JP2010022334A - Nitrile hydratase gene having stereoselectivity - Google Patents

Nitrile hydratase gene having stereoselectivity Download PDF

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Kazumi Isobe
和美 磯部
Fumiaki Watanabe
文昭 渡辺
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transformant, etc., expressing a number of nitrile hydratase proteins having high activity and stereoselectivity, and exhibiting increased catalytic power. <P>SOLUTION: A transformant having remarkably increased catalytic power compared with conventional microorganisms is provided by including a number of nitrile hydratase genes comprising a gene encoding a protein composed of a specific amino acid sequence having stereoselectivity in a microbial cell. An optically active S-(+)-mandelamide or its derivative can be produced in high efficiency from racemic mandelonitrile and its derivative derived e.g. from a mixture of benzaldehyde and its derivative and hydrocyanic acid by using the transformant or its cultured product. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ラセミ体のマンデロニトリルおよびその誘導体のニトリル基を立体特異的に水和し、光学活性なS-(+)−マンデルアミドまたはその誘導体を生成する能力を有するニトリルヒドラターゼ及び該タンパク質をコードする遺伝子に関する。   The present invention relates to a nitrile hydratase having the ability to stereospecifically hydrate the nitrile group of racemic mandelonitrile and its derivatives to produce optically active S-(+)-mandelamide or a derivative thereof, and It relates to a gene encoding a protein.

光学活性アミドは、医薬品、農薬の合成原料として、また光学活性カルボン酸の製造原料として有用な化合物である。   The optically active amide is a compound useful as a raw material for synthesizing pharmaceuticals and agricultural chemicals and as a raw material for producing optically active carboxylic acids.

光学活性アミドの製造方法としては、不斉触媒を使用して製造する方法や、立体選択性を有する酵素、例えば立体選択性を持ったニトリルヒドラターゼを使用して製造する方法が知られている。   As a method for producing an optically active amide, a method using an asymmetric catalyst or a method using a stereoselective enzyme such as a nitrile hydratase having stereoselectivity is known. .

立体選択性を持ったニトリルヒドラターゼを生産する微生物としては、これまで、Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540(非特許文献1)Rhodococcus sp.AJ270(非特許文献2)、Pseudomonas putida NRRL-18668(特許文献1)などが知られており、本発明者らもラセミ体のマンデロニトリル及びその誘導体、例えばベンズアルデヒド及びその誘導体と青酸の混合物から生じるラセミ体のマンデロニトリル及びその誘導体から、高い光学純度でS-(+)-マンデルアミドおよびその誘導体を生成するRhodococcus sp.HT40-6株を見出している(特許文献2)。   As microorganisms producing nitrile hydratase having stereoselectivity, Rhodococcus erythropolis NCIMB 11540 (Non-patent Document 1) Rhodococcus sp. AJ270 (Non-patent Document 2), Pseudomonas putida NRRL-18668 (Patent Document 1) From the racemic mandelonitrile and its derivatives produced from a mixture of racemic mandelonitrile and its derivatives, for example, benzaldehyde and its derivatives and hydrocyanic acid, S- A Rhodococcus sp. HT40-6 strain that produces (+)-mandelamide and its derivatives has been found (Patent Document 2).

特表平11-51325511-513255 特開平4-222591JP-A-4-22591 Biotechol.j.2006,1,596-573Biotechol.j.2006,1,596-573 Tetrahedron:Asymmetry 11(2000)1123-1135Tetrahedron: Asymmetry 11 (2000) 1123-1135

工業的に光学活性アミドを製造する場合、コスト面から触媒能力が高い微生物が求められる。しかしながら、従来の微生物では触媒活性の点で十分ではなかった。
上述した実状に鑑み、本発明は、高活性かつ立体選択性を持ったニトリルヒドラターゼの提供、その酵素を多数発現し触媒能力を増大させた形質転換体、及びそれを使用したアミドの製造方法などを提供する事を目的とする。
When producing optically active amides industrially, microorganisms with high catalytic ability are required from the viewpoint of cost. However, conventional microorganisms are not sufficient in terms of catalytic activity.
In view of the above-described circumstances, the present invention provides a nitrile hydratase having high activity and stereoselectivity, a transformant that expresses a large number of the enzyme and has increased catalytic ability, and a method for producing an amide using the same. The purpose is to provide.

本発明者らは上記課題に鑑み、鋭意検討した結果、立体選択性を持ったニトリルヒドラターゼを生産するRhodococcus sp.HT40-6株のニトリルヒドラターゼ遺伝子を同定し、その遺伝子を菌体内に多数存在させることで、飛躍的に触媒能力が増大した形質転換体を提供できること、等の知見を見出し本発明を完成した。   As a result of intensive studies in view of the above problems, the present inventors have identified a nitrile hydratase gene of Rhodococcus sp. HT40-6 that produces nitrile hydratase having stereoselectivity, and a number of such genes in the bacterial body. The present invention has been completed by finding the knowledge that the presence of the present invention can provide a transformant with dramatically increased catalytic ability.

すなわち、本発明は、次のものである。
(1)以下の(a)のタンパク質と(b)のタンパク質とを含むニトリルヒドラターゼタンパク質。
(a) 配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
(b) 配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
(2)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるニトリルヒドラターゼαサブユニット機能を有するタンパク質。
(3)上記(2)記載のタンパク質をコードする遺伝子。
(4)配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるニトリルヒドラターゼβサブユニット機能を有するタンパク質。
(5)上記(4)記載のタンパク質をコードする遺伝子。
(6)上記(3)記載の遺伝子及び/又は上記(5)記載の遺伝子を含有する組換えベクター。
(7)上記(6)記載の組換ベクターを有する形質転換体。
(8)上記(7)記載の形質転換体を培養し、培養物中からニトリルヒドラターゼタンパク質を回収する、ニトリルヒドラターゼタンパク質の製造方法。
(9)上記(7)記載の形質転換体の培養物又はその処理物をニトリル化合物と接触させ、アミド化合物を回収する、アミド化合物の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
(1) A nitrile hydratase protein comprising the following protein (a) and protein (b):
(a) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
(b) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4.
(2) A protein having the function of a nitrile hydratase α subunit consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
(3) A gene encoding the protein described in (2) above.
(4) A protein having the function of a nitrile hydratase β subunit consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4.
(5) A gene encoding the protein described in (4) above.
(6) A recombinant vector containing the gene according to (3) above and / or the gene according to (5) above.
(7) A transformant having the recombinant vector according to (6) above.
(8) A method for producing a nitrile hydratase protein, comprising culturing the transformant according to (7) above and recovering the nitrile hydratase protein from the culture.
(9) A method for producing an amide compound, wherein the culture of the transformant according to (7) or a treated product thereof is contacted with a nitrile compound to recover the amide compound.

本発明の好ましい態様によれば、遺伝子組換の方法でクローン化された立体選択性を持ったニトリルヒドラターゼの遺伝子を菌体内に多数存在させることで従来の微生物に比して飛躍的に触媒能力を増大させた形質転換体が提供される。この形質転換体またはその培養物を使用することで、ラセミ体のマンデロニトリルおよびその誘導体、例えばベンズアルデヒドおよびその誘導体と青酸の混合物から生じるラセミ体のマンデロニトリルおよびその誘導体から、効率的に光学活性なS-(+)−マンデルアミドまたはその誘導体を製造できる。   According to a preferred embodiment of the present invention, a large number of nitrile hydratase genes having stereoselectivity cloned by a gene recombination method are present in the microbial cells, so that they can be catalyzed compared to conventional microorganisms. Transformants with increased capacity are provided. By using this transformant or a culture thereof, it is possible to efficiently optically extract racemic mandelonitrile and its derivatives, for example, racemic mandelonitrile and its derivatives resulting from a mixture of benzaldehyde and its derivatives and hydrocyanic acid. Active S-(+)-mandelamide or a derivative thereof can be prepared.

以下、本発明を詳細に説明する。
なお、本明細書において引用された全ての刊行物、例えば先行技術文献、及び公開公報、特許公報その他の特許文献は、参照として本明細書に組み込まれる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
It should be noted that all publications cited in the present specification, for example, prior art documents, publications, patent publications and other patent documents are incorporated herein by reference.

1.ニトリルヒドラターゼ
ニトリルヒドラターゼとは、以下の反応式に示すように、ニトリル化合物のニトリル基に作用し、対応するアミド化合物に変換する水和反応を触媒する酵素である。
1. Nitrile hydratase is an enzyme that catalyzes a hydration reaction that acts on a nitrile group of a nitrile compound and converts it into a corresponding amide compound, as shown in the following reaction formula.

