is preferably evaluated by expressing it together with other subunit genes.

当業者はアミノ酸配列の改変に際して本発明の酵素活性を保持する改変を容易に予測することができる、具体的には、例えばアミノ酸置換の場合には、タンパク質構造保持の観点から極性、電荷、親水性、若しくは疎水性等の点で置換前のアミノ酸と類似した性質を有するアミノ酸に置換することができる。このような置換は保守的置換として当業者には周知である。また、その後の精製、固相への固定化等の便宜のため、アミノ酸配列のN、又はC末端にHis-tag、FLAG−tag等を付加したものも好適に例示される。   A person skilled in the art can easily predict a modification that retains the enzyme activity of the present invention upon modification of the amino acid sequence. Specifically, in the case of amino acid substitution, for example, polarity, charge, hydrophilicity from the viewpoint of retaining the protein structure. The amino acid can be substituted with an amino acid having properties similar to those of the amino acid before substitution in terms of property, hydrophobicity, and the like. Such substitutions are well known to those skilled in the art as conservative substitutions. In addition, for convenience such as subsequent purification and immobilization on a solid phase, those in which His-tag, FLAG-tag, etc. are added to the N- or C-terminus of the amino acid sequence are also preferably exemplified.

本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼは以下のようにして調製することができる。例えば、PCB分解能を有するPaenibacillus属に属する細菌、特には、上記したKBC101株の培養物から単離精製することにより製造することができる。本発明の酵素のアミノ酸配列が明確になったことから、かかる配列情報に基づいて大量に製造することができる。例えば、芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニット、及びβサブユニットの製造は、配列認識番号3又は5のアミノ酸配列の一部又は全部をコードする塩基配列を基にして作成したDNAプローブとして用いるハイブリダイゼーション法により、PCB分解能を有するPaenibacillus属に属する細菌、特に、好ましくはKBC101株のゲノムDNAから本発明の芳香環ジオキシゲナーゼをコードする核酸分子を調製することができる。また、配列認識番号3又は5のアミノ酸配列をコードする塩基配列の一部をプライマーとして用いるPCR法によっても同様に本発明の芳香環ジオキシゲナーゼをコードする核酸分子を調製することができる。さらに、常法のホスホルアミダイト法等のDNA合成法を利用して、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼをコードする核酸分子を化学的に合成することができる。そして、上記のようにして得られた芳香環ジオキシゲナーゼをコードする核酸分子を下記で詳細に説明する遺伝子組換え技術により本発明の芳香環ジオキシゲナーゼを製造することができる。芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ活性、芳香環開裂ジオキシゲナーゼについても同様にして製造することができる。 The aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention can be prepared as follows. For example, it can be produced by isolating and purifying from a bacterium belonging to the genus Paenibacillus having PCB resolution, in particular, from the culture of the above-described KBC101 strain. Since the amino acid sequence of the enzyme of the present invention has been clarified, it can be produced in large quantities based on such sequence information. For example, the α-subunit and β-subunit of aromatic ring dioxygenase can be produced by using hybridization as a DNA probe prepared based on a base sequence encoding part or all of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 or 5. According to the method, a nucleic acid molecule encoding the aromatic ring dioxygenase of the present invention can be prepared from a bacterium belonging to the genus Paenibacillus having PCB resolution, particularly preferably from the genomic DNA of KBC101 strain. Similarly, a nucleic acid molecule encoding the aromatic ring dioxygenase of the present invention can also be prepared by PCR using a part of the base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 or 5 as a primer. Furthermore, a nucleic acid molecule encoding the aromatic ring dioxygenase of the present invention can be chemically synthesized using a DNA synthesis method such as a conventional phosphoramidite method. The nucleic acid molecule encoding the aromatic ring dioxygenase obtained as described above can be used to produce the aromatic ring dioxygenase of the present invention by a gene recombination technique described in detail below. An aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase activity and an aromatic ring-cleaving dioxygenase can be produced in the same manner.

ここで、本発明の酵素の製造において、PCR法を利用する場合に用いられるプライマーは常法に基づいて設計及び調製することができる。例えば、下記で説明する実施例にて用いたプライマーを好適に利用することができる。プライマーは、ホスホアミダイト法等に基づく化学合成法、既に標的となる核酸が取得されている場合にはその制限酵素断片等が利用可能である。化学合成法に基づきプライマーを調製する場合には、合成に先立って標的核酸の配列情報に基づいて設計される。プライマーの設計は、所望の領域を増幅するように、例えばプライマー設計支援ソフト等を利用して設計することができる。プライマーは合成後、HPLC等の手段により精製される。また、化学合成を行う場合には市販の自動合成装置を利用することも可能である。ここで、相補的とは、プライマーと標的核酸とが塩基対合則に従って特異的に結合し安定な二重鎖構造を形成できることを意味する。ここで、完全な相補性のみならず、プライマーと標的核酸が互いに安定な二重鎖構造を形成し得るのに十分である限り、いくつかの核酸塩基のみが塩基対合則に沿って適合する部分的な相補性であっても許容される。その塩基数は、標的核酸を特異的に認識するために十分に長くなければならないが、長すぎると逆に非特異的反応を誘発するので好ましくない。したがって、適当な長さはGC含量等の標的核酸の配列情報、並びに、反応温度、反応液中の塩濃度等のハイブリダイゼーション反応条件など多くの因子に依存して決定されるが、好ましくは、10〜50塩基長である。   Here, in the production of the enzyme of the present invention, the primer used when the PCR method is used can be designed and prepared based on a conventional method. For example, the primers used in the examples described below can be suitably used. As the primer, a chemical synthesis method based on the phosphoramidite method or the like, or a restriction enzyme fragment or the like when a target nucleic acid has already been obtained can be used. When preparing a primer based on a chemical synthesis method, it is designed based on the sequence information of the target nucleic acid prior to synthesis. The primer can be designed using, for example, primer design support software so as to amplify a desired region. After synthesis, the primer is purified by means such as HPLC. Moreover, when performing chemical synthesis, it is also possible to use a commercially available automatic synthesizer. Here, complementary means that the primer and the target nucleic acid can specifically bind according to the base pairing rule to form a stable double-stranded structure. Here, not only perfect complementarity, but only a few nucleobases fit along the base-pairing rule as long as the primer and target nucleic acid are sufficient to form a stable duplex structure with each other Even partial complementarity is acceptable. The number of bases must be long enough to specifically recognize the target nucleic acid, but if it is too long, a non-specific reaction is induced, which is not preferable. Accordingly, an appropriate length is determined depending on many factors such as target nucleic acid sequence information such as GC content, and hybridization reaction conditions such as reaction temperature and salt concentration in the reaction solution. It is 10-50 bases long.

更には、本発明の酵素は、化学的合成技術によっても製造することができる。例えば、配列認識番号3、5、9又は11に示されるアミノ酸配列の全部、又は一部を、ペプチド合成機を用いて合成し、得られるポリペプチドを適当な条件の下で、再構築することにより調製することができる。   Furthermore, the enzyme of the present invention can also be produced by a chemical synthesis technique. For example, all or part of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, 5, 9, or 11 is synthesized using a peptide synthesizer, and the resulting polypeptide is reconstructed under appropriate conditions. Can be prepared.

そして、上記のようにして製造したタンパク質が、所望の機能又は活性を有するか否かは、芳香環ジオキシゲナーゼ活性、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ活性、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ活性を、夫々測定することにより評価することができる。活性を測定する方法は公知の方法のいずれをも利用することができ、基質と反応させて基質変換反応の有無を検出することにより評価することができる。例えば、ビフェニルの変換活性を測定することにより行なうことができる。芳香環ジオキシゲナーゼ活性を例にとって具体的に説明すると、ビフェニルの変換活性の測定は、例えば、BphB及びBphCの存在下で、ビフェニルの分解産物である、黄色のHOPDAの生成を確認することにより行なうことができる。また、芳香族化合物の初発酸化に伴う消費酸素量を検出することによって行なうこともできる。しかし、これに限定されるものではない。   Whether the protein produced as described above has a desired function or activity is determined by measuring the aromatic ring dioxygenase activity, the aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase activity, and the aromatic ring cleavage dioxygenase activity, respectively. Can be evaluated. Any known method can be used as a method for measuring the activity, and it can be evaluated by detecting the presence or absence of a substrate conversion reaction by reacting with a substrate. For example, it can be performed by measuring the conversion activity of biphenyl. Specifically, taking the aromatic ring dioxygenase activity as an example, the conversion activity of biphenyl is measured by, for example, confirming the formation of yellow HOPDA, which is a degradation product of biphenyl, in the presence of BphB and BphC. be able to. Moreover, it can also carry out by detecting the amount of oxygen consumption accompanying the initial oxidation of an aromatic compound. However, it is not limited to this.

本発明の芳香環ジオキシゲナーゼは、実施例にて実証されている通り、図1に示すビフェニルの分解反応における初発酸化を触媒する。さらに、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼは、ビフェニルとの共代謝により分解されるPCBをも分解することが理解される。また、PAHに対しても分解活性を有する基質特異性の広い酵素である。更に、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼにより、芳香環開裂物質まで酸化分解される。   As demonstrated in the Examples, the aromatic ring dioxygenase of the present invention catalyzes the initial oxidation in the biphenyl decomposition reaction shown in FIG. Furthermore, it is understood that the aromatic ring dioxygenase of the present invention also degrades PCBs that are degraded by co-metabolism with biphenyl. In addition, it is an enzyme with a wide substrate specificity that has a degradation activity for PAH. Furthermore, the aromatic ring-cleaving substance is oxidatively decomposed by aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase and aromatic ring-cleaving dioxygenase.

ここで、本発明の酵素は、従来公知の生物分解処理技術では分解が困難であった置換塩素数(特には、5塩素置換以上)の多い高塩素置換体PCBを分解可能なKBC101株からクローニングされたものである。そして、PCBの分解能は、Paenibacillus属において初めて見出されたものであり、従来公知のPCB分解細菌由来の酵素とは系統進化的にも相違する新規な酵素であることが判明した(図2)。したがって、従来公知のPCBの分解活性を有する酵素とは、その基質特異性が相違することが予想される。KBC101株の高いPCB分解活性を鑑みるに、本発明の酵素は、生物分解処理では困難とされてきた高塩素置換体PCBの分解をも触媒でき、更には既知の酵素よりも広範な基質特異性を有する酵素であることが理解される。 Here, the enzyme of the present invention is cloned from the KBC101 strain capable of degrading a high-chlorine-substituted PCB having a large number of substituted chlorines (especially, 5 chlorine substitutions or more), which has been difficult to decompose by a conventionally known biodegradation processing technique. It has been done. The resolution of PCB was found for the first time in the genus Paenibacillus , and was found to be a novel enzyme that is also phylogenetically different from the conventionally known enzyme derived from PCB-degrading bacteria (FIG. 2). . Therefore, it is expected that the substrate specificity is different from that of a conventionally known enzyme having PCB degradation activity. In view of the high PCB-degrading activity of the KBC101 strain, the enzyme of the present invention can catalyze the degradation of highly chlorine-substituted PCB, which has been considered difficult by biodegradation treatment, and has a broader substrate specificity than known enzymes. It is understood that the enzyme has

分解の対象となるPCBとは、ベンゼン環が2個つながったビフェニル骨格の水素が1〜10個の塩素で置換されたものの総称であり、置換塩素の数と位置によって理論上209種の異性体が存在し、そのすべての異性体およびその混合物が含まれる。また、ここで分解の対象となるPAHとは、芳香族環を2個以上有する化合物の総称であり、窒素原子、酸素原子、硫黄原子と複素環を形成する化合物をも含み、具体的には、ジベンゾフラン、キサンテン、フェナントレン、フルオレン等が含まれる。   PCB to be decomposed is a generic name for hydrogen in a biphenyl skeleton in which two benzene rings are connected and substituted with 1 to 10 chlorines. Theoretically 209 isomers depending on the number and position of substituted chlorines And all isomers and mixtures thereof are included. The PAH to be decomposed here is a general term for compounds having two or more aromatic rings, including compounds that form a heterocyclic ring with a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, and specifically, , Dibenzofuran, xanthene, phenanthrene, fluorene and the like.

〔4〕本発明の芳香族化合物酸化分解経路に関与する遺伝子群
本発明の芳香族化合物酸化分解経路に関与する遺伝子群は、上記の本発明の芳香環ジオキシゲナーゼをコードする遺伝子、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子、上記芳香環開裂ジオキシゲナーゼをコードする遺伝子を含んで構成される。
[4] Gene group involved in the aromatic compound oxidative degradation pathway of the present invention The gene group involved in the aromatic compound oxidative degradation pathway of the present invention is a gene encoding the aromatic ring dioxygenase of the present invention, an aromatic ring dihydro A gene encoding diol dehydrogenase and a gene encoding the aromatic ring-cleaving dioxygenase are included.

そして、好ましくは、上記した4つの遺伝子は1つのオペロン上に発現する遺伝子クラスターを形成する。したがって、本発明には、これらの遺伝子の少なくとも1つを含んで構成されるオペロンとしての芳香族化合物酸化分解系オペロンが包含される。更には、上記した本発明の遺伝子を少なくとも1つを含み、他の遺伝子としては上記したものと機能的に同等のものを含むものも含まれる。また、本発明で同定された以外の芳香環化合物の酸化分解経路に関与するタンパク質をコードする遺伝子を含んで構成されたものも含まれる。例えば、フェレドキシン、フェレドキシンリダクターゼをコードする遺伝子を含んで構成されてもよい。本発明の遺伝子群を含む芳香族化合物酸化分解系オペロンとしては、具体的には、配列表の配列認識番号1に示す塩基配列からなるDNAを含むものが例示される。したがって、本明細書において遺伝子との文言には、特に記載が無い限りにオペロンをも包含する概念として解釈される。   And preferably, the above-mentioned four genes form a gene cluster expressed on one operon. Therefore, the present invention includes an aromatic compound oxidative degradation operon as an operon comprising at least one of these genes. Furthermore, it includes at least one gene of the present invention described above, and other genes include those functionally equivalent to those described above. In addition, those comprising a gene encoding a protein involved in the oxidative degradation pathway of an aromatic ring compound other than those identified in the present invention are also included. For example, a gene encoding ferredoxin or ferredoxin reductase may be included. Specific examples of the aromatic compound oxidative degradation operon containing the gene group of the present invention include those containing a DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing. Therefore, in the present specification, the term “gene” is interpreted as a concept including an operon unless otherwise specified.

