JP2008194037A - Method for optical resolution of 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester by biocatalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は医薬、農薬、生理活性物質および強誘電性液晶などの光学活性化合物の合成において有用な中間体となりうる光学活性S体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルおよびR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの、微生物、その処理物、微生物由来の酵素または遺伝子を用いた不斉加水分解反応による製法、およびこれらの製法に使用する微生物由来の酵素、該酵素をコードする遺伝子に関する。
The present invention relates to optically active S-form 4-halo-3-hydroxybutyrate and R-form 3-hydroxy-γ that can be useful intermediates in the synthesis of optically active compounds such as pharmaceuticals, agricultural chemicals, physiologically active substances and ferroelectric liquid crystals. -It relates to a method for producing butyrolactone by asymmetric hydrolysis using microorganisms, processed products thereof, microorganism-derived enzymes or genes, microorganism-derived enzymes used in these methods, and genes encoding the enzymes.
光学活性化合物の製法としては、対応する光学活性出発物質から目的物へ変換する化学的合成法のほか、対応するラセミ体を光学分割剤で処理して光学活性体に分割する方法が用いられる。また近年、微生物または酵素を用いて不斉還元や不斉加水分解反応を利用する生体触媒反応により光学活性体を分離する方法が多く報告されている。 As a method for producing an optically active compound, a chemical synthesis method in which a corresponding optically active starting material is converted into a target product, and a method in which a corresponding racemic body is treated with an optical resolution agent to be resolved into an optically active material are used. In recent years, many methods for separating optically active substances by biocatalytic reaction using asymmetric reduction or asymmetric hydrolysis reaction using microorganisms or enzymes have been reported.
4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの製法は、合成法としては、ルテニウム−光学活性ホスフィン錯体を触媒として用いる不斉還元による方法(特許文献1)が知られているが、該方法に用いる触媒の合成は容易ではなく、コスト面で問題がある。また、光学活性アミノ酸誘導体とアルコールを用いて還元する方法(特許文献2)が知られているが、生成物の光学純度が低いという欠点があり、また、−78℃の様な低温で反応させなければならないという問題がある。 As a method for producing 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester, a method by asymmetric reduction using a ruthenium-optically active phosphine complex as a catalyst (Patent Document 1) is known as a synthesis method. The synthesis of is not easy and has a problem in terms of cost. In addition, a method of reduction using an optically active amino acid derivative and an alcohol (Patent Document 2) is known, but has a disadvantage that the optical purity of the product is low, and the reaction is performed at a low temperature such as −78 ° C. There is a problem of having to.
また、4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの生体触媒反応を用いた製法としては、微生物菌体または酵素を用いるβ−ケトエステル体の不斉還元法(特許文献3、4、5)が知られており、また遺伝子組換え技術による不斉還元法の改良も行なわれている(特許文献6)。しかし、これら微生物あるいは酵素を用いた不斉還元法によるβ−ケトエステル体からのS体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの製法においては、その反応に高価なNADH(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド)あるいはNADPH(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸)などの補酵素を必要とし、さらにその酸化体から再度還元体へ変換する反応を必要とするため、グルコースオキシダーゼあるいは蟻酸デヒドロゲナーゼなどの酵素を別途必要とするうえ、その反応工程が律速反応となるなどの観点から工業的製法とは言い難い。 Further, as a production method using a biocatalytic reaction of 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester, an asymmetric reduction method of a β-ketoester using a microbial cell or an enzyme (Patent Documents 3, 4, and 5) is known. In addition, improvement of the asymmetric reduction method by gene recombination technology has been carried out (Patent Document 6). However, in the production of S-form 4-halo-3-hydroxybutyrate from β-ketoester by an asymmetric reduction method using these microorganisms or enzymes, expensive NADH (nicotinamide adenine dinucleotide) or Since a coenzyme such as NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) is required and a reaction for converting the oxidized form into a reduced form is required, an enzyme such as glucose oxidase or formate dehydrogenase is required. From the viewpoint that the reaction process becomes a rate-limiting reaction, it is difficult to say that it is an industrial production method.
また、微生物あるいは酵素を用いた4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの両エナンチオマー混合物の不斉分解反応によるS体4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの製法(非特許文献1、2)が報告されているが、これらの製法では、高光学純度にて生成物を生産することはできない。またアグロバクテリウムを用いた方法(特許文献7)では、本反応に関与する酵素や遺伝子の報告がないので、生産性の向上は野性株での改良に限られてしまう。 In addition, a method for producing S-form 4-chloro-3-hydroxybutyric acid ester by asymmetric decomposition reaction of both enantiomeric mixtures of 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester using microorganisms or enzymes is reported (Non-patent Documents 1 and 2). However, these production methods cannot produce products with high optical purity. In addition, in the method using Agrobacterium (Patent Document 7), there is no report of an enzyme or a gene involved in this reaction, so the improvement in productivity is limited to the improvement in wild strains.
光学活性3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製法としては、エチル−4−t−ブトキシ−3−オキソ酪酸をパン酵母を用いて不斉還元し、得られたR体エチル−4−t−ブトキシ−3−ヒドロキシ酪酸からフルオロ酢酸存在下においてR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンに誘導する方法(非特許文献3)が報告されているが、この方法は化学的な合成反応を含むことから、不安定な生成物を高光学純度で得ることは困難である。また、微生物を用いた、光学活性な4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルから対応する立体の3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製法(特許文献8)が報告されているが、該微生物の作用の立体選択性は開示されていない。さらに、この反応に関与する酵素や遺伝子の報告がないので、生産性の向上は野性株での改良に限られてしまう。
本発明は、上記問題点の解決を課題とするものであり、微生物、微生物由来の酵素または酵素をコードする遺伝子により生体触媒を用いた不斉加水分解反応により4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの両エナンチオマー混合物から高光学純度のS体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルを製造する方法、また、R体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルからR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンを製造する方法、これらの製法に使用する微生物由来の酵素、および該酵素をコードする遺伝子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester is obtained by an asymmetric hydrolysis reaction using a biocatalyst with a microorganism, an enzyme derived from a microorganism or a gene encoding the enzyme. A method for producing S-isomer 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester with high optical purity from a mixture of both enantiomers of the above, and production of R-isomer 3-hydroxy-γ-butyrolactone from R-isomer 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester It is an object of the present invention to provide a microorganism-derived enzyme used in these production methods, and a gene encoding the enzyme.
本発明はまた、組換えDNAの手法を用いて立体識別性が向上し、微生物の触媒能力を従来と比較して飛躍的に増大することができ、光学活性体を大量生産することができる4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステル不斉加水分解酵素(RhCHBH(Rhizobium sp. 4-Chloro-3-HydroxyButyrate Hydrolase))およびそれをコードする遺伝子を提供することを目的とする。
本発明はまた、該遺伝子を含むベクター、形質転換体、および該酵素を用いる光学活性体の製造方法を提供することも目的とする。
The present invention also improves the stereo-discriminating ability by using a recombinant DNA technique, can dramatically increase the catalytic ability of microorganisms as compared with the prior art, and can mass-produce optically active substances. An object is to provide a halo-3-hydroxybutyrate asymmetric hydrolase (RhCHBH (Rhizobium sp. 4-Chloro-3-HydroxyButyrate Hydrolase)) and a gene encoding the same.
Another object of the present invention is to provide a vector containing the gene, a transformant, and a method for producing an optically active substance using the enzyme.
本発明者らは、S体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルおよびR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンを工業的に製造する方法を見出すべく、種々研究を重ねた結果、ある種の微生物(受託番号FERM P−21129)が4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの両エナンチオマー混合物のうち、R体に対して高度に選択的な反応性を示し、3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンに変換し、S体4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルを残存させることを見いだした。 The present inventors have conducted various studies to find a method for industrially producing S-form 4-halo-3-hydroxybutyrate ester and R-form 3-hydroxy-γ-butyrolactone. As a result, certain microorganisms ( Accession No. FERM P-21129) shows a highly selective reactivity with respect to the R form in a mixture of both enantiomers of 4-halo-3-hydroxybutyrate, and converts it to 3-hydroxy-γ-butyrolactone, It was found that S-form 4-chloro-3-hydroxybutyric acid ester remains.
また、この微生物による反応において、R体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルを出発原料にすれば、光学純度を落とすことなくR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンを得ることができることを見出した。 Further, it has been found that in this reaction by microorganisms, R-form 3-hydroxy-γ-butyrolactone can be obtained without degrading the optical purity by using R-form 4-halo-3-hydroxybutyrate as a starting material.
さらに、該微生物(受託番号FERM P−21129)は反応性が低いため、該反応を触媒する酵素(以下、RhCHBHとも称する)をコードする遺伝子(以下、RhCHBH遺伝子とも称する)を単離し、組換え大腸菌により生産性を向上させることに成功した。 Furthermore, since the microorganism (Accession No. FERM P-21129) has low reactivity, a gene encoding an enzyme that catalyzes the reaction (hereinafter also referred to as RhCHBH) (hereinafter also referred to as RhCHBH gene) is isolated and recombined. We succeeded in improving productivity with E. coli.
