JP2008048675A - Cellulase and cellulase gene - Google Patents

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武治 正木
Jiro Ogura
治朗 小倉
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茂 長南
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cellulase having a potent decomposing activity to CMC (carboxymethyl cellulose) and chitosan, and to determine an amino acid sequence of the enzyme and a base sequence encoding the enzyme by performing the cloning of a cellulase gene encoding the celulase for providing them. <P>SOLUTION: This cellulase as a protein consisting of amino acids capable of being expressed by a specific sequence, the cellulase gene encoding the amino acids, a recombinant DNA including the gene and a constitution of a recombinant body containing the same are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、カルボキシルメチルセルロース(以下、「CMC」という。)を分解する酵素であるセルラーゼ及びそのセルラーゼをコードするセルラーゼ遺伝子に関する。   The present invention relates to a cellulase that is an enzyme that degrades carboxymethylcellulose (hereinafter referred to as “CMC”) and a cellulase gene that encodes the cellulase.

発明者等は、特許文献1、2に公開されているように、タンパク質及びペプチド中におけるリシン残基のカルボキシル基末端側のペプチド結合(−Lys−X−結合、X=20種類のアミノ酸残基)のみを特異的に切断するルシルエンドペプチダーゼ(以下、「LEP」という。)を高生産するLysobacter sp. IB-9374株を土壌中から単離し、本菌とその酵素がコードされている遺伝子について発表している。
特開2000−83652号公報 特開2001−231571号公報
As disclosed in Patent Documents 1 and 2, the inventors have disclosed peptide bonds (-Lys-X-linkage, X = 20 types of amino acid residues) on the carboxyl group terminal side of lysine residues in proteins and peptides. ) Lysobacter sp. IB-9374, which produces a high yield of lucyl endopeptidase (hereinafter referred to as “LEP”) that specifically cleaves only the bacterium, is isolated from the soil. Announcing.
JP 2000-83652 A JP 2001-231571 A

なお、Lysobacter sp. IB-9374株は、凍結乾燥品として、ブダペスト条約の国際寄託機関である独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1丁目1番1号)に、1998年8月3日付で受託番号「FERM P−16928」として受託されている。 In addition, Lysobacter sp. IB-9374 is a freeze-dried product in the Patent Organism Depository Center of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST Tsukuba City 1-1-1 Tsukuba City, Ibaraki Prefecture) As of August 3, 1998, it has been entrusted with the deposit number “FERM P-16928”.

さらに、本菌は、前記LEPに加え、CMCを分解する酵素であるセルラーゼ(以下、「Cel8A」という。)を分泌する。そこで、Cel8Aについて、精製し、その基質特異性を検討した。   Furthermore, in addition to the LEP, the bacterium secretes cellulase (hereinafter referred to as “Cel8A”), which is an enzyme that degrades CMC. Therefore, Cel8A was purified and its substrate specificity was examined.

その結果は、非特許文献1に示すように、「Cel8A」は、培養液から硫安分画、SP-Toyopearl 650M、Superdex 200などにより精製し、電気泳動的に均一な酵素標品を得た。精製酵素は分子量41kDaであり、CMCに対する至適pHは5.0、至適温度は40℃であった。また、本酵素はCMC活性に加えてキトサン活性を示し、CMC>コロイドキトサン>キトサン>グリコールキトサンの順で加水分解した。N-末端アミノ酸配列はAPNYPFGSHRRA-であり、既知の両活性を示すB.subtilisおよびMyxobacter sp.由来のそれらと比較してN末端アミノ酸は同一であるが、それ以外は異なっていた。さらに、pH5.0でCMCに対して1/160量(w/w)の酵素を37℃で24時間反応させ主要分解生成物は、Cellobioseであった。
農芸化学会2005年度、大会講演集p29 「Lysobacter sp.由来セルラーゼの精製と諸性質」
As a result, as shown in Non-Patent Document 1, “Cel8A” was purified from the culture medium by ammonium sulfate fractionation, SP-Toyopearl 650M, Superdex 200, etc., and an electrophoretically uniform enzyme preparation was obtained. The purified enzyme had a molecular weight of 41 kDa, the optimum pH for CMC was 5.0, and the optimum temperature was 40 ° C. In addition to CMC activity, this enzyme exhibited chitosan activity and hydrolyzed in the order of CMC> colloidal chitosan>chitosan> glycol chitosan. The N-terminal amino acid sequence was APNYPFGSHRRA-, and the N-terminal amino acid was identical, but otherwise different compared to those from B. subtilis and Myxobacter sp. Showing both known activities. Further, 1/160 amount (w / w) of enzyme was reacted with CMC at pH 5.0 for 24 hours at 37 ° C., and the main degradation product was Cellobiose.
Agricultural Chemistry Society 2005, Annual Meeting Proceedings p29 “Purification and Properties of Lysobacter sp. Cellulase”

セルラーゼはセルロースとその類似多糖をグルコース、又はセロビオース、或いはセロオリゴ糖まで分解する酵素反応を触媒する複雑な酵素系から成り、その作用機構により、C1酵素、Cx酵素とβ−グルコシダーゼ、或いはエキソ−β−グルカナーゼ、エンド−β−グルカナーゼ、セロビアーゼなどの名称で呼ばれる酵素の総称と理解されている。   Cellulase consists of a complex enzyme system that catalyzes an enzymatic reaction that degrades cellulose and its similar polysaccharides to glucose, cellobiose, or cellooligosaccharide, and depending on its mechanism of action, C1 enzyme, Cx enzyme and β-glucosidase, or exo-β -It is understood as a general term for enzymes called by names such as glucanase, endo-β-glucanase, cellobiase and the like.

上記セルラーゼのうち、CMCに対する作用、すなわちエンド型水解作用が特に高いものをカルボキシメチルセルラーゼと称する。   Among the above cellulases, the one having a particularly high action on CMC, that is, endo-type hydrolytic action is called carboxymethyl cellulase.

従来のセルラーゼとして、特許文献3に、CMC及びリケナンに対して強く作用し、作用pH範囲が広く、各種界面活性剤の存在下で安定で、特にアルカリ耐性に優れることを特徴とし、バチルス属に属するカルボキシメチルセルラーゼ5430が公開されている。
特開平7−87972号公報
As a conventional cellulase, in Patent Document 3, it acts strongly on CMC and lichenan, has a wide working pH range, is stable in the presence of various surfactants, and is particularly excellent in alkali resistance. The carboxymethyl cellulase 5430 to which it belongs is published.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-87972

しかしながら、特許文献3に記載のセルラーゼは、CMCの他、「リケナン」を基質とするとされるが、「キトサン」を基質としない。   However, the cellulase described in Patent Document 3 is supposed to use “Rikenan” as a substrate in addition to CMC, but does not use “chitosan” as a substrate.

そこで、本発明は、CMC、キトサンに対して強い分解採用があるセルラーゼ及びそのセルラーゼをコードするセルラーゼ遺伝子(以下、「cel8A遺伝子」という。)のクローニングを行い、当該酵素のアミノ酸配列、当該酵素をコードする塩基配列を決定し、それらを提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention performs cloning of a cellulase having a strong degradation against CMC and chitosan and a cellulase gene encoding the cellulase (hereinafter referred to as “ cel 8A gene”), and the amino acid sequence of the enzyme, the enzyme It is an object to determine a nucleotide sequence that encodes and to provide them.

本発明は、上記の課題を解決するために、配列番号2で表されるアミノ酸配列もしくはその一部、又はそれらのアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、セルラーゼ活性を有することを特徴とするタンパク質とし、配列番号4で表されるアミノ酸配列もしくはその一部、又はそれらのアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、セルラーゼ活性を有することを特徴とするタンパク質とし、セルラーゼ活性の他、キトサナーゼ活性を有する請求項1、又は請求項2に記載のタンパク質とし、請求項1のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子とし、請求項2のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子とし、配列番号1で表され、セルラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子とし、配列番号3で表され、セルラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子とし、セルラーゼ活性の他、キトサナーゼ活性を有する請求項4〜請求項7に記載のタンパク質をコードする遺伝子とし、請求項4〜請求項8の遺伝子と80%以上の相同性を有し、セルラーゼ活性、キトサナーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子とし、請求項4〜請求項8の遺伝子とストリンジェントな条件でハイブリダイズする遺伝子とし、請求項2〜請求項6の遺伝子をベクターDNAに組み込んだことを特徴とする組み換え体DNAとし、請求項7に記載の組み換え体DNAを有することを特徴とする組み換え生物とし、請求項2〜請求項6の遺伝子をゲノムに挿入されたことを特徴とする組み換え生物とし、微生物であることを特徴とする請求項11又は12に記載の組み換え生物の構成とした。   In order to solve the above problems, the present invention provides an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a part thereof, or an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence And a protein characterized by having cellulase activity, wherein one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 or a part thereof, or in those amino acid sequences A protein comprising an amino acid sequence and having cellulase activity, wherein the protein comprises the chitosanase activity in addition to the cellulase activity, and the protein comprising the amino acid sequence of claim 1. A protein encoding the amino acid sequence of claim 2 A gene encoding a protein having cellulase activity represented by SEQ ID NO: 1, a gene encoding a protein having cellulase activity represented by SEQ ID NO: 3, and having a chitosanase activity in addition to cellulase activity A gene encoding the protein of claim 4 to claim 7, a gene having a homology of 80% or more with the gene of claim 4 to claim 8, and encoding a protein having cellulase activity and chitosanase activity, A gene that hybridizes with the gene of claims 4 to 8 under stringent conditions, a recombinant DNA obtained by incorporating the gene of claims 2 to 6 into a vector DNA, A recombinant organism comprising the recombinant DNA according to claim 2, The gene was a recombinant organism, characterized by being inserted into the genome, and a recombinant organism arrangement according to claim 11 or 12, characterized in that a microorganism.