オペロンを構成する各遺伝子群は、上記したアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNAを含むものが例示される。特には、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットをコードする遺伝子としては、配列表の配列認識番号2に示す塩基配列からなるDNAを含むものが例示される。   Examples of each gene group constituting the operon include those containing DNA encoding a protein having the amino acid sequence described above. In particular, the gene encoding the α subunit of the aromatic ring dioxygenase of the present invention is exemplified by a gene containing DNA comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing.

本発明の芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットをコードする遺伝子としては、配列表の配列認識番号4に示す塩基配列からなるDNAを含むものが例示される。   Examples of the gene encoding the β subunit of the aromatic ring dioxygenase of the present invention include those containing DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing.

本発明の芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子としては、配列表の配列認識番号8に示す塩基配列からなるDNAを含むものが例示される。   Examples of the gene encoding the aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase of the present invention include those containing DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 8 in the sequence listing.

本発明の芳香環開裂ジオキシゲナーゼをコードする遺伝子としては、配列表の配列認識番号10に示す塩基配列からなるDNAを含むものが例示される。   Examples of the gene encoding the aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention include those containing DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 in the sequence listing.

また、本発明の遺伝子には、上記した塩基配列からなるDNAにストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、上述した夫々の芳香族化合物酸化分解系酵素としての機能又は活性を有するタンパク質をコードするDNAを含む改変遺伝子も本発明に含まれる。このような改変遺伝子は、公知の変異導入技術を利用することにより作製できる。例えば、部位特異的突然変異誘発法、PCR法等を利用して点変異を導入するPCR突然誘発法、あるいは、トランスポゾン挿入突然変異誘発法などの公知の変異導入技術を利用することができる。市販の変異導入用キット(例えば、QuikChange(登録商標)Site-directed Mutagenesis Kit(Stratagene社製)等を利用してもよい。また、常法のホスホルアミダイト法等のDNAの化学合成法を利用して、所望の改変を施したDNAを合成することによっても構築することができる。もしくは、配列認識番号1、特には配列認識番号2、4、8、又は10に示す塩基配列からなるDNAに対してエキソヌクレアーゼを作用させることによって取得することができる。また、このような改変遺伝子としては、配列認識番号1、特には配列認識番号2、4、8、又は10に示す塩基配列において、1または複数の塩基が欠失、置換、付加もしくは挿入されたものを含む遺伝子も含まれる。   In addition, the gene of the present invention encodes a protein that hybridizes to the DNA comprising the above base sequence under stringent conditions and has a function or activity as the above-described aromatic compound oxidative degradation enzyme. The modified gene containing DNA to be included is also included in the present invention. Such a modified gene can be prepared by using a known mutation introduction technique. For example, a known mutagenesis technique such as a site-directed mutagenesis method, a PCR abrupt induction method that introduces a point mutation using a PCR method, or a transposon insertion mutagenesis method can be used. Commercially available mutagenesis kits (for example, QuikChange (registered trademark) Site-directed Mutagenesis Kit (manufactured by Stratagene), etc.) may also be used, and DNA chemical synthesis methods such as the conventional phosphoramidite method may be used. Thus, it can also be constructed by synthesizing a DNA having a desired modification, or a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, particularly SEQ ID NO: 2, 4, 8, or 10. In addition, the modified gene can be obtained by acting exonuclease on the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, particularly SEQ ID NO: 2, 4, 8, or 10. Alternatively, a gene containing a plurality of bases deleted, substituted, added or inserted is also included.

ここで、ストリンジェントな条件とは、塩基配列において、60%以上、好ましくは70%、より好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上の同一性を有するDNAがハイブリダイズし得る条件をいう。ストリンジェンシーは、ハイブリダイゼーションの反応や洗浄の際の塩濃度及び温度を適宜変化させることによって当業者は好適に調整することができる。例えば、Molecular Cloning:A Laboratory Manual 第2版(Sambrook他、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)に記載のサザンハイブリダイゼーションのための条件等が挙げられる。   Here, the stringent condition refers to a condition in which DNA having the identity of 60% or more, preferably 70%, more preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more in the base sequence can hybridize. . The stringency can be suitably adjusted by those skilled in the art by appropriately changing the salt concentration and temperature during the hybridization reaction and washing. For example, the conditions for Southern hybridization described in Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition (Sambrook et al., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) can be mentioned.

より具体的には、好ましくは150〜1000mM、より好ましくは700〜900mMの塩化ナトリウムの存在下、好ましくは60〜68℃、より好ましくは65℃でのハイブリダイゼーションを行なった後、好ましくは0.1〜2×SSC中での60〜68℃、より好ましくは65℃での洗浄を意味するが、これに限定するものではない。   More specifically, preferably after hybridization at preferably 60 to 68 ° C., more preferably 65 ° C. in the presence of 150 to 1000 mM, more preferably 700 to 900 mM sodium chloride. This means washing at 60 to 68 ° C., more preferably 65 ° C. in 1-2 × SSC, but is not limited thereto.

また、本発明において、その塩基配列が明確になったことから、かかる配列情報に基づいて、本発明の遺伝子を作成することができる。例えば、配列認識番号2又は4に示す塩基配列の一部又は全部の配列を基にして作成したDNAプローブを用いるハイブリダイゼーション法により、PCB分解能を有するPaenibacillus属に属する細菌、特に、好ましくはKBC101株のゲノムDNAから本発明のポリヌクレオチドを調製することができる。また、配列認識番号1、特には配列認識番号2、4、8、又は10に示す塩基配列の一部の配列を基にして作成したプライマーを用いるPCR法によっても同様に調製することができる。このとき用いられるプライマーの設計、及び調製は上記したように常法に基づいて行なうことができる。例えば、下記で説明する実施例にて用いたプライマーを好適に利用することができる。 Moreover, since the base sequence has been clarified in the present invention, the gene of the present invention can be prepared based on such sequence information. For example, a bacterium belonging to the genus Paenibacillus having PCB resolution, particularly preferably KBC101 strain, by a hybridization method using a DNA probe prepared based on a part or all of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or 4 The polynucleotide of the present invention can be prepared from the genomic DNA. It can also be similarly prepared by a PCR method using a primer prepared based on a partial sequence of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, particularly SEQ ID NO: 2, 4, 8, or 10. The design and preparation of the primer used at this time can be performed based on a conventional method as described above. For example, the primers used in the examples described below can be suitably used.

さらに、常法のホスホルアミダイト法等のDNA合成法を利用して、本発明の遺伝子を化学的に合成することができる。   Furthermore, the gene of the present invention can be chemically synthesized using a DNA synthesis method such as a conventional phosphoramidite method.

上記のようにして製造した遺伝子が、所望の機能又は活性を有するタンパク質をコードするか否かは、当該遺伝子に基づいて製造したタンパク質の活性を測定することにより行なうことができる。このとき、好ましくは他のサブユニット遺伝子と共に発現させて芳香環ジオキシゲナーゼ活性、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ活性、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ活性を測定することにより行う。   Whether the gene produced as described above encodes a protein having a desired function or activity can be determined by measuring the activity of the protein produced based on the gene. At this time, it is preferably carried out by expressing together with other subunit genes and measuring the aromatic ring dioxygenase activity, aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase activity, and aromatic ring cleavage dioxygenase activity.

〔5〕本発明の組換えベクター
そして、本発明の組換えベクターは、適当なベクターに上記した本発明の遺伝子の少なくとも1つ、若しくはオペロンとして組み込むことによって取得することができる。また、オペロン上の適当な任意の領域を組み込むことによっても取得することができる。利用可能なベクターとしては、外来DNAを組み込め、かつ宿主細胞中で自律的に複製可能なものであれば特に制限はない。したがって、ベクターは、本発明の遺伝子を挿入できる少なくとも1つの制限酵素部位の配列を含むものである。例えば、プラスミドベクター(pEX系、pUC系、及びpBR系等)、ファージベクター(Charomid、λgt10、λgt11、及びλZAP等)、コスミドベクター、ウイルスベクター(ワクシニアウイルス、及びバキュロウイルス等)等が包含される。また、pHY300PLK等のシャトルベクターを使用することができる。
[5] Recombinant vector of the present invention The recombinant vector of the present invention can be obtained by incorporating at least one of the above-described genes of the present invention or an operon into an appropriate vector. It can also be obtained by incorporating any suitable region on the operon. The vector that can be used is not particularly limited as long as it can incorporate foreign DNA and can replicate autonomously in a host cell. Therefore, the vector contains a sequence of at least one restriction enzyme site into which the gene of the present invention can be inserted. For example, plasmid vectors (pEX system, pUC system, pBR system, etc.), phage vectors (Charomid, λgt10, λgt11, λZAP, etc.), cosmid vectors, virus vectors (vaccinia virus, baculovirus, etc.) and the like are included. . A shuttle vector such as pHY300PLK can be used.

そして、本発明の組換えベクターは、本発明の遺伝子がその機能を発現できるように組み込まれてある。例えば、本発明の組換えベクターは、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニット遺伝子及びβサブユニット遺伝子を含めた、芳香環ジオキシゲナーゼの上記した4つの構成要素が宿主中で発現できるよう構築される。その順序は任意でよく、また、その方向も任意である。フェレドキシン及びフェレドキシンリダクターゼに関しては、フェレドキシン及びフェレドキシンリダクターゼをコードする遺伝子であれば特に制限はない。また、宿主由来のものも利用でき、組換えベクター上に含まれなくともよい。また、遺伝子の機能の発現に必要な他の公知の塩基配列が含まれていてもよい。例えば、プロモータ配列、リーダー配列、シグナル配列、並びにリボソーム結合配列等が挙げられる。プロモータ配列としては、例えば、宿主が大腸菌の場合にはlacプロモータ、trpプロモータ等が好適に例示される。しかしながら、これに限定するものではなく公知のプロモータ配列を利用できる。更に、本発明の組換えベクターには、宿主において表現型選択を付与することが可能なマーキング配列等をも含ませることができる。このようなマーキング配列としては、薬剤耐性、栄養要求性などの遺伝子をコードする配列等が例示される。具体的には、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子等が例示される。   The recombinant vector of the present invention is incorporated so that the gene of the present invention can express its function. For example, the recombinant vector of the present invention is constructed so that the above four components of the aromatic ring dioxygenase, including the α subunit gene and the β subunit gene of the aromatic ring dioxygenase of the present invention, can be expressed in the host. Is done. The order may be arbitrary, and the direction is also arbitrary. Ferredoxin and ferredoxin reductase are not particularly limited as long as they are genes encoding ferredoxin and ferredoxin reductase. Moreover, the thing derived from a host can also be utilized and does not need to be contained on a recombinant vector. In addition, other known base sequences necessary for the expression of gene function may be included. For example, a promoter sequence, a leader sequence, a signal sequence, a ribosome binding sequence and the like can be mentioned. As the promoter sequence, for example, when the host is Escherichia coli, lac promoter, trp promoter and the like are preferably exemplified. However, the present invention is not limited to this, and a known promoter sequence can be used. Furthermore, the recombinant vector of the present invention can also include a marking sequence that can confer phenotypic selection in the host. Examples of such marking sequences include sequences encoding genes such as drug resistance and auxotrophy. Specifically, kanamycin resistance gene, chloramphenicol resistance gene, ampicillin resistance gene and the like are exemplified.

ベクターへの本発明の遺伝子等の挿入は、例えば、適当な制限酵素で本発明の遺伝子を切断し、適当なベクターの制限酵素部位、又はマルチクローニング部位に挿入して連結する方法などを用いることができるが、これに限定されない。連結に際しては、DNAリガーゼを用いる方法等、公知の方法を利用できる。また、DNA Ligation Kit(Takara-bio社)等の市販のライゲーションキットを利用することもできる。   For insertion of the gene of the present invention into a vector, for example, a method in which the gene of the present invention is cleaved with an appropriate restriction enzyme and inserted into a restriction enzyme site or a multicloning site of an appropriate vector is used. However, it is not limited to this. For ligation, a known method such as a method using DNA ligase can be used. Commercially available ligation kits such as DNA Ligation Kit (Takara-bio) can also be used.

〔6〕本発明の形質転換体
本発明の形質転換体は、本発明の遺伝子を含む組換えベクターで形質転換された宿主細胞である。ここで、宿主細胞としては、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼを効率的に発現できる宿主細胞であれば、特に制限はない。原核生物を好適に利用でき、特には大腸菌を利用することができる。その他、枯草菌、バシラス属細菌、シュードモナス属細菌等をも利用できる。大腸菌としては、例えば、E. coli DH5α、E. coliBL21、E. coli JM109等を利用できる。更に、原核生物に限定されず真核生物細胞を利用することが可能である。例えば、Saccharomycescerevisiae等の酵母、Sf9細胞等の昆虫細胞、CHO細胞、COS−7細胞等の動物細胞等を利用することも可能である。形質転換法としては、エレクトロポレーション法、塩化カルシウム法、リポソームフェクション法、マイクロインジェクション法等の公知の方法を利用することができる。また、ファージベクターを用いる場合には、本発明の遺伝子とファージベクターDNAとのライゲーションの後、in vitroパッケージングによりファージタンパク質と折りたたんで成熟ファージの頭部外殻に封入した後、ファージ感染系を利用して、本発明の遺伝子を宿主細胞に導入することができる。
[6] Transformant of the present invention The transformant of the present invention is a host cell transformed with a recombinant vector containing the gene of the present invention. Here, the host cell is not particularly limited as long as it can efficiently express the aromatic ring dioxygenase of the present invention. Prokaryotes can be preferably used, and in particular, E. coli can be used. In addition, Bacillus subtilis, Bacillus bacteria, Pseudomonas bacteria, and the like can also be used. As E. coli , for example, E. coli DH5α, E. coli BL21, E. coli JM109 and the like can be used. Furthermore, eukaryotic cells can be used without being limited to prokaryotes. For example, yeasts such as Saccharomyces cerevisiae, insect cells such as Sf9 cells, animal cells such as CHO cells, COS-7 cells, and the like can be used. As the transformation method, known methods such as an electroporation method, a calcium chloride method, a liposome transfection method, and a microinjection method can be used. In the case of using a phage vector, after ligation of the gene of the present invention and the phage vector DNA, the phage protein is folded in vitro by packaging in vitro and enclosed in the outer shell of the mature phage, and then the phage infection system is used. Utilizing the gene of the present invention, it can be introduced into a host cell.