したがって、本発明は、以下の(a)または(b)のいずれかの塩基配列からなる遺伝子を提供する:
(a)配列番号1の第44塩基〜第1240塩基からなる塩基配列、
(b)配列番号1の第44塩基〜第1240塩基からなる塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列であって、下記式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルのエナンチオマー混合物に作用し、該混合物のR体を選択的に加水分解し、かつ、S体を選択的に残存させる酵素活性(以下、RhCHBH活性とも称する)を有するタンパク質をコードする塩基配列:
[式中、Xは、ハロゲン原子を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表す]。
Therefore, the present invention provides a gene comprising the following base sequence (a) or (b):
(A) a nucleotide sequence consisting of the 44th base to the 1240th base of SEQ ID NO: 1,
(B) a 4-halo-3-hydroxybutyric acid represented by the following formula [1], which is hybridized under stringent conditions with the nucleotide sequence consisting of the 44th to 1240th nucleotides of SEQ ID NO: 1 A nucleotide sequence encoding a protein that acts on an enantiomeric mixture of esters, selectively hydrolyzes the R-form of the mixture, and selectively leaves the S-form (hereinafter also referred to as RhCHBH activity):
[Wherein X represents a halogen atom and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms].
本発明はまた、
(c)配列番号1の第44塩基〜第1240塩基からなる塩基配列において、1または数個の塩基が欠失、付加または置換されている塩基配列であって、RhCHBH活性を有するタンパク質をコードする塩基配列、
(d)配列番号2に記載のアミノ酸配列をコードする塩基配列、
(e)配列番号2に記載のアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されているアミノ酸配列であって、RhCHBH活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列、および、
(f)配列番号2に記載のアミノ酸配列と少なくとも75%以上の相同性を有するアミノ酸配列であって、RhCHBH活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列、
のいずれかの塩基配列からなる遺伝子を包含する。
The present invention also provides
(C) a base sequence consisting of the 44th to 1240th bases of SEQ ID NO: 1, wherein one or several bases are deleted, added or substituted, and encodes a protein having RhCHBH activity Base sequence,
(D) a base sequence encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2,
(E) an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and a base sequence encoding an amino acid sequence having RhCHBH activity; and
(F) an amino acid sequence having at least 75% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and a base sequence encoding an amino acid sequence having RhCHBH activity;
The gene which consists of one of these base sequences is included.
また、本発明は、以下の(a’)または(b’)のいずれかのタンパク質を提供する:
(a’)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b’)配列番号2に記載のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されているアミノ酸配列からなり、RhCHBH活性を有するタンパク質。
The present invention also provides the following protein (a ′) or (b ′):
(A ′) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2,
(B ′) a protein having an RhCHBH activity, comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
本発明はまた、
(c’)配列番号2に記載のアミノ酸配列と少なくとも75%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、RhCHBH活性を有するタンパク質も包含する。
The present invention also provides
(C ′) A protein comprising an amino acid sequence having at least 75% homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having RhCHBH activity is also included.
本発明はまた、上記遺伝子を有する細菌、好ましくは、リゾビウム属に属すると推定される細菌DS−S−51株(受託番号FERM P−21129)を提供する。 The present invention also provides a bacterium having the above gene, preferably a bacterium DS-S-51 strain (accession number FERM P-21129) presumed to belong to the genus Rhizobium.
また、本発明によれば、本発明の遺伝子を含むベクターが提供される。好ましくは、ベクターは、プラスミドpKK−RhCHBHである。ここで、プラスミドpKK−RhCHBHとは、市販のプラスミドpKK223−3(ファルマシア製)に、本発明のRhCHBH遺伝子が導入されたものをいう。 Moreover, according to this invention, the vector containing the gene of this invention is provided. Preferably the vector is the plasmid pKK-RhCHBH. Here, the plasmid pKK-RhCHBH refers to a plasmid obtained by introducing the RhCHBH gene of the present invention into a commercially available plasmid pKK223-3 (manufactured by Pharmacia).
また、本発明によれば、上記のベクターを含む形質転換体が提供される。好ましくは、宿主は、大腸菌であり、より好ましくは、大腸菌JM109株である。 Moreover, according to this invention, the transformant containing said vector is provided. Preferably, the host is E. coli, more preferably E. coli strain JM109.
また、本発明は、RhCHBH遺伝子を発現させることを含む、RhCHBHタンパク質の製造方法を提供する。 Moreover, this invention provides the manufacturing method of RhCHBH protein including expressing a RhCHBH gene.
さらに本発明は、RhCHBHタンパク質を、下記式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルのエナンチオマー混合物に作用させ、該混合物のR体を選択的に加水分解させ、かつ、S体を選択的に残存させることを含む、S体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの製造方法を提供する:
[式中、Xは、ハロゲン原子を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表す]。
Furthermore, the present invention allows RhCHBH protein to act on an enantiomeric mixture of 4-halo-3-hydroxybutyrate ester represented by the following formula [1], selectively hydrolyze the R form of the mixture, and S form A method for producing S-form 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester, which comprises selectively remaining:
[Wherein X represents a halogen atom and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms].
さらに本発明は、RhCHBHタンパク質を、下記式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルのR体に作用させることを含む、下記式[2]で示されるR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造方法を提供する:
[式中、Xは、ハロゲン原子を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表す]。
[Wherein X represents a halogen atom and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms].
上記S体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの製造方法およびR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造方法において、好ましくは式[1]のRはメチルであり、好ましくは式[1]のXは塩素原子である。 In the method for producing the S-form 4-halo-3-hydroxybutyrate and the method for producing the R-form 3-hydroxy-γ-butyrolactone, R in the formula [1] is preferably methyl, and preferably in the formula [1]. X is a chlorine atom.
本発明によればリゾビウム属細菌(Rhizobium sp.)に属すると推定される微生物(DS−S−51株(受託番号FERM P−21129))を利用して4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの両エナンチオマー混合物からR体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルを選択的に分解し、S体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルを系中に残存させることができる。また、R体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルを基質にすれば、光学純度を落とすことなくR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンを得ることができる。さらに組換え大腸菌を用いれば、生産性の向上を行なうことができる。 According to the present invention, a microorganism (DS-S-51 strain (Accession No. FERM P-21129)) presumed to belong to Rhizobium sp. Is utilized to produce 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester. The R-form 4-halo-3-hydroxybutyrate can be selectively decomposed from the mixture of both enantiomers to leave the S-form 4-halo-3-hydroxybutyrate in the system. Further, when R-form 4-halo-3-hydroxybutyrate is used as a substrate, R-form 3-hydroxy-γ-butyrolactone can be obtained without degrading the optical purity. Furthermore, productivity can be improved by using recombinant E. coli.
本明細書において、「生体触媒反応」とは、微生物を含む生体、酵素、遺伝子組換え体などを利用した反応を言う。 In this specification, the “biocatalytic reaction” refers to a reaction using a living body including a microorganism, an enzyme, a gene recombinant, and the like.
本明細書において、「不斉加水分解反応」とは、両エナンチオマー混合物のうちの各光学活性(異性)体に対する加水分解速度の差を利用した光学分割方法を示す。 In the present specification, the “asymmetric hydrolysis reaction” refers to an optical resolution method using a difference in hydrolysis rate for each optically active (isomer) isomer in both enantiomeric mixtures.
本明細書において、「式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステル化合物群」とは、式[1]において、Xがハロゲン原子を表し、Rが炭素原子数1〜4のアルキル基を表す、すべての化合物を含む。 In the present specification, the “4-halo-3-hydroxybutyric acid ester compound group represented by the formula [1]” means that in the formula [1], X represents a halogen atom and R has 1 to 4 carbon atoms. Includes all compounds representing alkyl groups.
本明細書および特許請求の範囲において、「下記式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルのエナンチオマー混合物に作用し、該混合物のR体を選択的に加水分解し、かつ、S体を選択的に残存させる酵素活性」
とは、式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステル化合物群に属する少なくともいずれか一つの化合物のエナンチオマー混合物としてラセミ体を基質として用いた場合に、出発物質として用いたエナンチオマー混合物のうちR体基質の少なくとも95%を加水分解し、S体基質の少なくとも20%を残存させ、その結果、光学純度が90%ee(エナンチオ過剰)以上のS体エステルを生成物として生じる酵素活性をいう。該酵素は、R体基質の好ましくは少なくとも97%以上、さらに好ましくは99%以上、特に好ましくは99.5%以上加水分解する。また、該酵素は、S体基質の好ましくは40%以上、さらに好ましくは50%以上、特に好ましくは60%以上を残存させる。さらに、該酵素による反応の結果得られるS体エステルは、好ましくは95%ee以上、さらに好ましくは98%ee以上、特に好ましくは99%ee以上の光学純度である。なお、式[1]で示される化合物としては、Xが塩素原子であるものが好ましく、Rがメチルのものが好ましい。
In the present specification and claims, “acting on an enantiomeric mixture of 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester represented by the following formula [1], selectively hydrolyzing the R form of the mixture; and Enzyme activity to selectively leave S-form "
Is a mixture of enantiomers used as a starting material when a racemate is used as a substrate as an enantiomer mixture of at least one compound belonging to the 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester compound group represented by the formula [1] Enzyme activity that hydrolyzes at least 95% of the R-form substrate and leaves at least 20% of the S-form substrate, resulting in an S-form ester having an optical purity of 90% ee (enantio-excess) or higher as a product Say. The enzyme preferably hydrolyzes at least 97% or more, more preferably 99% or more, particularly preferably 99.5% or more of the R-form substrate. In addition, the enzyme preferably leaves 40% or more, more preferably 50% or more, particularly preferably 60% or more of the S-form substrate. Furthermore, the S-form ester obtained as a result of the reaction with the enzyme preferably has an optical purity of 95% ee or more, more preferably 98% ee or more, and particularly preferably 99% ee or more. As the compound represented by the formula [1], those in which X is a chlorine atom are preferable, and those in which R is methyl are preferable.