ここで、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするとは、2つのDNA断片がSambrook
Jらによって記載されたような標準的なハイブリダイゼーション条件下で、相互にハイブリダイズすることを意味する(Expression
of cloned genes in E. coli(Molecular Cloning:A laboratory manual(1989))Cold
Spring harbor Laboratory Press, New York, USA, 9. 47-9. 62及び11.45-11.61)。
Here, hybridization under stringent conditions means that two DNA fragments are Sambrook.
Means hybridizing to each other under standard hybridization conditions as described by J et al. (Expression
of cloned genes in E. coli (Molecular Cloning: A laboratory manual (1989)) Cold
Spring harbor Laboratory Press, New York, USA, 9. 47-9.62 and 11.45-11.61).

より具体的には、Tm値の±10℃を基準としてハイブリダイゼーション及び洗浄(例えば約2.0×SSC、50℃)を行うことを意味する。また、前記相同性としては、例えば、80%〜90%以上であり、好ましくは95%以上であり、より好ましくは、97.5%以上である。   More specifically, this means that hybridization and washing (for example, about 2.0 × SSC, 50 ° C.) are performed based on a Tm value of ± 10 ° C. The homology is, for example, 80% to 90% or more, preferably 95% or more, and more preferably 97.5% or more.

本発明の組み換え体DNAは、本発明のセルラーゼ活性、又はセルラーゼ活性及びキトサナーゼ活性をコードする遺伝子(cel8A遺伝子)を挿入したベクターDNAである。当該ベクターDNAとしては、原核細胞及び/または真核細胞の各種の宿主内で複製保持または自己増殖できるものであれば特に制限されず、プラスミドベクター及びファージベクターが包含される。 The recombinant DNA of the present invention is a vector DNA into which the cellulase activity of the present invention or a gene encoding the cellulase activity and chitosanase activity ( cel 8A gene) is inserted. The vector DNA is not particularly limited as long as it can be replicated and maintained in various prokaryotic and / or eukaryotic hosts, and includes plasmid vectors and phage vectors.

本発明の組み換え体DNAは、簡便に当業界に於いて入手可能なベクター、好ましくはプラスミドベクターまたはバクテリオファージベクターに、本発明のセルラーゼ活性、又はセルラーゼ活性及びキトサナーゼ活性をコードする遺伝子(cel8A遺伝子)を常法により組み込むことにより調製することもできる。 The recombinant DNA of the present invention can be obtained by adding the cellulase activity of the present invention or the gene encoding the cellulase activity and chitosanase activity ( cel 8A gene) to a vector, preferably a plasmid vector or bacteriophage vector, which can be conveniently obtained in the art. ) Can also be prepared by incorporation by a conventional method.

このようなベクターとして、具体的には、大腸菌由来のプラスミドとして例えばpBR322、pBR325、pUC12、pUC13、pUC18、pUC19など、酵母由来プラスミドとして例えばpSH19、pSH15など、枯草菌由来プラスミドとして例えばpUB110、pTP5、pC194などが挙げられる。また、ファージとしては、λファージなどのバクテリオファージが、更にレトロウィルス、ワクシニヤウィルス、核多角体ウィルスなどの動物や昆虫のウィルスが例示される。   Specific examples of such vectors include plasmids derived from E. coli such as pBR322, pBR325, pUC12, pUC13, pUC18 and pUC19, yeast derived plasmids such as pSH19 and pSH15, and Bacillus subtilis derived plasmids such as pUB110, pTP5, and the like. For example, pC194. Examples of the phage include bacteriophages such as λ phage, and animal and insect viruses such as retrovirus, vaccinia virus, and nuclear polyhedrosis virus.

本発明のcel8A遺伝子を発現させ、これらタンパク質を生産させる目的に於いては、発現ベクターが有用である。発現ベクターとしては、原核細胞及び/または真核細胞の各種の宿主細胞中で本発明のセルラーゼ遺伝子を発現し、これらタンパク質を生産する機能を有するものであれば特に制限されない。 An expression vector is useful for the purpose of expressing the cel 8A gene of the present invention and producing these proteins. The expression vector is not particularly limited as long as it has a function of expressing the cellulase gene of the present invention in various prokaryotic and / or eukaryotic host cells and producing these proteins.

宿主細胞として細菌、特にE.coliを用いる場合、一般に発現ベクターは少なくともプロモーター−オペレーター領域、開始コドン、本発明のセルラーゼ遺伝子、終始コドン、ターミネーター領域及び複製可能単位から構成される。 When a bacterium, particularly E. coli, is used as a host cell, the expression vector generally comprises at least a promoter-operator region, an initiation codon, the cellulase gene of the present invention, a termination codon, a terminator region, and a replicable unit.

宿主として酵母または動物細胞を用いる場合、発現ベクターは少なくともプロモーター、開始コドン、本発明のcel8A遺伝子、終止コドンを含んでいることが好ましい。また、シグナルペプチドをコードするDNA、エンハンサー配列、本発明のセルラーゼ遺伝子の5’側及び3’側の非翻訳領域、スプライシング接合部、ポリアデニレーション部位なども発現ベクターに組み込むことが可能である。 When yeast or animal cells are used as the host, the expression vector preferably contains at least a promoter, a start codon, the cel 8A gene of the present invention, and a stop codon. In addition, DNA encoding a signal peptide, an enhancer sequence, untranslated regions on the 5 ′ side and 3 ′ side of the cellulase gene of the present invention, splicing junctions, polyadenylation sites, and the like can be incorporated into the expression vector.

細菌中で本発明のcel8A遺伝子を発現させるためのプロモーター−オペレーター領域は、プロモーター、オペレーター及びShine-Dalgarno(SD)配列(例えば、AAGGなど)を含むものである。例えば宿主がエシェリキア属菌の場合、好適にはTrpプロモーター、lacプロモーター、recAプロモーター、λPLプロモーター、lppプロモーターなどを含むものが挙げられる。 The promoter-operator region for expressing the cel 8A gene of the present invention in bacteria contains a promoter, an operator, and a Shine-Dalgarno (SD) sequence (for example, AAGG). For example, when the host is an Escherichia bacterium, preferred examples include those containing Trp promoter, lac promoter, recA promoter, λPL promoter, lpp promoter and the like.

酵母中で本発明のセルラーゼを発現させるためのプロモーターとしてはPH05プロモーター、PGKプロモーター、GAPプロモーター、ADHプロモーターが挙げられ、宿主がバチルス属菌の場合は、SL01プロモーター、SP02プロモーター、penPプロモーターなどが挙げられる。   Examples of the promoter for expressing the cellulase of the present invention in yeast include PH05 promoter, PGK promoter, GAP promoter, and ADH promoter. When the host is Bacillus, SL01 promoter, SP02 promoter, penP promoter, etc. It is done.

また、宿主が動物細胞等の真核細胞である場合、SV40由来のプロモーター、レトロウィルスのプロモーター、ヒートショックプロモーター、核多角体ウィルスの有するポリヘドリンプロモーターなどが挙げられる。しかし、特にこれらに限定されるものではない。また、発現にはエンハンサーの利用も効果的な方法である。   When the host is a eukaryotic cell such as an animal cell, a SV40-derived promoter, a retrovirus promoter, a heat shock promoter, a polyhedrin promoter possessed by a nuclear polyhedrosis virus, and the like can be mentioned. However, it is not particularly limited to these. In addition, the use of an enhancer is an effective method for expression.

好適な開始コドンとしては、メチオニンコドン(ATG)が例示される。終止コドンとしては常用の終止コドン(例えば、TAG、TGAなど)が例示される。ターミネーター領域としては、天然または合成のターミネーターが挙げられる。複製可能単位とは、宿主細胞中でその全DNA配列を複製することができる機能を持つDNAをいい、天然のプラスミド、人工的に修飾されたプラスミド(天然のプラスミドから調製されたDNAフラグメント)及び合成プラスミド等が含まれる。   A suitable initiation codon is exemplified by methionine codon (ATG). Examples of stop codons include commonly used stop codons (eg, TAG, TGA, etc.). The terminator region includes a natural or synthetic terminator. A replicable unit refers to a DNA having a function capable of replicating its entire DNA sequence in a host cell, and includes a natural plasmid, an artificially modified plasmid (a DNA fragment prepared from a natural plasmid) and Synthetic plasmids and the like are included.