〔7〕本発明の形質転換体を利用した本発明の酵素の製造方法
本発明の形質転換体を利用した本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ活性の製造方法は、上記本発明の形質転換体を培養し、得られた培養物から芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ活性、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質を採取することにより行なう。即ち、上記本発明の形質転換体を培養する培養工程と、前記培養工程で発現した前記タンパク質を回収する回収工程とを備える。このように、適当な宿主で発現させることによって、本発明の酵素の低コストかつ大量生産が可能となる。
[7] Process for producing the enzyme of the present invention using the transformant of the present invention The activity of the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention using the transformant of the present invention The production method is carried out by culturing the transformant of the present invention and collecting a protein having an aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase activity and an aromatic ring cleavage dioxygenase activity from the obtained culture. That is, the method includes a culture process for culturing the transformant of the present invention and a recovery process for recovering the protein expressed in the culture process. Thus, by expressing in an appropriate host, the enzyme of the present invention can be produced at low cost and in large quantities.

培養工程は、本発明の形質転換体を適当な培地に接種し、常法に準じて培養することにより行なわれる。本発明の形質転換体の培養は、宿主細胞の栄養生理学的性質を勘案して、培養条件を選択すればよい。使用される培地としては、宿主細胞が資化し得る栄養素を含み、形質転換体におけるタンパク質の発現を効率的に行えるものであれば特に制限はない。したがって、宿主細胞の生育に必要な炭素源、窒素源その他必須の栄養素を含む培地であることが好ましく、天然培地、合成培地の別を問わない。例えば、炭素源として、グルコース、デキストラン、デンプン等が、また、窒素源としては、アンモニウム塩類、硝酸塩類、アミノ酸、ペプトン、カゼイン等が挙げられる。他の栄養素としては、所望により、無機塩類、ビタミン類、抗生物質等とを含ませることができる。宿主細胞が大腸菌の場合には、LB培地、M9培地等が好適利用できる。また、培養形態についても特に制限はないが、大量培養の観点から液体培地が好適に利用できる。   The culturing step is carried out by inoculating the transformant of the present invention in an appropriate medium and culturing according to a conventional method. For the culture of the transformant of the present invention, the culture conditions may be selected in consideration of the nutritional physiological properties of the host cells. The medium to be used is not particularly limited as long as it contains nutrients that can be assimilated by the host cell and can efficiently express the protein in the transformant. Therefore, a medium containing a carbon source, a nitrogen source and other essential nutrients necessary for the growth of the host cell is preferable, regardless of whether it is a natural medium or a synthetic medium. Examples of the carbon source include glucose, dextran, starch, and the like, and examples of the nitrogen source include ammonium salts, nitrates, amino acids, peptone, and casein. As other nutrients, inorganic salts, vitamins, antibiotics, and the like can be included as desired. When the host cell is Escherichia coli, LB medium, M9 medium and the like can be preferably used. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular also about a culture form, A liquid medium can be utilized suitably from a viewpoint of mass culture.

本発明の組換えベクターを保持する宿主細胞の選別は、例えば、マーキング配列の発現の有無により行なうことができる。例えば、マーキング配列として薬剤耐性遺伝子を利用する場合には、薬剤耐性遺伝子に対応する薬剤含有培地で培養することによって行うことができる。   Selection of a host cell carrying the recombinant vector of the present invention can be performed by, for example, the presence or absence of expression of a marking sequence. For example, when a drug resistance gene is used as the marking sequence, it can be performed by culturing in a drug-containing medium corresponding to the drug resistance gene.

精製工程は、上記で培養工程において得られた形質転換体の培養物からの本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼを回収、即ち、単離精製することによって行えばよい。つまり、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼの存在する画分に応じて、一般的なタンパク質の単離精製方法に準じた手法を適用すればよい。具体的には、本発明の酵素が宿主細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離、濾過等の手段により宿主細胞を除去して培養上清を得る。続いて、培養上清に、公知のタンパク質精製方法を適宜選択することにより、本発明の酵素を単離精製することができる。例えば、硫酸アンモニウム沈殿、透析、SDS−PAGE電気泳動、ゲル濾過、疎水、陰イオン、陽イオン、アフィニティークロマトグラフィ等の各種クロマトグラフィ等の公知の単離精製技術を単独、又は適宜組み合わせて適用することができる。また、本発明の酵素が宿主細胞内で産生される場合には、培養物を遠心分離、濾過等の手段により宿主細胞を回収する。続いて、リゾチーム処理などの酵素的破砕方法、又は超音波処理、凍結融解、浸透圧ショック等の物理的破砕方法等により、宿主細胞を破砕する。破砕後、遠心分離、濾過等の手段により可溶化画分を収集する。得られた可溶化画分を、上記の細胞外に生産できる場合と同様に処理することにより単離精製することができる。   In the purification step, the aromatic ring dioxygenase, aromatic dihydrodiol dehydrogenase and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention are recovered from the culture of the transformant obtained in the above-described culture step, that is, isolated and purified. Can be done. That is, according to the fraction in which the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase, or aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention is present, a technique according to a general protein isolation and purification method may be applied. Specifically, when the enzyme of the present invention is produced outside the host cell, the culture solution is used as it is, or the host cell is removed by means such as centrifugation or filtration to obtain a culture supernatant. Subsequently, the enzyme of the present invention can be isolated and purified by appropriately selecting a known protein purification method for the culture supernatant. For example, known isolation and purification techniques such as ammonium sulfate precipitation, dialysis, SDS-PAGE electrophoresis, gel filtration, various types of chromatography such as hydrophobicity, anion, cation, and affinity chromatography can be applied alone or in appropriate combination. . In addition, when the enzyme of the present invention is produced in a host cell, the host cell is recovered by means of centrifugation, filtration or the like of the culture. Subsequently, the host cells are disrupted by an enzymatic disruption method such as lysozyme treatment or a physical disruption method such as ultrasonic treatment, freeze-thawing, and osmotic shock. After crushing, the solubilized fraction is collected by means such as centrifugation or filtration. The obtained solubilized fraction can be isolated and purified by treating in the same manner as in the case where it can be produced extracellularly.

単離精製されたタンパク質の性能確認は、芳香環ジオキシゲナーゼ活性、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ活性、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ活性を、夫々測定することにより行なうことができる。活性を測定する方法は公知の方法のいずれをも利用することができ、基質と反応させて基質変換反応の有無を検出することにより評価することができる。例えば、上記したようにビフェニルの変換活性を測定することにより行なうことができる。   The performance of the isolated and purified protein can be confirmed by measuring the aromatic ring dioxygenase activity, the aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase activity, and the aromatic ring cleavage dioxygenase activity. Any known method can be used as a method for measuring the activity, and it can be evaluated by detecting the presence or absence of a substrate conversion reaction by reacting with a substrate. For example, it can be performed by measuring the conversion activity of biphenyl as described above.

〔8〕本発明の芳香族化合物の分解剤
また、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼの少なくとも1つを活性成分として含有する芳香族化合物の分解剤として提供することができる。好ましくは、上記3つの酵素すべてを、活性成分として含んで構成される。ここで、活性成分としては、精製酵素の他、粗製のままの酵素も用いることができる。また、粗製酵素としては、精製工程の途中で得られる各種の中間精製物の他、遺伝子工学的手法により製造した際の上記形質転換体の培養物等も適宜利用可能である。また、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼに対して、凍結乾燥等の適当な処理を施したものも利用可能である。また、活性成分濃度は、適当な濃度に調製することができ、特に限定されるものではない。
[8] Aromatic compound decomposing agent of the present invention In addition, an aromatic compound decomposing agent containing at least one of the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase, and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention as an active ingredient Can be offered as. Preferably, all three enzymes are included as active ingredients. Here, as an active ingredient, a crude enzyme can be used in addition to a purified enzyme. Moreover, as a crude enzyme, in addition to various intermediate purified products obtained in the course of the purification process, a culture of the transformant produced by a genetic engineering technique can be used as appropriate. In addition, a product obtained by subjecting the aromatic ring dioxygenase of the present invention to an appropriate treatment such as freeze-drying can also be used. The active ingredient concentration can be adjusted to an appropriate concentration and is not particularly limited.

そして、本発明の分解剤の調製に当たっては、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼを活性成分として、錠剤、粉剤、顆粒剤、液剤、水和剤等、種々の形態に調製することができる。公知の製剤化技術にしたがって製剤することができ、適当な賦形剤、安定化剤等を適宜含ませることができる。また、適当な不溶化担体に固定化した形態で提供することができる。固定化担体としては、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼの生物活性を保持して固定化できるものであれば、いずれをも使用できる。固定化の方法は、当業者に公知の方法を利用できる。例えば、共有結合、イオン結合および物理的吸着による担体結合法、架橋法、包括法等その形態は問わない。具体的には、DEAEセルロース、シリカ、酸化チタン吸着による担体結合、グルタルアルデヒドによる架橋、光触媒性樹脂プレポリマーによる包括等が挙げられる。   And in preparation of the decomposition agent of this invention, it can prepare in various forms, such as a tablet, a powder agent, a granule, a liquid agent, a wettable powder, using the aromatic ring dioxygenase of this invention as an active ingredient. It can be formulated in accordance with a known formulation technique, and appropriate excipients, stabilizers and the like can be appropriately contained. It can also be provided in a form immobilized on a suitable insolubilized carrier. Any immobilization carrier can be used as long as it can be immobilized while retaining the biological activity of the aromatic ring dioxygenase of the present invention. Methods known to those skilled in the art can be used as the immobilization method. For example, there are no limitations on the form such as covalent bonding, ionic bonding, and carrier bonding by physical adsorption, crosslinking, and inclusion. Specific examples include DEAE cellulose, silica, carrier binding by adsorption of titanium oxide, crosslinking by glutaraldehyde, inclusion by a photocatalytic resin prepolymer, and the like.

本発明の芳香族化合物の分解剤は、基質特異性の広い酵素である本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼを活性成分として含有することから、PCB及びPAH他、種々の芳香族化合物の分解処理に適用することができ、置換塩素数(特には、5塩素置換以上)の多い高塩素置換体PCBの分解処理にも好適に利用できる。また、PCB及びPAHを同時に分解処理可能である。したがって、本発明の分解剤は特に、環境汚染浄化処理に特に好適に利用でき、複合汚染系に対して有効に利用することができる。   Since the aromatic compound decomposing agent of the present invention contains the aromatic ring dioxygenase, aromatic dihydrodiol dehydrogenase, and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention, which are enzymes having a wide substrate specificity, as an active ingredient, PCB and It can be applied to the decomposition treatment of various aromatic compounds such as PAH, and can also be suitably used for the decomposition treatment of a high chlorine substituted PCB having a large number of substituted chlorines (particularly, 5 chlorine substitutions or more). Also, PCB and PAH can be decomposed simultaneously. Therefore, the decomposing agent of the present invention can be particularly suitably used for environmental pollution purification treatment, and can be effectively used for complex pollution systems.

〔9〕本発明の芳香族化合物の分解方法
本発明の芳香族化合物の分解処理は、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼの少なくとも1つと分解対象となる芳香族化合物を接触させることにより、芳香族化合物を生物分解処理するものである。ここで、芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼは、上記した分解剤の形態での利用が好ましく、特に好ましくは、適当な不溶化担体に固定化される。
[9] Method for Decomposing Aromatic Compound of the Present Invention The aromatic compound of the present invention is decomposed by at least one of the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention and the decomposition target. The aromatic compound is subjected to biodegradation treatment by contacting the aromatic compound. Here, the aromatic ring dioxygenase, the aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase, and the aromatic ring-cleaving dioxygenase are preferably used in the form of the above-described decomposing agent, and particularly preferably immobilized on a suitable insolubilizing carrier.

また、本発明の分解方法において、好ましくは、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼを、本発明の芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼと同時に、又は一定時間を空けて、芳香族化合物に接触するようにして行なわれる。   In the decomposition method of the present invention, the aromatic ring dioxygenase of the present invention is preferably converted into an aromatic compound simultaneously with the aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase of the present invention or the aromatic ring-cleaving dioxygenase or after a certain period of time. It is done in contact.

本発明の芳香族化合物の分解方法の対象となる芳香族化合物は、PCB及びPAH他、種々の芳香族化合物である。そして、置換塩素数(特には、5塩素置換以上)の多い高塩素置換体PCBをも好適に分解処理することができる。   The aromatic compounds to be subjected to the aromatic compound decomposition method of the present invention are PCB, PAH, and various other aromatic compounds. And the high chlorine substitution body PCB with many substituted chlorine numbers (especially 5 chlorine substitution or more) can also be decomposed | disassembled suitably.

また、本発明の分解対象となる芳香族化合物が、当該芳香族化合物によって汚染土壌又は汚染水中に含まれる場合にも好適に利用できる。ここで、汚染土壌又は汚染水は、特に制限されるものではなく、土壌、底質、地下水、河川水、湖沼水、工場等からの排水等を含むものであり、本発明の分解方法は、これらに好適に利用可能である。また、PCB及びPAHを同時に分解処理可能であることから、PCB及びPAHの複合汚染系に対して有効に利用することができる。   Moreover, it can utilize suitably also when the aromatic compound used as the decomposition | disassembly object of this invention is contained in the contaminated soil or contaminated water by the said aromatic compound. Here, the contaminated soil or contaminated water is not particularly limited, and includes soil, bottom sediment, groundwater, river water, lake water, drainage from factories, etc. It can use suitably for these. In addition, since PCB and PAH can be decomposed simultaneously, it can be effectively used for a combined PCB and PAH contamination system.