本明細書および特許請求の範囲において、「下記式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルのエナンチオマー混合物に作用させ、該混合物のR体を選択的に加水分解させ、かつ、S体を選択的に残存させること」とは、式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステル化合物群に属する少なくともいずれか一つの化合物のエナンチオマー混合物としてラセミ体を基質として用いた場合に、出発物質として用いたエナンチオマー混合物のうちR体基質の少なくとも95%を加水分解し、S体基質の少なくとも20%を残存させることをいう。R体基質の好ましくは少なくとも97%、さらに好ましくは99%、特に好ましくは99.5%以上を加水分解する。また、S体基質の好ましくは40%以上、さらに好ましくは50%以上、特に好ましくは60%以上を残存させる。 In the present specification and claims, “acting on an enantiomeric mixture of 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester represented by the following formula [1], selectively hydrolyzing the R form of the mixture; and “Selectively leaving the S-form” means that the racemate was used as a substrate as an enantiomeric mixture of at least one compound belonging to the 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester compound group represented by the formula [1]. In this case, it means that at least 95% of the R-form substrate of the enantiomeric mixture used as the starting material is hydrolyzed to leave at least 20% of the S-form substrate. Preferably, at least 97%, more preferably 99%, particularly preferably 99.5% or more of the R-form substrate is hydrolyzed. Further, preferably 40% or more, more preferably 50% or more, particularly preferably 60% or more of the S-form substrate remains.
本明細書および特許請求の範囲において、「光学純度を落とすことなく」とは、下記式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステル化合物群に属する少なくともいずれか一つの化合物のR体に作用させることを含む、下記式[2]で示されるR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造方法において、基質として光学純度90%ee以上のR体の4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルを用いた場合に、生成物として光学純度90%ee以上のR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンを得ることをいう。基質のR体の4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの光学純度は、好ましくは95%ee、さらに好ましくは98%ee、特に好ましくは99%ee以上であり、得られる生成物のR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの光学純度は、好ましくは95%ee、さらに好ましくは98%ee、特に好ましくは99%ee以上である。
本明細書および特許請求の範囲において、「微生物、その処理物」とは、
1)微生物の培養液、
2)遠心分離により得た微生物の菌体および/またはその菌体処理物(菌体破砕物または菌体抽出液)、あるいは
3)1)および2)を常法により固定化したものをいう。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「タンパク質を4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルのエナンチオマー混合物に作用させる」ことは、タンパク質自体を基質に作用させることのみならず、微生物、その処理物、または本発明による遺伝子を含む形質転換体を基質に作用させることも含む。
In the present specification and claims, “microorganism, processed product”
1) microorganism culture solution,
2) A microorganism obtained by centrifugation and / or a treated product thereof (a crushed cell or a cell extract) or 3) 1) and 2) immobilized by a conventional method.
In the present specification and claims, “acting a protein on an enantiomeric mixture of 4-halo-3-hydroxybutyrate” does not only cause the protein itself to act on a substrate, but also a microorganism, treatment thereof Or a transformant containing the gene according to the present invention is allowed to act on a substrate.
本明細書および特許請求の範囲において、「高光学純度」とは、90%e.e.(エナンチオ過剰)以上であることを意味する。なお、高光学純度は、好ましくは95%ee、さらに好ましくは98%ee、特に好ましくは99%ee以上である。 In the present specification and claims, “high optical purity” means 90% e.e. e. It means that it is (enantio excess) or more. The high optical purity is preferably 95% ee, more preferably 98% ee, and particularly preferably 99% ee or more.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明によれば、下記の塩基配列:
(a)配列番号1の第44塩基〜第1240塩基からなる塩基配列、
(b)配列番号1の第44塩基〜第1240塩基からなる塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列であって、下記式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルのエナンチオマー混合物に作用し、該混合物のR体を選択的に加水分解し、かつ、S体を選択的に残存させる酵素活性(以下、RhCHBH活性とも称する)を有するタンパク質をコードする塩基配列、
[式中、Xは、ハロゲン原子を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表す]。
(c)配列番号1の第44塩基〜第1240塩基からなる塩基配列において、1または数個の塩基が欠失、付加または置換されている塩基配列であって、RhCHBH活性を有するタンパク質をコードする塩基配列、
(d)配列番号2に記載のアミノ酸配列をコードする塩基配列、
(e)配列番号2に記載のアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されているアミノ酸配列であって、RhCHBH活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列、および、
(f)配列番号2に記載のアミノ酸配列と少なくとも75%以上の相同性を有するアミノ酸配列であって、RhCHBH活性を有するアミノ酸配列をコードする塩基配列、
のいずれかの塩基配列からなる遺伝子が提供される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
According to the present invention, the following base sequence:
(A) a nucleotide sequence consisting of the 44th base to the 1240th base of SEQ ID NO: 1,
(B) a 4-halo-3-hydroxybutyric acid represented by the following formula [1], which is hybridized under stringent conditions with the nucleotide sequence consisting of the 44th to 1240th nucleotides of SEQ ID NO: 1 A base sequence encoding a protein that acts on an enantiomeric mixture of esters, selectively hydrolyzes the R form of the mixture, and selectively leaves the S form (hereinafter also referred to as RhCHBH activity);
[Wherein X represents a halogen atom and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms].
(C) a base sequence consisting of the 44th to 1240th bases of SEQ ID NO: 1, wherein one or several bases are deleted, added or substituted, and encodes a protein having RhCHBH activity Base sequence,
(D) a base sequence encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2,
(E) an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and a base sequence encoding an amino acid sequence having RhCHBH activity; and
(F) an amino acid sequence having at least 75% homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and a base sequence encoding an amino acid sequence having RhCHBH activity;
A gene comprising any of the nucleotide sequences is provided.
本発明において、「1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されている」とは、例えば1〜20個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、さらに好ましくは1〜5個の任意の数のアミノ酸が欠失、置換または付加されていることを意味する。また、「1または数個の塩基が欠失、付加または置換されている」とは、例えば1〜20個、好ましくは1〜15個、より好ましくは1〜10個、さらに好ましくは1〜5個の任意の数の塩基が欠失、置換または付加されていることを意味する。 In the present invention, “one or several amino acids are deleted, substituted or added” means, for example, 1 to 20, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 10, more preferably 1 Means any number of ~ 5 amino acids have been deleted, substituted or added. The phrase “one or several bases are deleted, added or substituted” means, for example, 1 to 20, preferably 1 to 15, more preferably 1 to 10, and further preferably 1 to 5. It means that any number of bases has been deleted, substituted or added.
本発明において、「RhCHBH」とは、配列番号2のアミノ酸配列を有するタンパク質であり、分子量は、SDS−PAGEでの測定により42kDaである。 In the present invention, “RhCHBH” is a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, and its molecular weight is 42 kDa as measured by SDS-PAGE.
本発明において、「ストリンジェントな条件」とは、特異的なハイブリダイゼーションのみが起こり、非特異的なハイブリダイゼーションが起きないような条件をいう。このような条件は、通常、0.2xSSC、0.1%SDS、65℃程度である。ハイブリダイゼーションにより得られるDNAは(a)の塩基配列からなるDNAと70%以上の高い相同性を有することが望ましく、さらに80%以上の相同性を有することが好ましい。ハイブリダイゼーションは、Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY., 1989.)等に記載されている方法に準じて行うことができる。 In the present invention, “stringent conditions” refers to conditions under which only specific hybridization occurs and non-specific hybridization does not occur. Such conditions are usually about 0.2xSSC, 0.1% SDS, 65 ° C. The DNA obtained by hybridization preferably has a high homology of 70% or more with the DNA comprising the base sequence (a), and preferably has a homology of 80% or more. Hybridization can be performed according to the method described in Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY., 1989.).
本発明において「相同性」とは、2つのポリペプチドあるいはポリヌクレオチド間の配列の類似の程度を意味し、比較対象のアミノ酸配列または塩基配列の領域にわたって最適な状態(配列の一致が最大となる状態)にアラインメントされた2つの配列を比較することにより決定される。相同性の数値(%)は両方の(アミノ酸または塩基)配列に存在する同一のアミノ酸または塩基を決定して、適合部位の数を決定し、次いでこの適合部位の数を比較対象の配列領域内のアミノ酸または塩基の総数で割り、得られた数値に100をかけることにより算出される。最適なアラインメントおよび相同性を得るためのアルゴリズムとしては当業者が通常利用可能な種々のアルゴリズム(例えば、BLASTアルゴリズム、FASTAアルゴリズムなど)が挙げられる。アミノ酸配列の相同性は、例えばBLASTP、FASTAなどの配列解析ソフトウェアを用いて決定される。塩基配列の相同性は、BLASTN、FASTAなどのソフトウェアを用いて決定される。 In the present invention, “homology” means the degree of sequence similarity between two polypeptides or polynucleotides, and is in an optimum state over the region of the amino acid sequence or base sequence to be compared (maximum sequence match). Determined by comparing two sequences aligned to the (state). The homology number (%) determines the number of matching sites by determining the same amino acid or base present in both (amino acid or base) sequences, and then the number of matching sites within the sequence region to be compared. Divided by the total number of amino acids or bases and multiplied by 100. Examples of algorithms for obtaining optimal alignment and homology include various algorithms (for example, BLAST algorithm, FASTA algorithm, etc.) that are usually available to those skilled in the art. The homology of amino acid sequences is determined using sequence analysis software such as BLASTP and FASTA. The base sequence homology is determined using software such as BLASTN and FASTA.