好適なプラスミドとしては、E.coliではpBR322,若しくはその人工的修飾物(pBR322を適当な制限酵素で処理して得られるDNAフラグメント)が、酵母では酵母2μプラスミド、若しくは酵母染色体DNAが、また哺乳動物細胞ではプラスミドpRSVneoATCC37198、プラスミドpSV2dhfrATCC37145、プラスミドpdBPV-MMTneoATCC37224、プラスミドpSV2neoATCC37149等が挙げられる。 Suitable plasmids include pBR322 or an artificially modified product thereof (DNA fragment obtained by treating pBR322 with an appropriate restriction enzyme) in E. coli , yeast 2μ plasmid, or yeast chromosomal DNA in yeast. Examples of animal cells include plasmid pRSVneoATCC37198, plasmid pSV2dhfrATCC37145, plasmid pdBPV-MMTneoATCC37224, plasmid pSV2neoATCC37149, and the like.

エンハンサー配列としては、SV40のエンハンサー配列(72bp)、ポリオーマ、アデノ、パピローマ等のDNA主要ウィルス、レトロウィルスLTR(LongTerminalRepeat)、免疫グロブリンH鎖、L鎖遺伝子などが例示される。   Examples of the enhancer sequence include SV40 enhancer sequence (72 bp), DNA major viruses such as polyoma, adeno and papilloma, retrovirus LTR (Long Terminal Repeat), immunoglobulin H chain, L chain gene and the like.

発現ベクターは、プロモーター、開始コドン、本発明のcel8A遺伝子、終止コドン、及びターミネーター領域を連続的且つ環状に適当な複製可能単位に連結することによって調製することができる。 An expression vector can be prepared by linking a promoter, a start codon, the cel 8A gene of the present invention, a stop codon, and a terminator region continuously and circularly to appropriate replicable units.

また、この際、所望により制限酵素での消化やT4DNAリガーゼを用いるライゲーション等の常法により適当なDNAフラグメント(例えば、リンカー、他のレストリクションサイトなど)を用いることができる。   At this time, if desired, an appropriate DNA fragment (for example, a linker, other restriction sites, etc.) can be used by a conventional method such as digestion with a restriction enzyme or ligation using T4 DNA ligase.

本発明の組み換え生物には、形質転換体、形質導入体がある。形質転換体は、上述の組み換えDNAを宿主細胞に導入することにより調製することができる。宿主細胞としては、例えば微生物〔細菌(例えば、エシェリキア属菌、バチルス属菌)、酵母(例えばサッカロマイセス属など)、動物細胞及び昆虫細胞など〕が挙げられる。   The recombinant organism of the present invention includes a transformant and a transductant. A transformant can be prepared by introducing the above-described recombinant DNA into a host cell. Examples of host cells include microorganisms [bacteria (for example, Escherichia, Bacillus), yeast (for example, Saccharomyces), animal cells, insect cells, and the like).

具体的には、エシェリキア属菌では、エシェリキア・コリK12,DH1,M103,JA221,HB101,C600,XL-1Blue,JM109などが、バチルス属菌では、バチルス・サチリスMI114、207-21などが挙げられる。酵母としてはサッカロマイセス・セレビシエAH22,AH22R-,NA87-11A,DKD-5Dなどが挙げられる。動物細胞としては、サル細胞COS-7、Vero、チャイニーズハムスター細胞CHO、マウスL細胞、ヒトFL細胞などが挙げられる。昆虫細胞としてはBmN4,Sf9などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。   Specifically, Escherichia bacteria include Escherichia coli K12, DH1, M103, JA221, HB101, C600, XL-1Blue, JM109, etc., and Bacillus bacteria include Bacillus subtilis MI114, 207-21, etc. . Examples of yeast include Saccharomyces cerevisiae AH22, AH22R-, NA87-11A, and DKD-5D. Examples of animal cells include monkey cells COS-7, Vero, Chinese hamster cells CHO, mouse L cells, and human FL cells. Examples of insect cells include BmN4 and Sf9, but are not particularly limited thereto.

宿主細胞として、一般にDNA配列のクローニング及びベクターの組立のためには原核細胞が好ましい。組み立てられたベクターは、次に適当な宿主細胞に形質転換され、この場合原核細胞及び真核細胞を使用することができる。   As a host cell, a prokaryotic cell is generally preferred for cloning of DNA sequences and assembly of vectors. The assembled vector is then transformed into a suitable host cell, where prokaryotic and eukaryotic cells can be used.

発現ベクターの宿主細胞への導入(形質転換)は従来公知の方法を用いて行うことができる。細菌(例えば、E.coliBacillus subtilis)の場合は、たとえばCohenらの方法(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,(1972)69,2110)プロトプラスト法(Mol.Gen.Genet.,(1979)168,111)またはコンピテント法(J.Mol.Biol.,(1971)56,209)等によって、Saccharomyces
cerevisiaeの場合は、例えばHinnenらの方法(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,(1978)75,1927)やリチウム法(J.Bacteriol.,(1983)153,163)等によって、動物細胞の場合は、例えばGrahamの方法(Virology,(1973)52,456)等によってそれぞれ形質転換することができるが、特にこれらに限定されるものではない。
Introduction (transformation) of an expression vector into a host cell can be performed using a conventionally known method. In the case of bacteria (for example, E. coli and Bacillus subtilis ), for example, the method of Cohen et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, (1972) 69, 2110) Protoplast method (Mol. Gen. Genet., (1979 168,111) or competent methods (J. Mol. Biol., (1971) 56, 209) etc., Saccharomyces
In the case of cerevisiae, for example, by the method of Hinnnen et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, (1978) 75, 1927) or the lithium method (J. Bacteriol., (1983) 153, 163), etc. For example, it can be transformed by Graham's method (Virology, (1973) 52, 456), but is not particularly limited thereto.

本発明のCel8Aは、上記の如く調製される発現ベクターを含む形質転換体を栄養培地で培養することによって製造することができる。栄養培地は、宿主細胞(形質転換体)の生育に必要な炭素源、無機窒素源若しくは有機窒素源を含んでいることが好ましい。   Cel8A of the present invention can be produced by culturing a transformant containing the expression vector prepared as described above in a nutrient medium. The nutrient medium preferably contains a carbon source, an inorganic nitrogen source, or an organic nitrogen source necessary for the growth of the host cell (transformant).

炭素源としては、例えばグルコース、デキストラン、可溶性デンプン、ショ糖などが、無機窒素源若しくは有機窒素源としては、例えばアンモニウム塩類、硝酸塩類、アミノ酸、コーンスチープ・リカー、ペプトン、カゼイン、肉エキス、大豆粕、バレイショ抽出液などが挙げられる。   Examples of the carbon source include glucose, dextran, soluble starch, and sucrose. Examples of the inorganic or organic nitrogen source include ammonium salts, nitrates, amino acids, corn steep liquor, peptone, casein, meat extract, large extract, and the like. Examples include soybean koji and potato extract.

また所望により他の栄養素〔例えば塩化カルシウム、リン酸二水素ナトリウム、塩化マグネシウム〕、ビタミン類、抗生物質を含んでいても良い。培養は当業界に於いて知られている方法により行われる。   If desired, other nutrients [for example, calcium chloride, sodium dihydrogen phosphate, magnesium chloride], vitamins, and antibiotics may be included. Culturing is performed by methods known in the art.

培養条件、例えば温度、培地のpH及び発酵時間は本発明のCel8Aの最高力価が得られるように選択される。尚、下記に宿主細胞に応じて用いられる具体的な培地及び培養条件を例示するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。宿主が細菌、放線菌、酵母、糸状菌である場合、例えば上記栄養源を含有する液体培地が適当である。その際、pHが5〜8であることが望ましい。   The culture conditions such as temperature, medium pH and fermentation time are selected to obtain the highest titer of Cel8A of the present invention. In addition, although the specific culture medium and culture | cultivation conditions used according to a host cell are illustrated below, this invention is not limited to these at all. When the host is a bacterium, actinomycetes, yeast or filamentous fungus, for example, a liquid medium containing the above nutrient source is suitable. In that case, it is desirable that pH is 5-8.

宿主がE.colの場合、好ましい培地としてM9培地〔Miller.J.Exp.Mol.Genet.,(1972)p.431,Cold Spring Harbor Laboratory,New York〕が例示される。かかる場合、培養は、必要により通気、攪拌をしながら、通常14〜42℃、好ましくは28〜39℃、約3〜24時間行うことができる。宿主がBacillus属菌の場合、必要により通気、攪拌をしながら、通常14〜42℃、好ましくは28〜39℃、約3〜96時間行うことができる。 When the host is E. col , a preferred medium is M9 medium (Miller. J. Exp. Mol. Genet., (1972) p. 431, Cold Spring Harbor Laboratory, New York). In such a case, the culture can be performed usually at 14 to 42 ° C., preferably 28 to 39 ° C. for about 3 to 24 hours, with aeration and stirring as necessary. When the host is Bacillus genus, the treatment can be performed usually at 14 to 42 ° C, preferably at 28 to 39 ° C for about 3 to 96 hours with aeration and stirring as necessary.

