JP2009159964A - Modified flavin-adenine-dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase - Google Patents

Modified flavin-adenine-dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a more practically advantageous enzyme usable as a reagent for measuring blood glucose than the known enzymes used as blood glucose sensors. <P>SOLUTION: The modified flavin-adenine-dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH) has an improved thermal stability compared to a wild-type FADGDH, which is preferably derived from a eukaryote, more preferably derived from a filamentous fungus, still more preferably derived from a fungus belonging to the genus Aspergillus. The modified FADGDH has a primary structure having the substitution, deletion, insertion or addition of at least one amino acid residue in the FADGDH having specific amino acid sequence. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は熱安定性が改良された改変型グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)に関し、また、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)を補酵素とする改変型FADGDH依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)、その製造方法及びグルコースセンサーに関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a modified glucose dehydrogenase (GDH) with improved thermostability, a modified FADGDH-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH) having flavin adenine dinucleotide (FAD) as a coenzyme, a method for producing the same, and a glucose sensor It is about.

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

このような問題を回避するために、例えばNAD(P)依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.47)あるいはピロロキノリンキノン(本書ではピロロキノリ
ンキノンをPQQとも記載する。)依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(EC1.1.5.2(旧EC1.1.99.17)が血糖センサ用酵素として用いられている。これらは溶存酸素の影響を受けない点で優位であるが、前者のNAD(P)依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(本書ではNAD(P)依存型グルコースデヒドロゲナーゼをNADGDHとも記載する。)は安定性の乏しさや補酵素の添加が必要という煩雑性がある。一方後者のPQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(本書ではPQQ依存型グルコースデヒドロゲナーゼをPQQGDHとも記載する。)は、基質特異性に乏しく、マルトースやラクトースといったグルコース以外の糖類にも作用するため測定値の正確性を損ねてしまうという欠点がある。
In order to avoid such problems, for example, NAD (P) -dependent glucose dehydrogenase (EC 1.1.1.47) or pyrroloquinoline quinone (herein, pyrroloquinoline quinone is also referred to as PQQ) -dependent glucose dehydrogenase. (EC 1.1.5.2 (formerly EC 1.1.9.17) has been used as an enzyme for blood glucose sensors. These are advantageous in that they are not affected by dissolved oxygen, but the former NAD (P ) -Dependent glucose dehydrogenase (NAD (P) -dependent glucose dehydrogenase is also referred to as NADGDH in this document) is not stable and requires the addition of a coenzyme, while the latter PQQ-dependent glucose dehydrogenase ( In this book, PQQ-dependent glucose dehydrogenase is also described as PQQGDH ) Has poor substrate specificity and has the disadvantage of impairing the accuracy of measured values because it also acts on sugars other than glucose such as maltose and lactose.

また、特許文献1にはアスペルギルス属由来フラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼ(本書ではフラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼをFADGDHとも記載する。)が開示されている。本酵素は、キシロースに対する作用性がグルコースに対する作用性の10%程度あるため、キシロース負荷試験を受けている人の血糖を測定する場合、測定値の正確性を損ねてしまう可能性がある。熱安定性については50℃、15分処理で89%程度の活性残存率であり安定性についても優れているとされている。特許文献2には、
その遺伝子配列、アミノ酸配列が報告されている。
WO2004/058958 WO2006/101239
Patent Document 1 discloses an Aspergillus-derived flavin-binding glucose dehydrogenase (herein, flavin-binding glucose dehydrogenase is also referred to as FADGDH). Since this enzyme has an action on xylose of about 10% of the action on glucose, when measuring blood glucose of a person undergoing a xylose tolerance test, the accuracy of the measurement value may be impaired. It is said that the thermal stability is about 89% of activity remaining at 50 ° C. for 15 minutes and the stability is excellent. In Patent Document 2,
Its gene sequence and amino acid sequence have been reported.
WO2004 / 058958 WO2006 / 101239

本発明の目的は、上述のような公知の血糖センサ用酵素と比較して、さらに実用面において有利な血糖値測定用試薬に使用可能な酵素を提供することである。   An object of the present invention is to provide an enzyme that can be used as a reagent for measuring blood glucose level, which is more practically advantageous than the above-mentioned known enzymes for blood glucose sensor.

特許文献2には、アスペルギルス・テレウス属野生株を液体培養または小麦フスマ培養することによりフラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼを得たこと、および、アスペルギルス・テレウス属由来のフラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子を、組換え大腸菌、組換えカビ(アスペルギルス・オリゼ)、組換え酵母(Candida属)でそれぞれ発現させ得られた酵素を精製したことが記載されている。   Patent Document 2 discloses that flavin-binding glucose dehydrogenase was obtained by liquid culture or wheat bran culture of Aspergillus terreus wild strain, and a gene encoding flavin-binding glucose dehydrogenase derived from Aspergillus tereus genus. In addition, it is described that enzymes obtained by expression in recombinant Escherichia coli, recombinant mold (Aspergillus oryzae), and recombinant yeast (genus Candida) were purified.

また、特許文献2には、それらの酵素の性質試験、および、センサーに適用したときの特性比較についていくつかの事例が開示されている。   Patent Document 2 discloses several examples of property tests of these enzymes and comparison of characteristics when applied to sensors.

しかし本願発明者らは、特許文献2の酵素は、産業上の要請という観点において、その記載内容が十分でなく、その要請を満たしていない可能性があると考えた。例えば、産業上の要請の重要な要件の1つである大量生産に最も適していると思われた大腸菌で発現させた酵素について、同様に極めて重要な要件である温度安定性の記載がない点が挙げられる。そこで本願発明者は、酵素の安定供給という観点から、該酵素を遺伝子組み換えにより生産することを視野に先行技術を再検討した。また、アスペルギルス・オリゼ株由来のFADGDHのアミノ酸配列を適宜改変することにより、キシロースに作用性を低下させ、より実用面において有利な血糖値測定用試薬に使用可能な酵素を提供することを目的に検討を重ねた。   However, the inventors of the present application considered that the enzyme described in Patent Document 2 is not sufficiently described in terms of industrial requirements and may not satisfy the requirements. For example, an enzyme expressed in Escherichia coli that seems to be most suitable for mass production, which is one of the important requirements of the industry, is not described in the same very important requirement, temperature stability. Is mentioned. Therefore, the present inventor reviewed the prior art from the viewpoint of stable supply of the enzyme with a view to producing the enzyme by genetic recombination. Another object of the present invention is to provide an enzyme that can be used as a reagent for measuring blood glucose level that is more practically advantageous by reducing the activity of xylose by appropriately modifying the amino acid sequence of FADGDH derived from the Aspergillus oryzae strain. Repeated examination.

その結果、意外にも、最も大量生産に適していると思われた大腸菌で発現させて取得したFADGDH組換え体(rFADGDH)は、熱安定性が野生株から培養・精製して得られた酵素と比べて大きく劣ることが判明した。   As a result, the FADGDH recombinant (rFADGDH) obtained by expression in Escherichia coli, which seems to be most suitable for mass production, is an enzyme obtained by culturing and purifying from a wild strain. It turned out to be greatly inferior compared with.

例えば、発明者らが後述の方法によりアスペルギルス・オリゼから取得したaFADGDHは、50℃・15分処理において約77%の活性を維持していたが、大腸菌で発現させて取得したFADGDH組換え体(raFADGDH)の熱安定性は、50℃・15分処理において約13%程度であった。また、アスペルギルス・テレウスFADGDH組換え体(rtFADGDH)の熱安定性も、50℃・15分処理において約28%程度であった。   For example, aFADGDH obtained from Aspergillus oryzae by the inventors by the method described below maintained about 77% activity in a treatment at 50 ° C. for 15 minutes, but the FADGDH recombinant obtained by expression in E. coli ( raFADGDH) had a thermal stability of about 13% after treatment at 50 ° C. for 15 minutes. The thermal stability of Aspergillus tereus FADGDH recombinant (rtFADGDH) was about 28% after treatment at 50 ° C. for 15 minutes.

特許文献2にその構造や製造方法が記載されている酵素についても、同様に、大腸菌で発現させて取得した酵素は、熱安定性が、野生株から培養・精製して得られた酵素と比べて劣る可能性が高いと考えられる。   Similarly, for the enzyme whose structure and production method are described in Patent Document 2, the enzyme obtained by expression in Escherichia coli is more stable than the enzyme obtained by culturing and purifying from a wild strain. It is considered that there is a high possibility of being inferior.

これは、遺伝子組み換えにより生産された酵素は、表面に多糖が付加されておらず、熱安定性が低下したからであると考えられた。   This was thought to be because the enzyme produced by genetic recombination was not added with polysaccharides on the surface and its thermal stability was reduced.

血糖センサ用チップの作製工程においては、加熱乾燥処理を施す場合があり、組換え体を利用する場合には、大幅な熱失活をおこす危険性があり、熱安定性を向上させる必要があった。   In the manufacturing process of a blood glucose sensor chip, heat drying may be performed. When a recombinant is used, there is a risk of significant heat inactivation, and it is necessary to improve thermal stability. It was.

そこで我々は、大腸菌による遺伝子組み換えにより生産しても十分な熱安定性を有し、より実用面において有利な血糖値測定用試薬に使用可能な酵素を提供することを目的にさらに検討を重ねた。   Therefore, we conducted further studies with the aim of providing an enzyme that can be used as a reagent for measuring blood glucose level, which has sufficient thermal stability even if produced by genetic recombination with E. coli, and is more advantageous in practical use. .

その結果、我々は、アスペルギルス・オリゼ株由来またはアスペルギルス・テレウス株由来のFADGDHのアミノ酸配列を適宜改変することにより、上述のような公知の血糖センサ用酵素の熱安定性に関する欠点を克服して、より実用面において有利な血糖値測定用試薬に使用可能な酵素を提供することができた。   As a result, we overcame the drawbacks related to the thermal stability of known enzymes for blood glucose sensors as described above by appropriately modifying the amino acid sequence of FADGDH derived from Aspergillus oryzae strain or Aspergillus tereus strain, It was possible to provide an enzyme that can be used as a blood glucose level measurement reagent that is more practically advantageous.

すなわち本発明は以下の通りである。
[項1]
改変することにより熱安定性が向上した改変型FADGDH。
[項2]
真核生物由来である項1記載の改変型FADGDH。
[項3]
糸状菌由来である項1記載のFADGDH。
[項4]
Aspergillus属菌由来である項1記載のFADGDH。
[項5]
野生型のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりも熱安定性が向上した項1〜4記載の改変型FADGDH。
[項6]
液状において、50℃、15分間の熱処理後の活性残存率が20%以上であることを特徴とする項1〜4記載の改変型FADGDH。
[項7]
液状において、50℃、15分間の熱処理後の活性残存率が35%以上であることを特徴とする項1〜4記載の改変型FADGDH。
[項8]
液状において、50℃、15分間の熱処理後の活性残存率が40%以上であることを特徴とする項1〜4記載の改変型FADGDH。
[項9]
50℃、15分間の熱処理後の活性残存率が70%以上であることを特徴とする項1〜4記載の改変型FADGDH。
[項10]
50℃、15分間の熱処理後の活性残存率が80%以上であることを特徴とする項1〜4記載の改変型FADGDH。
[項11]
配列表の配列番号2または配列番号46に記載されたアミノ酸配列を有するFADGDHにおいて、少なくとも1つのアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加された一次構造を有する改変型FADGDH。
[項12]
配列表の配列番号2において、120位、160位、162位、163位、164位、165位、166位、167位、169位、170位、171位、172位、180位、329位、331位、369位、471位及び551位、からなる群のうち少なくとも1つの位置、または、配列表の配列番号46において116位、159位、161位、164位、166位、167位、175位、325位、327位、365位、547位の位置、または、他の種における上記と同等の位置においてアミノ酸置換を有する熱安定性が向上した改変型FADGDH。
[項13]
配列表の配列番号2において少なくとも、アミノ酸置換が、K120E、G160E、G160I、G160P、G160S、G160Q、S162A、S162C、S162D、S162E、S162F、S162H、S162L、S162P、G163D、G163K、G163L、G163R、S164F、S164T、S164Y、L165A、L165I、L165N、L165P、L165V、A166C、A166I、A166K、A166L、A166M、A166P、A166S、167A、S167P、S167R、S167V、N169K、N169P、N169Y、N169W、L170C、L170F、S171I、S171K、S171M、S171Q、S171V、V172A、V172C、V172E、V172I、V172M、V172S、V172W、V172Y、A180G、V329Q、A331C、A331D、A331I、A331K、A3
31L、A331M、Q331V、K369R、K471R、V551A、V551C、V551T、V551Q、V551S、V551Y、(G160E+S167P)、(G160I+S167P)、(G160S+S167P)、(G160Q+S167P)、(S162A+S167P)、(S162C+S167P)、(S162D+S167P)、(S162D+S167P)、(S162E+S167P)、(S162F+S167P)、(S162H+S167P)、(S162L+S167P)、(G163D+S167P)、(S164F+S167P)、(S164T+S167P)、(S164Y+S167P)、(L165A+S167P)、(L165I+S167P)、(L165P+S171K)、(L165P+V551C)、(L165V+V551C)、(A166C+S167P)、( A166I+S167P)、(A166K+S167P)、(A166K+S167P) 、(A166M+S167P)、 (A166P+S167P)、(A166S+S167P)、(S167P+N169K)、(S167P+N169P)、(S167P+N169Y)、(S167P+N169W)、(S167P+L170C)、(S167P+L170F)、(S167P+S171I)、(S167P+S171K)、(S167P+S171M)、(S167P+S171Q)、(S167P+S171V)、(S167P+V172A)、(S167P+V172C)、(S167P+V172E)、(S167P+V172I)、(S167P+V172M)、(S167P+V172S)、(S167P+V172T)、(S167P+V172W)、(S167P+V172Y)、(S167P+V329Q)、(S167P+A331C)、(S167P+A331D)、(S167P+A331I)、(S167P+A331K)、(S167P+A331L)、(S167P+A331M)、(S167P+A331V)、(G163K+V551C)、(G163R+V551C)のうちいずれか、または、配列表の配列番号46において少なくとも、アミノ酸置換が、K116D、K116G、K116L、K116F、K116Q、Q159A、Q159K、Q159N、Q159P、Q159V、Q159L、E161C、N164Y、N164V、N164C、T166F、T166Y、T166W、T167L、T167V、T167S、G175K、S325A、S325G、S325K、S325Q、S325R、S325T、S325V、S325Y、S327E、Q365R、V547S、V547C、V547A、V547Qのうちいずれか、または、他の種における上記と同等の位置におけるアミノ酸置換を有する熱安定性が向上した改変型FADGDH。
[項14]
改変することによりpH安定性が向上した項1〜14記載の改変型FADGDH。
[項15]
pH4.5〜pH6.5において、25℃、16時間処理後の残存活性が80%以上であることを特徴とする項1〜15記載の改変型FAD−GDH。
[項16]
pH4.5〜pH6.5において、25℃、16時間処理後の残存活性が90%以上であることを特徴とする項1〜15記載の改変型FAD−GDH。
[項17]
配列番号2において、163位、167位、551位、からなる群のうち少なくとも1つの位置、または他の種における上記と同等の位置においてアミノ酸置換を有するpH安定性が向上した改変体FADGDH。
[項18]
配列表の配列番号2において少なくとも、アミノ酸置換がS167P、V551C、(G163K+V551C)、(G163R+V551C)のうちいずれか、または、他の種における上記と同様の配置における位置におけるアミノ酸置換を有するpH安定性が向上した改変型FADGDH。
[項19]
請求項1〜18のいずれかに記載の改変型FADGDHをコードする遺伝子。
[項20]
請求項19に記載の遺伝子を含むベクター。
[項21]
請求項20に記載のベクターで形質転換された形質転換体。
[項22]
請求項21に記載の形質転換体を培養することを特徴とする改変型FADGDHの製造方法。
[項23]
請求項1〜18のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコースアッセイキット。
[項24]
請求項1〜18のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコースセンサー。
[項25]
請求項1〜18のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコース測定法。
[項26]
野生型のアスペルギルス・オリゼ由来のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりも基質特異性が向上した改変型FADGDHであって、配列番号2のアミノ酸配列における53位、もしくは、それと同等の位置においてアミノ酸置換を有する、熱安定性が向上した改変型FADGDH。
[項27]
キシロースに対する作用性がグルコースに対する作用性の5.0%以下である項26に記載の改変型FADGDH。
[項28]
アミノ酸置換を、配列番号2における、G53H、G53N、G53K、G53M、G53T、G53V及びG53Cからなる群のうちいずれか、もしくは、それと同等の位置に有する項26に記載の改変型FADGDH。
[項29]
配列番号2のアミノ酸配列における163位、167位および551位からなる群のうちいずれか1つ以上の位置、もしくは、それと同等の位置においてアミノ酸置換を有する、項26に記載の改変型FADGDH。
[項30]
配列番号2のアミノ酸配列における(G53H+S167P)、(G53N+S167P)、
(G53H+S167P)および(G53N+G163R+V551C)からなる群のう
ちいずれか、もしくは、それと同等の位置においてアミノ酸置換を有する、項29に記載の改変型FADGDH。
[項31]
項26〜30のいずれかに記載の改変型FADGDHをコードする遺伝子であり、さらに、該遺伝子を含むベクターであり、さらに、該ベクターで形質転換された形質転換体であり、さらに、該形質転換体を培養することを特徴とする改変型FADGDHの製造方法。[項32]
項26〜30のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコースアッセイキット。[項33]
項26〜30のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコース測定方法。
項26に記載の改変型FADGDHは、野生型のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりも五炭糖類に対する作用性が低下している。五炭糖としてはキシロースが例示できる。項26に記載の改変型FADGDHは、野生型のFADGDHよりもキシロースに対する作用性がグルコースに対する作用性の5.0%以下である。なお、キシロースに対する作用性とは、グルコースを基質とした場合
とキシロースを基質とした場合の反応速度の相対比%(グルコースを1とする)を意味する。
That is, the present invention is as follows.
[Section 1]
Modified FADGDH whose thermal stability is improved by modification.
[Section 2]
Item 2. The modified FADGDH according to Item 1, which is derived from a eukaryote.
[Section 3]
Item 2. FADGDH according to item 1, which is derived from a filamentous fungus.
[Section 4]
Item 2. FADGDH according to Item 1, which is derived from Aspergillus.
[Section 5]
Item 5. The modified FADGDH according to Items 1 to 4, wherein the thermal stability is improved as compared with wild-type flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH).
[Section 6]
Item 5. The modified FADGDH according to Items 1 to 4, wherein the activity remaining rate after heat treatment at 50 ° C. for 15 minutes is 20% or more in a liquid state.
[Section 7]
Item 5. The modified FADGDH according to Items 1 to 4, wherein the residual activity ratio after heat treatment at 50 ° C. for 15 minutes is 35% or more in a liquid state.
[Section 8]
Item 5. The modified FADGDH according to Items 1 to 4, wherein the residual activity rate after heat treatment at 50 ° C. for 15 minutes is 40% or more in a liquid state.
[Section 9]
Item 5. The modified FADGDH according to Items 1 to 4, wherein an activity remaining ratio after heat treatment at 50 ° C for 15 minutes is 70% or more.
[Section 10]
Item 5. The modified FADGDH according to Items 1 to 4, wherein an activity remaining ratio after heat treatment at 50 ° C for 15 minutes is 80% or more.
[Section 11]
A modified FADGDH having a primary structure in which at least one amino acid is substituted, deleted, inserted or added in FADGDH having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 or 46 in the Sequence Listing.
[Section 12]
In SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, positions 120, 160, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 169, 170, 171, 172, 180, 329, 331, 369, 471, and 551, at least one position in the group consisting of positions 316, 159, 161, 164, 166, 167, 175 in SEQ ID NO: 46 in the sequence listing Modified FADGDH having improved amino acid substitution at positions 325, 327, 365, 547 or equivalent positions in other species as described above.
[Section 13]
In SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, at least the amino acid substitution is K120E, G160E, G160I, G160P, G160S, G160Q, S162A, S162C, S162D, S162E, S162F, S162H, S162L, S162P, G163D, G163K, G163S, G163R, G163R, G163R , S164T, S164Y, L165A, L165I, L165N, L165P, L165V, A166C, A166I, A166K, A166L, A166M, A166P, A166S, 167A, S167P, S167R, S167V, N169P, L169P, L169P , S171K, S171M, S171Q, S171V, V172A, V172C, V172E, V 72I, V172M, V172S, V172W, V172Y, A180G, V329Q, A331C, A331D, A331I, A331K, A3
31L, A331M, Q331V, K369R, K471R, V551A, V551C, V551T, V551Q, V551S, V551Y, (G160E + S167P), (G160I + S167P), (G160S + S167P), (G160Q + S167P), (G160Q + S167P), (G160Q + S167P) (S162D + S167P), (S162E + S167P), (S162F + S167P), (S162H + S167P), (S162L + S167P), (G163D + S167P), (S164F + S167P), (S164T + 16, S16P + S167P), (S164T + S167P), (S164T + S167P), (S164T + S167P) 5P + V551C), (L165V + V551C), (A166C + S167P), (A166I + S167P), (A166K + S167P), (A166K + S167P), (A166M + S167P), (A166P + S167P), (A166S + S167P), (S167P + N169K), (S167P + N169P), (S167P + N169Y), (S167P + N169W) (S167P + L170C), (S167P + L170F), (S167P + S171I), (S167P + S171K), (S167P + S171M), (S167P + S171Q), (S167P + S171V), 17P + V172A, 17P + V172A, S17P + V171A (S167P + V172M), (S167P + V172S), (S167P + V172T), (S167P + V172W), (S167P + V172Y), (S167P + V329Q), (S167P + A331C), (S167P + A331D), (S167P + A331I), (S167P + A331K), (S167P + A331L), (S167P + A331M), (S167P + A331V ), (G163K + V551C), (G163R + V551C), or at least amino acid substitutions in SEQ ID NO: 46 in the sequence listing are K116D, K116G, K116L, K116F, K116Q, Q159A, Q159K, Q159N, Q159P, Q159V, Q159L , E161C, N164Y, N164V, N164C, T166F, T166Y, T166W, T167L, T167V, T167S, G175K, S325A, S325G, S325K, S325Q, S325R, S325T, S325V, S325Y, S327E, Q365R, V547S, 54 Modified FADGDH with improved thermal stability having amino acid substitutions at positions equivalent to those in other species.
[Section 14]
Item 15. The modified FADGDH according to Item 1-14, wherein the pH stability is improved by modification.
[Section 15]
Item 16. The modified FAD-GDH according to item 1-15, wherein the residual activity after treatment at 25 ° C. for 16 hours at pH 4.5 to pH 6.5 is 80% or more.
[Section 16]
Item 16. The modified FAD-GDH according to item 1-15, wherein the residual activity after treatment at 25 ° C. for 16 hours at pH 4.5 to pH 6.5 is 90% or more.
[Section 17]
A variant FADGDH having improved amino acid stability having an amino acid substitution at at least one position in the group consisting of positions 163, 167, and 551 in SEQ ID NO: 2, or a position equivalent to the above in another species.
[Section 18]
In at least SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, the amino acid substitution is at least one of S167P, V551C, (G163K + V551C), (G163R + V551C), or pH stability having an amino acid substitution at a position in the same arrangement in other species as described above Improved modified FADGDH.
[Section 19]
A gene encoding the modified FADGDH according to any one of claims 1 to 18.
[Section 20]
A vector comprising the gene according to claim 19.
[Claim 21]
A transformant transformed with the vector according to claim 20.
[Section 22]
A method for producing a modified FADGDH, wherein the transformant according to claim 21 is cultured.
[Section 23]
A glucose assay kit comprising the modified FADGDH according to any one of claims 1 to 18.
[Section 24]
A glucose sensor comprising the modified FADGDH according to any one of claims 1 to 18.
[Claim 25]
A glucose measurement method comprising the modified FADGDH according to any one of claims 1 to 18.
[Claim 26]
A modified FADGDH having improved substrate specificity over a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH) derived from wild-type Aspergillus oryzae, the 53rd position in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or a position equivalent thereto A modified FADGDH having an amino acid substitution and improved thermal stability.
[Section 27]
Item 27. The modified FADGDH according to Item 26, wherein the activity on xylose is 5.0% or less of the activity on glucose.
[Claim 28]
Item 27. The modified FADGDH according to Item 26, which has an amino acid substitution at any position in the group consisting of G53H, G53N, G53K, G53M, G53T, G53V and G53C in SEQ ID NO: 2, or an equivalent position thereof.
[Section 29]
Item 27. The modified FADGDH according to Item 26, which has an amino acid substitution at one or more positions in the group consisting of positions 163, 167, and 551 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or a position equivalent thereto.
[Section 30]
(G53H + S167P), (G53N + S167P) in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2,
Item 30. The modified FADGDH according to Item 29, having an amino acid substitution at any position in the group consisting of (G53H + S167P) and (G53N + G163R + V551C), or an equivalent position thereof.
[Claim 31]
Item 32. A gene encoding the modified FADGDH according to any one of Items 26 to 30, a vector containing the gene, a transformant transformed with the vector, and the transformation A method for producing modified FADGDH, comprising culturing a body. [Section 32]
Item 31. A glucose assay kit comprising the modified FADGDH of any one of Items 26 to 30. [Section 33]
Item 31. A glucose measurement method comprising the modified FADGDH of any one of Items 26 to 30.
The modified FADGDH according to Item 26 has a lower effect on pentose than the wild-type flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH). An example of the pentose is xylose. The modified FADGDH according to Item 26 has an activity on xylose of 5.0% or less of the activity on glucose as compared with the wild type FADGDH. In addition, the effect | action with respect to xylose means the relative ratio% (glucose is set to 1) of the reaction rate when using glucose as a substrate and using xylose as a substrate.