(ここで、Rは、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のアルケニル基、置換又は無置換のシクロアルキル基、置換又は無置換のアリール基、あるいは置換又は無置換の飽和又は不飽和複素環基を意味する。) (Where R is a substituted or unsubstituted alkyl group, a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted saturated or unsaturated group) Means a heterocyclic group.)

「ニトリルヒドラターゼ活性」とは、上記の通りニトリル化合物のニトリル基に作用して対応するアミド化合物に変換させる活性を意味する。ニトリルヒドラターゼ活性の測定方法としては、例えば、ニトリル化合物の1つであるマンデロニトリルを用いる方法が挙げられる。この方法では、例えば、本発明の形質転換体あるいはその培養物中から精製したタンパク質などをマンデロニトリルに接触させ、生成するマンデルアミドの量の増加を定量することで、ニトリルヒドラターゼ活性を測定することができる。あるいは、マンデロニトリルの消費量を定量することによってもニトリルヒドラターゼ活性を測定することができる。   The “nitrile hydratase activity” means an activity that acts on a nitrile group of a nitrile compound to convert it into a corresponding amide compound as described above. Examples of the method for measuring nitrile hydratase activity include a method using mandelonitrile, which is one of nitrile compounds. In this method, for example, nitrile hydratase activity is measured by contacting the transformant of the present invention or a protein purified from its culture with mandelonitrile and quantifying the increase in the amount of mandelamide produced. can do. Alternatively, the nitrile hydratase activity can also be measured by quantifying the consumption of mandelonitrile.

本発明のニトリルヒドラターゼは、αサブユニットタンパク質(以下、「ニトリルヒドラターゼαサブユニットタンパク質」という)とβサブユニットタンパク質(以下、「ニトリルヒドラターゼβサブユニットタンパク質」という)とを含む複合体(以下、「ニトリルヒドラターゼタンパク質」という場合がある)で構成されている。   The nitrile hydratase of the present invention is a complex comprising an α subunit protein (hereinafter referred to as “nitrile hydratase α subunit protein”) and a β subunit protein (hereinafter referred to as “nitrile hydratase β subunit protein”). (Hereinafter sometimes referred to as “nitrile hydratase protein”).

本発明のニトリルヒドラターゼタンパク質は以下の(a)のタンパク質と(b)のタンパク質とを含むニトリルヒドラターゼタンパク質である。
(a) 配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
(b) 配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
The nitrile hydratase protein of the present invention is a nitrile hydratase protein comprising the following protein (a) and protein (b).
(a) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
(b) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4.

また、本発明は、以下の(a)のタンパク質を提供する。
(a) 配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
さらに、本発明は、以下の(b)のタンパク質を提供する。
(b) 配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
The present invention also provides the following protein (a).
(a) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
Furthermore, the present invention provides the following protein (b).
(b) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4.

本発明の好ましい態様に係るニトリルヒドラターゼタンパク質は、配列番号2で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質(αサブユニット)および配列番号4で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質(βサブユニット)を含むタンパク質である。本発明の好ましい態様によれば、ニトリルヒドラターゼは、ラセミ体のマンデロニトリルおよびその誘導体、例えばベンズアルデヒドおよびその誘導体と青酸の混合物から生じるラセミ体のマンデロニトリルおよびその誘導体から効率的に光学活性なS-(+)−マンデルアミドまたはその誘導体を立体選択的に水和することができる。このようなニトリルヒドラターゼ活性により、本発明の好ましい態様に係るニトリルヒドラターゼタンパク質は、ラセミ体のマンデロニトリルおよびその誘導体、またはベンズアルデヒドおよびその誘導体と青酸の混合物に作用させることにより、光学活性なS-(+)−マンデルアミドまたはその誘導体を製造することができる。   The nitrile hydratase protein according to a preferred embodiment of the present invention includes a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 (α subunit) and a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 (β subunit). It is a protein. According to a preferred embodiment of the present invention, the nitrile hydratase is efficiently optically active from racemic mandelonitrile and its derivatives, such as racemic mandelonitrile and its derivatives resulting from a mixture of benzaldehyde and its derivatives and hydrocyanic acid. S-(+)-mandelamide or a derivative thereof can be stereoselectively hydrated. Due to such nitrile hydratase activity, the nitrile hydratase protein according to a preferred embodiment of the present invention is optically active by acting on racemic mandelonitrile and its derivatives, or a mixture of benzaldehyde and its derivatives and hydrocyanic acid. S-(+)-mandelamide or a derivative thereof can be produced.

ここで、上記マンデロニトリルまたはその誘導体、ベンズアルデヒドおよびその誘導体、およびマンデルアミドまたはその誘導体としては、例えば下記式(1)〜(3)の化合物をそれぞれ挙げることができる。   Here, examples of the mandelonitrile or derivatives thereof, benzaldehyde and derivatives thereof, and mandelamide or derivatives thereof include compounds represented by the following formulas (1) to (3), respectively.

(ここで、Xは水素原子、メチル基、メトキシ基、ヒドロキシル基又はハロゲンを表す。) (Here, X represents a hydrogen atom, a methyl group, a methoxy group, a hydroxyl group or a halogen.)

ハロゲンとしては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子を挙げることができる。   Examples of the halogen include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom.

さらに、本発明の形質転換体で発現させたニトリルヒドラターゼタンパク質が立体選択性を持ったニトリルヒドラターゼの活性(立体選択的ニトリルヒドラターゼ活性)を有するか否かは、例えば、マンデロニトリルを用いて活性を測定する方法により確認することができる。この方法では、基質であるマンデロニトリルまたはその誘導体をラセミ化するために反応系を中性付近ないし塩基性に保つのが良く、例えばpH4〜11、好ましくはpH6〜10に調整する。基質の濃度はベンズアルデヒドや青酸に対する酵素の感受性により一概に特定し得ないが、通常、反応液中のマンデロニトリルおよびその誘導体は、例えば0.1〜10重量%、好ましくは0.2〜5.0重量%であり、ベンズアルデヒドまたはその誘導体は、例えば0.1〜10重量%、好ましくは0.2〜5.0重量%であり、青酸は、例えば0.1〜1.0重量%、好ましくは0.1〜0.5重量%である。原料となる基質に対する微生物等の使用量は乾燥菌体として例えば0.01〜5.0重量%、反応温度は例えば0〜50℃、好ましくは10〜30℃、反応時間は例えば0.1〜24時間程度である。   Further, whether or not the nitrile hydratase protein expressed in the transformant of the present invention has stereoselective nitrile hydratase activity (stereoselective nitrile hydratase activity) is determined by, for example, mandelonitrile. It can be confirmed by the method of measuring the activity. In this method, in order to racemize the substrate, mandelonitrile or a derivative thereof, the reaction system is preferably kept near neutral to basic, for example, pH 4 to 11, preferably pH 6 to 10. The concentration of the substrate cannot be generally specified due to the sensitivity of the enzyme to benzaldehyde or hydrocyanic acid. Usually, mandelonitrile and its derivatives in the reaction solution are, for example, 0.1 to 10% by weight, preferably 0.2 to 5.0% by weight. Benzaldehyde or a derivative thereof is, for example, 0.1 to 10% by weight, preferably 0.2 to 5.0% by weight, and hydrocyanic acid is, for example, 0.1 to 1.0% by weight, preferably 0.1 to 0.5% by weight. The amount of microorganisms used relative to the raw material substrate is, for example, 0.01 to 5.0% by weight as dry cells, the reaction temperature is 0 to 50 ° C., preferably 10 to 30 ° C., and the reaction time is about 0.1 to 24 hours, for example.

本発明者らは、微生物ロドコッカス(Rhodococcus) sp. HT40-6株(以下、単にHT40-6株ということがある。)から、ニトリルヒドラターゼをコードする遺伝子を同定した。その結果、αサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列は、配列番号1に示される塩基配列であった。一方、βサブユニットをコードする遺伝子の塩基配列は、配列番号3に示される塩基配列であった。また、αサブユニット及びβサブユニットのアミノ酸配列は、それぞれ配列番号2及び4に示されるアミノ酸配列であった。   The present inventors have identified a gene encoding nitrile hydratase from the microorganism Rhodococcus sp. HT40-6 strain (hereinafter sometimes simply referred to as HT40-6 strain). As a result, the base sequence of the gene encoding the α subunit was the base sequence shown in SEQ ID NO: 1. On the other hand, the base sequence of the gene encoding the β subunit was the base sequence shown in SEQ ID NO: 3. Further, the amino acid sequences of the α subunit and the β subunit were the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 2 and 4, respectively.