宿主が酵母である場合、培地としては、例えばBurkholder最小培地〔Bostian.K.L.et.al(1980)Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,77,4505〕が挙げられ、pHは5〜8であることが望ましい。培養は通常14〜42℃、好ましくは20〜35℃、約12時間〜10日間行われ、必要により通気、攪拌を行うこともできる。   When the host is yeast, examples of the medium include Burkholder's minimum medium (Bostian.KLet.al (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 4505), and the pH is 5-8. It is desirable. The culture is usually performed at 14 to 42 ° C., preferably 20 to 35 ° C. for about 12 hours to 10 days, and if necessary, aeration and agitation can be performed.

宿主が動物細胞の場合、培地として例えば約5〜20%の胎児牛血清を含むMEM培地〔Science(1952)122,501〕、DMEM培地〔Virology,(1959)8,396〕、RPMI1640培地〔J.Am.Med.Assoc.,(1967)199,519〕、199培地〔proc.SSoc.Exp.Biol.Med.,(1950)73,1〕等を用いることができる。培地のpHは約6〜8であるのが好ましく、培養は通常約30〜40℃、好ましくは34〜38℃で約12〜72時間行われ、必要に応じて通気や攪拌を行うこともできる。   When the host is an animal cell, for example, a MEM medium (Science (1952) 122,501) containing about 5 to 20% fetal bovine serum, a DMEM medium (Virology, (1959) 8,396), an RPMI1640 medium [J. Am. Assoc., (1967) 199, 519], 199 medium [proc. SSoc. Exp. Biol. Med., (1950) 73, 1], etc. can be used. The pH of the medium is preferably about 6 to 8, and the culture is usually performed at about 30 to 40 ° C., preferably 34 to 38 ° C. for about 12 to 72 hours, and aeration and agitation can be performed as necessary. .

宿主が昆虫細胞の場合、培地としては、例えば胎児牛血清を含むGrace's培地〔Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.(1985)82,8404〕等が挙げられ、そのpHは5〜8であることが望ましい。培養は通常20〜40℃、好ましくは25〜30℃、約12時間〜10日間行われ、必要により通気、攪拌を行うこともできる。   When the host is an insect cell, examples of the medium include Grace's medium containing fetal bovine serum (Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1985) 82, 8404), and the pH is 5-8. Is desirable. The culture is usually performed at 20 to 40 ° C., preferably 25 to 30 ° C., for about 12 hours to 10 days, and if necessary, aeration and agitation can be performed.

本発明のCel8Aは、上記培養により得られる培養物より以下のようにして取得できる。即ち本発明のCel8Aが、培養物のうち培養液中に存在する場合は、得られた培養物を濾過または遠心分離等の方法で培養濾液または培養上清を得、該培養濾液または培養上清から、天然または合成タンパク質を精製並びに単離するために一般に用いられる常法に従って本発明のCel8Aを精製、単離する。   Cel8A of the present invention can be obtained from the culture obtained by the above culture as follows. That is, when the Cel8A of the present invention is present in the culture medium of the culture, the culture culture or supernatant is obtained by a method such as filtration or centrifugation, and the culture filtrate or culture supernatant is obtained. Then, Cel8A of the present invention is purified and isolated according to a conventional method generally used for purifying and isolating natural or synthetic proteins.

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

一方、本発明のCel8Aが培養された形質転換体のペリプラズムまたは細胞質内に存在する場合は、培養物を濾過または遠心分離などの常法に付して菌体或いは細胞を集め、適当な緩衝液に懸濁し、例えば超音波やリゾチーム及び凍結融解などの方法で細胞等の細胞壁及び/または細胞膜を破壊した後、遠心分離や濾過などの方法で本発明のセルラーゼを含有する粗抽出液を得る。そして、当該粗抽出液を、先に例示したような常法を用いることにより、単離、精製することができる。以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。   On the other hand, when the Cel8A of the present invention is present in the periplasm or cytoplasm of the cultured transformant, the culture is subjected to a conventional method such as filtration or centrifugation to collect the cells or cells, and an appropriate buffer solution. The cell wall and / or cell membrane of cells and the like is disrupted by a method such as ultrasonic wave, lysozyme and freeze-thawing, and then a crude extract containing the cellulase of the present invention is obtained by a method such as centrifugation or filtration. The crude extract can be isolated and purified by using a conventional method as exemplified above. The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

セルラーゼは、植物、微生物など細胞の細胞壁を消化し、プロトプラストの調整に、また植物繊維の分解、可溶化に用いられ、人の健康維持、増強に使用されている。一方、キトサナーゼは、カビ類のプロトプラストの調整に、また有害微生物の成育阻害活性、抗腫瘍活性及び免疫増強作用活性を持つ低分子キトサンオリゴサッカライドの調整用酵素として利用されている。   Cellulase digests the cell walls of cells such as plants and microorganisms, is used to adjust protoplasts, and to decompose and solubilize plant fibers, and is used to maintain and enhance human health. On the other hand, chitosanase is used for the adjustment of mold protoplasts and as an enzyme for the adjustment of low molecular weight chitosan oligosaccharides having activity of inhibiting the growth of harmful microorganisms, antitumor activity and immunopotentiating activity.

従って、本発明であるセルラーゼをコードする遺伝子、セルラーゼ遺伝子を組み込んだ組み換え体DNA、それらを含む組み換え生物によって、セルラーゼ活性、及びキトサナーゼ活性の両活性を有するCel8Aを安価に効率良く生産することができ、前記従来の利用形態における経費を低く抑えることができる。   Accordingly, Cel8A having both cellulase activity and chitosanase activity can be efficiently and inexpensively produced by the gene encoding cellulase of the present invention, recombinant DNA incorporating the cellulase gene, and recombinant organisms containing them. The expenses in the conventional usage form can be kept low.

セルラーゼ及びその遺伝子を提供するという目的を、配列番号2、4のアミノ酸配列からなるタンパク質、配列番号1、3で表されるタンパク質をコードする遺伝子とすることで実現した。   The object of providing cellulase and its gene was realized by using a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NOs: 2 and 4 and a gene encoding the protein represented by SEQ ID NOs: 1 and 3.

Lysobacter
sp. IB-9374株産生セルラーゼ(Cel8A)遺伝子(cel8A遺伝子)の塩基配列の決定]
1.ゲノムDNAの抽出
Lysobacter
sp. IB-9374株を0.5%ミルクカゼイン、1%スクロース、1%肉エキス、0.01%リン酸一カリウム、0.01%リン酸二カリウム及び0.01%硫酸マグネシウム(pH7.2)から構成される培地(100ml)に植菌し、30℃で16時間、振とう培養した後、菌体を遠心集菌した。
[ Lysobacter
Determination of the nucleotide sequence of the cellulase (Cel8A) gene ( cel 8A gene) produced from sp. IB-9374]
1. Extraction of genomic DNA
Lysobacter
sp. IB-9374 is a medium composed of 0.5% milk casein, 1% sucrose, 1% meat extract, 0.01% monopotassium phosphate, 0.01% dipotassium phosphate and 0.01% magnesium sulfate (pH 7.2). 100 ml), and cultured with shaking at 30 ° C. for 16 hours, and then the cells were collected by centrifugation.

取得した菌体に10mlの50mMEDTAを含む50mMトリス‐塩酸緩衝液(pH8.0)を添加し、均一に懸濁した。懸濁液に1mlの10mg/mlリゾチームを含む250mMトリス‐塩酸緩衝液(pH8.0)を添加し、時々混合しながら氷上に45分間置いた後、0.5%SDS、0.4MEDTA、1mg/mlプロテイナーゼK、及び50mMトリス‐塩酸緩衝液(pH8.0)から構成されるSTEP緩衝液を2ml添加し、50℃で16時間インキュベーションした。   To the obtained cells, 10 mM 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 50 mM EDTA was added and suspended uniformly. After adding 250 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 1 ml of 10 mg / ml lysozyme to the suspension and placing on ice for 45 minutes with occasional mixing, 0.5% SDS, 0.4 MEDTA, 1 mg / ml proteinase 2 ml of STEP buffer composed of K and 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) was added and incubated at 50 ° C. for 16 hours.

この操作で完全に溶菌した溶液に1mMEDTAを含む10mMトリス‐塩酸緩衝液(pH8.0、TE緩衝液)を11ml添加し、穏やかに混合した。水溶液に24mlのPCIを添加し、穏やかに混合した後、変性タンパク質を遠心することにより除去した。本操作を変性タンパク質が生じなくなるまで繰り返した後、上清にクロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)を等量混合し、PCIを完全に除去した。   11 ml of 10 mM Tris-hydrochloric acid buffer (pH 8.0, TE buffer) containing 1 mM EDTA was added to the solution completely lysed by this operation and mixed gently. After adding 24 ml of PCI to the aqueous solution and mixing gently, the denatured protein was removed by centrifugation. This operation was repeated until no denatured protein was formed, and then the supernatant was mixed with an equal amount of chloroform: isoamyl alcohol (24: 1) to completely remove PCI.