本発明の酵素と汚染土壌又は汚染水中の芳香族化合物との接触は、本発明の酵素が、PCB、PAHをはじめとする芳香族化合物の分解能を発揮し得る条件下であれば、いずれをも採用することが可能である。例えば、汚染土壌中の芳香族化合物の分解処理の場合には、現場で掘削を伴わないで汚染土壌等の修復処理を行う原位置バイオレメディエーション法、汚染土壌等を掘削してオンサイト若しくはオフサイトの土壌処理プラントで修復処理を行うオンサイト/オフサイトバイオレメディエーション法、スラリーリアクター法を含む、一般的なバイオレメディエーション技術のいずれのケースにおいても適用可能である。本発明の芳香環ジオキシゲナーゼの投入形態としては、例えば、上記原位置バイオレメディエーション法を採用して浄化する場合、例えば、地下汚染箇所の近傍の飽和層に2本以上の井戸を掘削し、地下水流の下流側に掘削された揚水井戸から揚水した地下水の少なくとも一部に本発明の芳香環ジオキシゲナーゼを投入し、これを上流側に掘削された注入井戸に注入し循環する方法、また、オンサイト/オフサイトバイオレメディエーション法を採用する場合、例えば、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼを、土壌に直接散布する方法、土壌中に埋設した配管を通して投入する方法等、当該分野において公知の投入方法のいずれをも好適に利用できる。   Contact of the enzyme of the present invention with the aromatic compound in the contaminated soil or contaminated water can be performed as long as the enzyme of the present invention is capable of exhibiting the resolution of aromatic compounds including PCB and PAH. It is possible to adopt. For example, in the case of degradation treatment of aromatic compounds in contaminated soil, in-situ bioremediation method in which contaminated soil etc. is repaired without excavation at the site, excavated contaminated soil etc., on-site or off-site The present invention can be applied to any case of a general bioremediation technique including an on-site / off-site bioremediation method and a slurry reactor method in which a remedial treatment is performed at a soil treatment plant in the world. As an input form of the aromatic ring dioxygenase of the present invention, for example, when purifying by adopting the above-mentioned in-situ bioremediation method, for example, two or more wells are excavated in a saturated layer in the vicinity of an underground contamination site, A method in which the aromatic ring dioxygenase of the present invention is injected into at least a part of groundwater pumped from a pumping well drilled downstream of the flow, and this is injected into an injection well drilled upstream and circulated. When adopting the site / off-site bioremediation method, for example, a method of spraying the aromatic ring dioxygenase of the present invention directly on soil, a method of charging through a pipe embedded in soil, etc. Either can be used suitably.

また、汚染水中の芳香族化合物の分解処理の場合には、例えば、通水可能なリアクターを構築して、該リアクター内で汚染水と本発明の芳香環ジオキシゲナーゼを接触させる。また、リアクターの形態に関しても特に制限はなく、バッチ方式、連続方式、いずれをも採用することが可能である。   In the case of the decomposition treatment of the aromatic compound in the contaminated water, for example, a reactor capable of passing water is constructed, and the contaminated water and the aromatic ring dioxygenase of the present invention are brought into contact in the reactor. There is no particular limitation on the form of the reactor, and either a batch system or a continuous system can be adopted.

酵素投入量は汚染土壌及び汚染水の汚染度合い、汚染媒体の種類等によって適宜設定されるものであるが、汚染土壌又は汚染水当たり0.01〜10%程度の本発明の酵素を投与することが好ましく、任意の汚染レベルに低減するまで処理を継続することが好ましい。     The amount of enzyme input is appropriately set according to the degree of contamination of contaminated soil and contaminated water, the type of contaminated medium, etc., and about 0.01 to 10% of the enzyme of the present invention is administered per contaminated soil or contaminated water. It is preferred to continue the process until it is reduced to any contamination level.

また、処理温度は、本発明の酵素の生物活性を保持できる限り、特に制限はないが、好ましくは、20〜37℃である。   Further, the treatment temperature is not particularly limited as long as the biological activity of the enzyme of the present invention can be maintained, but is preferably 20 to 37 ° C.

〔10〕本発明の芳香族化合物分解細菌の検出方法
本発明の芳香族化合物分解細菌の検出方法は、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼを指標として、芳香族化合物分解能を有する細菌を検出するものである。
[10] Method for detecting aromatic compound-degrading bacterium according to the present invention The method for detecting an aromatic compound-degrading bacterium according to the present invention uses the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention as indicators. , To detect bacteria having aromatic compound resolution.

ここで、検出の対象となる芳香族化合物分解能を有する細菌は、好ましくはPCB分解能を有するPaenibacillus属に属する細菌であり、特に好ましくは上記したKBC101株を特異的に検出するものである。即ち、本発明の酵素は、上記したKBC101株から単離された新規な酵素であることから、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼを指標としてKBC101株を特異的に検出することができる。 Here, the bacterium having an aromatic compound resolution to be detected is preferably a bacterium belonging to the genus Paenibacillus having PCB resolution, and particularly preferably the above-mentioned KBC101 strain is specifically detected. That is, since the enzyme of the present invention is a novel enzyme isolated from the above-mentioned KBC101 strain, the KBC101 strain using the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase, and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention as indicators. Can be specifically detected.

また、KBC101株に限らず、本発明の酵素と相同性の高い酵素を発現する細菌の検出に利用することができる。このような芳香環ジオキシゲナーゼを発現する細菌は、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼと類似の活性を有する酵素を保有していることが理解される。したがって、このような細菌は、KBC101株と同様、高塩素置換体PCBをも含むPCB及びPAH等、広範な芳香族化合物を分解可能であることが理解される。   Moreover, it can utilize for the detection of the bacterium which expresses not only KBC101 stock | strain but the enzyme of high homology with the enzyme of this invention. It is understood that a bacterium expressing such an aromatic ring dioxygenase possesses an enzyme having an activity similar to that of the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase, or aromatic ring cleavage dioxygenase of the present invention. . Therefore, it is understood that such bacteria can degrade a wide variety of aromatic compounds such as PCB and PAH including the high chlorine substitution PCB as well as the KBC101 strain.

本発明の芳香族化合物分解細菌の検出方法は、好ましくは、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ遺伝子、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ遺伝子、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ遺伝子の発現を指標として、芳香族化合物分解能を有する細菌を検出するものである。具体的には、本発明の遺伝子の一部又は全部の塩基配列を有するオリゴヌクレオチド、又は該オリゴヌクレオチドに相補的なオリゴヌクレオチドを利用することにより、本発明の遺伝子を検出するものである。そして、本発明の検出方法は、被検試料と当該オリゴヌクレオチドを接触させることにより、試料中に含まれるKBC101株に由来する本発明の遺伝子を検出することにより行なわれる。例えば、前記オリゴヌクレオチドをプローブとして用いてハイブリダイゼーション法により行なうことができる。また、前記オリゴヌクレオチドをプライマーとして使用してPCR法により行なうことができる。   The method for detecting an aromatic compound-degrading bacterium according to the present invention preferably uses the expression of the aromatic ring dioxygenase gene, aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase gene, aromatic ring cleaved dioxygenase gene of the present invention as an index to determine the resolution of aromatic compounds. It is to detect bacteria having. Specifically, the gene of the present invention is detected by utilizing an oligonucleotide having a part or all of the base sequence of the gene of the present invention or an oligonucleotide complementary to the oligonucleotide. The detection method of the present invention is performed by detecting the gene of the present invention derived from the KBC101 strain contained in the sample by contacting the test sample with the oligonucleotide. For example, it can be performed by a hybridization method using the oligonucleotide as a probe. Moreover, it can carry out by PCR method using the said oligonucleotide as a primer.

本発明の検出方法の被検試料としては、例えば、水、土壌等の環境試料、当該環境試料から分離された菌体、又は当該環境試料又は菌体から調製された核酸が挙げられる。環境試料から調製される核酸としては、例えば、ゲノムDNA、全RNA、mRNA及びcDNAが挙げられる。環境試料からの核酸の調製は、公知の方法に基づいて行うことができる。   Examples of the test sample of the detection method of the present invention include environmental samples such as water and soil, bacterial cells separated from the environmental samples, or nucleic acids prepared from the environmental samples or bacterial cells. Examples of nucleic acids prepared from environmental samples include genomic DNA, total RNA, mRNA, and cDNA. Nucleic acid preparation from an environmental sample can be performed based on a known method.

本発明の検出方法の使用のために好適なオリゴヌクレオチドは、配列認識番号1、特には配列認識番号2、4、8又は10に示す塩基配列中の一部又は全部の塩基配列を有するオリゴヌクレオチド、又は該オリゴヌクレオチドに相補的なオリゴヌクレオチドを好適に利用することができる。   Oligonucleotides suitable for use in the detection method of the present invention are those having a part or all of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1, particularly SEQ ID NO: 2, 4, 8 or 10. Alternatively, an oligonucleotide complementary to the oligonucleotide can be preferably used.

ここで、相補的とは、検出対象となる本発明の遺伝子と当該オリゴヌクレオチドとが、塩基対合則に従って特異的に結合し安定な二重鎖構造を形成できることを意味する。ここで、完全な相補性のみならず、検出対象となる本発明の遺伝子と当該オリゴヌクレオチドとが互いに安定な二重鎖構造を形成し得るのに十分である限り、いくつかの核酸塩基のみが塩基対合則に沿って適合する部分的な相補性であっても許容される。したがって、塩基配列間で、70%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上の塩基が塩基対合則に沿って適合することをいう。   Here, the term “complementary” means that the gene of the present invention to be detected and the oligonucleotide can specifically bind according to the base pairing rule to form a stable double-stranded structure. Here, not only perfect complementarity, but only a few nucleobases are sufficient as long as it is sufficient for the gene of the present invention to be detected and the oligonucleotide to form a stable duplex structure with each other. Even partial complementarity that conforms to the rules of base pairing is acceptable. Therefore, it means that 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more of the base sequences are matched according to the base pairing rule between the base sequences.

前記オリゴヌクレオチドは、DNA、RNA、PNAの制限はないが、好ましくはDNAである。また、前記オリゴヌクレオチドは、一本鎖、二本鎖の制限はないが、好ましくは一本鎖である。   The oligonucleotide is not limited to DNA, RNA, or PNA, but is preferably DNA. In addition, the oligonucleotide is not limited to a single strand or a double strand, but is preferably a single strand.

更に、前記オリゴヌクレオチドは、天然に存在するものであっても、化学合成されたものの別を問わない。したがって、自然界より公知のクローニング方法により単離した本発明の遺伝子断片、若しくは検出の対象となる本発明の遺伝子が既に自然界より取得されている場合には、物理的手段若しくは制限酵素消化により切断された断片であっても良い。また、化学合成する場合には、ホスホアミダイト法等を利用することができ、市販の自動合成装置を利用することが可能である。化学合成する場合には、配列情報に基づいて予め設計されるが、当業者であれば容易に行うことができる。必要があれば、プライマー設計支援ソフトウェアを利用することも可能である。   Further, the oligonucleotide may be a naturally occurring one or a chemically synthesized one. Therefore, when the gene fragment of the present invention isolated by a known cloning method from nature or the gene of the present invention to be detected has already been obtained from nature, it is cleaved by physical means or restriction enzyme digestion. It may be a fragment. In the case of chemical synthesis, a phosphoramidite method or the like can be used, and a commercially available automatic synthesizer can be used. The chemical synthesis is preliminarily designed based on sequence information, but can be easily performed by those skilled in the art. If necessary, it is possible to use primer design support software.

また、当該オリゴヌクレオチドの大きさは、検出方法に応じて適宜選択される。当該オリゴヌクレオチドをハイブリダイゼーション反応に用いるプローブとして用いる場合には、特に限定するものではないが、非特異的なハイブリダイゼーションを避けるべく一定の塩基長を有することが必要である。好ましくは10〜100bp、より好ましくは20〜50bpである。また、当該オリゴヌクレオチドを核酸増幅反応に用いるプライマーとして用いる場合には、本発明の遺伝子の特徴的な配列を増幅可能であれば特に限定するものではないが、好ましくは10〜50bp、より好ましくは15〜30bpである。   Further, the size of the oligonucleotide is appropriately selected according to the detection method. When the oligonucleotide is used as a probe used in a hybridization reaction, it is not particularly limited, but it is necessary to have a certain base length to avoid non-specific hybridization. Preferably it is 10-100 bp, More preferably, it is 20-50 bp. In addition, when the oligonucleotide is used as a primer used in a nucleic acid amplification reaction, it is not particularly limited as long as the characteristic sequence of the gene of the present invention can be amplified, but preferably 10 to 50 bp, more preferably 15-30 bp.

当該オリゴヌクレオチドは、検出感度を高めるべく、好ましくは標識される。
標識の種類は特に限定するものではないが、例えば、FITC、ローダミン、及びテキサスレッド等の蛍光標識、32P、及びH等の放射線同位体元素標識、ビオチン、及びジゴギシゲニン等のハプテン標識、アルカリフォスファターゼ、及びペルオキシダーゼ等の酵素標識等が挙げられる。
The oligonucleotide is preferably labeled to increase detection sensitivity.
The type of label is not particularly limited. For example, fluorescent labels such as FITC, rhodamine, and Texas Red, radioisotope labels such as 32 P and 3 H, hapten labels such as biotin and digigosigenin, alkali Examples of the enzyme label include phosphatase and peroxidase.

ハイブリダイゼーションによって検出する場合、例えば、試料と当該オリゴヌクレオチドプローブとをストリンジェントな条件下でハイブリダイズさせ、当該ハイブリダイゼーションの有無、及び強度により、対象試料中の芳香族化合物分解細菌、特にはKBC101株の存在の有無を検出し、或いは存在量を定量的に検出する。ハイブリダイゼーションそれ自体は公知の方法により行うことができる。例えば、サザン、ノーザンブロットハイブリダイゼーション、コロニーハイブリダイゼーション、及びプラークハイブリダイゼーション等が挙げられる。ここで、ストリンジェントな条件としては、上記したような条件が例示される。   When detecting by hybridization, for example, the sample and the oligonucleotide probe are hybridized under stringent conditions, and the aromatic compound-degrading bacteria in the target sample, particularly KBC101, depending on the presence / absence and intensity of the hybridization. The presence or absence of the strain is detected, or the abundance is quantitatively detected. Hybridization itself can be performed by a known method. Examples include Southern, Northern blot hybridization, colony hybridization, and plaque hybridization. Here, examples of the stringent conditions include the conditions as described above.