項26に記載の改変型FADGDHは、野生型のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりも熱安定性が向上していることが好ましい。項26に記載の改変型FADGDHは、50℃、15分間の熱処理後の活性残存率が20%以上であり、好ましくは40%以上であり、更に好ましくは70%以上である。このような安定性を維持することができれば、製剤時に加熱乾燥することが可能となる。   The modified FADGDH according to Item 26 preferably has improved thermal stability as compared to wild-type flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH). In the modified FADGDH according to Item 26, the residual activity rate after heat treatment at 50 ° C. for 15 minutes is 20% or more, preferably 40% or more, and more preferably 70% or more. If such stability can be maintained, it is possible to heat and dry during formulation.

項26に記載の改変型FADGDHは、野生型のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりもpH安定性が向上していることが好ましい。項26に記載の改変型FADGDHは、pH4.5〜pH7.0において、25℃、16時間処理後の残存活性が80%以上であるか、または、pH4.5〜pH6.5において、25℃、16時間処理後の残存活性が80%以上、好ましくは90%以上である。
[項34]
野生型のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりも熱安定性が向上した改変型FADGDHであって、好ましくは真核生物由来、さらに好ましくは糸状菌由来、さらに好ましくはAspergillus属菌由来のFADGDH。ここで、FADGDHは、50℃、15分間の熱処理後の活性残存率が20%以上であることが好ましく、さらには40%以上であることが好ましく、さらには80%以上であることが好ましい。
[項35]
配列番号2に記載されたアミノ酸配列を有するFADGDHにおいて、少なくとも1つのアミノ酸が置換、欠失、挿入もしくは付加された一次構造を有する改変型FADGDHであり、例えば、配列番号2において、120位、160位、162位、163位、164位、165位、166位、167位、170位、171位、172位、180位、329位、331位、369位、471位及び551位、からなる群のうち少なくとも1つの位置、または、他の種における上記と同等の位置においてアミノ酸置換を有する熱安定性が向上した改変型FADGDH。ここで、162位、163位、167位及び551位の少なくとも1つの位置においてアミノ酸置換を有する改変型FADGDHがさらに好ましいものとして例示できる。
[項36]
野生型のアスペルギルス・オリゼ由来のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりも熱安定性が向上した改変型FADGDHであって、配列番号2のアミノ酸配列における163位および/または551位、もしくは、それと同等の位置においてアミノ酸置換を有する、熱安定性が向上した改変型FADGDH。
[項37]
配列番号2のアミノ酸配列における、G163D、G163K、G163L、G163R、V551A、V551C、V551T、V551Q、V551S、V551Y、(G163D+S167P)、(L165P+V551C)、(L165V+V551C)、(G163K+V551C)、(G163R+V551C)からなる群のうちいずれか、もしくは、それと同等の位置において同等のアミノ酸置換を有する、前パラグラフ記載の改変型FADGDH。
[項38]
配列番号2のアミノ酸配列における163位および/または551位に加えて、さらに、120位、160位、162位、164位、165位、166位、167位、170位、171位、172位、180位、329位、331位、369位および471位からなる群のうちいずれか1つ以上の位置、もしくは、それと同等の位置においてアミノ酸置換を有する、改変型FADGDH。
[項39]
野生型のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりもpH安定性が向上した改変型FADGDHであって、好ましくは真核生物由来、さらに好ましくは糸状菌由来、さらに好ましくはAspergillus属菌由来のFADGDH
[項40]。
配列番号2のアミノ酸配列における163位および/または551位に加えて、さらに、167位、もしくは、それと同等の位置においてアミノ酸置換を有する、pH安定性が向上した改変型FADGDHである。
[項41]
配列番号2のアミノ酸配列におけるS167P、V551C、(G163K+V551C)、(G163R+V551C) からなる群のうちいずれか、もしくは、それと同等の位置において同等のアミノ酸置換を有する、前パラグラフ記載の改変型FADGDHである。
[項42]
pH4.5〜pH6.5において、25℃、16時間処理後の残存活性が80%以上、好ましくは90%以上である項34〜41のいずれかのFADGDH。
[項43]
配列番号2において、163位、167位、551位、からなる群のうち少なくとも1つの位置、または他の種における上記と同等の位置においてアミノ酸置換を有するpH安定性が向上した改変体FADGDH。
[項44]
配列番号2において少なくとも、アミノ酸置換がS167P、V551C、(G163K+V551C)、(G163R+V551C)のうちいずれか、または、他の種における上記と同様の配置における位置におけるアミノ酸置換を有するpH安定性が向上した改変型FADGDH。
[項45]
項34〜44のいずれかに記載の改変型FADGDHをコードする遺伝子、該遺伝子を含むベクター、該ベクターで形質転換された形質転換体、該形質転換体を培養することを特徴とする改変型FADGDHの製造方法。
[項46]
項34〜44のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコースアッセイキットまたはグルコースセンサー。
[項47]
項34〜44のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコース測定法である。
The modified FADGDH according to Item 26 preferably has improved pH stability over the wild-type flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH). The modified FADGDH according to Item 26 has a residual activity of 80% or more after treatment at 25 ° C. for 16 hours at pH 4.5 to pH 7.0, or 25 ° C. at pH 4.5 to pH 6.5. The residual activity after 16 hours of treatment is 80% or more, preferably 90% or more.
[Section 34]
Modified FADGDH with improved thermal stability over wild-type flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH), preferably from eukaryotes, more preferably from filamentous fungi, more preferably from Aspergillus spp. FADGDH. Here, FADGDH preferably has an activity remaining ratio after heat treatment at 50 ° C. for 15 minutes of 20% or more, more preferably 40% or more, and further preferably 80% or more.
[Claim 35]
In FADGDH having the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, it is a modified FADGDH having a primary structure in which at least one amino acid is substituted, deleted, inserted or added. For example, in SEQ ID NO: 2, position 120, 160 , 162, 163, 164, 165, 166, 167, 170, 171, 172, 180, 329, 331, 369, 369, 471 and 551 A modified FADGDH with improved thermal stability having an amino acid substitution at least at one of the positions, or at a position equivalent to the above in another species. Here, modified FADGDH having an amino acid substitution at at least one of positions 162, 163, 167, and 551 can be exemplified as a more preferable example.
[Claim 36]
Modified FADGDH having improved thermal stability over flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH) derived from wild-type Aspergillus oryzae, at positions 163 and / or 551 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or A modified FADGDH having an amino acid substitution at an equivalent position and having improved thermal stability.
[Section 37]
G163D, G163K, G163L, G163R, V551A, V551C, V551T, V551Q, V551S, V551Y, (G163D + S167P), (L165P + V551C), (L165V + V551K), (155) Or a modified FADGDH as described in the previous paragraph, having an equivalent amino acid substitution at any or the equivalent position.
[Section 38]
In addition to positions 163 and / or 551 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, in addition, positions 120, 160, 162, 164, 165, 166, 167, 170, 170, 171 and 172, A modified FADGDH having an amino acid substitution at any one or more positions in the group consisting of positions 180, 329, 331, 369, and 471, or an equivalent position.
[Section 39]
Modified FADGDH with improved pH stability over wild-type flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH), preferably from eukaryotes, more preferably from filamentous fungi, more preferably from Aspergillus spp. FADGDH
[Claim 40].
In addition to positions 163 and / or 551 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, it is a modified FADGDH having an improved pH stability, further having an amino acid substitution at position 167 or equivalent position.
[Section 41]
The modified FADGDH described in the previous paragraph, which has an equivalent amino acid substitution at any position within the group consisting of S167P, V551C, (G163K + V551C) and (G163R + V551C) in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or an equivalent position thereto.
[Section 42]
48. The FADGDH of any one of Items 34 to 41, wherein the residual activity after treatment at 25 ° C. for 16 hours at pH 4.5 to pH 6.5 is 80% or more, preferably 90% or more.
[Section 43]
A variant FADGDH having improved amino acid stability having an amino acid substitution at at least one position in the group consisting of positions 163, 167, and 551 in SEQ ID NO: 2, or a position equivalent to the above in another species.
[Item 44]
In SEQ ID NO: 2, the amino acid substitution is at least one of S167P, V551C, (G163K + V551C), (G163R + V551C), or a modification with improved pH stability having an amino acid substitution at a position in the same arrangement in other species Type FADGDH.
[Section 45]
Item 44. The gene encoding the modified FADGDH according to any one of Items 34 to 44, a vector containing the gene, a transformant transformed with the vector, and the modified FADGDH characterized by culturing the transformant Manufacturing method.
[Claim 46]
45. A glucose assay kit or glucose sensor comprising the modified FADGDH of any one of Items 34 to 44.
[Section 47]
Item 45. A glucose measurement method comprising the modified FADGDH according to any one of Items 34 to 44.

本発明の改変型FADGDHにおいて、特に、G163K、G163L、G163R、S167P、V551A、V551C、V551Q、V551S、V551Y、(G160I+S167P)、(S162F+S167P)、(S167P+N169Y)、(S167P+L171I)、(S167P+L171K)、(S167P+L171V)、(S167P+V172I)、(S167P+V172W)、(G163K+V551C)(G163R+V551C)のアミノ酸置換は、改変型FADGDHの熱安定性の向上に寄与する。   In the modified FADGDH of the present invention, in particular, G163K, G163L, G163R, S167P, V551A, V551C, V551Q, V551S, V551Y, (G160I + S167P), (S162F + S167P), (S167P + N169Y), S17P + N16Y, S17P + N16Y ), (S167P + V172I), (S167P + V172W), (G163K + V551C) (G163R + V551C) amino acid substitution contributes to the improvement of the thermal stability of the modified FADGDH.

ここで、「K120E」は、120位のK(Lys)をE(Glu)に置換することを意味する。また、「(G160E+S167P)」は、160位のGをEに、167位のSをPにそれぞれ置換すること、+はその両方の置換を有する多重(この例では二重)変異体であることを意味する。   Here, “K120E” means that K (Lys) at position 120 is replaced with E (Glu). Also, “(G160E + S167P)” is a substitution of G at position 160 with E and S at position 167 with P, and + is a multiple (double in this example) mutant having both substitutions. Means.

加熱乾燥可能なレベルとは、50℃、15分処理後の残存活性が20%以上存在する状態であり、好ましくは40%以上の残存活性が存在する状態であり、更に好ましくは、6
0%以上の残存活性が存在する状態である。
The heat-dryable level is a state where the residual activity after treatment at 50 ° C. for 15 minutes is 20% or more, preferably a state where the residual activity is 40% or more, more preferably 6%.
This is a state where there is a residual activity of 0% or more.

本発明によるFADGDHの安定性の向上は、グルコース測定試薬、グルコースアッセイキット及びグルコースセンサー作製時の酵素の熱失活を低減して、該酵素の使用量低減や測定精度の向上を可能にする。   The improvement in the stability of FADGDH according to the present invention reduces the heat inactivation of the enzyme during preparation of the glucose measurement reagent, glucose assay kit, and glucose sensor, thereby reducing the amount of the enzyme used and improving the measurement accuracy.