DNA溶液に2.5倍量のエタノールを重層し、ガラス棒を用いて界面をゆっくりとかき回して、糸状に析出したDNAをガラス棒で巻き取った。巻き取ったDNAを70%エタノールでリンスし、風乾した後、5mlのTE緩衝液に溶解した。これらの操作で、リゾバクター属IB-9374のゲノムDNAを6.5mg取得した。   The DNA solution was layered with 2.5 times the amount of ethanol, and the interface was slowly swirled with a glass rod, and the DNA precipitated in the form of a filament was wound up with the glass rod. The wound DNA was rinsed with 70% ethanol, air-dried, and dissolved in 5 ml of TE buffer. Through these operations, 6.5 mg of genomic DNA of Rhizobacter genus IB-9374 was obtained.

2.ゲノムDNAのBamHI処理
1.で取得した25μgのゲノムDNAに10unitsのBamHI(ニッポンジーン)を添加し、37℃で3分間インキュベーションした。BamHIで部分消化したゲノムDNA溶液をPCI処理、クロロホルム処理し、エタノール沈殿を行った後、20μlのTEに溶解した。
2. Bam HI treatment of genomic DNA 10 units of Bam HI (Nippon Gene) was added to 25 μg of the genomic DNA obtained in Step 3, and incubated at 37 ° C. for 3 minutes. The genomic DNA solution partially digested with Bam HI was treated with PCI, chloroform, and ethanol precipitated, and then dissolved in 20 μl of TE.

3.コスミドベクターLorist6のBamHI処理及びゲノムDNA断片との結合
BamHI消化し、アルカリホスファターゼで脱リン酸化したコスミドベクターLorist6(ニッポンジーン)60ng及び2で取得したBamHI部分消化ゲノムDNA溶液9μl(11μg-DNA)を混合した後、DNAligation kit Ver.2(タカラバイオ)のライゲーションI液を等量添加し、16℃で6時間ライゲーションした。本溶液をエタノール沈殿処理した後、20μlのTE緩衝液に溶解した。
3. Cosmid vector Lorist6 treatment with Bam HI and binding to genomic DNA fragments
After mixing Bam HI digested and dephosphorylated with alkaline phosphatase cosmid vector Lorist6 (Nippon Gene) 60ng and Bam HI partially digested genomic DNA solution (11μg-DNA) obtained in 2, DNAligation kit Ver.2 (Takara Bio) ) Ligation I solution was added in an equal amount and ligated at 16 ° C. for 6 hours. This solution was subjected to ethanol precipitation, and then dissolved in 20 μl of TE buffer.

4.バクテリオファージλへのin vitroパッケージング
本操作には、Promega社のPackagene Lambda DNA Packaging System(−80℃保存)を用いた。50μlのPackagene Extractを氷上で融解した後、3で取得したDNA溶液5μl(6μg-DNA)を添加し、22℃で3時間インキュベーションした。本溶液に445μlのPhage bufferと25μlのクロロホルムを添加し、穏やかに混合後、4℃で保存した。
4). In vitro packaging into bacteriophage λ Promega's Packagene Lambda DNA Packaging System (stored at −80 ° C.) was used for this operation. After melting 50 μl of Packagene Extract on ice, 5 μl of the DNA solution obtained in 3 (6 μg-DNA) was added and incubated at 22 ° C. for 3 hours. To this solution, 445 μl of Phage buffer and 25 μl of chloroform were added, mixed gently, and stored at 4 ° C.

5.E.coliDH5αMCRへの感染
E.coliDH5αMCRを、0.2%マルトース及び10mM硫酸マグネシウムを含むLB培地(20ml)で37℃で16時間振とう培養した。滅菌したコルベンに10mlの培養液を移し、4で調製した0.2mlのパッケージング溶液を添加した。37℃で30分静置した後、予め37℃に温めておいた25mlのLB培地を添加し、1時間振とう培養した。培養液を室温、500xgで15分間遠心した後、上清を捨て、菌体を1.2mlのLB培地に懸濁した。
5. Infection with E.coli DH5αMCR
E. coli DH5αMCR was cultured with shaking in LB medium (20 ml) containing 0.2% maltose and 10 mM magnesium sulfate at 37 ° C. for 16 hours. 10 ml of the culture solution was transferred to a sterilized Kolben, and 0.2 ml of the packaging solution prepared in 4 was added. After standing at 37 ° C. for 30 minutes, 25 ml of LB medium previously warmed to 37 ° C. was added, and cultured with shaking for 1 hour. The culture solution was centrifuged at 500 × g for 15 minutes at room temperature, the supernatant was discarded, and the cells were suspended in 1.2 ml of LB medium.

6.ネオマイシン耐性形質転換体の選択
25μl/mlネオマイシンを含むLB寒天培地に5で取得した菌体溶液を50μlずつ撒き、37℃で16時間培養した。ネオマイシン耐性の形質転換体が生えたLB寒天培地プレートに15%グリセロールを含むLB培地を1ml添加し、形質転換体をかき集めた後、滅菌した1.5ml容のプラスチックチューブに菌体溶液を移し、−80℃で保存した。
6). Selection of neomycin resistant transformants
50 μl each of the bacterial cell solution obtained in 5 was spread on an LB agar medium containing 25 μl / ml neomycin and cultured at 37 ° C. for 16 hours. Add 1 ml of LB medium containing 15% glycerol to an LB agar plate with neomycin-resistant transformants, scrape the transformants, transfer the cell solution to a sterile 1.5 ml plastic tube, − Stored at 80 ° C.

7.特異的プライマーの作製
電気泳動的に均一に精製したCel8Aのアミノ末端と内部のアミノ酸配列を解析し、アミノ末端配列中の配列-APNYPFG-から予想したprimerC12*1と内部アミノ酸配列中の配列-FFTAPFA-から予想したprimerC20*2をそれぞれ合成した。
7). Preparation of specific primer Analyzing the amino terminus and internal amino acid sequence of Cel8A purified uniformly by electrophoresis, primerC12 * 1 predicted from the sequence in the amino terminus sequence -APNYPFG- and sequence in the internal amino acid sequence -FFTAPFA -Primer C20 * 2 predicted from-was synthesized respectively.

2μM
primerC12、2μM primerC20、0.3μgの1で調製したリゾバクターのゲノムDNA、10μlの10xGC
BufferI、0.4mMdNTPミックス及び1unitのLA
Taq DNApolymerase(タカラバイオ)から成る全容20μlの反応液を、以下のプログラム*3を用いてPCRを行った。
2μM
primerC12, 2μM primerC20, 0.3μg of Rhizobacter genomic DNA prepared in 1, 10μl of 10xGC
BufferI, 0.4 mM dNTP mix and 1 unit LA
PCR was performed on a 20 μl total volume of reaction solution consisting of Taq DNApolymerase (Takara Bio) using the following program * 3 .

増幅された約1,000bpの断片を、DNA ligation kit Ver.2(タカラバイオ)を用いてpGEMT-vector(プロメガ)にライゲーションした後、E.coliJM109を形質転換した。形質転換体からプラスミドを精製し、挿入断片の塩基配列を決定した結果、約1,000bpの断片の塩基配列から予想されるアミノ酸配列中に、精製したCel8AのN−末端及び内部アミノ酸配列が含まれていた。 The amplified fragment of about 1,000 bp was ligated to pGEMT-vector (Promega) using DNA ligation kit Ver.2 (Takara Bio), and E. coli JM109 was transformed. As a result of purifying the plasmid from the transformant and determining the base sequence of the inserted fragment, the N-terminal and internal amino acid sequence of purified Cel8A was included in the amino acid sequence predicted from the base sequence of the fragment of about 1,000 bp. It was.

よって、本DNA断片は、Cel8Aをコードする遺伝子の一部であることが確認された。なお、塩基配列決定の際にはサンガー法を用いたBigDyeTerminator
Ver.3(ABI)とABI PRISM 3100 DNAシークエンサー(ABI)を使用した。そこで、本DNA断片の推定アミノ酸配列から、cel8A遺伝子特異的プライマーprimerF*4及びprimerR*5を合成した。
Therefore, this DNA fragment was confirmed to be a part of the gene encoding Cel8A. When determining the base sequence, BigDyeTerminator using the Sanger method
Ver. 3 (ABI) and ABI PRISM 3100 DNA sequencer (ABI) were used. Accordingly, the deduced amino acid sequence of this DNA fragment was synthesized cel 8A gene-specific primers primerF * 4 and primerR * 5.