なお、HT40-6株は、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1-1-1中央第6)に寄託番号FERM BP-5231で寄託されている。   The HT40-6 strain is deposited under the deposit number FERM BP-5231 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center (Chuo 6-1-1, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture).

2.遺伝子
本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニットタンパク質をコードする遺伝子は、以下の(a)のタンパク質をコードする遺伝子(ポリヌクレオチド)である。
(a) 配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
2. Gene The gene encoding the nitrile hydratase α subunit protein according to the present invention is a gene (polynucleotide) encoding the following protein (a).
(a) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.

上記(a)に記載のタンパク質をコードする遺伝子は、配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるニトリルヒドラターゼαサブユニットタンパク質をコードする遺伝子(以下、「ニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子」という)である。   The gene encoding the protein described in (a) above is a gene encoding a nitrile hydratase α subunit protein consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 (hereinafter referred to as “nitrile hydratase α subunit gene”). is there.

本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子は、上述したHT40-6株から単離することができる。例えば、HT40-6株由来の染色体DNAを鋳型として、他の微生物等に由来する既知のニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子において相同性が高い領域に対応するアミノ酸配列に基づいて設計したプライマーを用いたPCRにより、本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子を単離することができる。あるいは、得られたPCR産物が、本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子の一部である場合には、HT40-6株由来の染色体DNAを用いて、染色体DNA断片を組み込んだ組換えプラスミド(組換えベクター)などの組換え体DNAライブラリーを作製する。組換え体DNAを大腸菌などに導入し、形質転換体を作製する。次いで、形質転換体に対して上述したPCR産物をプローブとして用いるコロニーハイブリダイゼーション法により、本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子を含む形質転換体を選別する。そして、選別した形質転換体から本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子を単離する。   The nitrile hydratase α subunit gene according to the present invention can be isolated from the aforementioned HT40-6 strain. For example, using a chromosomal DNA derived from HT40-6 as a template, a primer designed based on an amino acid sequence corresponding to a highly homologous region in a known nitrile hydratase α subunit gene derived from other microorganisms was used. The nitrile hydratase α subunit gene according to the present invention can be isolated by PCR. Alternatively, when the obtained PCR product is a part of the nitrile hydratase α subunit gene according to the present invention, a recombinant plasmid incorporating a chromosomal DNA fragment using chromosomal DNA derived from HT40-6 strain A recombinant DNA library such as (recombinant vector) is prepared. A recombinant DNA is introduced into Escherichia coli or the like to produce a transformant. Next, a transformant containing the nitrile hydratase α subunit gene according to the present invention is selected by colony hybridization using the above PCR product as a probe for the transformant. Then, the nitrile hydratase α subunit gene according to the present invention is isolated from the selected transformant.

本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子の塩基配列としては、遺伝コードの縮重の点から限定されるものではないが、例えば、配列番号1に記載の塩基配列が挙げられる。   The base sequence of the nitrile hydratase α subunit gene according to the present invention is not limited in terms of the degeneracy of the genetic code, but includes, for example, the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1.

配列番号1で表される塩基配列からなるニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子と他の微生物由来のニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子とのアミノ酸レベルでの相同性分析の結果を表1に示す。相同性分析は、Genetyx ver6(株式会社 ゼネティクス)を用いて行った。   Table 1 shows the results of homology analysis at the amino acid level between the nitrile hydratase α subunit gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 and the nitrile hydratase α subunit gene derived from other microorganisms. The homology analysis was performed using Genetyx ver6 (Genetics Co., Ltd.).

なお、ロドコッカス・ロドクロウス J1(L型)、ロドコッカス sp.、アースロバクター・アウレッセンス TC1、シュードノカルディア・サーモフィラ、コマモナス・テストステロニ 5-MGAM-4D、およびメソリゾビウム sp. F28由来のニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子の塩基配列及びその対応するアミノ酸配列は、それぞれ以下の表2に示す登録番号で登録されている。   Nitrogen hydratase α derived from Rhodococcus rhodochrous J1 (L-type), Rhodococcus sp., Arthrobacter aurecense TC1, Pseudocardia thermophila, Comamonas testosteroni 5-MGAM-4D, and Mesolysobiium sp. F28 The nucleotide sequence of the subunit gene and the corresponding amino acid sequence are registered under the registration numbers shown in Table 2 below.

表1に示すように、配列番号1で表される塩基配列からなるニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子は、ロドコッカス・ロドクロウスJ1(L型)由来の既知ニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子とアミノ酸配列レベルで90%以上の相同性を有している。   As shown in Table 1, the nitrile hydratase α subunit gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 is compared with the known nitrile hydratase α subunit gene derived from Rhodococcus rhodochrous J1 (L type) at the amino acid sequence level. It has 90% or more homology.

一方、ニトリルヒドラターゼは、活性中心に補欠分子として非ヘム鉄原子又は非コリン核コバルト原子を有していることが既に知られている。非ヘム鉄原子を有するニトリルヒドラターゼは、鉄型ニトリルヒドラターゼと呼ばれ、また非コリン核コバルト原子を有するニトリルヒドラターゼは、コバルト型ニトリルヒドラターゼと呼ばれている。コバルト型ニトリルヒドラターゼは、システインクラスター(Cys Thr Leu Cys Ser Cys)と呼ばれる活性部位を有する(Eur. J. Biochem. 271,429-438 (2004))。本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニットタンパク質のアミノ酸配列を示す配列番号2においては、当該システインクラスターが109-114番目に認められる。   On the other hand, nitrile hydratase is already known to have a non-heme iron atom or a non-choline nuclear cobalt atom as a prosthetic molecule at the active center. A nitrile hydratase having a non-heme iron atom is called an iron-type nitrile hydratase, and a nitrile hydratase having a non-choline nuclear cobalt atom is called a cobalt-type nitrile hydratase. Cobalt-type nitrile hydratase has an active site called a cysteine cluster (Cys Thr Leu Cys Ser Cys) (Eur. J. Biochem. 271,429-438 (2004)). In SEQ ID NO: 2 showing the amino acid sequence of the nitrile hydratase α subunit protein according to the present invention, the cysteine cluster is found at positions 109-114.

以上から、配列番号1で表される塩基配列からなるニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子は、新規なニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子であると特定できる。   From the above, the nitrile hydratase α subunit gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 can be identified as a novel nitrile hydratase α subunit gene.

一方、本発明に係るニトリルヒドラターゼβサブユニットタンパク質をコードする遺伝子は、以下の(b)のタンパク質をコードする遺伝子である。
(b) 配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
On the other hand, the gene encoding the nitrile hydratase β subunit protein according to the present invention is a gene encoding the following protein (b).
(b) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4.

上記(b)に記載のタンパク質をコードする遺伝子は、配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるニトリルヒドラターゼβサブユニットタンパク質をコードするニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子である。   The gene encoding the protein described in (b) above is a nitrile hydratase β subunit gene encoding a nitrile hydratase β subunit protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4.

本発明に係るニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子は、本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝と同様に、例えば微生物HT40-6株から単離することができる。単離方法は、他の微生物等に由来する既知のニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子において相同性が高い領域に対応するアミノ酸配列に基づいて設計したプライマーを用いる以外には、上述したニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子を単離する方法と同様である。   The nitrile hydratase β subunit gene according to the present invention can be isolated from, for example, the microorganism HT40-6 strain in the same manner as the nitrile hydratase α subunit gene according to the present invention. In the isolation method, the nitrile hydratase α described above is used except that a primer designed based on an amino acid sequence corresponding to a region having high homology in a known nitrile hydratase β subunit gene derived from another microorganism or the like is used. This is the same as the method for isolating the subunit gene.

本発明に係るニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子の塩基配列としては、遺伝コードの縮重の点から限定されるものではないが、例えば、配列番号3に記載の塩基配列が挙げられる。   The nucleotide sequence of the nitrile hydratase β subunit gene according to the present invention is not limited in terms of the degeneracy of the genetic code, but includes, for example, the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3.

配列番号3で表される塩基配列からなるニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子と他の微生物由来のニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子とのアミノ酸レベルでの相同性分析の結果を表3に示す。相同性分析は、Genetyx ver6(株式会社 ゼネティイクス)を用いて行った。   Table 3 shows the results of homology analysis at the amino acid level between the nitrile hydratase β subunit gene consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 and the nitrile hydratase β subunit gene derived from another microorganism. The homology analysis was performed using Genetyx ver6 (Genetics Co., Ltd.).