核酸増幅法によって検出する場合、例えば、対象試料とオリゴヌクレオチドプライマーを接触させ、核酸増幅反応を行い、特異的な増幅産物の有無、及び強度により、対象試料中の芳香族化合物分解細菌、特にはKBC101株の存在の有無を検出し、或いは存在量を定量的に検出する。核酸増幅法は、それ自体は公知の方法により行うことができる。例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)、リガーゼ連鎖反応(LCR)等が挙げられる。PCR法によって増幅反応を行なう場合、その温度設定、時間、サイクル数は、対象となる鋳型DNAの量、プライマー対によって適宜選択される。また、PCR反応におけるアニーリング温度は、上記ストリンジェントな条件に適合されることが好ましい。   When detecting by a nucleic acid amplification method, for example, a target sample and an oligonucleotide primer are contacted, a nucleic acid amplification reaction is performed, the presence or absence of a specific amplification product, and the strength, aromatic compound-degrading bacteria in the target sample, especially The presence or absence of the KBC101 strain is detected, or the abundance is quantitatively detected. The nucleic acid amplification method can be performed by a method known per se. For example, polymerase chain reaction (PCR), ligase chain reaction (LCR), etc. are mentioned. When an amplification reaction is performed by the PCR method, the temperature setting, time, and cycle number are appropriately selected depending on the amount of template DNA to be used and the primer pair. Further, the annealing temperature in the PCR reaction is preferably adapted to the above stringent conditions.

プライマーセットは、増幅すべき標的配列のその両端に相補的な塩基配列を有するものであることが好ましい。また、プライマーとして、本発明の遺伝子の異なる領域を増幅できる複数種類のプライマーを用いて複数回の増幅反応に供することにより、検出精度をより高めることができる。   The primer set preferably has a complementary base sequence at both ends of the target sequence to be amplified. In addition, detection accuracy can be further improved by using a plurality of types of primers capable of amplifying different regions of the gene of the present invention as a primer and performing a plurality of amplification reactions.

また、本発明の検出方法につき、定量的に検出する場合には、コントロールとして、例えば、検出対象となる芳香族化合物分解細菌、特にはKBC101株のゲノムDNA標準試料を同時に用いることができる。コントロールのDNA試料を用いて得られたハイブリダイゼーション強度又は特異的核酸増幅産物の量等と検出対象試料を用いて得られたハイブリダイゼーション強度又は特異的核酸増幅産物の量等とを比較して、対象中の分解細菌の菌体量を算出することができる。   When quantitatively detecting the detection method of the present invention, for example, an aromatic compound degrading bacterium to be detected, particularly a genomic DNA standard sample of KBC101 strain, can be used simultaneously as a control. Compare the hybridization intensity or specific nucleic acid amplification product amount obtained using the control DNA sample with the hybridization intensity or specific nucleic acid amplification product amount obtained using the detection target sample, It is possible to calculate the amount of decomposing bacteria in the subject.

上記の本発明の芳香族化合物分解細菌の検出方法をバイオレメディエーションによる汚染浄化系に応用することができる。つまり、上記の検出方法によりPCB及びPAH分解能を有する芳香族化合物分解細菌、特にはKBC101株の検出を行なうことにより、PCB及びPAHの浄化に適したバイオレメディエーション条件を設定することができる。   The above-described method for detecting an aromatic compound-degrading bacterium of the present invention can be applied to a contamination purification system by bioremediation. That is, bioremediation conditions suitable for the purification of PCB and PAH can be set by detecting an aromatic compound-degrading bacterium having PCB and PAH resolution, particularly the KBC101 strain, by the above detection method.

例えば、PCB及びPAHに汚染された汚染現場において、本発明の芳香族化合物分解細菌の検出方法を利用して、PCB及びPAH分解能を有する芳香族化合物分解細菌、特にはKBC101株の検出を行なう。かかる検出結果により、PCB及びPAH分解能を有する芳香族化合物分解細菌の生息が確認された場合には、バイオスティムレーションを適用し、PCB及びPAH分解能を有する芳香族化合物分解細菌の至適生育条件を構築する。したがって、本発明の芳香族化合物分解細菌の検出方法は、バイオスティムレーションの可否の判断に有効に利用することができる。一方、検出結果により、PCB及びPAH分解能を有する芳香族化合物分解細菌、特にはKBC101株を検出できない、又は、生息量が少ない場合には、バイオオーグメンテーションを適用し、PCB及びPAH分解能を有する芳香族化合物分解細菌、特にはKBC101株を添加する。   For example, in a contaminated site contaminated with PCB and PAH, the method for detecting an aromatic compound-decomposing bacterium of the present invention is used to detect an aromatic compound-degrading bacterium having PCB and PAH resolution, particularly the KBC101 strain. If the detection results confirm the presence of aromatic compound-degrading bacteria having PCB and PAH resolution, biostimulation is applied to determine the optimal growth conditions for aromatic compound-degrading bacteria having PCB and PAH resolution. To construct. Therefore, the method for detecting an aromatic compound-degrading bacterium of the present invention can be effectively used to determine whether biostimulation is possible. On the other hand, if the detection result does not detect an aromatic compound-degrading bacterium having PCB and PAH resolution, particularly KBC101 strain, or if the amount of living is small, bioaugmentation is applied and PCB and PAH resolution is provided. Add aromatic compound-degrading bacteria, especially KBC101 strain.

更に、バイオスティムレーション及びバイオオーグメンテーションいずれの適用場面においても、分解細菌の挙動並びに消長等を把握するのに本発明の検出方法が有用である。また、細菌が十分な浄化活性、即ち、十分な芳香環ジオキシゲナーゼ活性、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ活性、芳香環開裂ジオキシゲナーゼ活性を発現しているか否かの把握を行うためにも本発明の検出方法が有用である。そして、検出結果に基づいて、分解細菌が最大の浄化能力を発揮できるよう、浄化現場の環境の調整をすることができる。例えば、浄化過程における分解細菌の動態をモニタリングし、かかるモニタリング結果に基づいて栄養源投与量、細菌投与量、温度、pH等の制御に例示される汚染浄化系の制御を行なうことが可能となる。つまり、高効率的な環境汚染浄化系を構築することができ、浄化処理時間の短縮化を図ることが可能となる。   Furthermore, the detection method of the present invention is useful for grasping the behavior and fate of degrading bacteria in both biostimulation and bioaugmentation applications. In addition, in order to ascertain whether or not the bacterium is expressing sufficient purification activity, that is, sufficient aromatic ring dioxygenase activity, aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase activity, and aromatic ring cleavage dioxygenase activity, Detection methods are useful. And based on a detection result, the environment of a purification | cleaning field can be adjusted so that a decomposing bacteria can demonstrate the maximum purification | cleaning capability. For example, it becomes possible to monitor the dynamics of degrading bacteria in the purification process and control the pollution purification system exemplified by the control of nutrient source dosage, bacterial dosage, temperature, pH, etc. based on the monitoring result. . That is, a highly efficient environmental pollution purification system can be constructed, and the purification processing time can be shortened.

また、上記方法を用いて得られる情報を含めた汚染浄化に関する様々な情報をデータベース化し、かかるデータベースを用いることにより汚染現場の状況に適した浄化系を構築することができる。例えば、汚染現場における汚染物質の種類、及び汚染物質量を含めた汚染状況、及び汚染現場の物理学的性質などの情報に基づき、分解細菌の最適投入量を設定し、設定された投入量を汚染現場に適用する。これにより、高効率的な環境汚染浄化系を構築することができ、浄化処理時間の短縮化を図ることが可能となる。   In addition, various types of information related to pollution purification including information obtained by using the above method can be stored in a database, and a purification system suitable for the situation of the pollution site can be constructed by using such a database. For example, based on information such as the type of contaminant at the contaminated site, the contamination status including the amount of contaminated material, and the physical properties of the contaminated site, the optimal input amount of degrading bacteria is set, and the set input amount Applies to contaminated sites. Thereby, a highly efficient environmental pollution purification system can be constructed, and the purification processing time can be shortened.

また、本発明の芳香族化合物分解細菌の検出方法は、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼに特異的に反応する抗体を用いることによっても行なうことができる。例えば、本発明の酵素に特異的な抗体を常法に基づいて作製し、試料に対して蛍光抗体法などに基づいて検出することができる。ここで、用いられる抗体は、前記本発明の酵素に特異的に結合する能力を有するものであれば、特に限定はなく、ポリクローナル抗体又はモノクローナル抗体のいずれであってもよい。また、公知技術により修飾された抗体や抗体の誘導体、例えばFabフラグメント、単鎖抗体等をも使用することができる。   The method for detecting an aromatic compound degrading bacterium of the present invention uses an antibody that specifically reacts with the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol / dehydrogenase, or aromatic ring cleavage dioxygenase of the present invention. Can also be done. For example, an antibody specific for the enzyme of the present invention can be prepared based on a conventional method, and the sample can be detected based on a fluorescent antibody method or the like. Here, the antibody used is not particularly limited as long as it has an ability to specifically bind to the enzyme of the present invention, and may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody. In addition, antibodies modified by known techniques and antibody derivatives such as Fab fragments, single chain antibodies and the like can also be used.

〔11〕本発明の芳香族化合物分解細菌検出用バイオセンサー
上記本発明の芳香族化合物分解細菌の検出方法は、バイオセンサーを利用することにより行なうことができる。本発明のバイオセンサーとしては、支持体に上記した本発明のハイブリダイゼーションプローブを固定化したセンサーを用いることができる。そして、本発明のバイオセンサーは、DNAマイクロアレイとして構成することができる。
[11] Biosensor for detecting aromatic compound-decomposing bacteria of the present invention The method for detecting aromatic compound-degrading bacteria of the present invention can be carried out by using a biosensor. As the biosensor of the present invention, a sensor having the above-described hybridization probe of the present invention immobilized on a support can be used. The biosensor of the present invention can be configured as a DNA microarray.

本発明の芳香族化合物分解細菌の検出は、例えば、被検試料由来の標識された核酸を、本発明の芳香族化合物分解細菌検出用バイオセンサーに接触させてハイブリダイゼーションを行なって得られたハイブリダイゼーションパターンを解析することにより、PCB及びPAH分解能を有する芳香族化合物分解細菌、特にはKBC101株の存在量を算出する。   The detection of the aromatic compound-degrading bacterium of the present invention is carried out, for example, by a hybridization obtained by contacting a labeled nucleic acid derived from a test sample with the biosensor for detecting an aromatic compound-degrading bacterium of the present invention. By analyzing the hybridization pattern, the abundance of aromatic compound-degrading bacteria having PCB and PAH resolution, particularly KBC101 strain, is calculated.

ハイブリダイゼーション条件等は、上記のものを用いることができる。また、コントロールとして、例えば、KBC101株のゲノムDNA標準試料を同時に支持体に固定することより定量的な検出が可能となる。   The above-mentioned hybridization conditions can be used. As a control, for example, quantitative detection is possible by simultaneously fixing a genomic DNA standard sample of the KBC101 strain to a support.

前記支持体としては、例えば、ガラス板、石英板、シリコンウェハ等が利用できる。支持体への核酸分子の固定化方法は、固定化される核酸分子の種類及び担体の種類に応じて適当な方法が選択される。例えば、核酸分子がDNAである場合には、DNAの荷電を利用して、ポリリジン、ポリエチレンイミン等のポリ陽イオンで表面処理した固相担体に静電結合させる方法、アミノ基、アルデヒド基等を導入した支持体表面に、アミン基、アルデヒド基、SH基等の修飾基を導入した核酸分子を共有結合させる方法等が利用できる。   As said support body, a glass plate, a quartz plate, a silicon wafer etc. can be utilized, for example. As a method for immobilizing a nucleic acid molecule on a support, an appropriate method is selected depending on the type of nucleic acid molecule to be immobilized and the type of carrier. For example, when the nucleic acid molecule is DNA, a method of electrostatically binding to a solid support surface-treated with a polycation such as polylysine or polyethyleneimine using the charge of DNA, an amino group, an aldehyde group, etc. For example, a method of covalently bonding a nucleic acid molecule into which a modifying group such as an amine group, an aldehyde group, or an SH group is introduced can be used on the introduced support surface.

〔12〕本発明の芳香族化合物の検出方法
本発明の芳香族化合物の検出方法は、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼの基質変換反応を指標として芳香族化合物の存在を検出するものである。
[12] Method for detecting aromatic compound of the present invention The method for detecting the aromatic compound of the present invention is a substrate for the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase, or aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention. The presence of an aromatic compound is detected using the conversion reaction as an index.

本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、及び芳香環開裂ジオキシゲナーゼは、下記で説明する実施例9、10において実証された通り、ビフェニルが特に例示される芳香族化合物の存在下で1つのオペロンとして発現する誘導性の酵素である。したがって、検出の対象としては、芳香族化合物、特にはPCB及びPAHが例示される。   The aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase, and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention are aromatics specifically exemplified by biphenyl as demonstrated in Examples 9 and 10 described below. It is an inducible enzyme expressed as an operon in the presence of a family compound. Therefore, examples of detection targets include aromatic compounds, particularly PCB and PAH.

芳香族化合物に対する基質変換能は、例えば、上記した芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、及び芳香環開裂ジオキシゲナーゼの少なくともいずれか1つと、試料とを接触させ、その基質変換反応により生成される物質を検出することにより行なうことができる。例えば、ビフェニルの分解に起因する黄色のHOPDAの生成を検出することにより行なうことができる。これにより、被検試料中におけるビフェニル並びにPCBの存在を検出することができる。また、例えば本発明の芳香環ジオキシゲナーゼの初発酸化に伴う消費酸素を検出することによって行なうことができる。しかし、これらに限定されるものでない。   Substrate conversion ability for an aromatic compound is generated, for example, by contacting a sample with at least one of the above-mentioned aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase, and aromatic ring-cleaving dioxygenase and converting the substrate. This can be done by detecting the substance to be treated. For example, it can be carried out by detecting the formation of yellow HOPDA due to the decomposition of biphenyl. Thereby, the presence of biphenyl and PCB in the test sample can be detected. For example, it can be carried out by detecting oxygen consumption accompanying the initial oxidation of the aromatic ring dioxygenase of the present invention. However, it is not limited to these.