*1 primerC12
5′-GC(A/C/G/T)CC(A/C/G/T)AA(C/T)TA(C/T)CC(A/C/G/T)TT(C/T)GG-3′(配列番号7)
*2 primerC20
5′-GC(A/G)AA(A/C/G/T)GG(A/C/G/T)GC(A/C/G/T)GT(A/G)AA(A/G)AA-3′(配列番号8)
* 1 primerC12
5'-GC (A / C / G / T) CC (A / C / G / T) AA (C / T) TA (C / T) CC (A / C / G / T) TT (C / T ) GG-3 '(SEQ ID NO: 7)
* 2 primerC20
5'-GC (A / G) AA (A / C / G / T) GG (A / C / G / T) GC (A / C / G / T) GT (A / G) AA (A / G ) AA-3 '(SEQ ID NO: 8)

*3 PCRプログラム
ステップ1 94℃ 4分 1サイクル
ステップ2 94℃ 1分 30サイクル
45℃ 1分
72℃ 1分
ステップ3 72℃ 5分 1サイクル
* 3 PCR Program Step 1 94 ° C 4 minutes 1 cycle Step 2 94 ° C 1 minute 30 cycles
45 ° C for 1 minute
72 ℃ 1 minute step 3 72 5 minutes 1 cycle

*4 primerF
5′-AGCCATCGCCAGGCCTACGTCAG-3′(配列番号9)
*5 primerR
5′-GCGTGACCAGCTTGGTGTTGGCG-3′(配列番号10)
* 4 primerF
5′-AGCCATCGCCAGGCCTACGTCAG-3 ′ (SEQ ID NO: 9)
* 5 primerR
5′-GCGTGACCAGCTTGGTGTTGGCG-3 ′ (SEQ ID NO: 10)

8.PCRを用いたcel8A遺伝子のスクリーニング
6.で取得した形質転換体を氷上で融解し、滅菌した生理食塩水で希釈した後、25μl/mlのネオマイシンを含むLB寒天培地に撒き、37℃で24時間培養した。約300コのシングルコロニーを25μl/mlのネオマイシンを含むLB寒天培地に鈞菌し、PCRスクリーニング用のプレートを作製した。
8). 5. Screening of cel 8A gene using PCR The transformant obtained in (1) was thawed on ice, diluted with sterilized physiological saline, plated on an LB agar medium containing 25 μl / ml neomycin, and cultured at 37 ° C. for 24 hours. About 300 single colonies were inoculated on an LB agar medium containing 25 μl / ml neomycin to prepare a PCR screening plate.

前記プレートからコロニーを25μl/mlのネオマイシンを含むLB液体培地に植菌し、37℃で16時間培養した後、コスミドベクターを精製した。これを鋳型とし、7で作製したprimerF及びprimerRを用いて以下の条件*6でPCRを行った。この操作で、約500bpの断片を増幅したものを陽性クローンとした。 Colonies were inoculated from the plate into LB liquid medium containing 25 μl / ml neomycin and cultured at 37 ° C. for 16 hours, and then the cosmid vector was purified. Using this as a template, PCR was performed under the following conditions * 6 using primerF and primerR prepared in 7. By this operation, an amplified fragment of about 500 bp was defined as a positive clone.

*6 PCRプログラム
ステップ1:94℃、4分(1サイクル)
ステップ2:94℃、1分→60℃、1分→72℃、1分(30サイクル)
ステップ3:72℃、5分(1サイクル)
* 6 PCR program Step 1: 94 ° C, 4 minutes (1 cycle)
Step 2: 94 ° C, 1 minute → 60 ° C, 1 minute → 72 ° C, 1 minute (30 cycles)
Step 3: 72 ° C, 5 minutes (1 cycle)

9.シーケンス
8.で8つの陽性クローン、pGH4-1-24、pGH4-1-41、pGH4-1-44、pGH4-1-54、pGH4-1-61、pGH4-1-65、pGH4-1-75、及びpGH4-1-93が得られた。本形質転換体からアルカリミニプレップ法でコスミドベクター、pGH4-1-24を取得し、これを、BigDyeTerminator Ver.3(ABI社)とABI PRISM 3100 DNAシークエンサー(ABI社)を使用してシークエンシングし、cel8A遺伝子の塩基配列を決定した。
9. Sequence 8. 8 positive clones, pGH4-1-24, pGH4-1-41, pGH4-1-44, pGH4-1-54, pGH4-1-61, pGH4-1-65, pGH4-1-75, and pGH4 -1-93 was obtained. A cosmid vector, pGH4-1-24, was obtained from this transformant by the alkali miniprep method, and this was sequenced using BigDyeTerminator Ver.3 (ABI) and ABI PRISM 3100 DNA Sequencer (ABI). The nucleotide sequence of the cel 8A gene was determined.

その結果、Lysobacter
sp. IB-9374株由来のcel8A遺伝子は全長1,242塩基(配列番号1)で414アミノ酸残基からなるタンパック質をコードしていた。von Heijneの方法を用いたコンピューター解析(プログラム、PSORT;http://psort.ims.u-tokyo.ac.jp/)により、1から33番の領域はプレ配列(以下、「プレペプチド領域」)と推定された。
As a result, Lysobacter
The cel 8A gene derived from sp. IB-9374 strain had a total length of 1,242 bases (SEQ ID NO: 1) and encoded a tampac quality consisting of 414 amino acid residues. By computer analysis using the method of von Heijne (program, PSORT; http://psort.ims.u-tokyo.ac.jp/), regions 1 to 33 are presequences (hereinafter referred to as “prepeptide regions”). ).

また、精製したCel8AのN−末端アミノ酸配列は1-APNYPFGSHRQAYVS-15であり、これは推定アミノ酸配列の34から48番の領域に一致し、さらに、34から414番の領域の推定分子量(41,241Da)は、精製したCel8Aの分子量(41kDa)とほぼ一致した。   Further, the N-terminal amino acid sequence of purified Cel8A is 1-APNYPFGSHRQAYVS-15, which corresponds to the region of Nos. 34 to 48 of the deduced amino acid sequence, and further the estimated molecular weight of the region of Nos. 34 to 414 (41,241 Da ) Almost coincided with the molecular weight (41 kDa) of purified Cel8A.

したがって、Cel8Aは、33アミノ酸残基のプレペプチド領域(以下、「シグナルペプチド」という。)及び381アミノ酸残基の成熟Cel8A領域から構成される前駆体として合成された後、翻訳後修飾を受けて酵素活性を持つ成熟Cel8Aが生成すると推測された。   Accordingly, Cel8A was synthesized as a precursor composed of a pre-peptide region of 33 amino acid residues (hereinafter referred to as “signal peptide”) and a mature Cel8A region of 381 amino acid residues, and then subjected to post-translational modification. It was speculated that mature Cel8A with enzymatic activity was produced.

以下に添付図面に基づき、本発明であるcel8A遺伝子がコードするCel8Aについて詳細に説明する。 Reference to the accompanying drawings, cel 8A gene is present invention is described in detail Cel8A coding.

図1は、Lysobacter sp. IB-9374から精製したCel8AのSDS−PAGEの結果である。レーン1は、分子サイズマーカー(単位は、KDa)である。レーン2が精製したCel8A(2.5μg/μl)である。 FIG. 1 shows the results of SDS-PAGE of Cel8A purified from Lysobacter sp. IB-9374. Lane 1 is a molecular size marker (unit: KDa). Lane 2 is purified Cel8A (2.5 μg / μl).

「Cel8Aの精製方法」
Cel8Aは、本菌を上述したような培養液で、30℃、144時間培養し、当該培養液からの硫安分画、続いてSP-Toyopearl 650M、Superdex 200などにより精製し、電気泳動的に均一な酵素標品を得た。
"Pel8A purification method"
Cel8A is cultured in the culture medium as described above for 30 hours at 30 ° C., and purified by ammonium sulfate fractionation from the culture liquid, followed by SP-Toyopearl 650M, Superdex 200, etc. Obtained an enzyme preparation.

電気泳動の結果、Cel8Aは、41kDaであると推定された(図中トライアングル)。CMCの分解活性における至適pHは5.0、至適温度は40℃であった。また、本酵素はCMC活性に加えてキトサン活性を示し、CMC>コロイドキトサン>キトサン>グリコールキトサンの順で加水分解活性を示した。その結果を図2に示す。   As a result of electrophoresis, Cel8A was estimated to be 41 kDa (triangle in the figure). The optimum pH for the degradation activity of CMC was 5.0, and the optimum temperature was 40 ° C. Moreover, this enzyme showed chitosan activity in addition to CMC activity, and showed hydrolysis activity in the order of CMC> colloidal chitosan> chitosan> glycol chitosan. The result is shown in FIG.

Lysobacter sp. IB-9374株の培養方法」
なお、本菌の培養条件は、特許文献1に記載されているように、培地組成としては、通常この微生物が生育し得るものであれば天然培地及び合成培地の何れでもよく、培地は固体又は液体培地の何れでもよい。
"Culture method of Lysobacter sp. IB-9374 strain"
In addition, as described in Patent Document 1, the culture conditions of this bacterium may be any of a natural medium and a synthetic medium as long as this microorganism can grow. Any liquid medium may be used.