アスペルオリゼ由来 WT(野生型)、改変型FADGDH精製標品のpH安定性を示す。pH3.5〜6.3:酢酸バッファー、pH6.3〜7.3、PIPESバッファー、pH7.3〜8.8:トリス塩酸バッファー、pH6.0〜7.7:リン酸バッファーをそれぞれ用いた。It shows the pH stability of purified asp (derived from WT (wild type), modified FADGDH). pH 3.5 to 6.3: acetate buffer, pH 6.3 to 7.3, PIPES buffer, pH 7.3 to 8.8: Tris-HCl buffer, pH 6.0 to 7.7: phosphate buffer were used, respectively.

本発明は組み換えFADGDHよりも熱安定性が向上した改変型FADGDHを含む。   The present invention includes modified FADGDH with improved thermal stability over recombinant FADGDH.

配列番号2で示される野生型のアスペルギルス・オリゼ由来のFADGDHは、以下の方法により入手した。   Wild-type Aspergillus oryzae-derived FADGDH represented by SEQ ID NO: 2 was obtained by the following method.

本発明者らは、National Center for Biotechnology Information(以下NCBIと表
記)のデータベースを利用し、アスペルギルス・オリゼ由来のグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子を推定、取得し、該遺伝子を用い、大腸菌よりアスペルギルス・オリゼ由来のグルコースデヒドロゲナーゼを取得できることを見出した。
The present inventors estimated and obtained a glucose dehydrogenase gene derived from Aspergillus oryzae using a database of National Center for Biotechnology Information (hereinafter referred to as NCBI), and used the gene to obtain glucose derived from Aspergillus oryzae from E. coli. It has been found that dehydrogenase can be obtained.

アスペルギルス・オリゼ由来GDH遺伝子を取得するために、自社保有のアスペルギルス・オリゼTI株の培養上清から、各種クロマトグラフィーを用いてGDHの精製を試みたが、高純度のGDHを得るのは困難であり、遺伝子取得の常法の1つである部分アミノ酸配列を利用したクローニングは断念せざるを得なくなった。しかしながら、我々はPenicillium lilacinoechinulatum NBRC6231株がGDHを生産することを見出し、精製酵素を用いて部分アミノ酸配列の決定に成功した。ついで、決定したアミノ酸配列を元に、PCR法により、P.lilacinoechinulatum NBRC6231由来GDH遺伝子を一部取得し、塩基配列を決定した(1356bp)。最終的に、この塩基配列を元に、アスペルギルス・オリゼGDH遺伝子を推定、取得した。その概要を以下の<実験例1><実験例2>に示す。
<実験例1>、
[アスペルギルス・オリゼ由来グルコースデヒドロゲナーゼ(以下AOGDHとも記載)遺伝子の推定]
[1]アスペルギルス・オリゼ由来GDHの取得
アスペルギルス・オリゼTI株のL乾燥菌株をポテトデキストロース寒天培地(Difco製)に植菌し25℃でインキュベートすることにより復元した。復元させたプレート上の菌糸を寒天ごと回収してフィルター滅菌水に懸濁した。2基の10L容ジャーファーメンター中に生産培地(1%麦芽エキス、1.5%大豆ペプチド、0.1%MgSO・7水和物、2%グルコース、pH6.5)6Lを調製し、120℃15分オートクレーブ滅菌して放冷した後、上記の菌糸懸濁液を接種し、30℃、通気攪拌培養を行った。培養開始から64時間後に培養を停止し、菌糸体を濾過により除去してGDH活性を含む濾過液を回収した。回収した上清を限外ろ過膜(分子量10,000カット)により低分子物質を除去した。次いで、硫酸アンモニウムを60%飽和度となるように添加、溶解し、硫安分画を行い、遠心機によりGDHを含む上清画分を回収後、Octyl−Sepharoseカラムに吸着させ、硫酸アンモニウム飽和度60%〜0%でグラジエント溶出してGDH活性のある画分を回収した。得られたGDH溶液を、G−25−Sepharoseカラムを用いて脱塩を行った後、60%飽和度の硫酸アンモニウムを添加、溶解し、こ
れをPhenyl−Sepharoseカラムに吸着させ、硫酸アンモニウム飽和度60%〜0%でグラジエント溶出してGDH活性のある画分を回収した。更にこれを50℃で45分加温した後、遠心分離を行って上清を得た。以上の工程を経て得られた溶液を精製GDH標品(AOGDH)とした。尚、上記精製過程においては、緩衝液として20mM
リン酸カリウム緩衝液(pH6.5)を使用した。さらに、AOGDHの部分アミノ酸配列を決定するため、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィーなどの各種手段により精製を試みたものの、部分アミノ酸配列決定に供することのできる高純度の精製標品を得ることはできなかった。
In order to obtain the Aspergillus oryzae-derived GDH gene, purification of GDH was attempted using various chromatographies from the culture supernatant of its own Aspergillus oryzae TI strain, but it was difficult to obtain high-purity GDH. There has been no choice but to give up cloning using a partial amino acid sequence, which is one of the common methods of gene acquisition. However, we found that Penicillium lilacinoechinulatum NBRC6231 strain produces GDH and succeeded in determining a partial amino acid sequence using a purified enzyme. Next, based on the determined amino acid sequence, a part of PDH lilacinoechinulatum NBRC6231-derived GDH gene was obtained by PCR, and the base sequence was determined (1356 bp). Finally, the Aspergillus oryzae GDH gene was estimated and obtained based on this base sequence. The outline is shown in <Experimental example 1><Experimental example 2> below.
<Experimental example 1>
[Estimation of Aspergillus oryzae-derived glucose dehydrogenase (hereinafter also referred to as AOGDH) gene]
[1] Acquisition of GDH derived from Aspergillus oryzae The L dry strain of Aspergillus oryzae TI strain was inoculated into potato dextrose agar medium (manufactured by Difco) and recovered by incubating at 25 ° C. The restored mycelium on the plate was collected together with the agar and suspended in filter sterilized water. Prepare 6 L of production medium (1% malt extract, 1.5% soybean peptide, 0.1% MgSO 4 .7 hydrate, 2% glucose, pH 6.5) in two 10 L jar fermenters, After autoclaving at 120 ° C. for 15 minutes and allowing to cool, the above mycelial suspension was inoculated and cultured at 30 ° C. with aeration and stirring. After 64 hours from the start of the culture, the culture was stopped, the mycelium was removed by filtration, and the filtrate containing GDH activity was collected. Low molecular weight substances were removed from the collected supernatant by ultrafiltration membrane (molecular weight 10,000 cut). Next, ammonium sulfate was added and dissolved to 60% saturation, ammonium sulfate fractionation was performed, and the supernatant fraction containing GDH was collected by a centrifuge, and then adsorbed on an Octyl-Sepharose column, and ammonium sulfate saturation 60%. Fractions with GDH activity were collected by gradient elution at ˜0%. The obtained GDH solution was desalted using a G-25-Sepharose column, and then 60% saturated ammonium sulfate was added and dissolved, adsorbed on the Phenyl-Sepharose column, and ammonium sulfate saturated 60%. Fractions with GDH activity were collected by gradient elution at ˜0%. Further, this was heated at 50 ° C. for 45 minutes, and then centrifuged to obtain a supernatant. The solution obtained through the above steps was used as a purified GDH preparation (AOGDH). In the above purification process, 20 mM is used as a buffer.
A potassium phosphate buffer (pH 6.5) was used. Furthermore, in order to determine the partial amino acid sequence of AOGDH, although purification was attempted by various means such as ion exchange chromatography and gel filtration chromatography, a purified sample with high purity that can be used for partial amino acid sequencing is obtained. I couldn't.

[2]ペニシリウム属糸状菌由来GDHの取得
ペニシリウム属糸状菌由来のGDH生産菌としてPenicillium lilacinoechinulatum NBRC6231を用い、上記アスペルギルス・オリゼTI株と同用の手順に従って、培養および精製を行い、SDS電気泳動でほぼ均一な精製標品を取得した。
[cDNAの作製]
Penicillium lilacinoechinulatum NBRC6231について上記方法に従い(ただしジャーファーメンターでの培養時間は24時間)培養を実施し、濾紙濾過により菌糸体を回収した。得られた菌糸は直ちに液体窒素中に入れて凍結させ、クールミル(東洋紡社製)を用いて菌糸を粉砕した。粉砕菌体より直ちにセパゾールRNA I(ナカライテスク社製)を用いて本キットのプロトコールに従ってトータルRNAを抽出した。得られたトータルRNAからはOrigotex−dt30(第一化学薬品社製)をもちいてmRNAを精製し、これをテンプレートにReverTra-Plus-TM(東洋紡社製)を用いてRT−PCRを行った。得られた産物はアガロース電気泳動を行い、鎖長0.5〜4.0kbに相当する部分を切り出した。切り出したゲル断片からMagExtractor−PCR&Gel Clean Up−(東洋紡社製)を用いてcDNAを抽出・精製してcDNAサンプルとした。
[GDH遺伝子部分配列の決定]
上記で精製したNBRC6231由来GDHを0.1%SDS、10%グリセロールを含有するTris−HClバッファー(pH6.8)に溶解し、ここにGlu特異的V8エンドプロテアーゼを終濃度10μg/mlとなるよう添加し37℃16時間インキュベートすることで部分分解を行った。このサンプルをアクリルアミド濃度16%のゲルを用いて電気泳動してペプチドを分離した。このゲル中に存在するペプチド分子を、ブロット用バッファー(1.4%グリシン、0.3%トリス、20%エタノール)を用いてセミドライ法によりPVDF膜に転写した。PVDF膜上に転写したペプチドはCBB染色キット(PIERCE社製GelCode Blue Stain Reagent)を用いて染色し、可視化されたペプチド断片のバンド部分2箇所を切り取ってペプチドシーケンサーにより内部アミノ酸配列の解析を行った。得られたアミノ酸配列はIGGVVDTSLKVYGT(配列番号37)およびWGGGTKQTVRAGKALGGTST(配列番号38)であった。この配列を元にミックス塩基を含有するディジェネレートプライマーを作製し、NBRC6231由来cDNAをテンプレートにPCRを実施したところ増幅産物が得られ、アガロースゲル電気泳動により確認したところ1.4kb程度のシングルバンドであった。このバンドを切り出して東洋紡製MagExtractor−PCR&Gel
Clean Up−を用いて抽出・精製した。精製DNA断片はTArget Clone −Plus−(東洋紡社製)によりTAクローニングし、得られたベクターで大腸菌JM109コンピテントセル(東洋紡社製)をヒートショックにより形質転換した。形質転換クローンのうち青白判定でインサート挿入が確認されたコロニーについてMagExtractor−Plasmid−(東洋紡社製)を用いてプラスミドをミニプレップ抽出・精製し、プラスミド配列特異的プライマーを用いてインサートの塩基配列を決定した(1356bp)。
[AOGDH遺伝子の推定]
決定した塩基配列を元に「NCBI BLAST」のホームページ(http://www.ncbi.
nlm. nih.gov/BLAST/)からホモロジー検索を実施し、AOGDH遺伝子を推定した。検索により推定したAOGDHとP.lilacinoechinulatum NBRC6231由来GDH部分配列とのアミノ酸レベルでの相同性は49%であった。
<実験例2>
[アスペルギルス・オリゼ由来グルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子の取得、大腸菌への導入]
AOGDH遺伝子を取得するために、アスペルギルス・オリゼTI株の菌体よりmRNAを調製し、cDNAを合成した。配列番号39、40に示す2種類のオリゴDNAを合成し、調製したcDNAをテンプレートとしてKOD Plus DNAポリメラーゼ(東洋紡社製)を用いてAOGDH遺伝子増幅した。DNA断片を制限酵素NdeI、BamHIで処理し、pBluescript(LacZの翻訳開始コドンatgに合わせNdeI認識配列のatgを合わせる形でNdeIサイトを導入したもの)NdeI−BamHIサイトに挿入し、組換えプラスミドを構築した。この組換えプラスミドを用いて、エシェリヒア・コリーDH5α(東洋紡社製)を形質転換した。形質転換体より、常法に従いプラスミドを抽出し、AOGDH遺伝子の塩基配列の決定を行った(配列番号41)。この結果、cDNA配列から推定されるアミノ酸残基は593アミノ酸(配列番号42)からなることが明らかとなった。データベース予想されるGDHは588アミノ酸でありTI株 GDHとアミノ酸残基数が異なることが示唆された。なお、該遺伝子については、TI株ゲノムDNAを用いて配列を確認し、遺伝子隣接領域についてもRACE法を用いて確認を行った。また、PCR法を用いて、データベースに基づくDNA配列をもつ組換えプラスミドを構築し、同様に形質転換体を取得した。これら形質転換体を100μg/mlのアンピシリンを含む液体培地(Terrific broth)200ml中で、30℃、16時間振とう培養を行った。菌体破砕液についてGDH活性を確認したところ、データベースより推定したGDHの配列を有する形質転換体ではGDH活性が確認できなかったが、TI株由来GDHの配列を有する形質転換体については菌体内に培養液1ml当たり8.0UのGDH活性が得られた。尚、実施例1で実施したアスペルギルス・オリゼTI株の培養上清のGDH活性は、0.2U/mlであった。
<実験例3>
[アスペルギルス・オリゼ由来グルコースデヒドロゲナーゼ(以下AOGDHと示す)遺伝子の大腸菌への導入]
シグナルペプチド切断後のFAD−GDHをmFAD−GDHとした場合、mFAD−GDHのN末端にMのみ付加してmFAD−GDHのN末端が1アミノ酸分のびた形態となっているものをS2と表現した。
[2] Acquisition of GDH derived from Penicillium filamentous fungus Using Penicillium lilacinoechinulatum NBRC6231 as a GDH producing bacterium derived from Penicillium filamentous fungus, culturing and purifying according to the same procedure as the above Aspergillus oryzae TI strain, SDS electrophoresis An almost uniform purified sample was obtained.
[Production of cDNA]
Penicillium lilacinoechinulatum NBRC6231 was cultured according to the above method (however, the culture time in the jar fermenter was 24 hours), and mycelium was collected by filtration with filter paper. The obtained mycelia were immediately frozen in liquid nitrogen, and the mycelium was pulverized using a cool mill (Toyobo Co., Ltd.). Total RNA was extracted from the pulverized cells using Sepakol RNA I (Nacalai Tesque) according to the protocol of this kit. From the total RNA obtained, mRNA was purified using Origotex-dt30 (Daiichi Chemicals Co., Ltd.), and RT-PCR was performed using ReverTra-Plus-TM (Toyobo Co., Ltd.) as a template. The obtained product was subjected to agarose electrophoresis, and a portion corresponding to a chain length of 0.5 to 4.0 kb was cut out. CDNA was extracted and purified from the excised gel fragment using MagExtractor-PCR & Gel Clean Up- (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) to obtain a cDNA sample.
[Determination of GDH gene partial sequence]
The above-purified NBRC6231-derived GDH is dissolved in Tris-HCl buffer (pH 6.8) containing 0.1% SDS and 10% glycerol, so that the Glu-specific V8 endoprotease has a final concentration of 10 μg / ml. Partial degradation was performed by adding and incubating at 37 ° C. for 16 hours. This sample was electrophoresed on a gel with an acrylamide concentration of 16% to separate the peptides. Peptide molecules present in this gel were transferred to a PVDF membrane by a semi-dry method using a blotting buffer (1.4% glycine, 0.3% Tris, 20% ethanol). The peptide transcribed on the PVDF membrane was stained using a CBB staining kit (Gel Code Blue Stain Reagent manufactured by PIERCE), and two bands of the visualized peptide fragment were cut out and the internal amino acid sequence was analyzed by a peptide sequencer. . The resulting amino acid sequences were IGGVVDTSLKVYGT (SEQ ID NO: 37) and WGGGTKQTVRAKGALGTGT (SEQ ID NO: 38). Based on this sequence, a degenerate primer containing a mixed base was prepared, and PCR was performed using NBRC6231-derived cDNA as a template. An amplified product was obtained and confirmed by agarose gel electrophoresis. A single band of about 1.4 kb was obtained. Met. This band was cut out and made by Toyobo MagExtractor-PCR & Gel
Extraction and purification were performed using Clean Up-. The purified DNA fragment was TA-cloned with TARGET Clone-Plus- (Toyobo), and Escherichia coli JM109 competent cell (Toyobo) was transformed with the resulting vector by heat shock. From the transformed clones, colonies in which insert insertion was confirmed by blue-white determination were extracted and purified using a MagExtractor-Plasmid- (manufactured by Toyobo), and the nucleotide sequence of the insert was determined using plasmid sequence-specific primers. Determined (1356 bp).
[Estimation of AOGDH gene]
Based on the determined base sequence, the NCBI BLAST website (http: //www.ncbi.
nlm. nih.gov/BLAST/) homology search was performed to estimate the AOGDH gene. The homology at the amino acid level between AOGDH estimated by the search and the GDH partial sequence derived from P. lilacinoechinulatum NBRC6231 was 49%.
<Experimental example 2>
[Acquisition of Aspergillus oryzae-derived glucose dehydrogenase gene and introduction into Escherichia coli]
In order to obtain the AOGDH gene, mRNA was prepared from the cells of Aspergillus oryzae TI strain, and cDNA was synthesized. Two types of oligo DNAs shown in SEQ ID NOs: 39 and 40 were synthesized, and AOGDH gene was amplified using KOD Plus DNA polymerase (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) using the prepared cDNA as a template. The DNA fragment was treated with restriction enzymes NdeI and BamHI, pBluescript (in which the NdeI site was introduced in the form of matching the atg of the NdeI recognition sequence in accordance with the translation initiation codon atg of LacZ), the recombinant plasmid was inserted into the NdeI-BamHI site. It was constructed. Escherichia coli DH5α (Toyobo Co., Ltd.) was transformed with this recombinant plasmid. A plasmid was extracted from the transformant according to a conventional method, and the base sequence of the AOGDH gene was determined (SEQ ID NO: 41). As a result, it was revealed that the amino acid residue deduced from the cDNA sequence consists of 593 amino acids (SEQ ID NO: 42). The database predicted GDH was 588 amino acids, suggesting that the number of amino acid residues is different from that of TI strain GDH. In addition, about this gene, the arrangement | sequence was confirmed using TI strain | stump | stock genomic DNA, and the gene adjacent region was also confirmed using the RACE method. In addition, a recombinant plasmid having a DNA sequence based on the database was constructed using the PCR method, and a transformant was obtained in the same manner. These transformants were cultured in 200 ml of a liquid medium (Terrific broth) containing 100 μg / ml ampicillin with shaking at 30 ° C. for 16 hours. When the GDH activity was confirmed for the cell disruption solution, the GDH activity could not be confirmed in the transformant having the GDH sequence estimated from the database. However, the transformant having the TI strain-derived GDH sequence was not found in the cell body. 8.0 U of GDH activity was obtained per 1 ml of culture solution. The GDH activity of the culture supernatant of Aspergillus oryzae TI strain carried out in Example 1 was 0.2 U / ml.
<Experimental example 3>
[Introduction of Aspergillus oryzae-derived glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as AOGDH) gene into Escherichia coli]
When FAD-GDH after cleavage of the signal peptide is mFAD-GDH, only M is added to the N-terminus of mFAD-GDH, and the N-terminus of mFAD-GDH has a form of 1 amino acid, expressed as S2. .