なお、ロドコッカス・ロドクロウス J1(L型)、メソリゾビウム sp. F28、シュードノカルディア・サーモフィラ、アースロバクター・アウレッセンス TC1、ロドコッカス sp.、およびコマモナス・テストステロニ 5-MGAM-4D由来のニトリルヒドラターゼβサブユニットのアミノ酸配列は、それぞれ表4に示す登録番号で登録されている。   Nitrogen hydratase β from Rhodococcus rhodochrous J1 (type L), Mesozobium sp. F28, Pseudocardia thermophila, Arthrobacter aurescens TC1, Rhodococcus sp., And Comamonas testosteroni 5-MGAM-4D The amino acid sequences of the subunits are registered with the registration numbers shown in Table 4, respectively.

表3に示すように、配列番号3で表される塩基配列からなるニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子は、ロドコッカス・ロドクロウスJ1(L型)由来の既知ニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子とアミノ酸配列レベルで90%以上の相同性を有している。   As shown in Table 3, the nitrile hydratase β subunit gene consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 3 is compared with the known nitrile hydratase β subunit gene derived from Rhodococcus rhodochrous J1 (L type) at the amino acid sequence level. It has 90% or more homology.

なお、以下では本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子とニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子とを合わせて、「本発明に係る遺伝子」という場合がある。   Hereinafter, the nitrile hydratase α subunit gene and the nitrile hydratase β subunit gene according to the present invention may be collectively referred to as “the gene according to the present invention”.

一旦、本発明の好ましい態様に係る遺伝子の塩基配列が確定されると、その後は、例えば、化学合成によって、又はクローニングされたクローンを鋳型としたPCRによって、あるいは該塩基配列を有するDNA断片をプローブとしてハイブリダイズさせることによって、本発明に係る遺伝子を得ることができる。   Once the base sequence of the gene according to the preferred embodiment of the present invention has been determined, thereafter, for example, chemical synthesis, PCR using a cloned clone as a template, or a DNA fragment having the base sequence is probed. As a result, the gene according to the present invention can be obtained.

3.ベクター
本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)は、本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子及び/又は本発明に係るニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子を含有する組換えプラスミド(組換えベクター)である。適当なベクターに本発明に係る遺伝子を挿入することにより、本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)を得ることが出来る。本発明に係る遺伝子を挿入するためのベクターは、宿主中に導入可能なものであれば特に限定されず、例えばプラスミドDNA、シャトルベクター、ヘルパープラスミド、バクテリオファージDNA、レトロトランスポゾンDNA及び人工染色体DNAなどが挙げられる。また該ベクター自体に複製能がない場合には、宿主の染色体に挿入することなどによって複製可能となるDNA断片であってもよい。
3. The recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention is a recombinant plasmid (recombinant vector) containing the nitrile hydratase α subunit gene according to the present invention and / or the nitrile hydratase β subunit gene according to the present invention. ). A recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention can be obtained by inserting the gene according to the present invention into an appropriate vector. The vector for inserting the gene according to the present invention is not particularly limited as long as it can be introduced into the host. For example, plasmid DNA, shuttle vector, helper plasmid, bacteriophage DNA, retrotransposon DNA, artificial chromosome DNA, etc. Is mentioned. If the vector itself does not have replication ability, it may be a DNA fragment that can be replicated by inserting it into the host chromosome.

プラスミドDNAとしては、大腸菌由来のプラスミド(例えばpET30bなどのpET系、pBR322およびpBR325などのpBR系、pUC118、pUC119、pUC18およびpUC19などのpUC系、pBluescript等)、枯草菌由来のプラスミド(例えばpUB110、pTP5等)、酵母由来のプラスミド(例えばYEp13などのYEp系、YCp50などのYCp系等)、ロドコッカス(Rhodococcus)属細菌由来のプラスミド(pRC001、pRC002、pRC003、pRC004等)などが挙げられる。プラスミド pRC004は、各々ロドコッカス ・ロドクロウス(Rhodococus rhodochrous) ATCC 4276、ATCC 14349、ATCC 14348、IFO 3338株由来のプラスミドであり、特開平2-84198 号公報、特開平4-148685号公報、特開平5-64589号公報、特開平5-68566 号公報に記載されている。
またファージDNAとしては、λファージ(Charon4A、Charon21A、EMBL3、EMBL4、λgt10、λgt11、λZAP等)が挙げられる。さらに、レトロウイルス又はワクシニアウイルスなどの動物ウイルス、カリフラワーモザイクウイルスなどの植物ウイルス、またはバキュロウイルスなどの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。
As plasmid DNA, plasmids derived from E. coli (for example, pET systems such as pET30b, pBR systems such as pBR322 and pBR325, pUC systems such as pUC118, pUC119, pUC18 and pUC19, pBluescript, etc.), plasmids derived from Bacillus subtilis (for example, pUB110, pTP5, etc.), yeast-derived plasmids (eg, YEp systems such as YEp13, YCp systems such as YCp50), and plasmids derived from bacteria belonging to the genus Rhodococcus (pRC001, pRC002, pRC003, pRC004, etc.). Plasmids pRC004 are derived from Rhodococus rhodochrous ATCC 4276, ATCC 14349, ATCC 14348, and IFO 3338 strains, respectively, and disclosed in JP-A-2-84198, JP-A-4-48685, and JP-A-5-48685. No. 64589 and JP-A-5-68566.
Examples of the phage DNA include λ phage (Charon4A, Charon21A, EMBL3, EMBL4, λgt10, λgt11, λZAP, etc.). Furthermore, animal viruses such as retrovirus or vaccinia virus, plant viruses such as cauliflower mosaic virus, or insect virus vectors such as baculovirus can be used.

本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)を導入する宿主が大腸菌である場合には、大腸菌において発現効率の高いベクター、例えば、trcプロモーターを有する発現ベクターpKK233-2(Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)、オランダ;http://www.cbs.knaw.nl/Amplicon Express社製)又はpTrc99A(Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)、オランダ;http://www.cbs.knaw.nl/Amplicon Express社)を用いることが好ましい。   When the host into which the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention is introduced is E. coli, a vector having high expression efficiency in E. coli, for example, an expression vector pKK233-2 (Centraalbureau voor Schimmelcultures (CBS) having a trc promoter. , Netherlands; http://www.cbs.knaw.nl/Amplicon Express) or pTrc99A (Centraalbureau voor Schimmelcultures (CBS), Netherlands; http://www.cbs.knaw.nl/Amplicon Express) It is preferable.

また、宿主がロドコッカス属細菌である場合には、ロドコッカス属細菌内で複製増殖可能なDNA領域を含む組換えベクター、pSJ020およびpSJ034等が挙げられる。好ましいベクターは、pSJ034である。   In addition, when the host is a Rhodococcus bacterium, a recombinant vector containing a DNA region capable of replicating and growing in the Rhodococcus bacterium, pSJ020, pSJ034, and the like can be mentioned. A preferred vector is pSJ034.

なお、pSJ034はロドコッカス(Rhodococcus)属細菌においてニトリルヒドラターゼを発現するプラスミドであり、特開平10-337185号公報に示す方法でpSJ023より作製することができる。なお、pSJ023は形質転換体ATCC12674/pSJ023(FERM BP-6232)として独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6)に平成9年3月4日付け寄託されている。   Note that pSJ034 is a plasmid that expresses nitrile hydratase in bacteria belonging to the genus Rhodococcus, and can be prepared from pSJ023 by the method described in JP-A-10-337185. In addition, pSJ023 was transformed into ATCC12674 / pSJ023 (FERM BP-6232) at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Depositary Center (1st, 1st East, 1-chome, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture), March 4, 1997. Deposited on the date.

pSJ034は、ロドコッカス・エリスロポリス(Rhodococus erythropolys) SK92-B1株由来のニトリラーゼ発現調節遺伝子により組換え遺伝子を発現するベクターであり、マルチクローニング部位に酵素遺伝子を導入すると数残基のアミノ酸がN末端に結合した融合タンパク質として発現する。   pSJ034 is a vector that expresses a recombinant gene using a nitrilase expression regulatory gene derived from Rhodococus erythropolys SK92-B1. When an enzyme gene is introduced into the multiple cloning site, several amino acids are placed at the N-terminus. It is expressed as a bound fusion protein.

ベクターに本発明に係る遺伝子を挿入するには、まず適当な制限酵素で本発明に係る遺伝子のcDNAを切断し、次いで適当なベクターDNAの制限酵素部位又はマルチクローニングサイトに挿入してベクターに連結する方法が用いられる。またベクターと本発明に係る遺伝子のcDNAのそれぞれ一部に相同な領域を持たせることにより、PCRなどを用いたin vitro法または酵母などを用いたin vivo法によって両者を連結する方法であってもよい。   To insert the gene according to the present invention into a vector, first cleave the cDNA of the gene according to the present invention with an appropriate restriction enzyme, and then insert it into the restriction enzyme site or multicloning site of the appropriate vector DNA and link it to the vector Is used. In addition, a method of linking both the vector and the cDNA of the gene according to the present invention by linking the both by an in vitro method using PCR or an in vivo method using yeast, etc. Also good.