ここで、被検試料としては、芳香族化合物の混入が疑われる試料であれば、特に制限なく適用することができる。例えば、水、土壌等の環境試料が挙げられる。したがって、本発明の芳香族化合物の検出方法は、環境汚染分野における汚染物質のセンシングに利用することができ、検出結果を、当業者は汚染処理方法の選択材料として利用することが可能となる。また、芳香族化合物の汚染浄化処理過程における浄化状況のモニタリングに利用することができる。これにより、高効率な汚染浄化系を構築することが可能となる。   Here, the test sample can be applied without particular limitation as long as it is a sample suspected of being mixed with an aromatic compound. Examples include environmental samples such as water and soil. Therefore, the method for detecting an aromatic compound of the present invention can be used for sensing pollutants in the field of environmental pollution, and those skilled in the art can use the detection results as a selection material for a pollution treatment method. Moreover, it can utilize for the monitoring of the purification | cleaning condition in the contamination purification process of an aromatic compound. This makes it possible to construct a highly efficient pollution purification system.

〔13〕本発明の芳香族化合物検出用バイオセンサー
上記本発明の芳香族化合物の検出方法は、バイオセンサーを利用することにより行なうことができる。例えば、本発明の芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジオキシゲナーゼ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、及び芳香環開裂ジオキシゲナーゼを適当な支持体に固定化したものを利用することができる。
[13] A biosensor for detecting an aromatic compound of the present invention The method for detecting an aromatic compound of the present invention can be performed by using a biosensor. For example, the aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dioxygenase, aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase, and aromatic ring-cleaving dioxygenase of the present invention immobilized on an appropriate support can be used.

ここで、支持体としては特に制限はなく、また固定化方法についても特に制限はなく、上記したものの他、公知のものをいずれをも利用することができる。また、固定化酵素をカラムに充填した酵素カラムとして利用することもできる。検出に際しては、酸素電極、または光ファイバーやフォトダイオード等を利用することができる。   Here, there is no restriction | limiting in particular as a support body, and there is no restriction | limiting in particular also about the fixing method, In addition to what was mentioned above, any well-known thing can be utilized. It can also be used as an enzyme column packed with an immobilized enzyme. For detection, an oxygen electrode, an optical fiber, a photodiode, or the like can be used.

以下に本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により限定的に解釈されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the scope of the present invention is not construed as being limited by these Examples.

(実施例1)
Paenibacillus属KBC101株のゲノムライブラリーの作製
Paenibacillus属KBC101株(受託番号:FERM BP-08636)を、5mlのLB液体培地に接種し、30℃で2日間培養した。培養後、菌体を集菌し、KBC101株のゲノムDNAを調製した。調製したKBC101株のゲノムDNA 50mgに、250ユニットの制限酵素Sau3AIを添加して37℃で30分間反応させて部分消化を行い、アガロースゲル電気泳動により切断状態を確認した。次いで、得られたSau3AI部分切断断片を、制限酵素BamHIで切断したCharomid9-36(ニッポンジーン社製)に連結した。連結に際しては、TaKaRa ligation kit Ver.2(タカラバイオ社製)を用いた。連結後、in vitro packaging kit LAMBDA INN (ニッポンジーン社製)を用いてパッケージングを行った後、大腸菌DH5株に感染させて得られた形質転換体をKBC101株のゲノムライブラリーとした。
(Example 1)
Construction of genome library of Paenibacillus genus KBC101 strain
Paenibacillus genus KBC101 strain (Accession number: FERM BP-08636) was inoculated into 5 ml of LB liquid medium and cultured at 30 ° C. for 2 days. After culturing, the cells were collected and the genomic DNA of KBC101 strain was prepared. To 50 mg of the prepared genomic DNA of KBC101 strain, 250 units of restriction enzyme Sau3AI was added and reacted at 37 ° C. for 30 minutes to perform partial digestion, and the cleavage state was confirmed by agarose gel electrophoresis. Next, the obtained Sau3AI partial cleavage fragment was ligated to Charomid9-36 (manufactured by Nippon Gene) cleaved with the restriction enzyme BamHI . For the connection, TaKaRaligation kit Ver.2 (manufactured by Takara Bio Inc.) was used. After ligation, packaging was performed using in vitro packaging kit LAMBDA INN (manufactured by Nippon Gene Co., Ltd.), and the transformant obtained by infecting E. coli DH5 strain was used as the genomic library of KBC101 strain.

(実施例2)
芳香族化合物の初発酸化酵素のαサブユニット遺伝子断片のクローニング
既知の芳香族化合物分解細菌の初発酸化酵素のαサブユニットのアミノ酸配列のアライメントから、このグループのタンパク質間で高度に保存された領域を特定し、その領域のアミノ酸配列を基に、以下の縮重プライマーを設計し、合成した。
(Example 2)
Cloning of the α-subunit gene fragment of the aromatic oxidase first oxidase From the alignment of the amino acid sequence of the α-subunit of the first oxidase of a known aromatic compound-degrading bacterium, a highly conserved region between the proteins of this group Based on the amino acid sequence in the region, the following degenerate primers were designed and synthesized.

プライマーDO−1a:
5’-TG(TC)AG(TC)T(AT)(TC)CA(TC)GG(GATC)TGG-3’ (配列認識番号12)
プライマーDO−1s:
5’-TC(GATC)(GA)C(GATC)GC(AG)AA(TC)TTCCA(AG)TT-3’ (配列認識番号13)
Primer DO-1a:
5'-TG (TC) AG (TC) T (AT) (TC) CA (TC) GG (GATC) TGG-3 '(sequence recognition number 12)
Primer DO-1s:
5'-TC (GATC) (GA) C (GATC) GC (AG) AA (TC) TTCCA (AG) TT-3 '(SEQ ID NO: 13)

プライマーDO−1aは、αサブユニットのN末端近傍の鉄−硫黄クラスター形成に関与すると考えられるシステイン残基とヒスチジン残基を含む領域のアミノ酸配列を基に設計された18merのプライマーである。プライマーDO−1sはαサブユニットの中央部の相同領域のアミノ酸配列を基に設計された20merのプライマーである。   Primer DO-1a is an 18-mer primer designed on the basis of the amino acid sequence of a region containing a cysteine residue and a histidine residue that is considered to be involved in iron-sulfur cluster formation near the N-terminus of the α subunit. Primer DO-1s is a 20-mer primer designed based on the amino acid sequence of the homologous region at the center of the α subunit.

上記実施例1で調製したゲノムDNAを鋳型とし、Ex Taq Premix (タカラバイオ社製)を用いて製造業者の指示に従ってPCR反応を行なった。PCR反応の結果、予想された約300bpに相当するDNA断片が増幅された。増幅されたDNA断片をpGEM-T Easy vector system I(プロメガ社製)を用いてpGEM-T Easy vectorに製造業者の指示に従ってクローニングした。   Using the genomic DNA prepared in Example 1 above as a template, PCR reaction was performed using Ex Taq Premix (Takara Bio) according to the manufacturer's instructions. As a result of the PCR reaction, a DNA fragment corresponding to the expected about 300 bp was amplified. The amplified DNA fragment was cloned into pGEM-T Easy vector using pGEM-T Easy vector system I (Promega) according to the manufacturer's instructions.

クローニングされた増幅断片の塩基配列を決定するため、ベクター中のインサートDNAの外側の塩基配列を基に、以下のプライマーを設計し、合成した。   In order to determine the base sequence of the cloned amplified fragment, the following primers were designed and synthesized based on the base sequence outside the insert DNA in the vector.

プライマーUP−1s:
5’-GAAGTCATCATGACCGTTCTGCA-3’ (配列認識番号14)
プライマーUP−2sr:
5’-AGCAGGGTACGGATGTGCGAGCC-3’ (配列認識番号15)
Primer UP-1s:
5'-GAAGTCATCATGACCGTTCTGCA-3 '(SEQ ID NO: 14)
Primer UP-2sr:
5'-AGCAGGGTACGGATGTGCGAGCC-3 '(SEQ ID NO: 15)

上記プライマーを用いてインサートDNAの塩基配列を決定した。塩基配列の決定は、ダイターミネーター法に基づきPRISM-3100, 3700(Applied Biosystems社製)を用いて行った。決定された塩基配列を基にアミノ酸配列を推定し、推定アミノ酸配列の相同性検索を行なった。相同性検索の結果、芳香族化合物分解細菌に由来する初発酸化酵素のαサブユニットのアミノ酸配列の一部に有意な相同性を示した。したがって、上記で得られた増幅DNA断片は、芳香族初発酸化酵素αサブユニット遺伝子の部分断片であると示唆された。   The base sequence of the insert DNA was determined using the above primers. The base sequence was determined using PRISM-3100, 3700 (Applied Biosystems) based on the dye terminator method. The amino acid sequence was estimated based on the determined base sequence, and homology search of the deduced amino acid sequence was performed. As a result of the homology search, it showed significant homology to a part of the amino acid sequence of the α subunit of the first oxidase derived from aromatic compound-degrading bacteria. Therefore, it was suggested that the amplified DNA fragment obtained above was a partial fragment of the aromatic primary oxidase α subunit gene.

(実施例3)
芳香族化合物の初発酸化酵素αサブユニットのコード配列を含むクローンの同定
上記実施例1で得られたKBC101株のゲノムライブラリーのコロニーに、上記実施例2で得られたαサブユニット遺伝子の一部と考えられる増幅断片をプローブとしてハイブリダイゼーションを行った。その結果、1つの陽性クローンを得た。なお、プローブの標識、ハイブリダイゼーション、及び標識からのシグナルの検出には、DIG DNA labeling and detection kit(ロシュ社製)を用いた。
(Example 3)
Identification of clone containing coding sequence of primary oxidase α subunit of aromatic compound One of the α subunit genes obtained in Example 2 was added to the colony of the genomic library of KBC101 strain obtained in Example 1 above. Hybridization was performed using the amplified fragment considered to be a part as a probe. As a result, one positive clone was obtained. A DIG DNA labeling and detection kit (Roche) was used for probe labeling, hybridization, and signal detection from the label.

(実施例4)
芳香環初発酸化酵素をコードする遺伝子群の塩基配列の決定
上記結果から、クローニングされたDNA断片の塩基配列を決定するため、ベクター中のインサートDNAの外側のマルチクローニングサイトの配列を基に、以下のプライマーを設計、合成した。
Example 4
Determination of the base sequence of the gene group encoding the aromatic ring primary oxidase From the above results, in order to determine the base sequence of the cloned DNA fragment, based on the sequence of the multicloning site outside the insert DNA in the vector, The primers were designed and synthesized.

プライマーEcoRI−R:
5’-AAAATAGGCGTATCACGAGG-3’ (配列認識番号16)
プライマーXbaI−F:
5’-TGACAGCTTGTATGTTTCTG-3’ (配列認識番号17)
Primer EcoRI-R:
5'-AAAATAGGCGTATCACGAGG-3 '(SEQ ID NO: 16)
Primer XbaI-F:
5'-TGACAGCTTGTATGTTTCTG-3 '(SEQ ID NO: 17)

上記プライマーを用いてDNAインサートの塩基配列決定を上記実施例2に記載の手順に準じて行なった。塩基配列の解析が進むに従って、順次新たなプライマーを設計、それに続いてプライマーを合成して塩基配列の解析を進め、約4.5kb領域の塩基配列を決定した。配列認識番号1として、その塩基配列を示す。解析の結果、5つのORFが見出された。ORFの塩基配列を基にアミノ酸配列を推定し、推定アミノ酸配列に基づいて相同性検索を行なった。相同性検索の結果、5つのORFは、夫々、芳香族化合物分解細菌由来の初発酸化酵素のαサブユニット、βサブユニット、機能未知なORF、ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、2,3-ジヒドロキシビフェニル 1,2-ジオキシゲナーゼに有意な相同性を示した。そこで、これらのORFをそれぞれbphA1bphA2orf3bphBbphCと命名し、それぞれの塩基配列を配列表の配列認識番号2、4、6、8及び10に示すと共に、これらの遺伝子群をbph遺伝子群と称する。そして、4.5kb領域の情報化部位を図3に図示する。なお、矢印は転写方向を示す。また、上記ORFがコードするタンパク質をそれぞれBphA1、BphA2、ORF3、BphB、BphCと称すると共に、推定アミノ酸配列を配列表の配列認識番号3、5、7、9及び11に示す。 The nucleotide sequence of the DNA insert was determined according to the procedure described in Example 2 using the primer. As the analysis of the base sequence progressed, new primers were sequentially designed, followed by the synthesis of primers and the base sequence analysis, and the base sequence of about 4.5 kb region was determined. The nucleotide sequence is shown as sequence recognition number 1. As a result of the analysis, five ORFs were found. The amino acid sequence was estimated based on the base sequence of ORF, and homology search was performed based on the estimated amino acid sequence. As a result of the homology search, the five ORFs were found to be α-subunit, β-subunit, ORF of unknown function, dihydrodiol dehydrogenase, 2,3-dihydroxybiphenyl 1, It showed significant homology to 2-dioxygenase. Therefore, these ORFs are named bphA1 , bphA2 , orf3 , bphB and bphC , respectively, their respective base sequences are shown in sequence recognition numbers 2, 4, 6, 8 and 10 in the sequence listing, and these gene groups are represented by bphA It is called a gene group. And the information-ized part of a 4.5 kb area | region is illustrated in FIG. The arrow indicates the transcription direction. The proteins encoded by the ORF are referred to as BphA1, BphA2, ORF3, BphB, and BphC, respectively, and the deduced amino acid sequences are shown in SEQ ID NOs: 3, 5, 7, 9, and 11 in the sequence listing.