S2では、配列番号43のオリゴヌクレオチドをN末端側プライマーとして、配列番号44のプライマーとの組合せでPCRを行い、同様手順にて、S2をコードするDNA配列(配列番号1)をもつ組換えプラスミドを構築し、同様に形質転換体を取得した。   In S2, PCR is carried out using the oligonucleotide of SEQ ID NO: 43 as an N-terminal primer and a combination with the primer of SEQ ID NO: 44, and a recombinant plasmid having a DNA sequence (SEQ ID NO: 1) encoding S2 in the same procedure And a transformant was obtained in the same manner.

なお、この改変FAD−GDHのDNA配列を持つプラスミドは、DNAシーケンシングにて配列上誤りがないことを確かめた。   It was confirmed that the plasmid having the modified FAD-GDH DNA sequence had no sequence errors in DNA sequencing.

この形質転換体をTB培地にて10L−ジャーファーメンターを用いて1〜2日間液体培養した。各培養フェーズの菌体を集菌した後、超音波破砕してGDH活性を確認した。シグナルペプチドと思われるアミノ酸配列を削除することにより、そのGDH生産性が増大した。   This transformant was subjected to liquid culture for 1 to 2 days in a TB medium using a 10 L-jar fermenter. After collecting the cells in each culture phase, the cells were ultrasonically disrupted to confirm the GDH activity. By deleting the amino acid sequence that appears to be a signal peptide, its GDH productivity increased.

配列番号46で示される野生型のアスペルギルス・テレウス由来のFADGDHは、以下の方法により入手した。
<実験例4>
cDNAの調製
アスペルギルス・テレウス NBRC33026(独立行政法人製品評価技術基盤機構より購入)L乾標本をポテトデキストロース寒天培地(Difco製)に植菌し25℃でインキュベートすることにより復元させた。500ml 坂口フラスコに1.5%大豆ペプチド、2%グルコース、1%マルトエキスpH6.5を50ml調製し、復元させたプレート上の菌糸を寒天ごと回収して植菌し、30℃,24時間振とう培養を行い、菌体を回収した。得
られた菌体は直ちに液体窒素中に入れて凍結させ、東洋紡製クールミルを用いて、粉砕した。粉砕菌体より直ちにナカライテスク社製セパゾールRNA Iを用いて本キットのプ
ロトコールに従ってトータルRNAを抽出し、これをテンプレートに東洋紡製ReverTra-Plus-TMを用いてRT−PCRを行いcDNAを調製した。
<実験例5>
GDH遺伝子の配列決定
我々はAspergillus oryzae、Penicillium lilacinoechinulatum 、およびPenicillium italicum由来 GDH遺伝子のクローニングに成功し、その塩基配列情報を取得している。アスペルギルス・テレウスよりGDH遺伝子をクローニングするために、上記3種のGDHの推定アミノ酸配列をアラインさせ、相同性の高い領域の配列をもとに、ディジェネレートプライマーを作製した。<実験例4>で作製したゲノムDNAをテンプレートにPCRを実施したところ、増幅産物が認められた。増幅産物をサブクローニングし、塩基配列を決定した。決定したGDH部分配列を元に、該配列部分の5’側および3’側隣接領域をRACE法により決定した。決定した遺伝子領域の開始コドンから終始コドンまでの配列を配列番号45に、また、本配列から推定されるアミノ酸配列を配列番号46に示す。なお、特許文献1に示されているアスペルギルス・テレウス FERM BP-08578由来補酵素結合型グルコース脱水素酵素とは、アミノ酸レヘ゛ルで約98.5%と非常に高い相同性をもち、本質的
に同等であると考えられる。「相同性」とは、当該技術分野において公知の数学的アルゴリズムを用いて2つのアミノ酸配列をアラインさせた場合の、最適なアラインメント(好ましくは、該アルゴリズムは最適なアラインメントのために配列の一方もしくは両方へのギャップの導入を考慮しうるものである)における、オーバーラップする全アミノ酸に対する、同一アミノ酸残基の割合(%)を意味する。このようなアルゴリズムの例としては、非特許文献1〜4に記載のものが挙げられるが、これらに限定されない。
Karlin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1993) Vol.90 p5873-5877 Needleman et al., J. Mol. Biol. (1970) Vol.48 p444-453 Myers and Miller, CABIOS Vol.4 p11-17 Pearson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1988) Vol.85 p2444-2448<実験例6>GDH組換えプラスミドおよび組換え体の作製 配列番号45のDNA配列がコードするアミノ酸配列について、SignalP 3.0 Serverを利用して、シク゛ナルヘ゜フ゜チト゛予測を行った。この結果を元に、シク゛ナルヘ゜フ゜チト゛を除去すべく、N末端配列25コドンが削除され、開始コドン(ATG)を付加した配列増幅が増幅されるようにPCRプライマーを作製した(配列番号47、48)。これらのプライマーを用いて、NBRC33026 cDNAをテンプレートとしてKOD Plus DNAポリメラーゼ(東洋紡社製)により遺伝子増幅を実施した。増幅断片は制限酵素NdeI、BamHIで処理し、pBluescript(LacZの翻訳開始コドンATGに合わせNdeI認識配列のATGを合わせる形でNdeIサイトを導入したもの)のNdeI−BamHIサイト間に挿入し、組換えプラスミドを構築した(pAtGDH-s2-7)。この組換えプラスミドを用いて、エシェリヒア・コリーDH5α(東洋紡社製)を形質転換し、アスペルギルス・テレウス由来 GDH 組換え体を取得した。該形質転換体を100μg/mlのアンピシリンを含む液体培地(Terrific broth)200ml中で、30℃、16時間振とう培養を行った。菌体破砕液についてGDH活性を確認したところ、菌体内に培養液1ml当たり1.0UのGDH活性が得られた。
The wild type Aspergillus terreus-derived FADGDH represented by SEQ ID NO: 46 was obtained by the following method.
<Experimental example 4>
Preparation of cDNA Aspergillus terreus NBRC33026 (purchased from National Institute for Product Evaluation and Technology) L dry specimens were inoculated into potato dextrose agar medium (manufactured by Difco) and reconstituted by incubation at 25C. 50 ml of 1.5% soybean peptide, 2% glucose, 1% malto extract pH 6.5 was prepared in a 500 ml Sakaguchi flask, and the mycelium on the restored plate was collected and inoculated together with the agar, and shaken at 30 ° C. for 24 hours. Culture was performed and the cells were collected. The obtained bacterial cells were immediately frozen in liquid nitrogen and pulverized using a Toyobo cool mill. From the crushed cells, total RNA was extracted according to the protocol of this kit using Sepasol RNA I manufactured by Nacalai Tesque, and RT-PCR was performed using this as a template using ReverTra-Plus- TM manufactured by Toyobo to prepare cDNA.
<Experimental example 5>
Sequencing of GDH gene We have successfully cloned GDH genes from Aspergillus oryzae, Penicillium lilacinoechinulatum, and Penicillium italicum, and obtained their base sequence information. In order to clone the GDH gene from Aspergillus terreus, the deduced amino acid sequences of the above three types of GDH were aligned, and degenerate primers were prepared based on the sequence of the highly homologous region. When PCR was performed using the genomic DNA prepared in <Experimental Example 4> as a template, amplification products were observed. The amplified product was subcloned and the nucleotide sequence was determined. Based on the determined GDH partial sequence, 5′-side and 3′-side adjacent regions of the sequence portion were determined by the RACE method. The sequence from the start codon to the end codon of the determined gene region is shown in SEQ ID NO: 45, and the amino acid sequence deduced from this sequence is shown in SEQ ID NO: 46. The Aspergillus terreus FERM BP-08578-derived coenzyme-linked glucose dehydrogenase disclosed in Patent Document 1 has a very high homology of about 98.5% in amino acid level and is essentially equivalent. it is conceivable that. “Homology” refers to an optimal alignment when two amino acid sequences are aligned using mathematical algorithms known in the art (preferably the algorithm uses one or the other of the sequences for optimal alignment). The percentage of the same amino acid residue with respect to all overlapping amino acids in the case of introduction of gaps in both). Examples of such an algorithm include those described in Non-Patent Documents 1 to 4, but are not limited thereto.
Karlin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1993) Vol. 90 p5873-5877 Needleman et al., J. Mol. Biol. (1970) Vol.48 p444-453 Myers and Miller, CABIOS Vol.4 p11-17 Pearson et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1988) Vol.85 p2444-2448 <Experimental example 6> Preparation of GDH recombination plasmid and recombinant amino acid sequence encoded by DNA sequence of SEQ ID NO: 45 Using SignalP 3.0 Server, the signal was predicted. Based on this result, in order to remove the signal peptide, PCR primers were prepared so that the N-terminal sequence 25 codon was deleted and the sequence amplification with the start codon (ATG) added was amplified (SEQ ID NOs: 47 and 48). . Using these primers, gene amplification was performed with NBRC33026 cDNA as a template using KOD Plus DNA polymerase (Toyobo Co., Ltd.). The amplified fragment is treated with the restriction enzymes NdeI and BamHI, inserted between the NdeI-BamHI sites of pBluescript (in which the NdeI site is introduced in a form that matches the translation start codon ATG of LacZ and the ATG of the NdeI recognition sequence) A plasmid was constructed (pAtGDH-s2-7). Using this recombinant plasmid, Escherichia coli DH5α (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was transformed to obtain a GDH recombinant derived from Aspergillus terreus. The transformant was cultured with shaking at 30 ° C. for 16 hours in 200 ml of a liquid medium (Terrific broth) containing 100 μg / ml ampicillin. When the GDH activity was confirmed for the microbial cell disruption solution, 1.0 U GDH activity per 1 ml of the culture solution was obtained in the microbial cell.

本発明の改変型FADGDHは、配列番号2または配列番号46のアミノ酸配列におけ
る上記で示されるいずれか位置においてアミノ酸置換を行うことにより得られる。
The modified FADGDH of the present invention can be obtained by performing amino acid substitution at any position shown above in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 46.

例えば、「配列番号2のアミノ酸配列と同等の位置」とは、配列番号2アミノ酸配列と、配列番号2と相同性(好ましくは60%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上)を持つアミノ酸配列を有する他のGDHとを、アラインさせた場合に、そのアラインメントにおける同一の位置を意味する。   For example, the “position equivalent to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2” means that the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is homologous to SEQ ID NO: 2 (preferably 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably 90% or more. ) Means the same position in the alignment when aligned with another GDH having an amino acid sequence.

基質特異性、及び/または、熱安定性の改良された本発明は、配列番号2のアミノ酸配
列において、53位、163位、167位、位及び551位の少なくとも1つの位置においてアミノ酸置換を有する改変型FADGDHが例示される。
配列番号2のアミノ酸配列において、アミノ酸置換がG53H、G53N、G53K、G53M、G53T、G53V、G53C、G163R、S167P、V551Cからなる群から選ばれる改変型FADGDH。
The present invention with improved substrate specificity and / or thermal stability has an amino acid substitution in at least one of positions 53, 163, 167, 551 and 551 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. A modified FADGDH is exemplified.
A modified FADGDH selected from the group consisting of G53H, G53N, G53K, G53M, G53T, G53V, G53C, G163R, S167P, and V551C in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

ここで、「G53H」は、53位のG(Gly)を(H i s)に置換することを意味する

特に、G53H、G53N、G53K、G53M、G53T、G53V、G53Cのアミノ酸置換は、改変型FADGDHの基質特異性の向上に寄与し、G53H+S167P、
G53N+S167P、G53N+G163R+V551Cのアミノ酸置換は、改変型FADGDHの基質特異性、及び/または、安定性の向上に寄与する。
Here, “G53H” means replacing G (Gly) at position 53 with (His).
In particular, the amino acid substitution of G53H, G53N, G53K, G53M, G53T, G53V, G53C contributes to the improvement of the substrate specificity of the modified FADGDH, and G53H + S167P,
The amino acid substitution of G53N + S167P and G53N + G163R + V551C contributes to the improvement of substrate specificity and / or stability of the modified FADGDH.

熱安定性の改良された本発明は、配列番号2のアミノ酸配列において、120位、160位、162位、163位、164位、165位、166位、167位、169位、170位、171位、172位、180位、329位、331位、369位、471位及び551位の少なくとも1つの位置においてアミノ酸置換を有する改変型FADGDHが例示される。上記のうち、162位、163位、167位、位及び551位の少なくとも1つの位置においてアミノ酸置換を有する改変型FADGDH。   In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, the present invention with improved thermal stability comprises the following positions: 120, 160, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 169, 169, 170, 171 Examples include modified FADGDH having an amino acid substitution at at least one of positions 172, 180, 329, 331, 369, 471 and 551. Among the above, modified FADGDH having an amino acid substitution at at least one of positions 162, 163, 167, 551 and 551.

配列番号2のアミノ酸配列において、アミノ酸置換がK120E、G160E、G160I、G160P、G160S、G160Q、S162A、S162C、S162D、S162E、S162F、S162H、S162L、S162P、G163D、G163K、G163L、G163R、S164F、S164T、S164Y、L165A、L165I、L165N、L165P、L165V、A166C、A166I、A166K、A166L、A166M、A166P、A166S、167A、S167P、S167R、S167V、N169K、N169P、N169Y、N169W、L170C、L170F、S171I、S171K、S171M、S171Q、S171V、V172A、V172C、V172E、V172I、V172M、V172S、V172W、V172Y、A180G、V329Q、A331C、A331D、A331I、A331K、A331L、A331M、Q331V、K369R、K471R、V551A、V551C、V551T、V551Q、V551S、V551Yからなる群から選ばれる改変型FADGDH。   In the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, the amino acid substitution is K120E, G160E, G160I, G160P, G160S, G160Q, S162A, S162C, S162D, S162E, S162F, S162H, S162L, S162P, G163D, G163K, G163L, T163F, S163F , S164Y, L165A, L165I, L165N, L165P, L165V, A166C, A166I, A166K, A166L, A166M, A166P, A166S, 167A, S167P, S167R, S167V, N169K, N169K, N169K, N169P , S171M, S171Q, S171V, V172A, V172C, V172E, V172 , V172M, V172S, V172W, V172Y, A180G, V329Q, A331C, A331D, A331I, A331K, A331L, A331M, Q331V, K369R, K471R, V551A, V551C, V551T, V551T, and V551T FADGDH.

ここで、「K120E」は、120位のK(Lys)をE(Glu)に置換することを意味する。   Here, “K120E” means that K (Lys) at position 120 is replaced with E (Glu).

特に、G163K、G163L、G163R、S167P、V551A、V551C、V551Q、V551S、V551Y、(G160I+S167P)、(S162F+S167P)、(S167P+N169Y)、(S167P+L171I)、(S167P+L171K)、(S167P+L171V)、(S167P+V172I)、(S167P+V172W)、(G163K+V551C)(G163R+V551C)のアミノ
酸置換は、改変型FADGDHの熱安定性の向上に寄与する。
In particular, G163K, G163L, G163R, S167P, V551A, V551C, V551Q, V551S, V551Y, (G160I + S167P), (S162F + S167P), (S167P + N169Y), (S167P + L171I), S17P + L171I), S17P + L171I) ), (G163K + V551C) (G163R + V551C) amino acid substitution contributes to the improvement of the thermal stability of the modified FADGDH.

また、配列番号46のアミノ酸配列において、116位、159位、161位、164位、166位、167位、175位、325位、327位、365位及び547位の少なくとも1つの位置においてアミノ酸置換を有する改変型FADGDHが例示される。   Further, in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 46, amino acid substitution at at least one of positions 116, 159, 161, 164, 166, 167, 175, 325, 327, 365, and 547 The modified FADGDH having

好ましくは配列番号46のアミノ酸配列において、アミノ酸置換がK116D、K116G、K116L、K116F、K116Q、Q159A、Q159K、Q159N、Q1
59P、Q159V、Q159L、E161C、N164Y、N164V、N164C、T166F、T166Y、T166W、T167L、T167V、T167S、G175K、S325A、S325G、S325K、S325Q、S325R、S325T、S325V、S325Y、S327E、Q365R、V547S、V547C、V547A、V547Qからなる群から選ばれる改変型FADGDHが例示される。
Preferably, in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 46, the amino acid substitution is K116D, K116G, K116L, K116F, K116Q, Q159A, Q159K, Q159N, Q1
59P, Q159V, Q159L, E161C, N164Y, N164V, N164C, T166F, T166Y, T166W, T167L, T167V, T167S, G175K, S325A, S325G, S325K, S325Q, S325R, S325T, S325R, S325T A modified FADGDH selected from the group consisting of V547C, V547A, and V547Q is exemplified.

ここで、「K116D」は116位のK (Lys)をD (Asp)に置換することを意味する。   Here, “K116D” means substitution of K (Lys) at position 116 with D (Asp).

配列番号2で示される野生型のアスペルギルス・オリゼ由来のFADGDHを改変した改変型FADGDHの製造法または、配列番号46で示される野生型のアスペルギルス・テレウス由来のFADGDHを改変した改変型FADGDHの製造法は特に限定されないが、以下に示すような手順で製造することが可能である。FADGDHを構成するアミノ酸配列を改変する方法としては、通常行われる遺伝情報を改変する手法が用いられる。すなわち、タンパク質の遺伝情報を有するDNAの特定の塩基を変換することにより、或いは
特定の塩基を挿入または欠失させることにより、改変タンパク質の遺伝情報を有するDNA
が作成される。DNA中の塩基配列を変換する具体的な方法としては、例えば市販のキット(Transformer Mutagenesis Kit;Clonetech社, EXOIII/Mung Bean Deletion Kit;Stratagene製, Quick Change Site Directed Mutagenesis Kit;Stratagene製など)の使用、或いはポリメラーゼ連鎖反応法(PCR)の利用が挙げられる。
Method for producing modified FADGDH obtained by modifying FADGDH derived from wild-type Aspergillus oryzae represented by SEQ ID NO: 2 or method for producing modified FADGDH obtained by modifying FADGDH derived from wild-type Aspergillus tereus represented by SEQ ID NO: 46 Is not particularly limited, but can be manufactured by the following procedure. As a method for modifying the amino acid sequence constituting FADGDH, a commonly performed technique for modifying genetic information is used. That is, DNA having genetic information of a modified protein by converting a specific base of DNA having genetic information of the protein, or by inserting or deleting a specific base
Is created. As a specific method for converting a base sequence in DNA, for example, use of a commercially available kit (Transformer Mutagenesis Kit; Clonetech, EXOIII / Mung Bean Deletion Kit; Stratagene, Quick Change Site Directed Mutagenesis Kit; Stratagene, etc.) Alternatively, the polymerase chain reaction (PCR) can be used.