また本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)は、本発明に係る遺伝子の他に、例えばプロモーター、ターミネーター、エンハンサー、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル及びリボソーム結合配列(SD配列)などの遺伝子制御配列並びに選択マーカーを含有してもよい。選択マーカーとしては、限定されるものでないが、例えば、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子及びカナマイシン耐性遺伝子が挙げられる。遺伝子制御配列や選択マーカーの挿入方法は、ベクターに本発明に係る遺伝子を導入する方法と同様であってよく、遺伝子制御配列及び選択マーカーが宿主内で機能しうるようにベクターに連結する。   In addition to the gene according to the present invention, the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention controls gene control such as a promoter, terminator, enhancer, splicing signal, poly A addition signal, and ribosome binding sequence (SD sequence). It may contain sequences as well as selectable markers. Examples of the selection marker include, but are not limited to, a dihydrofolate reductase gene, an ampicillin resistance gene, and a kanamycin resistance gene. The method for inserting the gene regulatory sequence and the selection marker may be the same as the method for introducing the gene according to the present invention into the vector, and is linked to the vector so that the gene regulatory sequence and the selection marker can function in the host.

4.形質転換体、およびニトリルヒドラターゼタンパク質の製造方法
本発明に係る形質転換体は、本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子を含有する組換えプラスミド(組換えベクター)と本発明に係るニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子を含有する組換えプラスミド(組換えベクター)とを同一の宿主中に導入することにより得ることができる。また、本発明に係るニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子とニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子とを含有する組換えプラスミド(組換えベクター)を宿主中に導入することにより得ることができる。ここで、宿主としては、本発明に係る遺伝子を発現できるものであれば特に限定されるものではないが、細菌が挙げられる。細菌としては、例えば、大腸菌(Escherichia coli)等のエッシェリヒア(Escherichia)属、バチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)等のバチルス(Bacillus)属、並びに受託番号ATCC12674、ATCC17895及びATCC19140として特定されるロドコッカス・ロドクロウスの菌株等のロドコッカス(Rhodococcus)属に属する細菌が挙げられる。
4). Transformant and method for producing nitrile hydratase protein The transformant according to the present invention comprises a recombinant plasmid (recombinant vector) containing the nitrile hydratase α subunit gene according to the present invention and the nitrile hydra according to the present invention. It can be obtained by introducing a recombinant plasmid (recombinant vector) containing a tase β subunit gene into the same host. Further, it can be obtained by introducing a recombinant plasmid (recombinant vector) containing the nitrile hydratase α subunit gene and the nitrile hydratase β subunit gene according to the present invention into a host. Here, the host is not particularly limited as long as it can express the gene according to the present invention, and examples thereof include bacteria. Examples of the bacterium include, for example, Escherichia genus such as Escherichia coli, Bacillus genus such as Bacillus subtilis, and Rhodococcus rhodochrous specified as accession numbers ATCC12674, ATCC17895 and ATCC19140. Examples include bacteria belonging to the genus Rhodococcus such as strains.

細菌への本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)の導入方法は、細菌にDNAを導入する方法であれば特に限定されるものではない。例えばカルシウムイオンを用いる方法及びエレクトロポレーション法などが挙げられる。   The method for introducing the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention into bacteria is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into bacteria. Examples thereof include a method using calcium ions and an electroporation method.

本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)を、上記細菌宿主に導入するのみならず、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)及びシゾサッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等の酵母、COS細胞及びチャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)等の動物細胞、Sf9等の昆虫細胞、あるいはアブラナ科等に属する植物などに導入して形質転換体を得ることもできる。   Not only the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention is introduced into the above bacterial host, but also yeast such as Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe, COS cells and Chinese hamsters. Transformants can also be obtained by introduction into animal cells such as ovary cells (CHO cells), insect cells such as Sf9, or plants belonging to the Brassicaceae family.

酵母への本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)の導入方法は、酵母にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えば電気穿孔法(エレクトロポレーション法)、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等が挙げられる。また、YIp系などのベクターあるいは染色体中の任意の領域と相同なDNA配列を用いた染色体への置換・挿入型の酵母の形質転換法であってもよい。   The method for introducing the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention into yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into yeast. For example, electroporation (electroporation), spheroplast method And the lithium acetate method. Alternatively, a YIp-type vector or a substitution / insertion type yeast transformation method into a chromosome using a DNA sequence homologous to an arbitrary region in a chromosome may be used.

動物細胞を宿主とする場合は、サル細胞COS-7、Vero、CHO細胞、マウスL細胞などが用いられる。動物細胞への本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)の導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が挙げられる。   When animal cells are used as hosts, monkey cells COS-7, Vero, CHO cells, mouse L cells and the like are used. Examples of the method for introducing the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention into animal cells include the electroporation method, the calcium phosphate method, and the lipofection method.

昆虫細胞を宿主とする場合は、Sf9細胞などが用いられる。昆虫細胞への本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)の導入方法としては、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法およびエレクトロポレーション法等が挙げられる。   When insect cells are used as hosts, Sf9 cells and the like are used. Examples of the method for introducing the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention into insect cells include the calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method and the like.

植物を宿主とする場合は、植物体全体、植物器官(例えば葉、花弁、茎、根、種子等)、植物組織(例えば表皮、師部、柔組織、木部、維管束等)又は植物培養細胞などが用いられる。植物への本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)の導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、アグロバクテリウム法、パーティクルガン法およびPEG法等が挙げられる。   When using a plant as a host, the whole plant body, plant organ (for example, leaf, petal, stem, root, seed, etc.), plant tissue (for example, epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundle, etc.) or plant culture Cells are used. Examples of the method for introducing the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention into plants include an electroporation method, an Agrobacterium method, a particle gun method, and a PEG method.

酵母への本発明の組換えベクターの導入方法としては、酵母にDNAを導入することの出来る方法であれば良く、特に限定されないが、例えば、エレクトロポレーション、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法などが挙げられる。   The method for introducing the recombinant vector of the present invention into yeast is not particularly limited as long as it can introduce DNA into yeast, and examples thereof include electroporation, spheroplast method, lithium acetate method and the like. Is mentioned.

本発明に係る遺伝子が宿主に組み込まれたか否かの確認は、PCR法、サザンハイブリダイゼーション法及びノーザンハイブリダイゼーション法等により行うことができる。例えば、形質転換体からDNAを調製し、本発明に係る遺伝子に特異的なプライマーを設計してPCRを行う。その後は、PCR産物についてアガロースゲル電気泳動、ポリアクリルアミドゲル電気泳動又はキャピラリー電気泳動等を行い、臭化エチジウム、SYBR Green液等により染色し、そしてPCR産物を検出することにより、形質転換されたことを確認する。また、予め蛍光色素等により標識したプライマーを用いてPCRを行い、PCR産物を検出することもできる。さらに、マイクロプレート等の固相にPCR産物を結合させ、蛍光又は酵素反応等によりPCR産物を確認する方法も採用してもよい。   Whether or not the gene according to the present invention has been incorporated into the host can be confirmed by PCR, Southern hybridization, Northern hybridization, or the like. For example, DNA is prepared from the transformant, and PCR is performed by designing a primer specific for the gene according to the present invention. Thereafter, the PCR product was transformed by performing agarose gel electrophoresis, polyacrylamide gel electrophoresis, capillary electrophoresis, etc., staining with ethidium bromide, SYBR Green solution, etc., and detecting the PCR product. Confirm. PCR products can also be detected by performing PCR using primers previously labeled with a fluorescent dye or the like. Furthermore, a method of binding the PCR product to a solid phase such as a microplate and confirming the PCR product by fluorescence or enzyme reaction may be employed.

一方、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質の製造方法においては、本発明に係る微生物又は形質転換体を培養し、培養物中からニトリルヒドラターゼタンパク質を回収することにより、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質を得ることができる。ここで「培養物」とは、培養上清、培養細胞若しくは培養菌体、又は細胞若しくは菌体の破砕物のいずれをも意味するものである。   On the other hand, in the method for producing the nitrile hydratase protein according to the present invention, the microorganism or the transformant according to the present invention is cultured, and the nitrile hydratase protein is recovered from the culture, whereby the nitrile hydratase according to the present invention is recovered. Protein can be obtained. Here, the “culture” means any of culture supernatant, cultured cells or cultured cells, or disrupted cells or cells.