これらの培地には、例えば、炭素源としての、グルコース、マルトース、マンノース等の糖類、クエン酸、リンゴ酸等の有機酸類、エタノール、グリセロール等のアルコール類など、窒素源としてのペプトン、肉エキス、酵母エキス、タンパク質加水分解物、アミノ酸などの一般天然窒素源の他に、各種無機、有機アンモニウム塩などが含まれ、その他、カリウム塩、マグネシウム塩、鉄塩、カルシウム塩などの無機塩類などが必要に応じて適宜添加される。   These media include, for example, sugars such as glucose, maltose and mannose as carbon sources, organic acids such as citric acid and malic acid, alcohols such as ethanol and glycerol, peptone as a nitrogen source, meat extract, In addition to general natural nitrogen sources such as yeast extract, protein hydrolyzate, and amino acids, various inorganic and organic ammonium salts are included. In addition, inorganic salts such as potassium, magnesium, iron, and calcium salts are required. Depending on the case, it is added appropriately.

また、本菌の培養条件は慣用の方法で行うことができるが、培養温度は通常20〜35℃、好ましくは25〜35℃であり、培地のpHは通常は6〜8、好ましくはpH6.5〜7.5である。また、振とう或いは通気攪拌などの手段により好気的条件下で行われる事が望ましく、培養時間は通常150〜250時間である。   The culture conditions of the present bacterium can be performed by a conventional method, but the culture temperature is usually 20 to 35 ° C., preferably 25 to 35 ° C., and the pH of the medium is usually 6 to 8, preferably pH 6. 5 to 7.5. Moreover, it is desirable to carry out by aerobic conditions by means, such as shaking or aeration stirring, and culture | cultivation time is 150-250 hours normally.

図2は、Cel8Aの基質特異性を示すテーブルである。上述のように精製したCel8Aを用い以下の条件で加水分解反応を行った。テーブル左が各種基質、テーブル中央が活性(U/mg)、テーブル右が相対活性(%)である。なお、活性(U/mg)は、標準物質(セルロース基質の場合はβ―D―グルコース、キトサン基質はβ―D―グルコサミン、キチン基質はN−アセチルグルコサミン、pNP基質はp−ニトロフェノール)を用いて作成した標準曲線から1ml当たりの活性(U/ml)を算出し、その値を、用いたCel8A濃度で割ってのようにして求める。また、相対活性(%)は、Cel8Aの単位時間当たりの分解活性を100%としたときの、各基質に対する分解活性値である。   FIG. 2 is a table showing the substrate specificity of Cel8A. The hydrolysis reaction was performed under the following conditions using Cel8A purified as described above. The table left shows various substrates, the table center shows activity (U / mg), and the table right shows relative activity (%). The activity (U / mg) is determined from the standard substance (β-D-glucose for cellulose substrate, β-D-glucosamine for chitosan substrate, N-acetylglucosamine for chitin substrate, and p-nitrophenol for pNP substrate). The activity per 1 ml (U / ml) is calculated from the standard curve prepared by using the obtained value, and the value is obtained by dividing by the Cel8A concentration used. The relative activity (%) is a degradation activity value for each substrate when the degradation activity per unit time of Cel8A is 100%.

・基質
b:85%含有脱アセチルキトサン水物和
c:99%含有脱アセチルキトサン
d:〜40%含有脱アセチルキトサン
e:40〜50%含有可溶性有脱アセチルキトサン
Avicel:セルロース粉末、旭化成(株)、規格生化学用
pNP−Glc:p-Nitrophenyl-β-D-glucoside、生化学工業(株)
Substrate b: 85% deacetylated chitosan hydrate c: 99% deacetylated chitosan d: -40% deacetylated chitosan e: 40-50% soluble deacetylated chitosan Avicel: cellulose powder, Asahi Kasei ), PNP-Glc for standard biochemistry: p-Nitrophenyl-β-D-glucoside, Seikagaku Corporation

・反応条件
反応組成(0.75ml)は、各基質0.43%(w/w)と、50mMの酢酸緩衝液(pH5.0)に溶解した0.14UのCel8Aからなる。反応温度は、37℃とした。なお、Cel8Aの1Uとは、1分間に1μmolの還元糖を遊離させる酵素量を示す。また、基質pNP−Glcの反応条件は、反応組成(1ml)が基質0.1%、4.5UのCel8A、および50mM酢酸緩衝液(pH5.0)からなり、反応温度は37℃である。
-Reaction conditions The reaction composition (0.75 ml) consists of 0.43% (w / w) of each substrate and 0.14 U of Cel8A dissolved in 50 mM acetate buffer (pH 5.0). The reaction temperature was 37 ° C. Here, 1U of Cel8A indicates the amount of enzyme that liberates 1 μmol of reducing sugar per minute. The reaction conditions for the substrate pNP-Glc consisted of 0.1% substrate, 4.5 U Cel8A and 50 mM acetate buffer (pH 5.0), and the reaction temperature was 37 ° C.

図2の結果から、Cel8Aはセルラーゼ活性の約40%〜15%のキトサン誘導体に対するキトサナーゼ活性を有することが認められた。このことからキトサナーゼ活性の約40%以下のセルラーゼ活性を持つ既知の2機能性酵素とは異なり、逆の基質特異性を示す新規な2機能性酵素であと言える。このようなセルラーゼ活性とキトサナーゼ活性を持ち、セルラーゼを主要活性とする酵素は、今までに報告がない。   From the results of FIG. 2, it was confirmed that Cel8A has chitosanase activity with respect to chitosan derivatives of about 40% to 15% of cellulase activity. From this, unlike the known bifunctional enzyme having a cellulase activity of about 40% or less of the chitosanase activity, it can be said to be a novel bifunctional enzyme exhibiting the reverse substrate specificity. There has been no report on an enzyme having such cellulase activity and chitosanase activity and having cellulase as a main activity.

図3は、Cel8AによるCMCの加水分解反応物の薄層クロマトグラムである。レーン0は未反応物、レーン24はCMCを基質とした反応液のスポット、レーンSは標準品である。標準品は、Glc;グルコース、(Glc);セロビオース、(Glc);セロトリオース、(Glc);セロテトラオース、(Glc);セロペンタオース、(Glc);セロヘキサオースを使用した。 FIG. 3 is a thin-layer chromatogram of the hydrolysis reaction product of CMC with Cel8A. Lane 0 is an unreacted product, lane 24 is a spot of a reaction solution using CMC as a substrate, and lane S is a standard product. Standard products, Glc; glucose, (Glc) 2; cellobiose, (Glc) 3; cellotriose, (Glc) 4; cellotetraose, (Glc) 5; using cellohexaose; Cerro maltopentaose, (Glc) 6 did.

・反応条件、結果
pH5.0でCMCに対して1/160量(w/w)の酵素を37℃で24時間反応させ、常法により展開したところ、Cel8AによってCMCを分解したときの主要分解生成物は、セロビオースであった。
・ Reaction conditions and results
When the enzyme of 1/160 volume (w / w) was reacted at 37 ° C for 24 hours at pH 5.0 and developed by a conventional method, the main degradation product when CMC was decomposed by Cel8A was cellobiose. Met.

図4は、Cel8Aによるコロイドキトサンの加水分解反応物の薄層クロマトグラムである。レーン0は未反応物、レーン0.5はコロイドキトサンを基質とし、下記の条件で、0.5時間反応させたときの反応液のスポット、レーン4は同様に4時間反応液のスポット、レーン24は同様に反応液のスポット、レーンSは標準品である。   FIG. 4 is a thin layer chromatogram of the hydrolysis reaction product of colloidal chitosan by Cel8A. Lane 0 is an unreacted substance, Lane 0.5 is a colloidal chitosan substrate, reaction solution spot when reacted for 0.5 hours under the following conditions, Lane 4 is a 4-hour reaction solution spot, Lane Similarly, 24 is a spot of the reaction solution, and lane S is a standard product.

標準品は、GlcN;グルコサミン、(GlcN);キトビオース、(GlcN);キトトリオース、(GlcN);キトテトラオース、(GlcN);キトペンタオース、(GlcN);キトヘキサオースを使用した。 Standard products, GlcN; glucosamine, (GlcN) 2; chitobiose, (GlcN) 3; chitotriose, (GlcN) 4; chitotetraose, (GlcN) 5; Quito maltopentaose, (GlcN) 6; using Quito maltohexaose did.

・反応条件、結果
pH5.0でコロイドキトサンに対して1/160量(w/w)の酵素を37℃で24時間反応させ、常法により展開したところ、Cel8Aによってコロイドキトサンを分解したときの分解生成物は、キトビオースが主要分解生成物であった。
・ Reaction conditions and results
When the enzyme of 1/160 amount (w / w) was reacted at 37 ° C. for 24 hours with colloidal chitosan at pH 5.0 and developed by a conventional method, the degradation product when colloidal chitosan was decomposed by Cel8A was Chitobiose was the main degradation product.

図5は、Lysobacter sp. IB-9374由来のCel8Aをコードする塩基配列とそれから推定されるCel8Aのアミノ酸配列及びその遺伝子の近傍遺伝子配列である。 FIG. 5 shows the nucleotide sequence encoding Cel8A derived from Lysobacter sp. IB-9374, the amino acid sequence of Cel8A deduced therefrom, and the gene sequence adjacent to that gene.