本発明の遺伝子の取得方法は特に限定されない。本発明の遺伝子は、所望の酵素を産生する微生物の染色体からのクローニングにより、あるいはDNA合成機を用いた合成によって得ることができ、その形態は一本鎖、二本鎖のいずれでも良い。 The method for obtaining the gene of the present invention is not particularly limited. The gene of the present invention can be obtained by cloning from the chromosome of a microorganism producing a desired enzyme, or by synthesis using a DNA synthesizer, and the form thereof may be either single-stranded or double-stranded.
クローニングによって得る場合の染色体供与微生物としては、リゾビウム属に属すると推定される細菌DS−S−51株(受託番号FERM P−21129)を好適なものとして挙げることができる。 As a chromosome donor microorganism when obtained by cloning, a bacterial DS-S-51 strain (accession number FERM P-21129) presumed to belong to the genus Rhizobium can be mentioned as a suitable one.
本発明のDNAクローニングは特に限定されず、種々の方法が利用できる。好ましくは実施例に示すショットガンクローニング法を用いるとよい。 The DNA cloning of the present invention is not particularly limited, and various methods can be used. The shotgun cloning method shown in the examples is preferably used.
また、本発明の遺伝子は、配列番号1に記載の塩基配列または配列番号2に記載のアミノ酸配列の情報に基づいて適当なプローブやプライマーを調製し、それらを用いて当該遺伝子が存在することが予測されるDNAライブラリーをスクリーニングすることにより単離することもできる。 In addition, the gene of the present invention may be prepared by preparing appropriate probes and primers based on the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, and using them. It can also be isolated by screening a predicted DNA library.
例えば、その遺伝子供与体からのRhCHBH遺伝子をもつDNA断片の取得は、精製酵素RhCHBHのポリペプチド鎖の部分アミノ酸配列をもとに行なうことができる。すなわち、精製酵素をエンドペプチダーゼにより消化し、プロテインシークエンサーにより各断片のアミノ酸配列の一部を決定し、これをもとにしてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)用プライマーを合成する。次いでリゾビウム属に属すると推定される細菌DS−S−51株(受託番号FERM P−21129)の染色体DNAを鋳型としたPCRを行ない、RhCHBH遺伝子の一部を増幅して、その塩基配列を明らかにする。得られたRhCHBH遺伝子の部分塩基配列をプローブとして、遺伝子供与体の染色体DNAから常法により作製したDNAライブラリーよりハイブリダイゼーション法を用いて目的の遺伝子のDNA断片を得ることができる。 For example, a DNA fragment having the RhCHBH gene can be obtained from the gene donor based on the partial amino acid sequence of the polypeptide chain of the purified enzyme RhCHBH. That is, the purified enzyme is digested with endopeptidase, a part of the amino acid sequence of each fragment is determined with a protein sequencer, and a primer for polymerase chain reaction (PCR) is synthesized based on this. Next, PCR was performed using the chromosomal DNA of the bacterial DS-S-51 strain (Accession No. FERM P-21129) presumed to belong to the genus Rhizobium as a template, and a part of the RhCHBH gene was amplified to reveal its base sequence. To. Using the obtained partial base sequence of the RhCHBH gene as a probe, a DNA fragment of the target gene can be obtained from a DNA library prepared by a conventional method from the chromosomal DNA of the gene donor using a hybridization method.
取得したRhCHBH遺伝子のDNA塩基配列の決定法としては、例えばジデオキシシークエンス法が挙げられる。この方法には、PCRにより遺伝子を増幅する方法や核酸分解酵素により欠失させる方法などの、遺伝子工学分野で慣用される様々な手法が含まれる。これらの方法により、配列番号1で示される目的のDNA塩基配列中に全アミノ酸をコードするオープンリーディングフレーム(ORF)が確認できる。 Examples of the method for determining the DNA base sequence of the obtained RhCHBH gene include the dideoxy sequencing method. This method includes various methods commonly used in the field of genetic engineering, such as a method of amplifying a gene by PCR and a method of deleting by a nucleolytic enzyme. By these methods, an open reading frame (ORF) encoding all amino acids in the target DNA base sequence represented by SEQ ID NO: 1 can be confirmed.
本発明のRhCHBHをコードするDNAは、RhCHBH活性を有するアミノ酸配列が実質的に配列番号2に示されているポリペプチドをコードする塩基配列を含むことを特徴とする。ここで、RhCHBH活性を有する限り、配列番号2に示したアミノ酸配列についてアミノ酸の1個または数個の欠失、挿入、置換等があってもよい。例えば、DNAがコードするアミノ酸配列についてアミノ酸のいくつかの欠失、挿入、置換等を生じるようにDNAを改変することは、合成オリゴヌクレオチドを用いた部位特異的変異導入法などの周知の方法で適宜行うことができる。また、配列番号1に示したDNAまたは該DNAを適宜改変したDNAを鋳型にして、Mn2+イオンの存在下(通常0.5〜10mMの濃度)、または特定のヌクレオチドの濃度を低くしてPCR法を行うことによってランダムに変異が導入されたDNAを得ることができる。このようにして得られたDNAのうち、RhCHBHの活性を有するタンパク質をコードするものが、本願発明に含まれることは言うまでもない。 The DNA encoding RhCHBH of the present invention is characterized in that the amino acid sequence having RhCHBH activity substantially comprises a base sequence encoding the polypeptide shown in SEQ ID NO: 2. Here, as long as it has RhCHBH activity, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 may have one or several amino acid deletions, insertions, substitutions, and the like. For example, modification of DNA to cause some deletion, insertion, substitution, etc. of amino acids in the amino acid sequence encoded by DNA is performed by a known method such as site-directed mutagenesis using a synthetic oligonucleotide. It can be performed appropriately. In addition, using the DNA shown in SEQ ID NO: 1 or a DNA obtained by appropriately modifying the DNA as a template, in the presence of Mn 2+ ions (usually a concentration of 0.5 to 10 mM) or a specific nucleotide concentration is lowered. By carrying out the PCR method, it is possible to obtain DNA into which mutations are randomly introduced. It goes without saying that the DNA encoding the protein having RhCHBH activity among the DNAs thus obtained is included in the present invention.
また、本発明は、下記のタンパク質:
(a’)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b’)配列番号2に記載のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されているアミノ酸配列からなり、RhCHBH活性を有するタンパク質、
(c’)配列番号2に記載のアミノ酸配列と少なくとも75%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、RhCHBH活性を有するタンパク質
を提供する。
The present invention also provides the following protein:
(A ′) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2,
(B ′) a protein having an RhCHBH activity consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2;
(C ′) A protein comprising an amino acid sequence having at least 75% homology with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having RhCHBH activity is provided.
ここで、「配列番号2に記載のアミノ酸配列と少なくとも75%以上の相同性を有するアミノ酸配列」とは、配列番号2のアミノ酸配列との相同性は75%以上であれば特に制限はなく、例えば、75%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上であることを意味する。 Here, the “amino acid sequence having at least 75% homology with the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2” is not particularly limited as long as the homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is 75% or more, For example, it means 75% or more, preferably 80% or more, more preferably 85% or more, further preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more, and most preferably 98% or more.
本発明の酵素の精製方法は、特に限定されないが、通常のタンパク質の精製方法を適当に組み合わせることにより精製することができる。例えば、菌体を超音波により破砕後、硫酸アンモニウムによる塩析を行ない、沈殿の溶解物を疎水クロマトグラフィー、陰イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィーを組み合わせることにより、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(以下SDS−PAGEと略す)で単一になるまで精製することができる。 The method for purifying the enzyme of the present invention is not particularly limited, but it can be purified by appropriately combining ordinary protein purification methods. For example, after disrupting the cells with ultrasound, salting out with ammonium sulfate, and combining the precipitate lysate with hydrophobic chromatography, anion exchange chromatography, and gel filtration chromatography, sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis It can be purified to single by electrophoresis (hereinafter abbreviated as SDS-PAGE).
さらに本発明はRhCHBH活性を示すアミノ酸配列をコードする遺伝子の塩基配列を含むベクターを提供する。 Furthermore, the present invention provides a vector comprising a nucleotide sequence of a gene encoding an amino acid sequence exhibiting RhCHBH activity.
クローニング用ベクターはpUC系やpBluscript系(いずれもタカラバイオ株式会社からの市販品を利用できる)などを、特に限定されず宿主の種類に応じて用いることができる。好ましくはpUC19を用いるとよい。 A cloning vector such as pUC or pBluescript (both commercially available from Takara Bio Inc.) is not particularly limited, and can be used depending on the type of host. Preferably pUC19 is used.