本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質の製造方法において、本発明に係る微生物を培養する方法は、上記で示した方法と同様である。一方、本発明に係る形質転換体を培養する方法は、本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)を導入した宿主の種類に応じて、適宜選択することができる。   In the method for producing a nitrile hydratase protein according to the present invention, the method for culturing the microorganism according to the present invention is the same as the method described above. On the other hand, the method for culturing the transformant according to the present invention can be appropriately selected according to the type of host into which the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention has been introduced.

細菌や酵母等の微生物を宿主として得られた本発明に係る形質転換体では、培養に使用する培地は、本発明に係る形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地又は合成培地のいずれであってもよい。また、培地は、本発明に係る形質転換体が資化し得る炭素源、窒素源及び無機塩類等を含有することができる。炭素源としては、例えば、グルコース、フラクトース、スクロース及びデンプン等の炭水化物、酢酸及びプロピオン酸等の有機酸、並びにエタノール及びプロパノール等のアルコール類が挙げられる。また、窒素源としては、例えば、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸若しくは有機酸のアンモニウム塩又はその他の含窒素化合物、並びにペプトン、肉エキス及びコーンスティープリカー等が挙げられる。さらに、無機塩類としては、例えば、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅及び炭酸カルシウム等が挙げられる。   In the transformant according to the present invention obtained using a microorganism such as bacteria or yeast as a host, the medium used for the culture is a medium that can efficiently culture the transformant according to the present invention. Either a natural medium or a synthetic medium may be used. The medium can contain a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts and the like that can be assimilated by the transformant according to the present invention. Examples of the carbon source include carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose and starch, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol. Examples of nitrogen sources include ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium salts of organic acids such as ammonium phosphate or other nitrogen-containing compounds, and peptone, meat extract and corn steep liquor. Can be mentioned. Furthermore, examples of inorganic salts include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate.

また、本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)が有する選択マーカーに応じて、アンピシリンやテトラサイクリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。   Further, an antibiotic such as ampicillin or tetracycline may be added to the medium according to the selection marker possessed by the recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention.

プロモーターとして誘導性プロモーターを有する本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)で形質転換した宿主を培養する場合は、必要に応じてインデューサーを培地に添加してもよい。例えば、イソプロピル-β-D-チオガラクトシド(IPTG)で誘導可能なプロモーターを有する本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)で形質転換した微生物を培養する際には、IPTG等を培地に添加することができる。また、インドール酢酸(IAA)で誘導可能なtrpプロモーターを有する本発明に係る組換えプラスミド(組換えベクター)で形質転換した微生物を培養する際には、IAA等を培地に添加することができる。   When culturing a host transformed with a recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention having an inducible promoter as a promoter, an inducer may be added to the medium as necessary. For example, when cultivating a microorganism transformed with a recombinant plasmid (recombinant vector) having a promoter inducible with isopropyl-β-D-thiogalactoside (IPTG), IPTG or the like is added to the medium. can do. Further, when culturing a microorganism transformed with a recombinant plasmid (recombinant vector) according to the present invention having a trp promoter inducible with indoleacetic acid (IAA), IAA or the like can be added to the medium.

さらに、ニトリルヒドラターゼ誘導剤を培地に添加することで、本発明に係る形質転換体が生産するニトリルヒドラターゼの酵素量を高めることができる。ニトリルヒドラターゼ誘導剤としては、例えばアセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル及びベンゾニトリル等のニトリル化合物、並びに、尿素、アセトアミド及びプロピオンアミド等のアミド化合物が挙げられる。   Furthermore, the amount of nitrile hydratase produced by the transformant according to the present invention can be increased by adding a nitrile hydratase inducer to the medium. Examples of the nitrile hydratase inducer include nitrile compounds such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, and benzonitrile, and amide compounds such as urea, acetamide, and propionamide.

細菌や酵母等の微生物を宿主として得られた本発明に係る形質転換体の培養は、通常、振盪培養又は通気攪拌培養などの好気的条件下、20℃〜40℃、好ましくは30℃〜37℃で行う。pHの調整は、無機又は有機酸、アルカリ溶液等を用いて行い、pH5.0〜9.0、好ましくはpH6.5〜7.5に設定すればよい。   Culture of the transformant according to the present invention obtained using a microorganism such as bacteria or yeast as a host is usually 20 ° C. to 40 ° C., preferably 30 ° C. to 30 ° C. under aerobic conditions such as shaking culture or aeration stirring culture. Perform at 37 ° C. The pH is adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution or the like, and may be set to pH 5.0 to 9.0, preferably pH 6.5 to 7.5.

一方、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質の製造方法において、培養物からのニトリルヒドラターゼタンパク質の回収は、まず、セルラーゼ、ペクチナーゼ等の酵素を用いた細胞溶解処理、超音波破砕処理又は磨砕処理等により菌体又は細胞を破壊する。次いで、濾過又は遠心分離等を用いて不溶物を除去し、粗タンパク質溶液を得る。得られた粗タンパク質溶液を、塩析、各種クロマトグラフィー(例えばゲル濾過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等)、SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動等に単独で又は適宜組み合わせて適用することで、単離・精製することができる。   On the other hand, in the method for producing a nitrile hydratase protein according to the present invention, the recovery of the nitrile hydratase protein from the culture is first performed by cell lysis treatment, ultrasonic disruption treatment or grinding treatment using an enzyme such as cellulase or pectinase. The cells or cells are destroyed by such as. Next, insoluble matters are removed by filtration or centrifugation to obtain a crude protein solution. The obtained crude protein solution is applied to salting out, various chromatography (eg gel filtration chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, etc.), SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, etc. alone or in appropriate combination. And can be isolated and purified.

また、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質が菌体外又は細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、遠心分離等により菌体又は細胞を除去し、培養上清を得る。その後、タンパク質の単離・精製に用いられる一般的な生化学的方法、例えば硫酸アンモニウム沈殿、ゲル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等を単独で又は適宜組み合わせて、得られた培養上清に適用することにより、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質を単離・精製することができる。   When the nitrile hydratase protein according to the present invention is produced outside the cells or cells, the culture solution is used as it is, or the cells or cells are removed by centrifugation or the like to obtain a culture supernatant. . Thereafter, a general biochemical method used for protein isolation / purification, such as ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, etc., alone or in appropriate combination, is used to obtain a culture supernatant By applying to the above, the nitrile hydratase protein according to the present invention can be isolated and purified.

また、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質の製造は、上述したような形質転換体を用いたタンパク質合成系のほか、生細胞を全く使用しない無細胞タンパク質合成系を採用して行うこともできる。無細胞タンパク質合成系とは、細胞抽出液を用いて試験管等の人工容器内でニトリルヒドラターゼタンパク質を合成する系である。なお、本発明において使用される無細胞タンパク質合成系には、DNAを鋳型としてRNAを合成する無細胞転写系も含まれる。この場合、使用する細胞抽出液の由来は前述の宿主細胞であることが好ましい。なお、細胞抽出液は、濃縮されたものでも希釈されたものでも良く、あるいはそのままでも良く、限定はされない。細胞抽出液は、例えば、限外ろ過、透析、ポリエチレングリコール(PEG)沈殿等によって得ることができる。このような無細胞タンパク質合成は、市販のキットを用いて行うこともできる。例えば、試薬キットPROTEIOSTM(東洋紡)、TNTTMSystem(プロメガ)、合成装置のPG-MetaTM(東洋紡)、RTS(ロシュ・ダイアグノスティクス)等が挙げられる。無細胞タンパク質合成系によって産生されたニトリルヒドラターゼタンパク質は、前述したようなクロマトグラフィー等の手段を適宜選択して精製することができる。 Moreover, the production of the nitrile hydratase protein according to the present invention can be carried out by adopting a cell-free protein synthesis system that does not use any living cells in addition to the protein synthesis system using the transformant as described above. The cell-free protein synthesis system is a system that synthesizes nitrile hydratase protein in an artificial container such as a test tube using a cell extract. The cell-free protein synthesis system used in the present invention includes a cell-free transcription system that synthesizes RNA using DNA as a template. In this case, the cell extract to be used is preferably derived from the aforementioned host cell. The cell extract may be concentrated or diluted, or may be used as it is, and is not limited. The cell extract can be obtained, for example, by ultrafiltration, dialysis, polyethylene glycol (PEG) precipitation or the like. Such cell-free protein synthesis can also be performed using a commercially available kit. Examples include reagent kits PROTEIOS (Toyobo), TNT System (Promega), PG-Meta (Toyobo), RTS (Roche Diagnostics), and the like. The nitrile hydratase protein produced by the cell-free protein synthesis system can be purified by appropriately selecting means such as chromatography as described above.