(実施例5)
相同性検索
上記実施例4にて確認されたORFの推定アミノ酸配列に基づいて、既知のタンパク質と相同性検索を行なった。相同性検索ツールとしては、Blastを使用した。
(Example 5)
Homology search Based on the deduced amino acid sequence of the ORF confirmed in Example 4 above, a homology search with known proteins was performed. Blast was used as a homology search tool.

結果を表1に示す。   The results are shown in Table 1.

相同性検索の結果、BphA1、BphA2、BphB及びBphCは、夫々既知のBphA1、BphA2、BphB及びBphCと、約70〜80%程度のアミノ酸レベルで相同性を示した。このことから、上記実施例で取得された遺伝子群が、芳香族化合物、特にはビフェニルに対する酸化分解に関与する酵素をコードすることが示唆された。また、Paenibacillus属において初めて見出されたPCBをも分解可能な酵素であり、従来公知のPCB分解菌の酸化分解系酵素とは、系統学的に異なる新規の酸化分解系酵素であることも同時に判明した。 As a result of the homology search, BphA1, BphA2, BphB and BphC showed homology with known BphA1, BphA2, BphB and BphC at an amino acid level of about 70 to 80%. From this, it was suggested that the gene group acquired in the said Example codes the enzyme involved in the oxidative degradation with respect to an aromatic compound, especially biphenyl. In addition, it is an enzyme capable of decomposing PCB for the first time in the genus Paenibacillus , and at the same time it is a novel oxidative degradation enzyme that is phylogenetically different from the conventionally known oxidative degradation enzymes of PCB-degrading bacteria. found.

(実施例6)
bphA1A2bphBbphC領域をそれぞれ含む発現プラスミドの構築
上記実施例4で同定された遺伝子領域を含むプラスミドを構築するために、以下のプライマーを設計し、合成した。
(Example 6)
Construction of Expression Plasmids Containing bphA1A2 , bphB and bphC Regions In order to construct a plasmid containing the gene region identified in Example 4 above, the following primers were designed and synthesized.

bphA1A2領域増幅用プライマー
プライマーbphA1F-SalI:
5’-ACGCGTCGACGGTGTACACCATGACTCAGC-3’ (配列認識番号18)
プライマーbphA2R-XbaI:
5’-CTAGTCTAGAAACCATGGCAAACTCGTTG-3’ (配列認識番号19)
bphA1A2 region amplification primer primer bphA1F-SalI:
5'-ACGC GTCGAC GGTGTACACCATGACTCAGC-3 '(SEQ ID NO: 18)
Primer bphA2R-XbaI:
5'-CTAG TCTAGA AACCATGGCAAACTCGTTG-3 '(SEQ ID NO: 19)

bphB領域増幅用プライマー
プライマーbphBF-EcoRI:
5’-GGAATTCCTGGATCAGACTACCTTGG-3’ (配列認識番号20)
プライマーbphBR-BamHI:
5’-CGGGATCCCTCCATGTTAGGCGTGACG-3’ (配列認識番号21)
Primer primer for amplification of bphB region bphBF-EcoRI:
5'-G GAATT CCTGGATCAGACTACCTTGG-3 '(SEQ ID NO: 20)
Primer bphBR-BamHI:
5'-CG GGATCC CTCCATGTTAGGCGTGACG-3 '(SEQ ID NO: 21)

bphC領域増幅用プライマー
プライマーbphCF-EcoRI:
5’-GGAATTCGCCTGGGCTTATGTGTACC-3’ (配列認識番号22)
プライマーbphCR-BamHI:
5’-CGGGATCCATCCTTCAAGCTCTCCAGG-3’ (配列認識番号23)
Primer primer for amplification of bphC region bphCF-EcoRI:
5'-G GAATTC GCCTGGGCTTATGTGTACC-3 '(sequence recognition number 22)
Primer bphCR-BamHI:
5'-CG GGATCC ATCCTTCAAGCTCTCCAGG-3 '(SEQ ID NO: 23)

なお、プライマー配列中にある下線部は制限酵素サイトを示す。   The underlined portion in the primer sequence indicates a restriction enzyme site.

上記実施例1で調製したKBC101株のゲノムDNAを鋳型にして、上記のプライマーを用いてPCR反応を行い、夫々の全領域を含む増幅断片を得た。PCR反応は上記実施例2の手順と同様にして行なった。得られた増幅断片を制限酵素によって切断した。詳細には、bphA領域の増幅断片はSalIXbaIで、bphB、及びbphC領域の増幅断片はEcoRIBamHIで、夫々切断して制限酵素切断断片を得た。得られた切断断片を、対応の各制限酵素で切断されたpHY300PLK(タカラバイオ社製)に連結し、発現プラスミドを構築した。なお、pHY300PLKは、E. coli-Bacillusのシャトルベクターである。ここで、bphA1A2bphBbphC領域を含むプラスミドを、夫々pAA1pAB1、pAC1と称する。 Using the genomic DNA of KBC101 strain prepared in Example 1 above as a template, PCR reaction was performed using the above primers to obtain amplified fragments containing the entire regions. The PCR reaction was carried out in the same manner as in Example 2 above. The obtained amplified fragment was cleaved with a restriction enzyme. Specifically, the amplified fragments of the bphA region were cleaved with SalI and XbaI , and the amplified fragments of the bphB and bphC regions were cleaved with EcoRI and BamHI , respectively, to obtain restriction enzyme cleaved fragments. The obtained cleaved fragment was ligated to pHY300PLK (manufactured by Takara Bio Inc.) cleaved with each corresponding restriction enzyme to construct an expression plasmid. PHY300PLK is an E. coli - Bacillus shuttle vector. Here, bphA1A2, bphB, a plasmid containing the bphC area, referred to as respectively PAA1, pAB1, pAC1.

(実施例7)
発現プラスミドのPaenibacillus validus JCM9077株への導入
上記実施例6で調製したbphA1A2bphBbphC遺伝子を含む発現プラスミドであるpAA1pAB1pAC1を、ビフェニル分解能を持たないPaenibacillus validus JCM9077株にエレクトロポレーションにより導入し、形質転換体を得た。ここで、エレクトロポレーションの条件は、200Ω、25μFで行った。
(Example 7)
Expression was prepared by introducing the above Example 6 to Paenibacillus validus JCM9077 strain plasmid bphA1A2, bphB, the PAA1, pAB1, pAC1 an expression plasmid containing the bphC gene, by electroporation Paenibacillus validus JCM9077 strain having no biphenyl resolution This was introduced to obtain a transformant. Here, electroporation was performed at 200Ω and 25 μF.

(実施例8)
bphA遺伝子産物の酵素活性
bphA遺伝子産物の活性は、bphB、及びbphC遺伝子産物とのカップリングアッセイによりビフェニルから生じる黄色のHOPDAを目視で確認することにより行った。詳細には、上記実施例7で調製した各遺伝子を含む形質転換体を、5mg/Lのテトラサイクリンを含む5mLのLB液体培地に接種し、30℃で一晩培養を行なった。培養後、菌体を集菌し、500μLの50mMリン酸バッファーに懸濁して休止菌体を調製した。調製した休止菌体と適量のビフェニルを混合し、HOPDAの形成を確認した。なお、コントロールとして、bphA遺伝子産物を含まないサンプルについても同様にHOPDAの形成を確認した。
(Example 8)
Enzyme activity of bphA gene product
activity bphA gene product was carried out BphB, and by coupling the assay with bphC gene product by confirming visually HOPDA yellow resulting from biphenyl. Specifically, the transformant containing each gene prepared in Example 7 was inoculated into 5 mL of LB liquid medium containing 5 mg / L tetracycline and cultured at 30 ° C. overnight. After culturing, the cells were collected and suspended in 500 μL of 50 mM phosphate buffer to prepare resting cells. The prepared resting cells and an appropriate amount of biphenyl were mixed to confirm the formation of HOPDA. As a control, formation of HOPDA was also confirmed in the sample not containing the bphA gene product.

結果を表2に示す。
The results are shown in Table 2.

表2の結果より、bphAbphB、及びbphCの各遺伝子産物を含んだ場合のみ、HOPDAに由来する黄色物質の蓄積が確認された。つまり、bphAに由来する酵素活性が確認された。 From the results of Table 2, accumulation of yellow substances derived from HOPDA was confirmed only when each gene product of bphA , bphB and bphC was included. That is, the enzyme activity derived from bphA was confirmed.

以上の結果より、bphAが、ビフェニルに対してジオキシゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子であることが確認された。 From the above results, it was confirmed that bphA is a gene encoding a protein having dioxygenase activity with respect to biphenyl.

(実施例9)
KBC101株のbph遺伝子群のRT−PCR解析
上記実施例にて取得したbph遺伝子群がビフェニル分解に関与しているのか、或いは関与している場合には、これらの遺伝子群が一連のオペロンとして転写されているかを調べるために、RT−PCR解析を行った。
Example 9
Or bph genes obtained by RT-PCR analysis above embodiment of bph genes of KBC101 strain that are involved in biphenyl degradation, or if you are involved, transcription of these genes is as a series of operon RT-PCR analysis was performed to see if it was done.

RT−PCR反応は、TaKaRa RNA PCR kit(AMV)ver3.0(タカラバイオ社製)を用いて、添付のマニュアルに従って行なった。具体的には、2段階で反応を行った。まず、第一段階としてビフェニル添加培地およびLB培地にて培養したKBC101株からtotal RNAを調製し、続いて、調製したRNAを鋳型として逆転写反応によりcDNAを合成した。total RNAの調製はSepasol-RNA I kit(ナカライテスク社製、京都、日本)を用いて、添付のマニュアルに従って行なった。第二段階として、第一段階で合成したcDNAを鋳型としてbphA1からbphA2およびbphA2からbphB(orf3も含む)そしてbphBからbphC領域を増幅するべくPCR反応を行った。増幅反応終了後、PCR産物の一部をアガロースゲル電気泳動に供し、増幅断片を確認した。ここで、PCR反応は、94℃にて30秒の熱変性、55℃にて30秒のアニーリング反応、72℃にて60秒の伸長反応を、1サイクルとした反応を30サイクル繰り返すことで行なった。PCR増幅に用いたプライマーを表3に示す。 The RT-PCR reaction was performed using TaKaRa RNA PCR kit (AMV) ver3.0 (manufactured by Takara Bio Inc.) according to the attached manual. Specifically, the reaction was performed in two stages. First, as the first step, total RNA was prepared from KBC101 strain cultured in biphenyl-added medium and LB medium, and then cDNA was synthesized by reverse transcription reaction using the prepared RNA as a template. Total RNA was prepared using Sepasol-RNA I kit (Nacalai Tesque, Kyoto, Japan) according to the attached manual. As a second step, PCR was carried out to the cDNA synthesized in the first stage (including orf3) bphB from bphA1 from bphA2 and bphA2 as template and amplifying a bphC region from BphB. After completion of the amplification reaction, a part of the PCR product was subjected to agarose gel electrophoresis to confirm the amplified fragment. Here, the PCR reaction was carried out by repeating 30 cycles of a heat denaturation at 94 ° C. for 30 seconds, an annealing reaction at 55 ° C. for 30 seconds, and an extension reaction at 72 ° C. for 60 seconds as one cycle. It was. Table 3 shows the primers used for PCR amplification.

コントロールとして、上記で調製したRNA中にゲノムDNAがコンタミしていないか確認するために、逆転写酵素を除いた系についても同様にRT−PCR反応を行なった。   As a control, in order to confirm whether genomic DNA was contaminated in the RNA prepared as described above, RT-PCR reaction was similarly performed on a system from which reverse transcriptase was excluded.

結果を図3に示す。
レーン1〜3は、bphA1からbphA2領域の増幅結果を示し、レーン1はコントロール、レーン2はLB培地での培養時、レーン3はビフェニル添加培地での培養時、の結果を示す。
レーン4〜6は、bphA2からbphB領域(orf3も含む)の増幅結果を示し、レーン4はコントロール、レーン5はLB培地での培養時、レーン6はビフェニル添加培地での培養時、の結果を示す。
レーン7〜9は、bphBからbphC領域の増幅結果を示し、レーン7はコントロール、レーン8はLB培地での培養時、レーン9はビフェニル添加培地での培養時、の結果を示す。
The results are shown in FIG.
Lanes 1 to 3 show the results of amplification of the bphA1 to bphA2 regions, lane 1 shows the control, lane 2 shows the culture in the LB medium, and lane 3 shows the culture in the biphenyl-added medium.
Lanes 4 to 6 show the results of amplification of the bphA2 to bphB region (including orf3 ), lane 4 is the control, lane 5 is the culture in the LB medium, and lane 6 is the culture in the biphenyl-added medium. Show.
Lanes 7 to 9 show the results of amplification of the bphB to bphC region, lane 7 shows the results of control, lane 8 shows the culture in the LB medium, and lane 9 shows the culture in the biphenyl-added medium.

図3の結果より、ビフェニル添加培地での培養時のみ各遺伝子間の予想サイズの増幅断片が認められた(レーン3、6、9と他のレーンとの比較)。以上のことからKBC101株においてbphA1からbphCまでの遺伝子領域は誘導的に1つのオペロンとして発現していることが確認された。更に、ビフェニルにより発現制御されていることも判明した。つまり、本発明のbph遺伝子群の発現はビフェニルの不在下では抑制され、ビフェニルの添加により脱抑制されることが示唆された。 From the results shown in FIG. 3, amplified fragments of the expected size between the genes were observed only when cultured in a biphenyl-added medium (comparison between lanes 3, 6, 9 and other lanes). From the above, it was confirmed that the gene region from bphA1 to bphC was inducibly expressed as one operon in the KBC101 strain. Furthermore, it was also found that expression was regulated by biphenyl. That is, the expression of bph genes of the present invention is suppressed in the absence of biphenyl, be derepressed was suggested by the addition of biphenyl.