決定された塩基配列から推定されアミノ酸は、遺伝子配列の下に一文字表記で表した。アミノ酸配列は、最初のメチオニン残基から番号を付した。推定されるSD配列には、アンダーラインを付した。精製したCel8AのN末端、及び内部のアミノ酸配列と塩基配列から推定されるアミノ酸配列と一致した部分をそれぞれ、白黒反転、及びグレーで表示した。ストップコドンの下にアスタリスク(*)を記載した。また、図中の実線「C12」、「C20」は、それぞれprimerC12、primerC20に対応する位置を、点線「F」、「R」は、それぞれprimerF、primerRに対応する位置を示している。   The amino acid deduced from the determined base sequence was expressed in one-letter code below the gene sequence. The amino acid sequence is numbered from the first methionine residue. The estimated SD sequence is underlined. The N-terminal of purified Cel8A and the portions that matched the amino acid sequence deduced from the internal amino acid sequence and base sequence were displayed in black and white reversal and gray, respectively. An asterisk (*) is written under the stop codon. In the figure, solid lines “C12” and “C20” indicate positions corresponding to primerC12 and primerC20, respectively, and dotted lines “F” and “R” indicate positions corresponding to primerF and primerR, respectively.

図6は、本発明である配列番号1の塩基配列から推定される構造タンパク質と、既知タンパク質との相同性を比較した結果である。既知タンパク質は、次の(1)、(2)である。   FIG. 6 shows the results of comparing the homology between a structural protein deduced from the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 according to the present invention and a known protein. Known proteins are the following (1) and (2).

(1)β-1,3-1,4-glucanase from Bacillus
circulans WL-12(図中B.WL12)
(2)endo-1,4-β-glucanase from Bacillus
circulans KSM-N257(図中B.N257)
(1) β-1,3-1,4-glucanase from Bacillus
circulans WL-12 (B.WL12 in the figure)
(2) endo-1,4-β-glucanase from Bacillus
circulans KSM-N257 (B.N257 in the figure)

配列番号6の構造遺伝子は、矢印(A)のメチオニンから翻訳され、全長414アミノ酸残基からなるタンパク質(以下、「CelA8前駆体」という。)をコードしている。矢印(A)から矢印(C)のシグナルペプチドが、翻訳後修飾を受け、矢印(C)以降の全長381残基からなる領域(以下、「成熟体セルラーゼ領域」という。)が形成される。即ち、成熟体セルラーゼ領域が、セルラーゼ活性、キトサナーゼ活性を有するLysobacter sp. IB-9374株が生産するCel8Aである。 The structural gene of SEQ ID NO: 6 is translated from the methionine indicated by the arrow (A) and encodes a protein consisting of 414 amino acid residues (hereinafter referred to as “CelA8 precursor”). The signal peptide from arrow (A) to arrow (C) undergoes post-translational modification to form a region consisting of a total length of 381 residues after arrow (C) (hereinafter referred to as “mature cellulase region”). That is, the mature cellulase region is Cel8A produced by Lysobacter sp. IB-9374 strain having cellulase activity and chitosanase activity.

本発明の遺伝子がコードするタンパク質と、既知タンパク質(1)、(2)との比較の結果、(1)とは46%一致し、相同性は63%と推定され、(2)とは45%一致し、相同性は63%と推定された。なお、比較する3配列の内、アミノ酸残基が2配列で一致した部分を線で囲んだ。   As a result of comparison between the protein encoded by the gene of the present invention and the known proteins (1) and (2), (1) is 46% identical, homology is estimated to be 63%, and (2) is 45. % Concordance and homology was estimated at 63%. Of the three sequences to be compared, the portion where the amino acid residues matched in the two sequences was surrounded by a line.

既知セルラーゼとのアミノ酸配列の相同性検索の結果、Cel8Aはfamily8のmotif領域(ATDGDLDIAYALLLADLQW)を有している。他の既知の両活性を示すB.subtilisおよびMyxobacter sp.由来のそれらと比較してN末端アミノ酸3個は同一であるが、それ以外は異なっていた。Cel8A前駆体の全アミノ酸配列はBacillus circulans WL-12由来glucanaseやBacillus circulans KSM-N257由来endoglucanase N257、Bacillus. sp.由来chitosanaseとそれぞれ46%、45%、42%の同一性を示した。 As a result of homology search of amino acid sequence with known cellulase, Cel8A has family 8 motif region (ATDGDLDIAYALLLADLQW). Compared to those from B. subtilis and Myxobacter sp., Which exhibit both other known activities, the three N-terminal amino acids are identical, but otherwise. The whole amino acid sequence of the Cel8A precursor showed 46%, 45%, and 42% identity with Bacillus circulans WL-12-derived glucanase, Bacillus circulans KSM-N257-derived endoglucanase N257, and Bacillus sp.-derived chitosanase, respectively.

Lysobacter sp. IB-9374から精製したCel8AのSDS−PAGEの結果である。It is the result of SDS-PAGE of Cel8A purified from Lysobacter sp. IB-9374. Cel8Aの基質特異性を示すテーブルである。It is a table | surface which shows the substrate specificity of Cel8A. Cel8AによるCMCの加水分解反応物の薄層クロマトグラム。The thin-layer chromatogram of the hydrolysis reaction product of CMC by Cel8A. Cel8Aによるコロイドキトサンの加水分解反応物の薄層クロマトグラム。Thin layer chromatogram of colloidal chitosan hydrolysis reaction with Cel8A. Lysobacter sp. IB-9374由来のCel8Aをコードする塩基配列とそれから推定されるCel8Aのアミノ酸配列及びその遺伝子の近傍遺伝子配列。A base sequence encoding Cel8A derived from Lysobacter sp. IB-9374, an amino acid sequence of Cel8A deduced therefrom, and a gene sequence near the gene. 本発明である配列番号1の塩基配列から推定される構造タンパク質と、既知タンパク質との相同性を比較した結果である。It is the result of having compared the homology with the structural protein estimated from the base sequence of sequence number 1 which is this invention, and a known protein.

配列番号7 PCR用フォワードプライマーの基礎配列、nは、a、c、g、或いはt
配列番号8 PCR用リバースプライマーの基礎配列、nは、a、c、g、或いはt
SEQ ID NO: 7 Basic sequence of forward primer for PCR, n is a, c, g, or t
SEQ ID NO: 8 Basic sequence of reverse primer for PCR, n is a, c, g, or t

Claims (14)

配列番号2で表されるアミノ酸配列もしくはその一部、又はそれらのアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、セルラーゼ活性を有することを特徴とするタンパク質。   A protein comprising an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a part thereof, or an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence, and having cellulase activity . 配列番号4で表されるアミノ酸配列もしくはその一部、又はそれらのアミノ酸配列において、1若しくは複数のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、セルラーゼ活性を有することを特徴とするタンパク質。   A protein comprising an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 or a part thereof, or an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence, and having cellulase activity . セルラーゼ活性の他、キトサナーゼ活性を有する請求項1、又は請求項2に記載のタンパク質。   The protein according to claim 1 or 2, which has chitosanase activity in addition to cellulase activity. 請求項1のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子。   A gene encoding a protein comprising the amino acid sequence of claim 1. 請求項2のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードする遺伝子。   A gene encoding a protein comprising the amino acid sequence of claim 2. 配列番号1で表され、セルラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子。   A gene represented by SEQ ID NO: 1 and encoding a protein having cellulase activity. 配列番号3で表され、セルラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子。   A gene represented by SEQ ID NO: 3 and encoding a protein having cellulase activity. セルラーゼ活性の他、キトサナーゼ活性を有する請求項4〜請求項7に記載のタンパク質をコードする遺伝子。 The gene which codes the protein of Claims 4-7 which has a chitosanase activity other than a cellulase activity. 請求項4〜請求項8の遺伝子と80%以上の相同性を有し、セルラーゼ活性、キトサナーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子。   A gene encoding a protein having cellulase activity and chitosanase activity having 80% or more homology with the gene of claims 4-8. 請求項4〜請求項8の遺伝子とストリンジェントな条件でハイブリダイズする遺伝子。   A gene that hybridizes with the gene of claim 4 to 8 under stringent conditions. 請求項2〜請求項6の遺伝子をベクターDNAに組み込んだことを特徴とする組み換え体DNA。   Recombinant DNA, wherein the gene of claims 2 to 6 is incorporated into vector DNA. 請求項7に記載の組み換え体DNAを有することを特徴とする組み換え生物。   A recombinant organism comprising the recombinant DNA according to claim 7. 請求項2〜請求項6の遺伝子をゲノムに挿入されたことを特徴とする組み換え生物。   A recombinant organism, wherein the gene of claim 2 to 6 is inserted into the genome. 微生物であることを特徴とする請求項11又は12に記載の組み換え生物。

The recombinant organism according to claim 11 or 12, which is a microorganism.

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