5.アミド化合物の製造方法
本発明に係るアミド化合物の製造方法においては、本発明に係る形質転換体の培養物又はその処理物をニトリル化合物と接触させることで、該ニトリル化合物から変換したアミド化合物を得ることができる。本発明に係る形質転換体の培養方法に関しては、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質の製造方法において上記で説明した方法と同様である。また、「培養物」は、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質の製造方法において上記で説明した定義と同様である。一方、「処理物」とは、培養物を、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質を単離・精製するように1以上の処理工程に供して得られたものを意味する。処理物としては、例えば、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質の製造方法により得られたものが挙げられる。
5. Method for Producing Amide Compound In the method for producing an amide compound according to the present invention, an amide compound converted from the nitrile compound is obtained by contacting the culture of the transformant according to the present invention or a treated product thereof with the nitrile compound. be able to. The method for culturing the transformant according to the present invention is the same as the method described above in the method for producing a nitrile hydratase protein according to the present invention. Further, the “culture” has the same definition as described above in the method for producing a nitrile hydratase protein according to the present invention. On the other hand, “treated product” means a product obtained by subjecting a culture to one or more treatment steps so as to isolate and purify the nitrile hydratase protein according to the present invention. As a processed material, what was obtained by the manufacturing method of the nitrile hydratase protein which concerns on this invention is mentioned, for example.

培養物又はその処理物は、適当な担体に保持し、固定化酵素としてニトリル化合物に接触させてもよい。   The culture or the treated product thereof may be held on a suitable carrier and contacted with a nitrile compound as an immobilized enzyme.

基質として使用するニトリル化合物は、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質が当該ニトリル化合物のニトリル基に作用して対応するアミド化合物に変換させることができるものであればいずれのものでもよい。基質として使用するニトリル化合物としては、限定されるものではないが、マンデロニトリルが好ましい。特に、本発明に係るニトリルヒドラターゼは、マンデロニトリルおよびその誘導体、例えばベンズアルデヒドおよびその誘導体と青酸の混合物から生じるマンデロニトリルおよびその誘導体について、中性または塩基性の極性媒体中で、ラセミ体のマンデロニトリルおよびその誘導体のニトリル基を立体特異的に水和し、光学活性なS-(+)−マンデルアミドまたはその誘導体を生成することができる。   The nitrile compound used as the substrate may be any as long as the nitrile hydratase protein according to the present invention can be converted into the corresponding amide compound by acting on the nitrile group of the nitrile compound. The nitrile compound used as the substrate is not limited, but mandelonitrile is preferable. In particular, the nitrile hydratase according to the present invention is racemic in neutral or basic polar media for mandelonitrile and its derivatives, such as mandelonitrile and its derivatives resulting from a mixture of benzaldehyde and its derivatives and hydrocyanic acid. The nitrile group of mandelonitrile and its derivatives can be stereospecifically hydrated to produce optically active S-(+)-mandelamide or a derivative thereof.

本発明に係るアミド化合物の製造方法では、培養物又はその処理物をニトリル化合物と、アミド化合物が生成されるように接触させる。ここで「接触」した状態としては、培養物又はその処理物中の本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質が酵素として機能し、且つ当該ニトリルヒドラターゼタンパク質とニトリル化合物とが酵素反応する状態であればよい。「接触」には、例えば、分離精製したニトリルヒドラターゼとニトリル化合物とを混合すること、ニトリルヒドラターゼ遺伝子を発現する細胞の培養容器にニトリル化合物を添加すること、当該細胞をニトリル化合物の存在下で培養すること、当該細胞の抽出液をニトリル化合物と混合することなどが含まれる。本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質が酵素として機能する条件は、例えば、pH5.0〜9.0、好ましくはpH6.5〜7.5、温度は0℃〜40℃、好ましくは10℃〜30℃であることに起因して、本条件下で、本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質とニトリル化合物とを接触させることが好ましい。   In the method for producing an amide compound according to the present invention, a culture or a treated product thereof is brought into contact with a nitrile compound so that the amide compound is produced. Here, the state of “contact” means that the nitrile hydratase protein according to the present invention in the culture or its treated product functions as an enzyme and the nitrile hydratase protein and the nitrile compound are enzymatically reacted. Good. “Contact” includes, for example, mixing separated and purified nitrile hydratase and a nitrile compound, adding a nitrile compound to a culture vessel of a cell expressing a nitrile hydratase gene, and subjecting the cell to the presence of the nitrile compound. And culturing the mixture with a nitrile compound. Conditions under which the nitrile hydratase protein according to the present invention functions as an enzyme are, for example, pH 5.0 to 9.0, preferably pH 6.5 to 7.5, and temperature is 0 ° C. to 40 ° C., preferably 10 ° C. to 30 ° C. Due to the above, it is preferable to contact the nitrile hydratase protein according to the present invention and the nitrile compound under the present conditions.

本発明に係るアミド化合物の製造方法においては、反応液中のニトリル化合物濃度としては、特に限定されないが、例えば、0.1〜5重量%、好ましくは0.5〜2.0重量%が挙げられる。上記ニトリル化合物濃度に対して接触させる培養物又はその処理物中の本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質濃度は、酵素反応が生じる濃度であれば、特に限定されない。また、酵素反応は、基質と酵素の濃度にも依存することから、基質であるニトリル化合物と酵素である本発明に係るニトリルヒドラターゼタンパク質の濃度を最適化することで、酵素反応を効率的に進めることができる。   In the method for producing an amide compound according to the present invention, the concentration of the nitrile compound in the reaction solution is not particularly limited, and examples thereof include 0.1 to 5% by weight, preferably 0.5 to 2.0% by weight. The concentration of the nitrile hydratase protein according to the present invention in the culture contacted with the nitrile compound concentration or the treated product thereof is not particularly limited as long as the enzyme reaction occurs. In addition, since the enzyme reaction also depends on the concentration of the substrate and the enzyme, the enzyme reaction can be efficiently performed by optimizing the concentration of the nitrile compound as the substrate and the concentration of the nitrile hydratase protein according to the present invention as the enzyme. Can proceed.

本発明に係るアミド化合物の製造方法において、アミド化合物の回収は、培養物又はその処理物とニトリル化合物との混合物が菌体又は細胞を含む場合には、遠心分離等により菌体又は細胞を除去し、次いで、濾過、濃縮、各種クロマトグラフィー、抽出、活性炭処理及び蒸留などの通常の方法に単独で又は適宜組み合わせて適用することで、回収・精製することができる。あるいは、混合物を、濾過、濃縮、各種クロマトグラフィー、抽出、活性炭処理及び蒸留などの通常の方法に単独で又は適宜組み合わせて直接適用することで、回収・精製してもよい。   In the method for producing an amide compound according to the present invention, the amide compound is recovered by removing the bacterial cells or cells by centrifugation or the like when the culture or a mixture of the treated product and the nitrile compound contains the bacterial cells or cells. Then, it can be recovered and purified by applying it to ordinary methods such as filtration, concentration, various types of chromatography, extraction, activated carbon treatment and distillation alone or in appropriate combination. Or you may collect | recover and refine | purify a mixture by applying directly to normal methods, such as filtration, concentration, various chromatography, extraction, activated carbon treatment, and distillation, individually or suitably combining.

以上のように、本発明に係るアミド化合物の製造方法によれば、ニトリル化合物からアミド化合物を効率よく製造することができる。   As described above, according to the method for producing an amide compound according to the present invention, an amide compound can be efficiently produced from a nitrile compound.

以下、本発明の実施例により具体的に説明する。   Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail.

[実施例1]ニトリルヒドラターゼ遺伝子の同定
(1)HT40-6株由来の染色体DNAの調整
ロドコッカス(Rhodococcus)sp. HT40-6(FERM BP-5231)をMYK培地(0.5%ポリペプトン、0.3%バクトイーストエキス、0.3%バクトモルトエキス、1%グルコース、0.2%K2HPO4及び0.2%KH2PO4、pH7.0)100ml中、30℃で72時間振盪培養した。
培養後、菌体を集菌し、Saline-EDTA溶液(0.1M EDTA及び0.15M NaCl(pH8.0))4mlに懸濁した。次いで、懸濁液にリゾチーム8mgを加えて、37℃で1〜2時間振盪した後、-20℃で凍結した。
[Example 1] Identification of nitrile hydratase gene
(1) Adjustment of chromosomal DNA derived from HT40-6 strain Rhodococcus sp. HT40-6 (FERM BP-5231) in MYK medium (0.5% polypeptone, 0.3% bactoeast extract, 0.3% bactomalt extract, 1% Glucose, 0.2% K 2 HPO 4 and 0.2% KH 2 PO 4 , pH 7.0) were cultured with shaking at 30 ° C. for 72 hours in 100 ml.
After cultivation, the cells were collected and suspended in 4 ml of a Saline-EDTA solution (0.1 M EDTA and 0.15 M NaCl (pH 8.0)). Next, 8 mg of lysozyme was added to the suspension, shaken at 37 ° C. for 1-2 hours, and then frozen at −20 ° C.