(実施例10)
KBC101株のbph遺伝子群のプライマー伸長反応解析
上記実施例9で、オペロン構造を確認したRNAの5’末端構造を確認するためにプライマー伸長反応解析を行った。プライマー伸長反応は、実施例9にて調製したRNAを鋳型として、Kulakovらに記載の方法(Web-Type Evolution of Rhodococcus Gene Clusters Associated with Utilization of Naphthalene、Applied and Environmental Microbiology、2005年4月、第71巻、第4号、第1754〜第1764頁)に準じて行なった。ここで、用いた試薬を以下に示す。いずれもInvitrogen社製のものを用いた。
(Example 10)
Primer extension reaction analysis of bph gene group of KBC101 strain In Example 9 above, primer extension reaction analysis was performed to confirm the 5 ′ end structure of RNA whose operon structure was confirmed. The primer extension reaction was carried out using the RNA prepared in Example 9 as a template and the method described in Kulakov et al. (Web-Type Evolution of Rhodococcus Gene Clusters Associated with Utilization of Naphthalene, Applied and Environmental Microbiology, April 2005, No. 71 Vol. 4, No. 1, pp. 1754-1764). Here, the reagents used are shown below. All were made by Invitrogen.

Superscript III RNaseH Reverse transcriptase
5×First strand buffer
dNTP mix
Ribonuclease inhibitor(RNase out):組換型
Superscript III RNaseH Reverse transcriptase
5 x First strand buffer
dNTP mix
Ribonuclease inhibitor (RNase out): Recombinant type

プライマーは、5’側をWell Red Dyeで標識した
5’-CTGCCCGCGATAATTTGCTTTCGTCCG-3’(配列認識番号30)を用いた。なお、標識はプロリゴ社に外注した。
Primer labeled on the 5 'side with Well Red Dye
5′-CTGCCCGCGATAATTTGCTTTCGTCCG-3 ′ (SEQ ID NO: 30) was used. The label was outsourced to Proligo.

結果を図4に示す。
図4(A)は、ビフェニル添加培地での培養時、図4(B)は、LB培地での培養時の結果を示す。
The results are shown in FIG.
FIG. 4 (A) shows the results when cultured in a biphenyl-added medium, and FIG. 4 (B) shows the results when cultured in an LB medium.

図4の結果、KBC101株をビフェニル添加培地にて培養した場合に、bphA1の開始コドンから190bp上流(図5)にbph遺伝子群の転写開始点が確認された(図4(A))。一方、LB培地での培養時には、bph遺伝子群の転写開始点を確認することができなかった(図4(B))。かかる結果は、実施例9の結果と合致するものであり、本発明で取得した一連のbph遺伝子群がビフェニルにより発現制御されていることを強く示唆する結果が得られた。   As a result of FIG. 4, when the KBC101 strain was cultured in a biphenyl-added medium, the transcription start point of the bph gene group was confirmed 190 bp upstream (FIG. 5) from the start codon of bphA1 (FIG. 4 (A)). On the other hand, the transcription start point of the bph gene group could not be confirmed during the culture in the LB medium (FIG. 4B). This result is consistent with the result of Example 9, and a result strongly suggesting that the series of bph gene groups obtained in the present invention is regulated by biphenyl.

また、転写開始点が決定されたことから転写調節に関与する領域の解析のための重要な情報となり、芳香族化合物酸化分解経路に関与する酵素群をコードする遺伝子群の転写制御様式の解明を進めることが可能となる。   In addition, since the transcription start point has been determined, it becomes important information for the analysis of regions involved in transcriptional regulation, and elucidation of the transcriptional control mode of genes encoding enzymes involved in aromatic compound oxidative degradation pathways. It is possible to proceed.

ビフェニルの酸化分解経路を示す図Diagram showing the biphenyl oxidative degradation pathway 芳香環ジオキシゲナーゼの進化系統樹Evolutionary phylogenetic tree of aromatic ring dioxygenase 4.5kbのDNA断片上の芳香環酸化分解系酵素遺伝子の情報化構造図及び、KBC101株のbph遺伝子群のRT−PCR解析を行なった実施例9の結果を示す電気泳動図Information structure diagram of aromatic ring oxidative degradation enzyme gene on 4.5 kb DNA fragment and electrophoretic diagram showing the result of Example 9 in which RT-PCR analysis of bph gene group of KBC101 strain was performed (A)KBC101株のbph遺伝子群のプライマー伸長反応解析を行なった実施例10の結果(ビフェニル添加培地)を示す図,(B)KBC101株のbph遺伝子群のプライマー伸長反応解析を行なった実施例10の結果(LB培地)を示す図(A) KBC101 strain diagram showing the results (biphenyl-supplemented medium) of Example 10 was subjected to primer extension reaction analysis of bph genes of implementation was performed primer extension reaction analysis of bph genes of KBC101 strain (B) Example The figure which shows the result (LB culture medium) of 10 KBC101株のbph遺伝子群のプライマー伸長反応解析を行なった実施例10によって同定された転写開始点を示す配列図Sequence diagram showing the transcription start point identified by Example 10 in which primer extension reaction analysis of bph gene group of KBC101 strain was performed

Claims (22)

下記(I)又は(II)のDNAを含む芳香族化合物酸化分解系オペロン。
(I)配列表の配列認識番号1に示す塩基配列からなるDNA
(II)配列表の配列認識番号1に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香族化合物に対する酸化分解活性を有するタンパク質をコードするDNAを含んで構成される芳香族化合物酸化分解系オペロンを形成するDNA
An aromatic compound oxidative degradation operon containing the following DNA (I) or (II):
(I) DNA comprising the base sequence shown in sequence recognition number 1 in the sequence listing
(II) comprising DNA that hybridizes with DNA consisting of the base sequence shown in sequence recognition number 1 in the sequence listing under stringent conditions and encodes a protein having oxidative degradation activity against aromatic compounds DNA forming an aromatic compound oxidative degradation operon
ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する酸化分解活性を有するタンパク質をコードするDNAを含んで構成される請求項1に記載の芳香族化合物酸化分解系オペロン。   The aromatic compound oxidative degradation operon according to claim 1, comprising DNA encoding a protein having an oxidative degradation activity for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons. 下記、(A)又は(B)に示すタンパク質をコードする遺伝子。
(A)配列表の配列認識番号3に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(B)配列表の配列認識番号3に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットとしての機能を有するタンパク質
A gene encoding the protein shown in (A) or (B) below.
(A) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing (B) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as an α subunit of an aromatic ring dioxygenase
下記、(a)又は(b)のDNAを含む遺伝子。
(a)配列表の配列認識番号2に示す塩基配列からなるDNA
(b)配列表の配列認識番号2に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットとしての機能を有するタンパク質をコードするDNA
A gene comprising the following DNA (a) or (b):
(A) DNA comprising the base sequence shown in sequence recognition number 2 in the sequence listing
(B) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing under stringent conditions and encodes a protein having a function as an α subunit of an aromatic ring dioxygenase
ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解活性を有する芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットとしての機能を有するタンパク質をコードする請求項3又は4に記載の遺伝子。   The gene according to claim 3 or 4, which encodes a protein having a function as an α subunit of an aromatic ring dioxygenase having a degrading activity for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons. 下記、(C)又は(D)に示すタンパク質をコードする遺伝子。
(C)配列表の配列認識番号5に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(D)配列表の配列認識番号5に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットとしての機能を有するタンパク質
A gene encoding the protein shown in (C) or (D) below.
(C) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing (D) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as a β subunit of an aromatic ring dioxygenase
下記、(c)又は(d)のDNAを含む遺伝子。
(c)配列表の配列認識番号4に示す塩基配列からなるDNA
(d)配列表の配列認識番号4に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットとしての機能を有するタンパク質をコードするDNA
A gene comprising the following DNA (c) or (d):
(C) DNA consisting of the base sequence represented by sequence recognition number 4 in the sequence listing
(D) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing under stringent conditions and encodes a protein having a function as a β subunit of an aromatic ring dioxygenase
ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解活性を有する芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットとしての機能を有するタンパク質をコードする請求項6又は7に記載の遺伝子。   The gene according to claim 6 or 7, which encodes a protein having a function as a β subunit of an aromatic ring dioxygenase having a degrading activity on at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons. 下記、(E)又は(F)に示すタンパク質をコードする遺伝子。
(E)配列表の配列認識番号9に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(F)配列表の配列認識番号9に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼとしての機能を有するタンパク質
A gene encoding the protein shown in (E) or (F) below.
(E) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing (F) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as an aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase
下記、(e)又は(f)のDNAを含む遺伝子。
(e)配列表の配列認識番号8に示す塩基配列からなるDNA
(f)配列表の配列認識番号8に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼとしての機能を有するタンパク質をコードするDNA
A gene comprising DNA of (e) or (f) below.
(E) DNA comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 8 in the sequence listing
(F) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 8 in the sequence listing under stringent conditions and encodes a protein having a function as an aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase
ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解活性を有する芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼとしての機能を有するタンパク質をコードする請求項9又は10に記載の遺伝子。   The gene according to claim 9 or 10, which encodes a protein having a function as an aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase having a decomposition activity on at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons. 下記、(G)又は(H)に示すタンパク質をコードする遺伝子。
(G)配列表の配列認識番号11に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(H)配列表の配列認識番号11に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼとしての機能を有するタンパク質
A gene encoding a protein shown in (G) or (H) below.
(G) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 in the sequence listing (H) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as an aromatic ring-cleaving dioxygenase
下記、(g)又は(h)のDNAを含む遺伝子。
(g)配列表の配列認識番号10に示す塩基配列からなるDNA
(h)配列表の配列認識番号10に示す塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼとしての機能を有するタンパク質をコードするDNA
A gene comprising DNA of (g) or (h) below.
(G) DNA comprising the base sequence shown in SEQ ID NO: 10 in the sequence listing
(H) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 10 in the sequence listing under a stringent condition and encodes a protein having a function as an aromatic ring-cleaving dioxygenase
ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解活性を有する芳香環開裂ジオキシゲナーゼとしての機能を有するタンパク質をコードする請求項12又は13に記載の遺伝子。   The gene according to claim 12 or 13, which encodes a protein having a function as an aromatic ring-cleaving dioxygenase having a decomposition activity on at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons. 下記、(A)又は(B)、及び、(C)又は(D)のタンパク質を含んで構成されるタンパク質複合体からなる芳香環ジオキシゲナーゼ。
(A)配列表の配列認識番号3に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(B)配列表の配列認識番号3に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのαサブユニットとしての機能を有するタンパク質
(C)配列表の配列認識番号5に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(D)配列表の配列認識番号5に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジオキシゲナーゼのβサブユニットとしての機能を有するタンパク質
An aromatic ring dioxygenase comprising a protein complex comprising the following (A) or (B) and (C) or (D) protein.
(A) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing (B) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, or Protein (D) sequence recognition number of protein (D) sequence list which has amino acid sequence shown in sequence recognition number 5 of protein (C) sequence list which consists of amino acid sequence including addition and has a function as α-subunit of aromatic ring dioxygenase 5. A protein comprising an amino acid sequence including substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in 5 and having a function as a β subunit of aromatic ring dioxygenase
ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解能を有する請求項15に記載の芳香環ジオキシゲナーゼ。   The aromatic ring dioxygenase according to claim 15, which has a resolution for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons. 下記、(E)又は(F)のタンパク質からなる芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ。
(E)配列表の配列認識番号9に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(F)配列表の配列認識番号9に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼとしての機能を有するタンパク質
An aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase comprising the following protein (E) or (F):
(E) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing (F) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 9 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as an aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase
ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解能を有する請求項17に記載の芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ。   The aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase according to claim 17, which has a resolution for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons. 下記、(G)又は(H)のタンパク質からなる芳香環開裂ジオキシゲナーゼ。
(G)配列表の配列認識番号11に示すアミノ酸配列を有するタンパク質
(H)配列表の配列認識番号11に示すアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、又は付加を含むアミノ酸配列からなり、かつ、芳香環開裂ジオキシゲナーゼとしての機能を有するタンパク質
An aromatic ring-cleaving dioxygenase comprising the following protein (G) or (H):
(G) a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 in the sequence listing (H) substitution, deletion, insertion of one or several amino acid residues in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 11 in the sequence listing, or A protein comprising an amino acid sequence including an addition and having a function as an aromatic ring-cleaving dioxygenase
ポリ塩化ビフェニル類及び多環芳香族炭化水素類の少なくともいずれか一方に対する分解能を有する請求項19に記載の芳香環開裂ジオキシゲナーゼ。   The aromatic ring-cleaving dioxygenase according to claim 19, which has a resolution for at least one of polychlorinated biphenyls and polycyclic aromatic hydrocarbons. 請求項15又は16に記載の芳香環ジオキシゲナーゼ、請求項17又は18に記載の芳香環ジヒドロジオール・デヒドロゲナーゼ、及び請求項19又は20に記載の芳香環開裂ジオキシゲナーゼから選択される少なくともいずれか1つと、芳香族化合物を接触させる芳香族化合物の分解方法。   The aromatic ring dioxygenase according to claim 15 or 16, at least one selected from the aromatic ring dihydrodiol dehydrogenase according to claim 17 or 18, and the aromatic ring cleavage dioxygenase according to claim 19 or 20. And a method for decomposing an aromatic compound by contacting the aromatic compound. 配列表の配列認識番号2に示す塩基配列、配列表の配列認識番号4に示す塩基配列、配列認識番号8に示す塩基配列、配列表の配列認識番号10に示す塩基配列のいずれか少なくとも1つの塩基配列中の一部又は全部の塩基配列を有するオリゴヌクレオチド、又は前記オリゴヌクレオチドに相補的なオリゴヌクレオチドを用いて、受託番号FERM BP−08636として寄託されているPaenibacillus属KBC101株を検出する細菌検出方法。
At least one of the base sequence shown in sequence recognition number 2 in the sequence listing, the base sequence shown in sequence recognition number 4 in the sequence listing, the base sequence shown in sequence recognition number 8 and the base sequence shown in sequence recognition number 10 in the sequence listing Bacterial detection for detecting Paenibacillus genus KBC101 strain deposited under accession number FERM BP-08636 using an oligonucleotide having a part or all of the base sequence in the base sequence, or an oligonucleotide complementary to the oligonucleotide Method.
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