作製された改変型FADGDHの遺伝情報を有するDNAは、プラスミドと連結された状
態にて宿主微生物に移入され、改変型FADGDHを生産する形質転換体となる。この際のプラスミドとしては、例えば、エシェリヒア・コリーJM109、エシェリヒア・コリーDH5・、エシェリヒア・コリーW3110、エシェリヒア・コリーC600などが利用できる。宿主微
生物に組み換えベクターを移入する方法としては、例えば宿主微生物がエシェリヒア・コリーに属する微生物の場合には、カルシウムイオンの存在下で組み換えDNAの移入を行う
方法などを採用することができる、更にエレクトロポレーション法を用いても良い。更には市販のコンピテントセル(例えばコンピテントハイJM109;東洋紡績製)を用いても良い。
The prepared DNA having the genetic information of the modified FADGDH is transferred to a host microorganism in a state of being linked to a plasmid, and becomes a transformant that produces the modified FADGDH. As the plasmid at this time, for example, Escherichia coli JM109, Escherichia coli DH5, Escherichia coli W3110, Escherichia coli C600 and the like can be used. As a method for transferring the recombinant vector into the host microorganism, for example, when the host microorganism is a microorganism belonging to Escherichia coli, a method of transferring the recombinant DNA in the presence of calcium ions can be employed. A poration method may be used. Furthermore, a commercially available competent cell (for example, competent high JM109; manufactured by Toyobo) may be used.

こうして得られた形質転換体である微生物は、栄養培地で培養されることにより、多量の改変型FADGDHを安定して生産し得る。形質転換体である宿主微生物の培養形態は宿主の栄養生理的性質を考慮して培養条件を選択すればよく、通常多くの場合は液体培養で行うが、工業的には通気攪拌培養を行うのが有利である。培地の栄養源としては微生物の培養に通常用いられるものが広く使用される。炭素源としては資化可能な炭素化合物であればよく、例えば、グルコース、シュークロース、ラクトース、マルトース、糖蜜、ピルビン酸などが使用される。窒素減としては利用可能な窒素化合物であればよく、例えばペプトン、肉エキス、酵母エキス、カゼイン加水分怪物、大豆粕アルカリ分解物などが使用される。その他、リン酸塩、炭酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カルシウム、カリウム、鉄、マンガン、亜鉛などの塩類、特定のアミノ酸、特定のビタミンなどが必要に応じて使用される。培地温度は菌が発育し、改変型FADGDHを生産する範囲で適日変更し得るが、エシェリヒア・コリーの場合、好ましくは20〜42℃程度である。培養温度は条件によ
って多少異なるが、改変型FADGDHが最高収量に達する時期を見計らって適当時期に培養を終了すればよく、通常は6〜48時間程度である。培地pHは菌が発育し改変体タンパ
ク質を生産する範囲で適宜変更しうるが、特に好ましくはpH6.0〜9.0程度である。
The microorganism, which is the transformant thus obtained, can stably produce a large amount of modified FADGDH by being cultured in a nutrient medium. The culture form of the host microorganism, which is a transformant, may be selected in consideration of the nutritional physiological properties of the host. Usually, the culture is performed in liquid culture, but industrially, aeration and agitation culture is performed. Is advantageous. As a nutrient source of the medium, those commonly used for culturing microorganisms are widely used. Any carbon compound that can be assimilated may be used as the carbon source. For example, glucose, sucrose, lactose, maltose, molasses, pyruvic acid and the like are used. Any nitrogen compound that can be used may be used for reducing nitrogen, such as peptone, meat extract, yeast extract, casein hydrolyzed monster, soybean cake alkaline decomposition product, and the like. In addition, phosphates, carbonates, sulfates, salts such as magnesium, calcium, potassium, iron, manganese, and zinc, specific amino acids, specific vitamins, and the like are used as necessary. The medium temperature can be changed as appropriate within the range in which the bacteria grow and produce modified FADGDH, but in the case of Escherichia coli, it is preferably about 20 to 42 ° C. Although the culture temperature varies somewhat depending on conditions, the culture may be terminated at an appropriate time in consideration of the time when the modified FADGDH reaches the maximum yield, and is usually about 6 to 48 hours. The pH of the medium can be appropriately changed within the range in which the bacteria grow and produce the modified protein, but is particularly preferably about pH 6.0 to 9.0.

培養物中の改変型FADGDHを生産する菌体を含む培養液をそのまま採取し利用することもできるが、一般には常法に従って改変型FADGDHが培養液中に存在する場合は、濾過、遠心分離などにより、改変タンパク質の含有溶液と微生物菌体とを分離した後に利用される。改変タンパク質が菌体内に存在する場合には得られた培養物から濾過または遠心分離などの手法により菌体を採取し、次いでこの菌体を機械的方法またはリゾチームなどの酵素的方法で破壊し、また必要に応じてEDTA等のキレート剤及びまたは界面活性剤を添加して改変型FADGDHを可溶化し、水溶液として分離採取する。   Although the culture solution containing the cells producing the modified FADGDH in the culture can be collected and used as it is, generally, when the modified FADGDH is present in the culture solution according to a conventional method, filtration, centrifugation, etc. Thus, it is used after separating the modified protein-containing solution and the microbial cells. When the modified protein is present in the microbial cell, the microbial cell is collected from the obtained culture by a technique such as filtration or centrifugation, and then the microbial cell is destroyed by a mechanical method or an enzymatic method such as lysozyme, Further, if necessary, a modified FADGDH is solubilized by adding a chelating agent such as EDTA and / or a surfactant and separated and collected as an aqueous solution.

このようにして得られた改変型FADGDH含有溶液を、例えば、減圧濃縮、膜濃縮、さらに、硫酸アンモニム、硫酸ナトリウムなどの塩析処理、或いは親水性有機溶媒、例えばメタノール、エタノール、アセトンなどによる分別沈殿法により沈殿せしめればよい。また、加温処理や東電点処理も有効な生成手段である。吸着剤或いはゲル濾過剤などによるゲル濾過、吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィーにより、精製された改変型FADGDHを得ることができる。   The modified FADGDH-containing solution thus obtained is subjected to, for example, vacuum concentration, membrane concentration, salting-out treatment with ammonium sulfate, sodium sulfate or the like, or fractionation with a hydrophilic organic solvent such as methanol, ethanol, acetone or the like. What is necessary is just to precipitate by the precipitation method. Further, heating processing and east power point processing are also effective generation means. Purified modified FADGDH can be obtained by gel filtration using an adsorbent or gel filtration agent, adsorption chromatography, ion exchange chromatography, and affinity chromatography.

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

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

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

本発明において、FAD依存型GDHの活性測定は以下の条件で行う。
[試験例]
<試薬>
50mM PIPES緩衝液pH6.5(0.1%TritonX−100を含む)
163mM PMS溶液
6.8mM 2,6−ジクロロフェノールインドフェノール(DCPIP)溶液
1M D−グルコース溶液
上記PIPES緩衝液15.6ml、DCPIP溶液0.2ml、D―グルコース溶液4mlを混合して反応試薬とする。
<測定条件>
反応試薬2.9mlを37℃で5分間予備加温する。GDH溶液0.1mlを添加しゆるやかに混和後、水を対照に37℃に制御された分光光度計で、600nmの吸光度変化を5分記録し、直線部分から1分間あたりの吸光度変化(ΔODTEST)を測定する。盲検はGDH溶液の代わりにGDHを溶解する溶媒を試薬混液に加えて同様に1分間あたりの吸光度変化(ΔODBLANK)を測定する。これらの値から次の式に従ってGDH活性を求める。ここでGDH活性における1単位(U)とは、濃度200mMのD−グルコース存在下で1分間に1マイクロモルのDCPIPを還元する酵素量として定義している。

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

なお、式中の3.0は反応試薬+酵素溶液の液量(ml)、16.3は本活性測定条件におけるミリモル分子吸光係数(cm/マイクロモル)、0.1は酵素溶液の液量(ml)、1.0はセルの光路長(cm)を示す。
実施例1:グルコース測定系を用いた改変型FADGDH熱安定性の検討
検討は、先述の試験例のFADGDH活性の測定方法に準じて行った。
まず、アスペルギルス・オリゼまたはアスペルギルス・テレウス由来改変型FADGDHを約2U/mlになるように酵素希釈液(50mM リン酸カリウム緩衝液(pH5.5)、0.1% TritonX−100)にて溶解したものを50ml用意した。この酵素溶液
を1.0mlとしたものを2本用意した。コントロールには、夫々の改変型FADGDH(各種化合物の代わりに蒸留水0.1mlを添加したものを2本用意した。
In the present invention, the activity of FAD-dependent GDH is measured under the following conditions.
[Test example]
<Reagent>
50 mM PIPES buffer pH 6.5 (including 0.1% Triton X-100)
163 mM PMS solution 6.8 mM 2,6-dichlorophenolindophenol (DCPIP) solution 1M D-glucose solution 15.6 ml of the above PIPES buffer solution, 0.2 ml of DCPIP solution, and 4 ml of D-glucose solution are used as reaction reagents. .
<Measurement conditions>
Prewarm 2.9 ml of reaction reagent at 37 ° C. for 5 minutes. After adding 0.1 ml of GDH solution and mixing gently, the absorbance change at 600 nm was recorded for 5 minutes using a spectrophotometer controlled at 37 ° C. with water as a control, and the absorbance change per minute (ΔOD TEST) ). In the blind test, a change in absorbance per minute (ΔOD BLANK ) is similarly measured by adding a solvent that dissolves GDH to the reagent mixture instead of the GDH solution. From these values, the GDH activity is determined according to the following formula. Here, 1 unit (U) in GDH activity is defined as the amount of enzyme that reduces 1 micromole of DCPIP per minute in the presence of 200 mM D-glucose.

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

In the formula, 3.0 is the amount of the reaction reagent + enzyme solution (ml), 16.3 is the molar molecular extinction coefficient (cm 2 / micromol) under the conditions for this activity measurement, and 0.1 is the enzyme solution solution. Amount (ml), 1.0 indicates the optical path length (cm) of the cell.
Example 1: Examination of modified FADGDH thermal stability using glucose measurement system The examination was performed in accordance with the method for measuring FADGDH activity in the test example described above.
First, Aspergillus oryzae or Aspergillus terreus-derived modified FADGDH was dissolved in an enzyme diluent (50 mM potassium phosphate buffer (pH 5.5), 0.1% Triton X-100) so as to be about 2 U / ml. 50 ml of the product was prepared. Two pieces of this enzyme solution in 1.0 ml were prepared. As controls, two modified FADGDHs (0.1 ml of distilled water added in place of various compounds) were prepared.

2本のうち、1本は4℃で保存し、もう1本は、50℃、15分間処理を施した。処理後、夫々のサンプルのFADGDH活性を測定した。各々、4℃で保存したものの酵素活性を100として、50℃、15分間処理後の活性値を比較して活性残存率(%)として算出した。   Of the two, one was stored at 4 ° C and the other was treated at 50 ° C for 15 minutes. After treatment, the FADGDH activity of each sample was measured. The activity values after treatment at 50 ° C. for 15 minutes were compared and calculated as the residual activity rate (%), with the enzyme activity of those stored at 4 ° C. as 100, respectively.

実施例2:アスペルギルス・オリゼ由来FADGDH遺伝子への変異導入
野生型FADGDHをコードする遺伝子(配列番号1)を含む組み換えプラスミドpAOGDH-S2で
市販の大腸菌コンピテントセル(E.coli DH5a;TOYOBO社製)を形質転換した後、形質転換
体をアンピシリン(50mg/ml;ナカライテスク社製)を含んだ液体培地(1%ポリペプトン、0.5%酵母エキス、0.5%NaCl;pH7.3)を摂取し、30℃で一晩振とう培養して得られた菌体か
ら、常法によりプラスミドを調整した。該プラスミドを鋳型として用いDiversifyTMPCR Ramdom Mutagenesis Kit(Clontech社製)を用いた変異処理をそのプロトコールに従って実
施し、グルコースデヒドロゲナーゼの生産能を有する、改変型FADGDH変異プラスミドを作製し、上記方法により同様にプラスミドを調製した。
Example 2: Mutation introduction into the FADGDH gene derived from Aspergillus oryzae
After transforming a commercially available E. coli competent cell (E. coli DH5a; manufactured by TOYOBO) with a recombinant plasmid pAOGDH-S2 containing a gene encoding wild type FADGDH (SEQ ID NO: 1), the transformant was ampicillin (50 mg / day). from a bacterial cell obtained by ingesting a liquid medium (1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl; pH 7.3) containing 1 ml of Nacalai Tesque and shaking culture at 30 ° C. overnight. The plasmid was prepared by a conventional method. Mutation treatment using Diversify TM PCR Ramdom Mutagenesis Kit (manufactured by Clontech) was performed according to the protocol using the plasmid as a template, and a modified FADGDH mutant plasmid having the ability to produce glucose dehydrogenase was prepared. A plasmid was prepared.

実施例3:アスペルギルス・オリゼ由来改変型FADGDHを含む粗酵素液の調整
実施例2で調整したプラスミドで市販の大腸菌コンピテントセル(E.coli DH5a;TOYOBO社製)を形質転換した後、形質転換体をアンピシリンを含んだ寒天培地(1%ポリペプトン、0
.5%酵母エキス、0.5%NaCl、1.5%寒天;pH7.3)に塗布した後、30℃で一晩振とう培養して得られたコロニーをさらにアンピシリン(100μg/ml)を含んだLB液体培地に摂取し、30℃
で一晩振とう培養した。その培養液の一部から遠心分離によって得られた菌体を回収し、50mMのリン酸緩衝液(pH7.0)中でガラスビーズで該菌体を破砕することにより粗酵素液を
調製した。
Example 3: Preparation of crude enzyme solution containing modified FADGDH derived from Aspergillus oryzae A commercially available E. coli competent cell (E. coli DH5a; manufactured by TOYOBO) was transformed with the plasmid prepared in Example 2. Then, transformants were transformed into agar medium containing ampicillin (1% polypeptone, 0%
LB liquid containing ampicillin (100 μg / ml) after colony obtained by applying to 5% yeast extract, 0.5% NaCl, 1.5% agar; pH 7.3) and shaking culture at 30 ° C overnight Ingested into medium, 30 ° C
And cultured overnight with shaking. The bacterial cells obtained by centrifugation were collected from a part of the culture solution, and the bacterial cells were disrupted with glass beads in 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) to prepare a crude enzyme solution.

実施例4:熱安定性が向上した変異体のスクリーニング
実施例3の粗酵素液を用いて、上述した活性測定法によりグルコースデヒドロゲナーゼ活
性を測定した。また、同粗酵素液を50℃で15分間加熱処理した後、グルコースデヒドロゲナーゼ活性を測定し、3種の熱安定性の向上した変異体を取得した。これら3種の改変体をコードするプラスミドをpAOGDH-M1、pAOGDH-M2、pAOGDH-M3、pAOGDH-M4と命名した。
Example 4: Screening for mutants with improved thermostability Glucose dehydrogenase activity was measured using the crude enzyme solution of Example 3 by the activity measurement method described above. The crude enzyme solution was heat-treated at 50 ° C. for 15 minutes, and then glucose dehydrogenase activity was measured to obtain three types of mutants with improved thermostability. Plasmids encoding these three variants were named pAOGDH-M1, pAOGDH-M2, pAOGDH-M3, and pAOGDH-M4.

pAOGDH-M1、pAOGDH-M2、pAOGDH-M3、pAOGDH-M4の変異箇所を同定するためにDNAシーク
エンサー(ABI PRISMTM 3700DNA Analyzer;Perkin-Elmer製)でグルコースデヒドロゲナー
ゼをコードする遺伝子の塩基配列を決定した結果、pAOGDH-M1で配列番号2記載の162番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M2では167番目のセリンがプロリンに471番目のリジンがア
ルギニン、pAOGDH-M3では180番目のアラニンがグリシンに551番目のバリンがアラニン、pAOGDH-M4では120番目のリジンがグルタミン酸に167番目のセリンがプロリンに369番目の
リジンがアルギニンに置換されていることが確認された。結果を表1に示す。
Results of determining the nucleotide sequence of the gene encoding glucose dehydrogenase with a DNA sequencer (ABI PRISMTM 3700 DNA Analyzer; manufactured by Perkin-Elmer) to identify the mutation sites of pAOGDH-M1, pAOGDH-M2, pAOGDH-M3, and pAOGDH-M4 In pAOGDH-M1, the 162nd serine described in SEQ ID NO: 2 is proline, in pAOGDH-M2, the 167th serine is proline, the 471st lysine is arginine, and in pAOGDH-M3, the 180th alanine is glycine and the 551th valine. In pAOGDH-M4, it was confirmed that the 120th lysine was replaced with glutamic acid, the 167th serine with proline, and the 369th lysine with arginine. The results are shown in Table 1.