上記塩基配列(配列番号1)を有するDNA断片にコードされる構造遺伝子から、上記酵素の発現を可能とするプロモーターなどの機能領域および宿主での複製オリジンを有するベクターに組み込むことにより、組換えDNA技術を利用した本不斉加水分解反応を有する形質転換体を得るための組換えDNAを構築できる。 Recombinant DNA by incorporating a structural gene encoded by a DNA fragment having the above base sequence (SEQ ID NO: 1) into a vector having a functional region such as a promoter enabling the expression of the enzyme and a replication origin in the host Recombinant DNA for obtaining a transformant having this asymmetric hydrolysis reaction using the technology can be constructed.
発現用ベクターはpUC系やpBluscript系(タカラバイオ株式会社製等)、pET系(インビトロジェン製)など特に限定されず、宿主の種類に応じて用いることができる。発現用ベクターとして好ましいのは、宿主細胞中で自律複製可能であり、さらに組換え宿主細胞のみを選別できるような適当な選択マーカーなどが付与されたものがあげられ、適当な宿主細胞内で、本発明の遺伝子を発現できるものである。さらに、このようなベクターは公知のベクター等から公知の技術を用いて業者が容易に製造し得るようなものであってもよいし、商業的に販売されているものでも良い。特に好ましいのはpKK223−3(ファルマシア製)である。 The expression vector is not particularly limited, such as a pUC system, a pBluescript system (Takara Bio Inc., etc.), a pET system (Invitrogen), and can be used depending on the type of host. Preferred examples of the expression vector include those that are capable of autonomous replication in a host cell and that are further provided with an appropriate selection marker that can be used to select only recombinant host cells. The gene of the present invention can be expressed. Further, such a vector may be one that can be easily produced by a trader using a known technique from a known vector or the like, or may be commercially available. Particularly preferred is pKK223-3 (Pharmacia).
RhCHBH遺伝子の遺伝情報を担うDNA断片から必要な部分をベクターに組み込むことにより、宿主細胞に導入し形質転換体を得ることができる。 By incorporating a necessary part from a DNA fragment carrying genetic information of the RhCHBH gene into a vector, it can be introduced into a host cell to obtain a transformant.
用いられる宿主細胞としては、得られた組換えベクターで形質転換され、かつ本遺伝子を発現させることができるようなものであれば特に制限なく使用することができる。発現用の宿主としては、本発明の目的に沿って本遺伝子の発現を達成し得る限り、微生物、植物、動物等から限定されず用いることができる。微生物としては、例えば、大腸菌(Escherichia coli)、エンテロバクター属、サッカロミセス属、キサントモナス属、アセトバクター属、シュードモナス属、グルコノバクター属、アゾトバクター属、リゾビウム属、クレブシエラ属、サルモネラ属およびセラチア属から選ばれる微生物が挙げられるが、好ましいのは大腸菌であり、特に好ましいのは大腸菌JM109である。大腸菌JM109(pKK−RhCHBH)はFERM P−21128として独立行政法人産業技術研究所特許生物寄託センターに寄託されている。 Any host cell can be used without particular limitation as long as it is transformed with the obtained recombinant vector and can express the present gene. The expression host can be used without being limited by microorganisms, plants, animals and the like as long as expression of the gene can be achieved in accordance with the object of the present invention. The microorganism is selected from, for example, Escherichia coli, Enterobacter, Saccharomyces, Xanthomonas, Acetobacter, Pseudomonas, Gluconobacter, Azotobacter, Rhizobium, Klebsiella, Salmonella and Serratia Among them, E. coli is preferable, and E. coli JM109 is particularly preferable. E. coli JM109 (pKK-RhCHBH) has been deposited as FERM P-21128 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center.
形質転換体は、適当な栄養培地中で培養を行なうことにより大量に得ることができる。培養に用いられる培地は微生物の生育に必要な炭素源、窒素源、無機物質等を含む通常の培地であれば何でも良い。例えば炭素源としてグルコース、フラクトース等の炭水化物、グリセロール、マンニトール、ソルビトール、プロピレングリコール等のアルコール類、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、フマル酸、グルコン酸とその塩類などの有機酸、またはそれらの混合物を用いることができる。窒素源として硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機窒素化合物および尿素、ペプトン、カゼイン、酵母エキス、肉エキス、コーンスチープリカー等の有機窒素化合物とそれらの混合物を挙げることができる。その他、無機塩としてリン酸塩、マグネシウム塩、カリウム塩、マンガン塩、鉄塩、亜鉛塩、銅塩など、更に必要に応じてビタミン類を加えてもよい。 Transformants can be obtained in large quantities by culturing in an appropriate nutrient medium. The medium used for the culture may be any normal medium containing a carbon source, a nitrogen source, an inorganic substance, and the like necessary for the growth of microorganisms. For example, carbohydrates such as glucose and fructose as a carbon source, alcohols such as glycerol, mannitol, sorbitol, and propylene glycol, organic acids such as acetic acid, citric acid, malic acid, maleic acid, fumaric acid, gluconic acid and salts thereof, or the like Can be used. Examples of the nitrogen source include inorganic nitrogen compounds such as ammonium sulfate, ammonium nitrate, and ammonium phosphate, and organic nitrogen compounds such as urea, peptone, casein, yeast extract, meat extract, corn steep liquor, and mixtures thereof. In addition, vitamins such as phosphates, magnesium salts, potassium salts, manganese salts, iron salts, zinc salts, copper salts and the like may be added as necessary as inorganic salts.
また、高酵素活性を持った形質転換菌体を得るための酵素誘導添加物として、上記培地およびペプトン培地、ブイヨン培地等の栄養培地に、使用する菌株に応じて、効果的に目的のDNAを発現させるためにアンピシリン、カナマイシン、クロラムフェニコール等の抗生物質を培養液に添加してもよいし、イソプロピルβ−D(−)−チオガラクトピラノシド(IPTG)等のプロモーターの活性化誘導剤を用いることもできる。培養は好気的条件下でpH6.0〜7.5、温度25〜40℃の任意の範囲に制御して16〜24時間培養を行えばよいが、用いる形質転換体により最適な条件で培養すると更に効果的である。 In addition, as an enzyme-inducing additive for obtaining transformed bacterial cells having high enzyme activity, the target DNA is effectively applied to the above-mentioned medium and nutrient medium such as peptone medium and bouillon medium depending on the strain used. Antibiotics such as ampicillin, kanamycin, and chloramphenicol may be added to the culture solution for expression, and activation of a promoter such as isopropyl β-D (−)-thiogalactopyranoside (IPTG) is induced. An agent can also be used. Cultivation may be performed for 16 to 24 hours under aerobic conditions by controlling the pH within a range of 6.0 to 7.5 and a temperature of 25 to 40 ° C. Under optimum conditions depending on the transformant used. Then it is more effective.
得られたRhCHBH産生形質転換体の細胞からの酵素RhCHBHの抽出は次の方法によって形質転換体を破壊して行うことができる。
1)フレンチプレスや超音波破砕による機械的(物理的)方法、
2)リゾチームなどの酵素処理方法、
3)自己溶解法、
4)浸透圧を利用した抽出法など。
Extraction of the enzyme RhCHBH from the cells of the obtained RhCHBH-producing transformant can be performed by destroying the transformant by the following method.
1) Mechanical (physical) method by French press or ultrasonic crushing,
2) Enzyme treatment method such as lysozyme,
3) Self-dissolution method,
4) Extraction method using osmotic pressure.
またJM109等の大腸菌(pKK−RhCHBH含有)は細胞を破砕しなくとも、培養液の状態で高活性な酵素として利用できる。 E. coli (including pKK-RhCHBH) such as JM109 can be used as a highly active enzyme in the state of a culture solution without disrupting the cells.
本方法で産生される酵素は、起源のDS−S−51株(受託番FERM P−21129)におけるRhCHBHのポリペプチド配列と一致するもののみに限定されず、塩基配列変換や遺伝子変換などの遺伝子組換え手法を利用して得られるポリペプチドで、RhCHBH活性を示すものと解すべきである。すなわちペプチド配列中のアミノ酸の1個または数個が欠損したもの、あるいはそのペプチド配列中のアミノ酸の1個または数個が他のアミノ酸で置き換えられたものをも包含する。 Enzymes produced by this method are not limited to those that match the polypeptide sequence of RhCHBH in the origin DS-S-51 strain (Accession No. FERM P-21129). It should be understood that a polypeptide obtained by using a recombinant technique exhibits RhCHBH activity. That is, it includes those in which one or several amino acids in the peptide sequence are deleted, or those in which one or several amino acids in the peptide sequence are replaced with other amino acids.
得られた形質転換体は、酵素RhCHBHの量産に、また形質転換体自体を用いたS体4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルおよびR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造に好適に用い得る。 The obtained transformant can be suitably used for mass production of the enzyme RhCHBH and for production of S-form 4-chloro-3-hydroxybutyrate and R-form 3-hydroxy-γ-butyrolactone using the transformant itself. .
次に、本発明のS体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの製造方法およびR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの製造方法について説明する。 Next, a method for producing S-form 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester and a method for producing R-form 3-hydroxy-γ-butyrolactone according to the present invention will be described.
原料の4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステル、例えば、4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの両エナンチオマー混合物は、例えば、エピクロルヒドリンから安価に製造することができる。 A raw material 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester, for example, a mixture of both enantiomers of 4-chloro-3-hydroxybutyric acid ester, can be produced at low cost from, for example, epichlorohydrin.
また、R体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルは、微生物または酵素を用いて4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの両エナンチオマー混合物を立体選択的に加水分解させ、R体を残存させる製法(特開平9−47296号公報)により簡単に得ることができる。 In addition, R-form 4-halo-3-hydroxybutyrate is produced by stereoselectively hydrolyzing a mixture of both enantiomers of 4-halo-3-hydroxybutyrate using a microorganism or an enzyme to leave R-form ( JP-A-9-47296) can be easily obtained.
本発明で用いられるRhCHBH酵素を産生する微生物としては、上記のようなRhCHBH遺伝子を導入した形質転換体であってもよいし、天然に4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの両エナンチオマー混合物のR体を選択的に分解し得るものであってもよく、かかる天然に4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの両エナンチオマー混合物のR体を選択的に分解し得る微生物としては、リゾビウム属(Rhizobium sp.)に属すると推定される細菌DS−S−51株(受託番号FERM P−21129)が挙げられる。 The microorganism that produces the RhCHBH enzyme used in the present invention may be a transformant introduced with the RhCHBH gene as described above, or a natural R of a mixture of both enantiomers of 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester. As a microorganism capable of selectively degrading the R form of both enantiomeric mixtures of such 4-halo-3-hydroxybutyric acid esters, there may be mentioned Rhizobium sp. ) Strain DS-S-51 (accession number FERM P-21129) presumed to belong to
[分類方法詳細]
本発明で用いられる微生物の具体例であるDS−S−51株は本発明者らが土壌から分離した細菌である。本菌株の形態学的・生理学的性質に基づき委託、同定された結果、形態、生育状態、生理学的試験の結果、グラム染色陰性、カタラーゼ反応陽性、オキシダーゼ反応陽性、運動性を示す無芽胞かん菌であるなどシュードモナス(Pseudomonas )類似の性状を示した。続く生化学試験、資化性試験ではリゾビウム・ラジオバクター(Rhizobium radiobacter) に類似の性状を示した。しかしながらその性状はNAGa、GATaの試験結果でリゾビウム・ラジオバクターの典型性状とは異なるなど詳細な帰属分類群の推定には至らなかった。
[Detailed classification method]
The DS-S-51 strain, which is a specific example of the microorganism used in the present invention, is a bacterium isolated from soil by the present inventors. Results of entrustment and identification based on the morphological and physiological properties of this strain, results of morphology, growth state, physiological test results, gram staining negative, catalase positive, oxidase positive, motilityless spore-forming bacilli Pseudomonas and other similar properties were shown. Subsequent biochemical and assimilation tests showed similar properties to Rhizobium radiobacter. However, the properties have not been estimated in detail because the NAGa and GATa test results are different from the typical properties of Rhizobium radiobacter.
そこで、16SrRNA遺伝子の部分塩基配列約500 bpをもちいて検体の帰属分類群を委託、推定された結果、リゾビウム属に属する細菌と高い相同性を示した。16SrRNA部分塩基配列は相同性98.9%でリゾビウム・ダエジェオネンス(Rhizobium daejeonense)の16SrRNAに対し最も高い相同性を示した。さらに、分子系統樹上で系統枝を形成した。 Thus, as a result of entrusting and presuming the sample taxonomic group using a partial base sequence of about 500 bp of the 16S rRNA gene, it showed high homology with bacteria belonging to the genus Rhizobium. The 16S rRNA partial nucleotide sequence was 98.9% homologous and showed the highest homology to 16S rRNA of Rhizobium daejeonense. Furthermore, phylogenetic branches were formed on the molecular phylogenetic tree.
これらの結果および下記の菌株の諸性質により、DS−S−51株をリゾビウム属に属する細菌であると同定した。DS−S−51株の科学的性質は下記に示すとおりである。 Based on these results and various properties of the following strains, the DS-S-51 strain was identified as a bacterium belonging to the genus Rhizobium. The scientific properties of the DS-S-51 strain are as follows.
A.形態
細胞の形 かん菌
細胞の大きさ 0.6〜0.7 × 1.5〜2.0μm
グラム染色 陽性
胞子の有無 陰性
運動性の有無 陽性
A. Morphological cell shape Bacilli cell size 0.6-0.7 × 1.5-2.0 μm
Gram staining Presence of positive spores Presence of negative motility Positive
B.生育状態(30℃、48時間培養)
コロニーの形状 円形
コロニー表面の形状 全縁滑らか
コロニーの隆起状態 低凸状
コロニーの光沢 光沢あり
コロニーの色調 クリーム色
37℃での生育状態 反応弱
45℃の生育状態 陰性
B. Growth state (30 ℃, 48 hours culture)
The shape of the colony The shape of the surface of the circular colony The smooth state of the colony on all edges The gloss of the low convex colony The glossy color of the colony Cream color
Growth condition at 37 ℃
Growth condition at 45 ° C Negative
C.生理学的試験
カタラーゼ 陽性
オキシダーゼ 陽性
グルコース、酸産出 陰性
グルコース、ガス産出 陰性
グルコース、Oテスト 陽性
グルコース、Fテスト 陰性
C. Physiological test Catalase Positive oxidase Positive glucose, Acid production Negative glucose, Gas production Negative glucose, O test Positive glucose, F test Negative
D.生化学試験
硝酸塩還元 +
インドール産出 −
ブドウ糖 酸性化 −
アルギニンジヒドロラーゼ −
ウレアーゼ +
エスクリン加水分解 +
ゼラチン加水分解 −
β‐ガラクトシダーゼ +
D. Biochemical test nitrate reduction +
Indole production −
Glucose acidification −
Arginine dihydrolase −
Urease +
Esculin hydrolysis +
Gelatin hydrolysis-
β-galactosidase +
E.資化性試験
ブドウ糖 +
L‐アラビノース +
D‐マンノース +
D‐マンニトール +
N‐アセチル‐D‐グルコサミン −
マルトース +
グルコン酸カリウム −
n‐カプリン酸 −
アジピン酸 −
dl‐リンゴ酸 +
クエン酸ナトリウム −
酢酸フェニル −
チトクロームオキシダーゼ +
E. Utilization test glucose +
L-arabinose +
D-Mannose +
D-mannitol +
N-acetyl-D-glucosamine −
Maltose +
Potassium gluconate −
n-Capric acid −
Adipic acid −
dl-malic acid +
Sodium citrate −
Phenyl acetate −
Cytochrome oxidase +
MacConkey寒天培地での生育試験 −
シモンズクエン酸の利用試験 −
Growth test on MacConkey agar medium −
Simmons citric acid utilization test −
4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの両エナンチオマー混合物またはR体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルに、RhCHBH遺伝子を含む細菌または形質転換体に含まれる酵素RhCHBHを作用させて、S体4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルまたはR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンを得る方法としては、酵素RhCHBHそのものを基質と接触させてもよいし、上記RhCHBH遺伝子を含む細菌または形質転換体の培養液または、それらの遠心分離により得た菌体およびその菌体処理物(菌体破砕物または菌体抽出液)あるいは、それらを常法により固定化したものを基質と接触させてもよい。 A mixture of both enantiomers of 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester or R-form 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester is allowed to act on the enzyme RhCHBH contained in a bacterium containing the RhCHBH gene or in a transformant, thereby producing an S-form 4- As a method for obtaining halo-3-hydroxybutyric acid ester or R-form 3-hydroxy-γ-butyrolactone, the enzyme RhCHBH itself may be contacted with a substrate, a culture solution of a bacterium or a transformant containing the RhCHBH gene, or Alternatively, the cells obtained by centrifugation thereof and the treated cells thereof (crushed cells or extracts of the cells) or those immobilized by a conventional method may be brought into contact with the substrate.
基質と酵素または酵素を含む微生物との接触は、緩衝液に混合した微生物菌体混合液に基質を添加する方法などがある。反応温度は15〜50℃が好ましく、反応pHは6〜9で行なうのが好ましい。基質は初期に一括添加してもよいし、分割添加してもよい。反応は通常、攪拌あるいは振とうしながら行い、反応時間は基質濃度、微生物菌体または酵素量により異なるが、1〜120時間で終了するのがよい。好ましくはガスクロマトグラフィーなどの分析により、目的の光学活性体の濃度および光学純度を測定し終点を決定するのがよい。 The contact between the substrate and the enzyme or the microorganism containing the enzyme includes a method of adding the substrate to a microbial cell mixture mixed in a buffer solution. The reaction temperature is preferably 15 to 50 ° C., and the reaction pH is preferably 6 to 9. The substrate may be added all at once or in divided portions. The reaction is usually carried out with stirring or shaking, and the reaction time varies depending on the substrate concentration, microbial cells or amount of enzyme, but should be completed in 1 to 120 hours. Preferably, the end point is determined by measuring the concentration and optical purity of the target optically active substance by analysis such as gas chromatography.
以下実施例をもって、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例中の%は特に記載のない限り(w/v)で表す。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In the examples,% is expressed as (w / v) unless otherwise specified.