Figure 2009159964
Figure 2009159964

pAOGDH-S2のプラスミドを鋳型として、160番目のグリシンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号3の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレ
オチド、161番目のトリプトファンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号4の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、162番目のセリン
を複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号5の合成オリゴヌクレオチドとそれ
に相補的な合成オリゴヌクレオチド、163番目のグリシンを複数種のアミノ酸に置換する
よう設計した配列番号6の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオ
チド、164番目のセリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号7の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、165番目のロイシンを複数種
のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号8の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的
な合成オリゴヌクレオチド、166番目のアラニンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計
した配列番号9の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、167番目のセリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号10の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、168番目のグリシンを複数種のアミノ
酸に置換するよう設計した配列番号11の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、169番目のアスパラギンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した
配列番号12の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、170番
目のロイシンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号13の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、171番目のセリンを複数種のアミノ酸
に置換するよう設計した配列番号14の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、172番目のバリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号15の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、329番目のバリン
を複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号16の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、330番目のロイシンを複数種のアミノ酸に置換する
よう設計した配列番号17の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、331番目のアラニンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号18の合成
オリゴヌクレオチド、551番目のバリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列
番号19の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチドを基に、QuickChangeTMSite-Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE製)を用いて、そのプロトコールに従って、変異操作を行い、 グルコースデヒドロゲナーゼの生産能を有する、改変型FADGDH変異プラスミドを作製し、上記方法により同様にプラスミドを調整した。
Using the pAOGDH-S2 plasmid as a template, the 160th glycine designed to replace multiple amino acids with the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 3 and its complementary synthetic oligonucleotide, the 161st tryptophan into multiple amino acids Synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 4 designed to be substituted and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 5 designed to replace the 162nd serine with a plurality of amino acids, and a synthetic oligo complementary thereto A synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 6 designed to substitute nucleotides, 163rd glycine with multiple types of amino acids, and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, and SEQ ID NO: designed to substitute 164th serine with multiple types of amino acids 7 synthetic oligonucleotides and complementary synthetic oligonucleotides Rheotide, synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 8 designed to replace 165th leucine with multiple amino acids, and synthetic oligonucleotide complementary thereto, SEQ ID NO: designed to replace 166th alanine with multiple amino acids 9 synthetic oligonucleotides and their complementary synthetic oligonucleotides, the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 10 designed to replace the 167th serine with multiple amino acids, the complementary synthetic oligonucleotide, and the 168th glycine A synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 11 designed to substitute with multiple types of amino acids and a complementary synthetic oligonucleotide thereof, a synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 12 designed to replace the 169th asparagine with multiple types of amino acids, and Complementary synthetic oligonucleotide, 170th Synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 13 designed to replace isine with multiple types of amino acids and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, and synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 14 designed to replace the 171st serine with multiple types of amino acids Synthetic oligonucleotide complementary to it, the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 15 designed to replace the 172nd valine with multiple amino acids and the complementary synthetic oligonucleotide, the 329th valine to multiple amino acids A synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 16 designed to be substituted and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, and a synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 17 designed to substitute the 330th leucine with a plurality of amino acids and a synthetic oligo complementary thereto Nucleotide, 331st alanine, multiple amino acids Synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 18 was designed to replace, on the basis of 551-th synthesis of SEQ ID NO: 19 was designed to valine substituting plural kinds of amino oligonucleotides and synthetic oligonucleotides complementary to it, QuickChange TM Site Using the Directed Mutagenesis Kit (manufactured by STRATAGENE), mutation was performed according to the protocol to produce a modified FADGDH mutant plasmid having the ability to produce glucose dehydrogenase, and the plasmid was similarly prepared by the above method.

実施例4で調整したプラスミドで市販の大腸菌コンピテントセル(E.coli DH5a;TOYOBO社製)を形質転換した後、実施例3と同様に粗酵素液を調製した。   After transforming commercially available E. coli competent cells (E. coli DH5a; manufactured by TOYOBO) with the plasmid prepared in Example 4, a crude enzyme solution was prepared in the same manner as in Example 3.

上記の粗酵素液を用いて、上述した活性測定法によりグルコースデヒドロゲナーゼ活性を測定した。また、同粗酵素液を50℃で15分間加熱処理した後、グルコースデヒドロゲナーゼ活性を測定し、16種の熱安定性の向上した変異体を取得した。これら16種の改変体をコードするプラスミドを、pAOGDH-M4、pAOGDH-M5、pAOGDH-M6、pAOGDH-M7、pAOGDH-M8、pAOGDH-M9、pAOGDH-M10、pAOGDH-M11、pAOGDH-M12、pAOGDH-M13、pAOGDH-M14、pAOGDH-M15、pAOGDH-M16、pAOGDH-M17、pAOGDH-M18、pAOGDH-M19と命名した。   Using the above crude enzyme solution, glucose dehydrogenase activity was measured by the activity measurement method described above. The crude enzyme solution was heat-treated at 50 ° C. for 15 minutes, and then glucose dehydrogenase activity was measured to obtain 16 types of mutants with improved thermostability. Plasmids encoding these 16 variants were pAOGDH-M4, pAOGDH-M5, pAOGDH-M6, pAOGDH-M7, pAOGDH-M8, pAOGDH-M9, pAOGDH-M10, pAOGDH-M11, pAOGDH-M12, pAOGDH- They were named M13, pAOGDH-M14, pAOGDH-M15, pAOGDH-M16, pAOGDH-M17, pAOGDH-M18, and pAOGDH-M19.

pAOGDH-M4、pAOGDH-M5、pAOGDH-M6、pAOGDH-M7、pAOGDH-M8、pAOGDH-M9、pAOGDH-M10、pAOGDH-M11、pAOGDH-M12、pAOGDH-M13、pAOGDH-M14、pAOGDH-M15、pAOGDH-M16 、pAOGDH-M17、pAOGDH-M18、pAOGDH-M19の変異箇所を同定するためにDNAシークエンサー(ABI PRISMTM 3700DNA Analyzer;Perkin-Elmer製)でグルコースデヒドロゲナーゼをコードする遺伝
子の塩基配列を決定した結果、pAOGDH-M5で配列番号2記載の160番目のグリシンがプロリン、pAOGDH-M6では163番目のグリシンがリジン、pAOGDH-M7では163番目のグリシンがロイシン、pAOGDH-M8では163番目のグリシンがアルギニン、pAOGDH-M9では167番目のセリンがアラニン、pAOGDH-M10では167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M11では167番目のセリンがアルギニン、pAOGDH-M12では167番目のセリンがバリン、pAOGDH-M13では171番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M14では551番目のバリンがアラニン、pAOGDH-M15では551番目のバリンがシステイン、pAOGDH-M16では551番目のバリンがスレオニン、pAOGDH-M17では551番目のバリンがグルタミン、pAOGDH-M18では551番目のバリンがセリン、pAOGDH-M19では551番目のバリンがチロシンに置換されていることが確認された。結果を表2に示す。
pAOGDH-M4, pAOGDH-M5, pAOGDH-M6, pAOGDH-M7, pAOGDH-M8, pAOGDH-M9, pAOGDH-M10, pAOGDH-M11, pAOGDH-M12, pAOGDH-M13, pAOGDH-M14, pAOGDH-DH15 As a result of determining the nucleotide sequence of the gene encoding glucose dehydrogenase with a DNA sequencer (ABI PRISMTM 3700 DNA Analyzer; manufactured by Perkin-Elmer) to identify the mutation sites of M16, pAOGDH-M17, pAOGDH-M18, and pAOGDH-M19. -M5, 160th glycine described in SEQ ID NO: 2 is proline, 163rd glycine is lysine in pAOGDH-M6, 163rd glycine is leucine in pAOGDH-M7, 163rd glycine is arginine in pAOGDH-M8, pAOGDH- In M9, the 167th serine is alanine, in pAOGDH-M10, the 167th serine is proline, in pAOGDH-M11, the 167th serine is arginine, in pAOGDH-M12, the 167th serine is valine, and in pAOGDH-M13, the 171st serine Is proline, in pAOGDH-M14, the 551st valine is alanine, pAOGD In H-M15, 551 valine is cysteine, in pAOGDH-M16, 551 valine is threonine, in pAOGDH-M17, 551 valine is glutamine, in pAOGDH-M18, 551 valine is serine, and pAOGDH-M19 is 551. It was confirmed that the valine was replaced with tyrosine. The results are shown in Table 2.

Figure 2009159964
Figure 2009159964

実施例5;多重変異体の作製と熱安定性
pAOGDH-M10のプラスミドを鋳型として、160番目のグリシンを複数種のアミノ酸に置換す
るよう設計した配列番号20の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、161番目のトリプトファンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号21の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、162番目のセリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号22の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、163番目のグリシンを複数種のアミノ酸に置換する
よう設計した配列番号23の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、164番目のセリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号24の合成オ
リゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、165番目のロイシンを複数
種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号25の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、166番目のアラニンを複数種のアミノ酸に置換するよう設
計した配列番号26の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、168番目のグリシンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号27の合成オリゴ
ヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、169番目のアスパラギンを複数
種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号28の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、170番目のロイシンを複数種のアミノ酸に置換するよう設
計した配列番号29の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、171番目のセリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号30の合成オリゴヌ
クレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、172番目のバリンを複数種のアミ
ノ酸に置換するよう設計した配列番号31の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、329番目のバリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列
番号32の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、330番目の
ロイシンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号33の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、331番目のアラニンを複数種のアミノ酸に
置換するよう設計した配列番号34の合成オリゴヌクレオチド、551番目のバリンを複数種
のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号35の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチドを基に、QuickChangeTMSite-Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE製)を用いて、そのプロトコールに従って、変異操作を行い、 グルコースデヒドロ
ゲナーゼの生産能を有する、改変型FADGDH変異プラスミドを作製し、上記方法により同様にプラスミドを調製した。
Example 5: Production of multiple mutants and thermal stability
Using the pAOGDH-M10 plasmid as a template, the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 20 designed to replace the 160th glycine with multiple types of amino acids and its complementary synthetic oligonucleotide, the 161st tryptophan into multiple types of amino acids Synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 21 designed to substitute and synthetic oligonucleotide complementary thereto, synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 22 designed to substitute serine at the 162nd serine and synthetic oligonucleotide complementary thereto A synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 23 designed to substitute nucleotides, 163rd glycine with multiple types of amino acids, and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, and SEQ ID NO: designed to replace 164th serine with multiple types of amino acids 24 synthetic oligonucleotides and complementary synthetic oligos A synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 25 designed to replace nucleotide 165th leucine with multiple amino acids and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, SEQ ID NO: designed to replace 166th alanine with multiple amino acids 26 synthetic oligonucleotides and their complementary synthetic oligonucleotides, and the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 27 designed to replace the 168th glycine with multiple types of amino acids and its complementary synthetic oligonucleotide, the 169th asparagine. A synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 28 designed to substitute with multiple types of amino acids and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, a synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 29 designed to replace the 170th leucine with multiple types of amino acids, and Complementary synthetic oligonucleotides, 17 A synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 30 designed to replace the first serine with a plurality of amino acids and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, and a 172nd valine of SEQ ID NO: 31 designed to replace a plurality of amino acids Synthetic oligonucleotide and its complementary synthetic oligonucleotide, the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 32 designed to replace the 329th valine with multiple amino acids, the complementary synthetic oligonucleotide and the 330th leucine Synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 33 designed to substitute for the amino acid of and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 34 designed to substitute the 331st alanine for multiple amino acids, the 551st SEQ ID NO: 35 designed to replace valine with multiple amino acids Synthetic oligonucleotide based on the synthetic oligonucleotide complementary to it, using the QuickChange TM Site-Directed Mutagenesis Kit (manufactured by STRATAGENE), in accordance with the protocol, it performs mutation operation, capable of producing glucose dehydrogenase, the modified FADGDH A mutant plasmid was prepared, and a plasmid was similarly prepared by the above method.

pAOGDH-M15のプラスミドを鋳型として、163番目のグリシンを複数種のアミノ酸に置換
するよう設計した配列番号36の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチドを基に、QuickChangeTMSite-Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE製)を用いて、そのプロトコールに従って、変異操作を行い、 グルコースデヒドロゲナーゼの生産能
を有する、改変型FADGDH変異プラスミドを作製し、上記方法により同様にプラスミドを調製した。
Using the pAOGDH-M15 plasmid as a template, QuickChange TM Site-Directed Mutagenesis Kit based on the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 36 and its complementary oligonucleotide designed to replace the 163rd glycine with multiple amino acids Using STRATAGENE, mutation was performed according to the protocol to produce a modified FADGDH mutant plasmid having the ability to produce glucose dehydrogenase, and the plasmid was similarly prepared by the above method.

実施例4で調整したプラスミドで市販の大腸菌コンピテントセル(E.coli DH5a;TOYOBO社製)を形質転換した後、実施例3と同様に粗酵素液を調製した。   After transforming commercially available E. coli competent cells (E. coli DH5a; manufactured by TOYOBO) with the plasmid prepared in Example 4, a crude enzyme solution was prepared in the same manner as in Example 3.

上記の粗酵素液を用いて、上述した活性測定法によりグルコースデヒドロゲナーゼ活性を測定した。また、同粗酵素液を50℃で15分間加熱処理した後、グルコースデヒドロゲナーゼ活性を測定し、57種の熱安定性の向上した変異体を取得した。これら57種の改変体をコードするプラスミドを、pAOGDH-M20、pAOGDH-M21、pAOGDH-M22、pAOGDH-M23、pAOGDH-M24、pAOGDH-M25、pAOGDH-M26、pAOGDH-M27、pAOGDH-M28、pAOGDH-M29、pAOGDH-M30、pAOGDH-M31、pAOGDH-M32、pAOGDH-M33、pAOGDH-M34、pAOGDH-M35、pAOGDH-M36、pAOGDH-M37、pAOGDH-M38、pAOGDH-M39 pAOGDH-M40、pAOGDH-M41、pAOGDH-M42、pAOGDH-M43、pAOGDH-M44、pAOGDH-M45、pAOGDH-M46、pAOGDH-M47、pAOGDH-M48、pAOGDH-M49、pAOGDH-M50、pAOGD
H-M51、pAOGDH-M52、pAOGDH-M53、pAOGDH-M54、pAOGDH-M55、pAOGDH-M56、pAOGDH-M57、pAOGDH-M58、pAOGDH-M59、pAOGDH-M60、pAOGDH-M61、pAOGDH-M62、pAOGDH-M63、pAOGDH-M64、pAOGDH-M65、pAOGDH-M66、pAOGDH-M67、pAOGDH-M68、pAOGDH-M69、pAOGDH-M70、pAOGDH-M71、pAOGDH-M72、pAOGDH-M73、pAOGDH-M74、pAOGDH-M75、pAOGDH-M76と命名した。
Using the above crude enzyme solution, glucose dehydrogenase activity was measured by the activity measurement method described above. The crude enzyme solution was heat-treated at 50 ° C. for 15 minutes, and then glucose dehydrogenase activity was measured to obtain 57 variants with improved thermostability. Plasmids encoding these 57 variants were pAOGDH-M20, pAOGDH-M21, pAOGDH-M22, pAOGDH-M23, pAOGDH-M24, pAOGDH-M25, pAOGDH-M26, pAOGDH-M27, pAOGDH-M28, pAOGDH- M29, pAOGDH-M30, pAOGDH-M31, pAOGDH-M32, pAOGDH-M33, pAOGDH-M34, pAOGDH-M35, pAOGDH-M36, pAOGDH-M37, pAOGDH-M38, pAOGDH-M39 pAOGDH-M40, pAOGDH-M41 -M42, pAOGDH-M43, pAOGDH-M44, pAOGDH-M45, pAOGDH-M46, pAOGDH-M47, pAOGDH-M48, pAOGDH-M49, pAOGDH-M50, pAOGD
H-M51, pAOGDH-M52, pAOGDH-M53, pAOGDH-M54, pAOGDH-M55, pAOGDH-M56, pAOGDH-M57, pAOGDH-M58, pAOGDH-M59, pAOGDH-M60, pAOGDH-M61, pAOGDH-M62, pAOGDH-M62 M63, pAOGDH-M64, pAOGDH-M65, pAOGDH-M66, pAOGDH-M67, pAOGDH-M68, pAOGDH-M69, pAOGDH-M70, pAOGDH-M71, pAOGDH-M72, pAOGDH-M73, pAOGDH-M74, pAOGDH-75 It was named pAOGDH-M76.