(実施例1)DS−S−51株の培養
ペプトン、酵母エキス、グリセロールをそれぞれ1.0%含む液体栄養培地(pH7.0)5mlを入れた試験管に、凍結保存バイアルから種菌を2%(v/v)量、無菌的に植菌し、30℃で24時間培養を行なった。
(Example 1) Culture of DS-S-51 strain 2% of inoculum from a cryopreservation vial into a test tube containing 5 ml of a liquid nutrient medium (pH 7.0) each containing 1.0% peptone, yeast extract, and glycerol (V / v) amount was inoculated aseptically and cultured at 30 ° C. for 24 hours.
(実施例2)遺伝子のクローニング
実施例1で得られた培養液から遠心分離により菌体を回収した。菌体を490μlのTE溶液(10mMトリス−塩酸 pH8.0、1mM EDTA)に懸濁し、10%SDSを30μl、20mg/mlプロテアーゼKを50μl添加し、50℃で1時間反応させた。その後、等量のフェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール(25:24:1)による抽出を行なった後、0.1倍量の3M酢酸ナトリウム溶液を添加し、0.6倍量の2−プロパノールを静かに重層した。その結果、界面に生じたDNAをガラス棒で糸状に巻きつけて回収した。得られたDNAを500μlのTE溶液に溶解させた。約1.1mgの染色体DNAを得た。
(Example 2) Cloning of the gene The cells were collected from the culture solution obtained in Example 1 by centrifugation. The cells were suspended in 490 μl of TE solution (10 mM Tris-HCl pH 8.0, 1 mM EDTA), 30 μl of 10% SDS and 50 μl of 20 mg / ml protease K were added and reacted at 50 ° C. for 1 hour. Then, after extraction with an equal amount of phenol: chloroform: isoamyl alcohol (25: 24: 1), 0.1 volume of 3M sodium acetate solution was added, and 0.6 volume of 2-propanol was gently added. Layered. As a result, the DNA generated at the interface was collected by winding it into a thread with a glass rod. The obtained DNA was dissolved in 500 μl of TE solution. About 1.1 mg of chromosomal DNA was obtained.
制限酵素Sau3AIを用いて、上記により得られた染色体DNAの60μgを250μlの反応系で酵素0.75U用いて部分消化し、染色体DNA断片を得た。またプラスミドベクターpUC19を常法により制限酵素BamHIで消化し、BAP処理を行なった。 Using restriction enzyme Sau3AI, 60 μg of the chromosomal DNA obtained above was partially digested with 0.75 U of enzyme in a 250 μl reaction system to obtain a chromosomal DNA fragment. Further, the plasmid vector pUC19 was digested with the restriction enzyme BamHI by a conventional method and subjected to BAP treatment.
上記によって消化された染色体DNA断片14μgとプラスミドベクターpUC19の800ngをT4DNAリガーゼ(タカラバイオ株式会社より購入できる)1400Uを用いて常法により16℃でライゲーション反応させ、これを用いて42℃の熱ショック法により大腸菌DH5α株(東洋紡績株式会社より購入できる)を形質転換させた。 14 μg of the chromosomal DNA fragment digested as described above and 800 ng of the plasmid vector pUC19 were subjected to a ligation reaction at 16 ° C. in a conventional manner using 1400 U of T4 DNA ligase (available from Takara Bio Inc.), and this was used for heat shock at 42 ° C. E. coli DH5α strain (available from Toyobo Co., Ltd.) was transformed by the method.
熱ショック後、SOC培地にて37℃で1時間培養した後、LB寒天培地(100μg/mlアンピシリン、0.5%メチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸、0.0008%BTB(ブロモチールブルー)を含む)一枚につき、上記菌体液の約100μlを塗布し、37℃で16時間インキュベートした。 After heat shock, after culturing at 37 ° C. for 1 hour in SOC medium, LB agar medium (100 μg / ml ampicillin, 0.5% methyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid, 0.0008% BTB (bromothyl blue)) About 100 μl of the above bacterial cell solution was applied to each sheet and incubated at 37 ° C. for 16 hours.
BTBにより通常pHが中性のプレートは緑色であるが、プレートに出現した合計47600個の形質転換体コロニーのうち、メチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸の脱クロルを伴った加水分解反応によりpHが低下するに伴い、周辺が黄色に変色しているコロニー1個を得た。 Plates with a neutral pH due to BTB are green, but out of a total of 47600 transformant colonies that appeared on the plate, the pH was reduced by hydrolysis with dechlorination of methyl 4-chloro-3-hydroxybutyrate. As the value decreased, one colony whose periphery turned yellow was obtained.
得られた陽性コロニーを単離培養し、常法に従ってプラスミドを調製し、制限酵素EcoRI、HindIIIで消化し、1%アガロース電気泳動を行なったところ、約4kbのDNAがpUC19に挿入されていることがわかった。 The resulting positive colonies were isolated and cultured, plasmids were prepared according to conventional methods, digested with restriction enzymes EcoRI and HindIII, and subjected to 1% agarose electrophoresis. As a result, about 4 kb of DNA was inserted into pUC19. I understood.
(実施例3)DNAの塩基配列の決定
実施例2で得られた約4kbの遺伝子断片のうち、ORF周囲1.8kbの配列決定をDNAシークエンサーにより行った。その結果、配列番号1の第44塩基〜第1240塩基に示す1197bpからなるオープンリーディングフレーム(ORF)を確認できた。これより、398残基のアミノ酸をコードしていることがわかった。アミノ酸配列を配列番号2に示す。
(Example 3) Determination of DNA base sequence Among the approximately 4 kb gene fragment obtained in Example 2, the sequence of 1.8 kb around ORF was determined by a DNA sequencer. As a result, an open reading frame (ORF) consisting of 1197 bp shown in the 44th to 1240th bases of SEQ ID NO: 1 was confirmed. From this, it was found that it encoded an amino acid of 398 residues. The amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 2.
(実施例4)高発現組換え大腸菌の作製
ORFのすぐ上流にEcoRI部位、下流にHindIII部位を付与する様に配列番号3および4に示すPCRプライマー:
5'-ttgaattcatgccccataatctg-3'(配列番号3)
5'-aaaagcttgtggccgtcga-3'(配列番号4)
を設計し、増幅断片をpKK223−3のEcoRI、HindIII部位に導入し、これを用いて実施例2と同様に大腸菌JM109株を形質転換させてJM109(pKK−RhCHBH)を得た。また対照試料としてベクターpKK223−3のみを用いた形質転換により、JM109(pKK223−3)を得た。
(Example 4) Production of highly expressed recombinant Escherichia coli PCR primers shown in SEQ ID NOs: 3 and 4 so as to give an EcoRI site immediately upstream of the ORF and a HindIII site downstream of the ORF:
5'-ttgaattcatgccccataatctg-3 '(SEQ ID NO: 3)
5'-aaaagcttgtggccgtcga-3 '(SEQ ID NO: 4)
Then, the amplified fragment was introduced into the EcoRI and HindIII sites of pKK223-3, and E. coli JM109 strain was transformed in the same manner as in Example 2 to obtain JM109 (pKK-RhCHBH). Further, JM109 (pKK223-3) was obtained by transformation using only the vector pKK223-3 as a control sample.
100μg/mlアンピシリンを含むLB培地にて作製した上記組換え大腸菌を20時間培養した。 The recombinant E. coli prepared in LB medium containing 100 μg / ml ampicillin was cultured for 20 hours.
調製した組換え大腸菌の培養液を遠心分離により集菌し、20mMリン酸カリウム緩衝液で懸濁後、超音波破砕した。5μgの抽出タンパク試料をSDS−PAGE(10%分離ゲル)に供し、クマシーブリリアントグリーンによる染色を行なった。その結果分子量は42kDaであることがわかった。用いた分子量マーカーと分子量を下記に示す。ホスホリラーゼB(94,000)、ウシ血清アルブミン(67,000)、オボアルブミン(43,000)、カルボニックアンヒドラーゼ(30,000)、トリプシンインヒビター(20,100)、α−ラクトアルブミン(14,400)。 The prepared recombinant Escherichia coli culture was collected by centrifugation, suspended in 20 mM potassium phosphate buffer, and then sonicated. 5 μg of the extracted protein sample was subjected to SDS-PAGE (10% separation gel) and stained with Coomassie Brilliant Green. As a result, the molecular weight was found to be 42 kDa. The molecular weight markers and molecular weights used are shown below. Phosphorylase B (94,000), bovine serum albumin (67,000), ovalbumin (43,000), carbonic anhydrase (30,000), trypsin inhibitor (20,100), α-lactalbumin (14, 400).