pAOGDH-M20、pAOGDH-M21、pAOGDH-M22、pAOGDH-M23、pAOGDH-M24、pAOGDH-M25、pAOGDH-M26、pAOGDH-M27、pAOGDH-M28、pAOGDH-M29、pAOGDH-M30、pAOGDH-M31、pAOGDH-M32、pAOGDH-M33、pAOGDH-M34、pAOGDH-M35、pAOGDH-M36、pAOGDH-M37、pAOGDH-M38、pAOGDH-M39
pAOGDH-M40、pAOGDH-M41、pAOGDH-M42、pAOGDH-M43、pAOGDH-M44、pAOGDH-M45、pAOGDH-M46、pAOGDH-M47、pAOGDH-M48、pAOGDH-M49、pAOGDH-M50、pAOGDH-M51、pAOGDH-M52、pAOGDH-M53、pAOGDH-M54、pAOGDH-M55、pAOGDH-M56、pAOGDH-M57、pAOGDH-M58、pAOGDH-M59
、pAOGDH-M60、pAOGDH-M61、pAOGDH-M62、pAOGDH-M63、pAOGDH-M64、pAOGDH-M65、pAOGDH-M66、pAOGDH-M67、pAOGDH-M68、pAOGDH-M69、pAOGDH-M70、pAOGDH-M71、pAOGDH-M72、pAOGDH-M73、pAOGDH-M74、pAOGDH-M75、pAOGDH-M76の変異箇所を同定するためにDNAシーク
エンサー(ABI PRISMTM 3700DNA Analyzer ; Perkin-Elmer製)でグルコースデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子の塩基配列を決定した結果、pAOGDH-M20で配列番号2記載の160番目のグリシンがグルタミン酸に167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M21では160番目
のグリシンがイソロイシンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M22では160番目のグリシンがセリングルタミンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M23では160番目のグリシンがグルタミンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M24では162番目のセリンがアラニンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M25では162番目のセリンがシステインに167番
目のセリンがプロリン、pAOGDH-M26では162番目のセリンがアスパラギン酸に167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M27では162番目のセリンがグルタミン酸に167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M28では162番目のセリンがフェニルアラニンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M29では162番目のセリンがヒスチジンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M30では162番目のセリンがロイシンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M31では163
番目のグリシンがアスパラギン酸に167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M32では164番目のセリンがフェニルアラニンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M33では164番目のセリンがスレオニンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M34では164番目のセリンがチロシンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M35では165番目のロイシンがアラニンに167
番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M36では165番目のロイシンがイソロイシンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M37では165番目のロイシンがアスパラギンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M38では165番目のロイシンがプロリンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M39では165番目のロイシンがバリンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M40では166番目のアラニンがシステインに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M41では166
番目のアラニンがイソロイシンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M42では166番目のアラニンがリジンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M43では166番目のアラニンがロイシンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M44では166番目のアラニンがメチオニンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M45では166番目のアラニンがプロリンに167番目の
セリンがプロリン、pAOGDH-M46では166番目のアラニンがセリンに167番目のセリンがプロリン、pAOGDH-M47では167番目のセリンがプロリンに169番目のアスパラギンがリジン、pAOGDH-M48では167番目のセリンがプロリンに169番目のアスパラギンがプロリン、pAOGDH-M49では167番目のセリンがプロリンに169番目のアスパラギンがチロシン、pAOGDH-M50では167番目のセリンがプロリンに169番目のアスパラギンがトリプトファン、pAOGDH-M51では167番目のセリンがプロリンに170番目のロイシンがシステイン、pAOGDH-M52では167番目
のセリンがプロリンに170番目のロイシンがフェニルアラニン、pAOGDH-M53では167番目のセリンがプロリンに171番目のロイシンがイソロイシンに、pAOGDH-M54では167番目のセリンがプロリンに171番目のロイシンがリジン、pAOGDH-M55では167番目のセリンがプロリンに171番目のロイシンがメチオニン、pAOGDH-M56では167番目のセリンがプロリンに171番
目のロイシンがグルタミン、pAOGDH-M57では167番目のセリンがプロリンに171番目のロイ
シンがバリン、pAOGDH-M58では167番目のセリンがプロリンに172番目のバリンがアラニン、pAOGDH-M59では167番目のセリンがプロリンに172番目のバリンがシステインに、pAOGDH-M60では167番目のセリンがプロリンに172番目のバリンがグルタミン酸、pAOGDH-M61では167番目のセリンがプロリンに172番目のバリンがイソロイシン、pAOGDH-M62では167番目
のセリンがプロリンに172番目のバリンがメチオニン、pAOGDH-M63では167番目のセリンがプロリンに172番目のバリンがシステイン、pAOGDH-M64では167番目のセリンがプロリンに172番目のバリンがグルタミン酸、pAOGDH-M65では167番目のセリンがプロリンに172番目
のバリンがトリプトファン、pAOGDH-M66では167番目のセリンがプロリンに172番目のバリンがにチロシン、pAOGDH-M67では167番目のセリンがプロリンに329番目のバリンがグルタミン、pAOGDH-M68では167番目のセリンがプロリンに331番目のアラニンがシステイン、pAOGDH-M69では167番目のセリンがプロリンに331番目のアラニンがアスパラギン酸、pAOGDH-M70では167番目のセリンがプロリンに331番目のアラニンがイソロイシン、pAOGDH-M71では167番目のセリンがプロリンに331番目のアラニンがリジンpAOGDH-M72では167番目のセ
リンがプロリンに331番目のアラニンがロイシン、AOGDH-M73では167番目のセリンがプロ
リンに331番目のアラニンがメチオニン、pAOGDH-M74では167番目のセリンがプロリンに331番目のアラニンがバリンに置換されていることが確認された。結果を表3に示す。
pAOGDH-M20, pAOGDH-M21, pAOGDH-M22, pAOGDH-M23, pAOGDH-M24, pAOGDH-M25, pAOGDH-M26, pAOGDH-M27, pAOGDH-M28, pAOGDH-M29, pAOGDH-M30, pAOGDH-DH31-A31 M32, pAOGDH-M33, pAOGDH-M34, pAOGDH-M35, pAOGDH-M36, pAOGDH-M37, pAOGDH-M38, pAOGDH-M39
pAOGDH-M40, pAOGDH-M41, pAOGDH-M42, pAOGDH-M43, pAOGDH-M44, pAOGDH-M45, pAOGDH-M46, pAOGDH-M47, pAOGDH-M48, pAOGDH-M49, pAOGDH-M50, pAOGDH-DH M52, pAOGDH-M53, pAOGDH-M54, pAOGDH-M55, pAOGDH-M56, pAOGDH-M57, pAOGDH-M58, pAOGDH-M59
, PAOGDH-M60, pAOGDH-M61, pAOGDH-M62, pAOGDH-M63, pAOGDH-M64, pAOGDH-M65, pAOGDH-M66, pAOGDH-M67, pAOGDH-M68, pAOGDH-M69, pAOGDH-M70, pAOGDHOG-M71 -To identify the mutation site of M72, pAOGDH-M73, pAOGDH-M74, pAOGDH-M75, and pAOGDH-M76, use a DNA sequencer (ABI PRISMTM 3700DNA Analyzer; manufactured by Perkin-Elmer) to determine the base sequence of the gene encoding glucose dehydrogenase. As a result of determination, the 160th glycine described in SEQ ID NO: 2 in pAOGDH-M20 is glutamic acid, the 167th serine is proline, the pAOGDH-M21 is the 160th glycine, the isoleucine is the 167th serine, the pAOGDH-M22 is 160 Glycine is serine glutamine, 167th serine is proline, pAOGDH-M23 is 160th glycine is glutamine, 167th serine is proline, pAOGDH-M24 is 162th serine is alanine and 167th serine is proline, In pAOGDH-M25, the 162nd Phosphorus is cysteine, 167th serine is proline, pAOGDH-M26 is 162th serine is aspartic acid, 167th serine is proline, pAOGDH-M27 is 162th serine is glutamic acid, 167th serine is proline, pAOGDH- In M28, the 162nd serine is phenylalanine and the 167th serine is proline, in pAOGDH-M29, the 162nd serine is histidine and the 167th serine is proline, and in pAOGDH-M30, the 162nd serine is leucine and the 167th serine is Proline, 163 for pAOGDH-M31
The glycine is aspartic acid, the 167th serine is proline, the pAOGDH-M32 is the 164th serine is phenylalanine, the 167th serine is proline, the pAOGDH-M33 is the 164th serine is threonine and the 167th serine is proline, In pAOGDH-M34, 164th serine is tyrosine and 167th serine is proline, and in pAOGDH-M35, 165th leucine is 167 in alanine.
Serine is proline, 165th leucine is isoleucine and 167th serine is proline in pAOGDH-M36, 165th leucine is asparagine in pAOGDH-M37, 167th serine is proline, and 165th leucine in pAOGDH-M38 Is proline, 167th serine is proline, pAOGDH-M39 is 165th leucine is valine, 167th serine is proline, pAOGDH-M40 is 166th alanine is cysteine, 167th serine is proline, pAOGDH-M41 is 166
The alanine is isoleucine and the 167th serine is proline.In pAOGDH-M42, the 166th alanine is lysine and the 167th serine is proline.In pAOGDH-M43, the 166th alanine is leucine and the 167th serine is proline and pAOGDH. -M44 has 166th alanine as methionine and 167th serine as proline, pAOGDH-M45 has 166th alanine as proline and 167th serine as proline, and pAOGDH-M46 has 166th alanine as serine and 167th serine Is proline, in pAOGDH-M47, 167th serine is proline and 169th asparagine is lysine, in pAOGDH-M48, 167th serine is proline, 169th asparagine is proline, and in pAOGDH-M49, 167th serine is proline. 169th asparagine is tyrosine, pAOGDH-M50 is 167th serine is proline, 169th asparagine is tryptophan, pAOGDH-M51 is 167th serine is proline, 170th leucine is cysteine, pAOGDH-M52 is 167th serine is proline and 170th leucine is phenylalanine, pAOGDH-M53 is 167th serine is proline and 171th leucine is isoleucine In pAOGDH-M54, 167th serine is proline and 171th leucine is lysine, pAOGDH-M55 is 167th serine is proline and 171st leucine is methionine, and pAOGDH-M56 is 167th serine is proline Leucine is glutamine, pAOGDH-M57 has 167th serine as proline and 171st leucine as valine, pAOGDH-M58 has 167th serine as proline and 172nd valine as alanine, and pAOGDH-M59 has 167th serine Proline 172th valine is cysteine, pAOGDH-M60 167th serine is proline 172nd valine is glutamic acid, pAOGDH-M61 167 Serine is proline, 172nd valine is isoleucine, pAOGDH-M62 is 167th serine, proline is 172nd valine is methionine, pAOGDH-M63 is 167th serine is proline, 172nd valine is cysteine, pAOGDH -M64 has 167th serine as proline and 172nd valine as glutamic acid, pAOGDH-M65 has 167th serine as proline and 172nd valine as tryptophan, and pAOGDH-M66 has 167th serine as proline and 172nd valine In pAOGDH-M67, 167th serine is proline and 329th valine is glutamine, in pAOGDH-M68, 167th serine is proline and 331st alanine is cysteine, and in pAOGDH-M69, 167th serine is proline. 331st alanine is aspartic acid, pAOGDH-M70 has 167th serine as proline, 331st alanine is isoleucine, pAOGDH-M71 has 167 Serine is proline and 331st alanine is lysine pAOGDH-M72 167th serine is proline 331st alanine is leucine, AOGDH-M73 is 167th serine is proline and 331st alanine is methionine, pAOGDH- In M74, it was confirmed that the 167th serine was replaced with proline and the 331rd alanine was replaced with valine. The results are shown in Table 3.

Figure 2009159964
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実施例6:アスペルギルス・オリゼ由来改変型FADGDHの取得
改変型FADGDH生産菌として、pAOGDH-M10、pAOGDH-M15、pAOGDH-M75、pAOGDH-M76で市販の大腸菌コンピテントセル(E.coli DH5a;TOYOBO社製)を形質転換した。得られた形質転換
体を10L容ジャーファーメンターを用いて、TB培地に培養温度25℃で24時間培養した。培養菌体を遠心分離で集めた後、50mMのリン酸バッファー(pH6.5)に懸濁し、除核酸処理後、遠心分離して上清を得た。これに硫酸アンモニウムを飽和量溶解させて目的タンパク質を沈殿させ、遠心分離で集めた沈殿を50mMのリン酸バッファー(p
H6.5)に再溶解させた。そしてG−25セファロースカラムによるゲルろ過、Octyl−セファロースカラムおよびPhenyl−セファロースカラムによる疎水クロマト(溶出条件は共に25%飽和〜0%の硫酸アンモニウム濃度勾配をかけてピークフラクションを抽出)を実施し、さらにG−25セファロースカラムによるゲルろ過で硫酸アンモニウムを除去し改変型FADGDHサンプルとした。表4に示すように精製標品においても熱安定性が向上していることが確認された。
Example 6: Obtaining modified Aspergillus oryzae-derived modified FADGDH As modified FADGDH-producing bacteria, commercially available E. coli competent cells (E. coli) commercially available as pAOGDH-M10, pAOGDH-M15, pAOGDH-M75, and pAOGDH-M76. DH5a (manufactured by TOYOBO) was transformed. The obtained transformant was cultured in TB medium at a culture temperature of 25 ° C. for 24 hours using a 10 L jar fermenter. The cultured cells were collected by centrifugation, suspended in 50 mM phosphate buffer (pH 6.5), treated with nucleic acid, and centrifuged to obtain a supernatant. A saturated amount of ammonium sulfate is dissolved in this to precipitate the target protein, and the precipitate collected by centrifugation is added to 50 mM phosphate buffer (p
Redissolved in H6.5). Then, gel filtration using a G-25 Sepharose column, hydrophobic chromatography using an Octyl-Sepharose column and a Phenyl-Sepharose column (both elution conditions were extracted with a 25% saturated to 0% ammonium sulfate concentration gradient), and Ammonium sulfate was removed by gel filtration using a G-25 Sepharose column to obtain a modified FADGDH sample. As shown in Table 4, it was confirmed that the thermal stability of the purified sample was also improved.

Figure 2009159964
Figure 2009159964

実施例7:pH安定性
実施例6で得た精製標品についてpH安定性を知るために、pH3.5〜8.5の範囲の緩衝液(pH3.5〜6.3:0.1M 酢酸バッファー、pH6.3〜7.3、0.1M PIPESバッファー、pH7.3〜8.5:0.1M トリス塩酸バッファー、pH6
.0〜7.7:0.1M リン酸バッファー)を調製し、これらを用いて各GDHを酵素濃度1U/mlとなるよう希釈した。希釈液を25℃で16時間インキュベートしてインキュベート前後の活性を比較した。インキュベート前の活性に対するインキュベート後の活性残存率を示したグラフを図1に示す。図1に示すようにpH安定域の幅が広がっていることが確認された。
Example 7: pH stability In order to know the pH stability of the purified preparation obtained in Example 6, a buffer solution in the range of pH 3.5 to 8.5 (pH 3.5 to 6.3: 0.1 M acetic acid) Buffer, pH 6.3-7.3, 0.1 M PIPES buffer, pH 7.3-8.5: 0.1 M Tris-HCl buffer, pH 6
. 0 to 7.7: 0.1 M phosphate buffer) was prepared, and each GDH was diluted to an enzyme concentration of 1 U / ml. The diluted solution was incubated at 25 ° C. for 16 hours to compare the activity before and after the incubation. A graph showing the activity remaining rate after incubation with respect to the activity before incubation is shown in FIG. As shown in FIG. 1, it was confirmed that the range of the stable pH range was widened.

実施例8:アスペルギルス・テレウス由来FADGDH遺伝子への変異導入
我々はアスペルギルス・オリゼ由来 GDH遺伝子のクローニングに成功し、その塩基配列情報を取得している。また、熱安定性を指標としたスクリーニングを実施し、熱安定性向上に効果のあるアミノ酸部位を同定している。そこで、アスペルギルス・オリゼ由来GDHの推定アミノ酸配列とアスペルギルス・テレウス由来GDHの推定アミノ酸配列をアラインさせ、アスペルギルス・テレウス由来GDHにおいて、アスペルギルス・オリゼFADGDHで熱安定性向上に効果のあった部位に対応するアミノ残基を同定した。
Example 8: Mutagenesis into Aspergillus tereus-derived FADGDH gene
We succeeded in cloning the GDH gene derived from Aspergillus oryzae and obtained its nucleotide sequence information. In addition, screening using thermal stability as an index is performed to identify amino acid sites that are effective in improving thermal stability. Therefore, the predicted amino acid sequence of Aspergillus oryzae-derived GDH is aligned with the predicted amino acid sequence of Aspergillus oryzae-derived GDH, and in Aspergillus oryzae-derived GDH, it corresponds to a site that was effective in improving thermal stability in Aspergillus oryzae FADGDH. Amino residues were identified.

実験例6で作製した組換えプラスミドpAtGDH-s2-7を鋳型として用い、116番目のリジンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、159番目のグルタミンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計し
た合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、161番目のグルタ
ミン酸を複数種のアミノ酸に置換するよう設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、164番目のアスパラギンを複数種のアミノ酸に置換するよ
う設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、166番目
のスレオニンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、167番目のスレオニンを複数種のアミノ酸に置換す
るよう設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、175
番目のグリシンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、325番目のセリンを複数種のアミノ酸に置換する
よう設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、327番
目のセリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、365番目のグルタミンを複数種のアミノ酸に置換する
よう設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチド、547番
目のバリンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した合成オリゴヌクレオチドとそれに
相補的な合成オリゴヌクレオチドを基QuickChangeTMSite-Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE製)を用いて、そのプロトコールに従って、変異操作を行い、市販の大腸菌コンピテントセル(E.coli DH5a;TOYOBO社製)を形質転換し、アンピシリンを含んだ寒天培地(1%ポリペプトン、0.5%酵母エキス、0.5%NaCl、1.5%寒天;pH7.3)に塗布した後、30℃で一晩培養した。
Using the recombinant plasmid pAtGDH-s2-7 prepared in Experimental Example 6 as a template, a synthetic oligonucleotide designed to substitute the 116th lysine with a plurality of amino acids and a complementary synthetic oligonucleotide, the 159th glutamine A synthetic oligonucleotide designed to substitute a plurality of amino acids with a synthetic oligonucleotide complementary thereto, a synthetic oligonucleotide designed to substitute the 161st glutamic acid with a plurality of amino acids and a synthetic oligonucleotide complementary thereto, Synthetic oligonucleotide designed to replace the 164th asparagine with multiple amino acids and its complementary synthetic oligonucleotide, complementary synthetic oligonucleotide designed to replace the 166th threonine with multiple amino acids and its complementary Synthetic oligonucleotide, 167th Synthetic oligonucleotides and synthetic oligonucleotides complementary to it designed to replace a threonine to a plurality of kinds of amino acids, 175
Synthetic oligonucleotide designed to replace the second glycine with multiple amino acids and complementary synthetic oligonucleotide, synthetic oligonucleotide designed to replace the 325th serine with multiple amino acids and complementary synthesis Oligonucleotide, synthetic oligonucleotide designed to replace 327th serine with multiple types of amino acids and synthetic oligonucleotide complementary to it, synthetic oligonucleotide designed to replace 365th glutamine with multiple types of amino acids, and to it complementary synthetic oligonucleotides, using 547 valine groups designed synthetic oligonucleotides and synthetic oligonucleotides complementary thereto to replace the plurality of kinds of amino acids QuickChange TM Site-Directed Mutagenesis Kit (manufactured by STRATAGENE), According to the protocol, mutation And transforming commercially available E. coli competent cells (E.coli DH5a; manufactured by TOYOBO), agar medium containing ampicillin (1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl, 1.5% agar; pH 7 After applying to .3), the cells were cultured overnight at 30 ° C.

実施例9:アスペルギルス・テレウス由来改変型FADGDHを含む粗酵素液の調整
得られたコロニーをさらにアンピシリン(100μg/ml)を含んだLB液体培地に摂取し、30℃
で一晩振とう培養した。その培養液の一部から遠心分離によって得られた菌体を回収し、50mMのリン酸緩衝液(pH7.0)中でガラスビーズで該菌体を破砕することにより粗酵素液を
調製した。
Example 9: Preparation of crude enzyme solution containing modified Aspergillus terreus-derived modified FADGDH The obtained colonies were further ingested into LB liquid medium containing ampicillin (100 µg / ml) at 30 ° C.
And cultured overnight with shaking. The bacterial cells obtained by centrifugation were collected from a part of the culture solution, and the bacterial cells were disrupted with glass beads in 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) to prepare a crude enzyme solution.

実施例10:熱安定性が向上した変異体のスクリーニング
実施例9の粗酵素液を用いて、上述した活性測定法によりグルコースデヒドロゲナーゼ活性を測定した。また、同粗酵素液を50℃で15分間加熱処理した後、グルコースデヒドロゲナーゼ活性を測定した。
Example 10: Screening for mutants with improved thermostability Using the crude enzyme solution of Example 9, glucose dehydrogenase activity was measured by the activity measurement method described above. The crude enzyme solution was heat-treated at 50 ° C. for 15 minutes, and then glucose dehydrogenase activity was measured.