(実施例5)S体4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルの生産
500ml容のバッフル付三角フラスコを用いてロータリーシェイカーで130rpmにて培養した条件以外は、実施例1または実施例4と同じ方法で培養して得たDS−S−51株の培養液100ml、および組換え大腸菌JM109(pKK−RhCHBH)の培養液100mlに、基質としてラセミ体メチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸を加え、30℃で振とうしながら反応させた。反応終了後、反応液中に残存するメチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸をガスクロマトグラフィー(カラム担体:PEG20M,60−80メッシュ)で分析した結果、その残存率(収率)はDS−S−51株については30.9%、組換え大腸菌については30.5%であった。残存率(収率)とは、添加したラセミ体量を100%とした時、反応後に残存している基質量を表す。反応液を遠心分離により菌体を除き、ついで遠心上清と等量の酢酸エチルで抽出した。この抽出物中のメチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸をアステック社(Advanced Separation Technologies Inc., NJ, USA)製のキャピラリーカラムG−TA(0.25mm×30m)を用いたガスクロマトグラフィーにより光学純度分析を行った結果、回収したメチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸は光学純度99%e.e.以上のS体であることが判明した。DS−S−51株は、1.0%(v/v)の基質を光学分割するのに40時間要した。対して、組換え大腸菌は、2.0%(v/v)の基質を4時間で光学分割した。次に実施例4で得た組換え大腸菌の培養液に基質として2.0%(v/v)になるように、エチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸、プロピル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸、ブチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸のラセミ体を各々に加え、同様に4時間反応、分析した結果、各々残存率(収率)は、30.5%、30.0%、31.0%であり、各種4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルは光学純度99%e.e.以上のS体であることが判明した。光学純度の分析条件はカラム温度:100℃、検出器温度:200℃、キャリアーガス:窒素、流速:0.5ml/min;検出器、FID;スプリット比、100/1、リテンションタイムは次に示す通りである。メチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸:R体14.4分、S体15.2分、エチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸:R体18.4分、S体19.2分、プロピル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸:R体28.8分、30.2分、ブチルメチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸:R体49.2分、S体50.2分。
(Example 5) Production of S-form 4-chloro-3-hydroxybutyrate
100 ml of a culture solution of DS-S-51 strain obtained by culturing in the same manner as in Example 1 or Example 4 except that the culture was performed at 130 rpm on a rotary shaker using a 500 ml baffled conical flask, and Racemic methyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid was added as a substrate to 100 ml of the culture solution of recombinant E. coli JM109 (pKK-RhCHBH), and the mixture was allowed to react at 30 ° C. with shaking. After completion of the reaction, methyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid remaining in the reaction solution was analyzed by gas chromatography (column carrier: PEG20M, 60-80 mesh). As a result, the residual rate (yield) was DS-S. It was 30.9% for the -51 strain and 30.5% for the recombinant E. coli. The residual ratio (yield) represents the base mass remaining after the reaction when the amount of added racemate is 100%. The reaction solution was centrifuged to remove the cells, and then extracted with the same amount of ethyl acetate as the centrifuged supernatant. The optical purity of methyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid in this extract was measured by gas chromatography using capillary column G-TA (0.25 mm × 30 m) manufactured by Advanced Separation Technologies Inc., NJ, USA. As a result of the analysis, the recovered methyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid was found to be an S form having an optical purity of 99% ee or higher. The DS-S-51 strain required 40 hours to optically resolve 1.0% (v / v) substrate. In contrast, recombinant E. coli optically resolved 2.0% (v / v) substrate in 4 hours. Next, ethyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid and propyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid were used so that the substrate of the recombinant E. coli obtained in Example 4 was 2.0% (v / v). As a result of adding a racemic body of butyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid to each, and similarly reacting and analyzing for 4 hours, the residual ratios (yields) were 30.5%, 30.0%, 31.0, respectively. It was found that various 4-chloro-3-hydroxybutyric acid esters were S-forms with an optical purity of 99% ee or higher. Optical purity analysis conditions are as follows: column temperature: 100 ° C., detector temperature: 200 ° C., carrier gas: nitrogen, flow rate: 0.5 ml / min; detector, FID; split ratio, 100/1, retention time Street. Methyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid: R-form 14.4 minutes, S-form 15.2 minutes, ethyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid: R-form 18.4 minutes, S-form 19.2 minutes, propyl 4 -Chloro-3-hydroxybutyric acid: R form 28.8 minutes, 30.2 minutes, butylmethyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid: R form 49.2 minutes, S form 50.2 minutes.
(実施例6)R体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの生産
実施例5と同様に調製したDS−S−51株の培養液100ml、および組換え大腸菌JM109(pKK−RhCHBH)の培養液100mlに、基質として光学純度99%eeのR体メチル4−クロロ−3−ヒドロキシ酪酸を加え、30℃で振とうしながら反応させた。反応終了後、生成したR体3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンをガスクロマトグラフィー(カラム担体:PEG20M,60−80メッシュ)で分析した結果、その生成モル収率はDS−S−51株、組換え大腸菌とも100%であった。3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンの光学純度分析は以下の様に行なった。反応液を遠心分離により菌体を除き、ついでロータリーエバポレーターにて濃縮を行なった。適当量の1,2−ジクロロエタンで抽出してシロップを得た。ジクロロメタン1mlにシロップ20μl、トリフルオロ酢酸無水物200μlを加えてよく攪拌し、30分後デシケーターで濃縮後、エタノール1mlに溶解させた後、実施例5と同じキャピラリーカラムG−TAに供した。その結果、回収した3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンは光学純度99.0%e.e.のR体であることが判明した。分析条件はカラム温度:100℃、検出器温度:200℃、キャリアーガス:窒素、流速:0.5ml/min;検出器、FID;スプリット比、100/1。3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンのリテンションタイムはS体29.5分、R体31.2分であった。DS−S−51株は、1.0%の基質をすべてR体に変換するのに80時間要した。対して、組換え大腸菌は、2.0%(v/v)の基質を8時間で変換した。
(Example 6) Production of R-form 3-hydroxy-γ-butyrolactone To 100 ml of a culture solution of DS-S-51 strain prepared in the same manner as in Example 5 and 100 ml of a culture solution of recombinant Escherichia coli JM109 (pKK-RhCHBH) Then, R-form methyl 4-chloro-3-hydroxybutyric acid having an optical purity of 99% ee was added as a substrate, and the reaction was carried out while shaking at 30 ° C. After completion of the reaction, the produced R-form 3-hydroxy-γ-butyrolactone was analyzed by gas chromatography (column carrier: PEG20M, 60-80 mesh). As a result, the molar yield was DS-S-51 strain, recombinant It was 100% for both E. coli. The optical purity analysis of 3-hydroxy-γ-butyrolactone was performed as follows. The reaction solution was centrifuged to remove the cells, and then concentrated using a rotary evaporator. Extraction with an appropriate amount of 1,2-dichloroethane gave a syrup. To 1 ml of dichloromethane, 20 μl of syrup and 200 μl of trifluoroacetic anhydride were added and stirred well. After 30 minutes, the mixture was concentrated with a desiccator, dissolved in 1 ml of ethanol, and then applied to the same capillary column G-TA as in Example 5. As a result, the recovered 3-hydroxy-γ-butyrolactone was found to be an R form having an optical purity of 99.0% ee. Analysis conditions are column temperature: 100 ° C., detector temperature: 200 ° C., carrier gas: nitrogen, flow rate: 0.5 ml / min; detector, FID; split ratio, 100/1. Retention of 3-hydroxy-γ-butyrolactone The time was 29.5 minutes for S-form and 31.2 minutes for R-form. The DS-S-51 strain required 80 hours to convert all 1.0% of the substrate to R form. In contrast, recombinant E. coli converted 2.0% (v / v) substrate in 8 hours.
Claims (14)
(a)配列番号1の第44塩基〜第1240塩基からなる塩基配列、
(b)配列番号1の第44塩基〜第1240塩基からなる塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする塩基配列であって、下記式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルのエナンチオマー混合物に作用し、該混合物のR体を選択的に加水分解し、かつ、S体を選択的に残存させる酵素活性を有するタンパク質をコードする塩基配列:
[式中、Xは、ハロゲン原子を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表す]。 A gene comprising any of the following base sequences (a) or (b):
(A) a nucleotide sequence consisting of the 44th base to the 1240th base of SEQ ID NO: 1,
(B) a 4-halo-3-hydroxybutyric acid represented by the following formula [1], which is hybridized under stringent conditions with the nucleotide sequence consisting of the 44th to 1240th nucleotides of SEQ ID NO: 1 A nucleotide sequence encoding a protein having an enzymatic activity that acts on an enantiomeric mixture of esters, selectively hydrolyzes the R-form of the mixture, and selectively leaves the S-form:
[Wherein X represents a halogen atom and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms].
(a’)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質、
(b’)配列番号2に記載のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加されているアミノ酸配列からなり、下記式[1]で示される4−ハロ−3−ヒドロキシ酪酸エステルのエナンチオマー混合物に作用し、該混合物のR体を選択的に加水分解し、かつ、S体を選択的に残存させる酵素活性を有するタンパク質:
[式中、Xは、ハロゲン原子を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表す]。 Any of the following proteins (a ′) or (b ′):
(A ′) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2,
(B ′) 4-halo-3-hydroxy represented by the following formula [1], comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 A protein having an enzymatic activity that acts on an enantiomeric mixture of butyric ester, selectively hydrolyzes the R-form of the mixture, and selectively leaves the S-form:
[Wherein X represents a halogen atom and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms].
[式中、Xは、ハロゲン原子を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表す]。 The protein according to claim 2 is allowed to act on an enantiomeric mixture of 4-halo-3-hydroxybutyric acid ester represented by the following formula [1] to selectively hydrolyze the R form of the mixture, and the S form A method for producing S-form 4-halo-3-hydroxybutyrate, which comprises selectively leaving
[Wherein X represents a halogen atom and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms].
[式中、Xは、ハロゲン原子を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表す]。
[Wherein X represents a halogen atom and R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms].
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