これらFADGDHの遺伝子配列については、DNAシークエンサー(ABI PRISMTM 3700DNA Analyzer;Perkin-Elmer製)により配列確認を実施した。加熱処理前の活性に対する加熱処理後の残存活性率(%)を表5に示した。この結果より、組換え体を用いて熱安定性が向上したアスペルギルス・テレウス由来グルコースデヒドロゲナーゼを取得すること可能となった。   The sequence of these FADGDH gene sequences was confirmed using a DNA sequencer (ABI PRISM ™ 3700 DNA Analyzer; manufactured by Perkin-Elmer). Table 5 shows the residual activity ratio (%) after the heat treatment relative to the activity before the heat treatment. From this result, it was possible to obtain Aspergillus terreus-derived glucose dehydrogenase with improved thermal stability using a recombinant.

Figure 2009159964
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また、種々の糖類に対する基質特異性については、上記の活性測定方法に従い、酵素活性を測定した。グルコースを基質溶液とした場合の脱水素酵素活性値とそれに代えて同じモル濃度の比較対象の糖類(例えばマルトース)を基質溶液とした場合の脱水素酵素活性
値を測定し、グルコースを基質とした場合の測定値を100とした場合の相対値を求めた。
Moreover, about the substrate specificity with respect to various saccharides, the enzyme activity was measured according to said activity measuring method. The dehydrogenase activity value when glucose was used as the substrate solution and the dehydrogenase activity value when the saccharide (for example, maltose) of the same molar concentration was used as the substrate solution instead were measured and glucose was used as the substrate. The relative value when the measured value in this case was 100 was determined.

上記で得られた種々の変異体の基質特異性は良好であった。   The substrate specificity of the various mutants obtained above was good.

実施例11:FADGDH遺伝子への変異導入
野生型FADGDHをコードする遺伝子(配列番号1)を含む組み換えプラスミドpAOGDH-S2で
市販の大腸菌コンピテントセル(E.coli DH5・;TOYOBO社製)を形質転換した後、形質転換体をアンピシリン(50・g/ml;ナカライテスク社製)を含んだ液体培地(1%ポリペプトン、0.5%酵母エキス、0.5%NaCl;pH7.3)を摂取し、30℃で一晩振とう培養して得られた菌体から、常法によりプラスミドを調整した。該プラスミドを鋳型として53番目のグリシンを複数種のアミノ酸に置換するよう設計した配列番号49の合成オリゴヌクレオチドとそれに相補的な合成オリゴヌクレオチドを基に、QuickChangeTMSite-Directed Mutagenesis Kit(STRATAGENE製)を用いて、そのプロトコールに従って、変異操作を行い、 グルコース
デヒドロゲナーゼの生産能を有する、改変型FADGDH変異プラスミドを作製し、上記方法により同様にプラスミドを調製した。
Example 11: Mutagenesis into the FADGDH gene
After transforming a commercially available E. coli competent cell (E.coli DH5; manufactured by TOYOBO) with a recombinant plasmid pAOGDH-S2 containing a gene encoding wild type FADGDH (SEQ ID NO: 1), the transformant was ampicillin (50・ Obtained by inoculating a liquid medium (1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl; pH 7.3) containing g / ml (Nacalai Tesque) and shaking culture at 30 ° C. overnight. A plasmid was prepared from the cells by a conventional method. QuickChange TM Site-Directed Mutagenesis Kit (manufactured by STRATAGENE) based on the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 49 designed to substitute the 53rd glycine with a plurality of amino acids using the plasmid as a template and a synthetic oligonucleotide complementary thereto. A modified FADGDH mutant plasmid having the ability to produce glucose dehydrogenase was prepared according to the protocol according to the protocol, and the plasmid was similarly prepared by the above method.

実施例12:改変型FADGDHを含む粗酵素液の調製
実施例2で調整したプラスミドpAOGDH-S2で市販の大腸菌コンピテントセル(E.coli DH5・;TOYOBO社製)を形質転換した後、形質転換体をアンピシリンを含んだ寒天培地(1%ポリ
ペプトン、0.5%酵母エキス、0.5%NaCl、1.5%寒天;pH7.3)に塗布した後、30℃で一晩振
とう培養して得られたコロニーをさらにアンピシリン(100μg/ml)を含んだLB液体培地に
摂取し、30℃で一晩振とう培養した。その培養液の一部から遠心分離によって得られた菌体を回収し、50mMのリン酸緩衝液(pH7.0)中でガラスビーズで該菌体を破砕することによ
り粗酵素液を調製した。
Example 12: Preparation of crude enzyme solution containing modified FADGDH A plasmid pAOGDH-S2 prepared in Example 2 was used to transform a commercially available E. coli competent cell (E.coli DH5; manufactured by TOYOBO). Subsequently, the transformant was applied to an agar medium (1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl, 1.5% agar; pH 7.3) containing ampicillin, and then cultured by shaking at 30 ° C. overnight. The obtained colonies were further taken into LB liquid medium containing ampicillin (100 μg / ml) and cultured overnight at 30 ° C. with shaking. The bacterial cells obtained by centrifugation were collected from a part of the culture solution, and the bacterial cells were disrupted with glass beads in 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) to prepare a crude enzyme solution.

実施例13:基質特異性が向上した変異体のスクリーニング
実施例3の粗酵素液を用いて、上述した活性測定法によりグルコースならびにキシロースを基質として活性を測定したところ、7種の基質特異性が向上した変異体を取得した。これら7種の改変体をコードするプラスミドをpAOGDH-M1、pAOGDH-M2、pAOGDH-M3、pAOGDH-M4、pAOGDH-M5、pAOGDH-M6、pAOGDH-M7と命名した。
Example 13: Screening for mutants with improved substrate specificity Using the crude enzyme solution of Example 3, the activity was measured using glucose and xylose as substrates by the activity measuring method described above. Mutants with improved substrate specificity were obtained. Plasmids encoding these seven variants were designated as pAOGDH-M1, pAOGDH-M2, pAOGDH-M3, pAOGDH-M4, pAOGDH-M5, pAOGDH-M6, and pAOGDH-M7.

pAOGDH-M1、pAOGDH-M2、pAOGDH-M3、pAOGDH-M4、pAOGDH-M5、pAOGDH-M6、pAOGDH-M7の変異箇所を同定するためにDNAシークエンサー(ABI PRISMTM 3700DNA Analyzer;Perkin-Elmer製)でグルコースデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子の塩基配列を決定した結果、pAOGDH-M1で配列番号2記載の53番目のグリシンがシステイン、pAOGDH-M2で配列番号2記載の53番目のグリシンがヒスチジン、pAOGDH-M3で配列番号2記載の53番目のグリシンがリジン、pAOGDH-M4で配列番号2記載の53番目のグリシンがメチオニン、pAOGDH-M5で配列番号2記載の53番目のグリシンがアスパラギン、pAOGDH-M6で配列番号2記載の53番目のグリシンがスレオニン、pAOGDH-M7で配列番号2記載の53番目のグリシンがバリンに置換されていることが確認された。結果を表1に示す。   Glucose with a DNA sequencer (ABI PRISMTM 3700 DNA Analyzer; manufactured by Perkin-Elmer) to identify mutation sites in pAOGDH-M1, pAOGDH-M2, pAOGDH-M3, pAOGDH-M4, pAOGDH-M5, pAOGDH-M6, and pAOGDH-M7 As a result of determining the base sequence of the gene encoding dehydrogenase, the 53rd glycine described in SEQ ID NO: 2 is cysteine in pAOGDH-M1, the 53rd glycine described in SEQ ID NO: 2 is histidine in pAOGDH-M2, and the sequence is expressed in pAOGDH-M3. The 53rd glycine described in SEQ ID NO: 2 is lysine, the 53rd glycine described in SEQ ID NO: 2 is methionine, the 53rd glycine described in SEQ ID NO: 2 is asparagine, and the pAOGDH-M6 is SEQ ID NO: 2 It was confirmed that the 53rd glycine described was replaced by threonine, and the 53rd glycine described in SEQ ID NO: 2 was replaced by valine in pAOGDH-M7. The results are shown in Table 1.

Figure 2009159964
Figure 2009159964

実施例14:基質特異性、及び/または、熱安定性が向上した変異体の作製
実施例13で調整したプラスミドpAOGDH-M2を鋳型として、164番目のセリンをプロリ
ンに置換するよう設計した配列番号50の合成オリゴヌクレオチドと、それに相補的な合成オリゴヌクレオチド、pAOGDH-M5を鋳型として、164番目のセリンをプロリンに置換するよう設計した配列番号50の合成オリゴヌクレオチドと、それに相補的な合成オリゴヌクレオチド、pAOGDH-M2を鋳型として、163番目のグリシンをアルギニンに置換する
よう設計した配列番号51の合成オリゴヌクレオチドと、それに相補的な合成オリゴヌクレオチド、さらに551番目のバリンをシステインに置換するよう設計した配列番号52の合成オリゴヌクレオチドと、それに相補的な合成オリゴヌクレオチドをもとに実施例2の方法と同様に変異操作を行い、基質特異性、及び/または、熱安定性に優れた改変型FADGDHを作製し上記の方法と同様にプラスミドを調整した。変異箇所を同定するため実施例
4の方法と同様にDNAシークエンサー(ABI PRISMTM 3700DNA Analyzer;Perkin-Elmer製)でグルコースデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子の塩基配列を決定した結果、pAOGDH-M8で配列番号2記載の53番目のグリシンがヒスチジンに、167番目のセリンがプロリンに、pAOGDH-M9で配列番号2記載の53番目のグリシンがアスパラギンに、167番目のセリンがプロリンに、pAOGDH-M10で配列番号2記載の53番目のグリシンがアスパラギンに、163番目のグリシンがアルギニンに、551番目のバリンがシステインに置換していることが確認された。実施例4と同様の活性測定法により、グルコースならびにキシロースを基質として活性を測定したところ、pAOGDH-M8、pAOGDH-M9、pAOGDH-M10は基質特異性が向上していることが確認された。熱安定性を測定するため実施例3の方法と同様に、pAOGDH-M8、pAOGDH-M9、pAOGDH-M10の粗酵素液を調整し、上述した活性測定法によりグルコースデヒドロゲナーゼ活性を測定した。また、同粗酵素液を50℃で15分間加熱処理した後、グルコースデヒドロゲナーゼ活性を測定し、pAOGDH-M8、pAOGDH-M9、pAOGDH-M10は熱安定性が向上していることが確認された。結果を表2に示す。
Example 14: Preparation of mutant with improved substrate specificity and / or thermal stability Using the plasmid pAOGDH-M2 prepared in Example 13 as a template, serine at position 164 is replaced with proline. The designed synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 50 and the synthetic oligonucleotide complementary thereto, pAOGDH-M5 as a template, and the complementary synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 50 designed to substitute the 164th serine with proline Synthetic oligonucleotide, pAOGDH-M2 as a template, the synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 51 designed to replace 163rd glycine with arginine, a complementary synthetic oligonucleotide, and 551th valine with cysteine Synthetic oligonucleotide of SEQ ID NO: 52 designed to do and complementary synthesis Perform mutation operation similar to the method of Example 2 based on oligo nucleotides, substrate specificity, and / or, to produce a modified FADGDH having excellent thermal stability was adjusted plasmid in the same manner as above. In order to identify the mutation site, the nucleotide sequence of the gene encoding glucose dehydrogenase was determined with a DNA sequencer (ABI PRISM ™ 3700 DNA Analyzer; manufactured by Perkin-Elmer) in the same manner as in Example 4. As a result, SEQ ID NO: 2 was described with pAOGDH-M8. The 53rd glycine in histidine, the 167th serine in proline, pAOGDH-M9 described in SEQ ID NO: 2 as 53rd glycine in asparagine, the 167th serine in proline, and pAOGDH-M10 described in SEQ ID NO: 2 It was confirmed that the 53rd glycine was replaced with asparagine, the 163rd glycine was replaced with arginine, and the 551st valine was replaced with cysteine. When activity was measured using glucose and xylose as substrates by the same activity measurement method as in Example 4, it was confirmed that pAOGDH-M8, pAOGDH-M9, and pAOGDH-M10 had improved substrate specificity. In order to measure thermal stability, the crude enzyme solutions of pAOGDH-M8, pAOGDH-M9, and pAOGDH-M10 were prepared in the same manner as in Example 3, and the glucose dehydrogenase activity was measured by the activity measurement method described above. The crude enzyme solution was heat-treated at 50 ° C. for 15 minutes, and glucose dehydrogenase activity was measured. It was confirmed that pAOGDH-M8, pAOGDH-M9, and pAOGDH-M10 have improved thermal stability. The results are shown in Table 2.

Figure 2009159964
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実施例15:改変型FADGDHの取得
改変型FADGDH生産菌として、pAOGDH-M8、pAOGDH-M9、pAOGDH-M10で市販の大腸菌コンピテントセル(E.coli DH5・;TOYOBO社製)を形質転換した。得られた形質転換体を10L容ジャーファーメンターを用いて、TB培地に培養温度25℃で24時間培養した。培養菌体を遠心分離で集めた後、50mMのリン酸バッファー(pH6.5)に懸濁し、除核酸処理後、遠心分離して上清を得た。これに硫酸アンモニウムを飽和量溶解させて目的タンパク質を沈殿させ、遠心分離で集めた沈殿を50mMのリン酸バッファー(pH6.5)に再溶解させた。そしてG−25セファロースカラムによるゲルろ過、Octyl−セファロースカラムおよびPhenyl−セファロースカラムによる疎水クロマト(溶出条件は共に25%飽和〜0%の硫酸アンモニウム濃度勾配をかけてピークフラクションを抽出)を実施し、さらにG−25セファロースカラムによるゲルろ過で硫酸アンモニウムを除去し改変型FADGDHサンプルとした。表3に示すように精製標品においても熱安定性が向上していることが確認された。
Example 15: Obtaining modified FADGDH As modified FADGDH-producing bacteria, commercially available E. coli competent cells (E. coli DH5; manufactured by TOYOBO) were used as pAOGDH-M8, pAOGDH-M9, and pAOGDH-M10. Transformed. The obtained transformant was cultured in TB medium at a culture temperature of 25 ° C. for 24 hours using a 10 L jar fermenter. The cultured cells were collected by centrifugation, suspended in 50 mM phosphate buffer (pH 6.5), treated with nucleic acid, and centrifuged to obtain a supernatant. A saturated amount of ammonium sulfate was dissolved therein to precipitate the target protein, and the precipitate collected by centrifugation was redissolved in 50 mM phosphate buffer (pH 6.5). Then, gel filtration using a G-25 Sepharose column, hydrophobic chromatography using an Octyl-Sepharose column and a Phenyl-Sepharose column (both elution conditions were extracted with a 25% saturated to 0% ammonium sulfate concentration gradient), and Ammonium sulfate was removed by gel filtration using a G-25 Sepharose column to obtain a modified FADGDH sample. As shown in Table 3, it was confirmed that the thermal stability of the purified sample was also improved.

Figure 2009159964
Figure 2009159964

本発明により、FAD−GDHにおいて熱安定性向上に関与しているアミノ酸残基を見出すことができ、あらゆる属、種のFAD−GDHにもあてはまる可能が示された。また、本発明によるFADGDHの安定性の向上は、グルコース測定試薬、グルコースアッセイキット及びグルコースセンサー作製時の酵素の熱失活を低減して、該酵素の使用量低減や測定精度の向上を可能にし、医療関連分野などの産業に貢献するところ大である。   According to the present invention, amino acid residues that are involved in improving thermal stability in FAD-GDH can be found, and it has been shown that this can be applied to FAD-GDH of all genera and species. In addition, the improved stability of FADGDH according to the present invention reduces the heat inactivation of the enzyme during the preparation of glucose measurement reagents, glucose assay kits, and glucose sensors, thereby reducing the amount of enzyme used and improving the measurement accuracy. It is a great place to contribute to industries such as medical-related fields.

Claims (10)

野生型のアスペルギルス・オリゼ由来のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりも熱安定性が向上した改変型FADGDHであって、配列番号2のアミノ酸配列における163位および/または551位、もしくは、それと同等の位置においてアミノ酸置換を有する、熱安定性が向上した改変型FADGDH。 Modified FADGDH having improved thermal stability over flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH) derived from wild-type Aspergillus oryzae, at positions 163 and / or 551 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, or A modified FADGDH having an amino acid substitution at an equivalent position and having improved thermal stability. 野生型のアスペルギルス・オリゼ由来のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりも基質特異性が向上した改変型FADGDHであって、配列番号2のアミノ酸配列における53位、もしくは、それと同等の位置においてアミノ酸置換を有する、基質特異性が向上した改変型FADGDH。   A modified FADGDH having improved substrate specificity over a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH) derived from wild-type Aspergillus oryzae, the 53rd position in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or a position equivalent thereto A modified FADGDH having an amino acid substitution and improved substrate specificity. 野生型のアスペルギルス・テレウス由来のフラビンアデニンジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FADGDH)よりも熱安定性が向上した改変型FADGDHであって、配列番号46において、116位、159位、161位、164位、166位、167位、175位、325位、327位、365位及び547位、からなる群のうちいずれか、もしくはそれと同等の位置においてアミノ酸置換を有する、熱安定性が向上した改変型FADGDH。 A modified FADGDH having improved thermostability as compared to a flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FADGDH) derived from wild-type Aspergillus terreus, which has positions 116, 159, 161, 164 in SEQ ID NO: 46 A modified FADGDH having an amino acid substitution at any position in the group consisting of positions 166, 167, 175, 325, 327, 365, and 547, or an equivalent position thereof, with improved thermal stability . 請求項1〜3のいずれかに記載の改変型FADGDHをコードする遺伝子。 The gene which codes modified FADGDH in any one of Claims 1-3. 請求項4に記載の遺伝子を含むベクター。 A vector comprising the gene according to claim 4. 請求項5に記載のベクターで形質転換された形質転換体。 A transformant transformed with the vector according to claim 5. 請求項6に記載の形質転換体を培養することを特徴とする改変型FADGDHの製造方法。 A method for producing modified FADGDH, wherein the transformant according to claim 6 is cultured. 請求項1〜3のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコースアッセイキット。 A glucose assay kit comprising the modified FADGDH according to any one of claims 1 to 3. 請求項1〜3のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコースセンサー。 A glucose sensor comprising the modified FADGDH according to any one of claims 1 to 3. 請求項1〜3のいずれかに記載の改変型FADGDHを含むグルコース測定法。 The glucose measuring method containing the modified FADGDH in any one of Claims 1-3.
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