次に、凍結した懸濁液に、Tris-SDS液(1%SDS、0.1M NaCl及び0.1M Tris-HCl(pH9.0))10mlを穏やかに振盪しながら加え、さらにプロテイナーゼK(メルク社)(最終濃度0.1mg)を加えて37℃で1時間振盪し混合液を得た。   Next, 10 ml of Tris-SDS solution (1% SDS, 0.1 M NaCl, and 0.1 M Tris-HCl (pH 9.0)) was added to the frozen suspension while gently shaking, and proteinase K (Merck) was added. (Final concentration 0.1 mg) was added and shaken at 37 ° C. for 1 hour to obtain a mixture.

次いで、混合液に等量のTE飽和フェノール(TE:10mM Tris-HCl及び1mM EDTA(pH8.0))を加えて撹拌した後、遠心した。遠心後、上層を回収し、2倍量のエタノールを加え、析出したDNAをガラス棒で巻きとり、90%、80%、70%のエタノールの順にすすぎ、残存するフェノールを取り除いた。   Next, an equal amount of TE-saturated phenol (TE: 10 mM Tris-HCl and 1 mM EDTA (pH 8.0)) was added to the mixture and stirred, followed by centrifugation. After centrifugation, the upper layer was collected, twice the amount of ethanol was added, the precipitated DNA was wound up with a glass rod, and rinsed in the order of 90%, 80%, and 70% ethanol to remove the remaining phenol.

得られたDNAをTE緩衝液3mlに溶解させた。次いで、溶液にリボヌクレアーゼA溶液(100℃、15分間の加熱処理済)を10μg/mlになるよう加え、37℃で30分間振盪した。その後プロテイナーゼKを加え、37℃で30分間振盪した後、等量のTE飽和フェノール(TE:10mM Tris-HCl及び1mM EDTA(pH8.0))を加えて遠心し、上層と下層とに分離させた。
得られた上層に等量のTE飽和フェノール(TE:10mM Tris-HCl及び1mM EDTA(pH8.0))を加えてから上層と下層とに分離させるまでの操作を2回繰り返した後、得られた上層に等量のクロロホルム(4%イソアミルアルコール含有)を加えて遠心し、上層と下層とに分離させた(以下、上記操作を「フェノール処理」という)。その後、上層に2倍量のエタノールを加え、ガラス棒でDNAを巻き取り、回収し、染色体DNAを得た。
The obtained DNA was dissolved in 3 ml of TE buffer. Next, ribonuclease A solution (100 ° C., heat-treated for 15 minutes) was added to the solution to 10 μg / ml, and shaken at 37 ° C. for 30 minutes. After adding proteinase K and shaking at 37 ° C for 30 minutes, add equal amounts of TE saturated phenol (TE: 10 mM Tris-HCl and 1 mM EDTA (pH 8.0)) and centrifuge to separate the upper and lower layers. It was.
Obtained after repeating the operation from adding equal amounts of TE saturated phenol (TE: 10 mM Tris-HCl and 1 mM EDTA (pH 8.0)) to separating the upper layer and the lower layer twice. Further, an equal amount of chloroform (containing 4% isoamyl alcohol) was added to the upper layer and centrifuged to separate the upper layer and the lower layer (hereinafter, the above operation was referred to as “phenol treatment”). Thereafter, twice the amount of ethanol was added to the upper layer, and the DNA was wound up and collected with a glass rod to obtain chromosomal DNA.

(2) ニトリルヒドラターゼ遺伝子のプローブの調製
上記(1)で得られた染色体DNAを鋳型として使用し、以下の表5に示す反応液組成及びプライマーを用いてPCRを行った。
(2) Preparation of probe for nitrile hydratase gene PCR was performed using the chromosomal DNA obtained in (1) above as a template and the reaction solution composition and primers shown in Table 5 below.

プライマーNH-01及びNH-02は、いずれも公知なニトリルヒドラターゼ遺伝子において相同性が高い領域のアミノ酸配列を参考にして作製した。なお、NH-01(配列番号5)において、sはg又はcを表し(存在位置:6及び15)、rはg又はaを表す(存在位置:9、12及び18)。また、wはa又はtを表す(存在位置:17)。さらに、NH-02(配列番号6)において、sはg又はcを表し(存在位置:3、6及び12)、rはg又はaを表す(存在位置:9及び16)。また、kはg又はtを表し(存在位置:10)、nはイノシンを表す(存在位置:18)。   Primers NH-01 and NH-02 were both prepared with reference to the amino acid sequence of a region having high homology in the known nitrile hydratase gene. In NH-01 (SEQ ID NO: 5), s represents g or c (location: 6 and 15), and r represents g or a (location: 9, 12, and 18). W represents a or t (location: 17). Furthermore, in NH-02 (SEQ ID NO: 6), s represents g or c (location: 3, 6 and 12), and r represents g or a (location: 9 and 16). K represents g or t (location: 10), and n represents inosine (location: 18).

反応液を調製した後、1サイクルが93℃:30秒、55℃:30秒及び72℃:3分である反応を、30サイクル行った。PCR終了後、GFX PCR DNA band and GelBand Purification kit(アマシャムバイオサイエンス社製)を使用して、増幅されたDNAを回収した。回収したDNAを、0.7%アガロースゲル電気泳動により分離した後、ニトリルヒドラターゼ遺伝子の一部をコードすると考えられる約200bpのDNA断片を得た。こうして得られたDNA断片を、DIG DNA Labeling Kit(ロシュ・ダイアグノスティック社製)を用いて標識し、プローブとした。   After preparing the reaction solution, 30 cycles of a reaction in which one cycle was 93 ° C .: 30 seconds, 55 ° C .: 30 seconds and 72 ° C .: 3 minutes were performed. After completion of PCR, the amplified DNA was recovered using a GFX PCR DNA band and GelBand Purification kit (Amersham Biosciences). The recovered DNA was separated by 0.7% agarose gel electrophoresis, and then a DNA fragment of about 200 bp thought to encode a part of the nitrile hydratase gene was obtained. The DNA fragment thus obtained was labeled using a DIG DNA Labeling Kit (manufactured by Roche Diagnostics) as a probe.

(3) DNAライブラリーの作製
HT40-6株由来の染色体DNA200μlに、10倍濃度制限酵素緩衝液40μl、滅菌水145μl及び制限酵素Sau3AI 15μlを加え、37℃にて6時間反応させた後、エタノール沈殿によりDNAを回収した。次いで、回収したDNAをアガロース電気泳動に供し、7kb付近のDNA断片をゲルから切り出し、GFX DNA回収キット(アマシャムバイオサイエンス社製)を用いて回収した。このDNA断片を、ライゲーションキット(宝酒造株式会社製)を用いて大腸菌ベクターpUC18のBamHI部位に挿入し、組換え体DNAライブラリーを作製した。なお、ライゲーションに用いた大腸菌ベクターpUC18は、タカラバイオから購入した。
(3) Preparation of DNA library
To 200 μl of chromosomal DNA derived from HT40-6 strain, 40 μl of 10-fold concentration restriction enzyme buffer, 145 μl of sterilized water and 15 μl of restriction enzyme Sau3AI were added and reacted at 37 ° C. for 6 hours, and then DNA was collected by ethanol precipitation. Next, the recovered DNA was subjected to agarose electrophoresis, and a DNA fragment in the vicinity of 7 kb was excised from the gel and recovered using a GFX DNA recovery kit (Amersham Biosciences). This DNA fragment was inserted into the BamHI site of E. coli vector pUC18 using a ligation kit (Takara Shuzo Co., Ltd.) to prepare a recombinant DNA library. The Escherichia coli vector pUC18 used for ligation was purchased from Takara Bio.

(4) 形質転換体の作製および組換え体DNAの選別
大腸菌JM109株を、LB培地(1%バクトトリプトン、0.5%バクトイーストエキス及び0.5%NaCl)1mlに接種し、37℃で5時間、前培養した。前培養後、培養物100μlを、SOB培地(2%バクトトリプトン、0.5%バクトイーストエキス、10mM NaCl、2.5mM KCl、1mM MgSO4及び1mM MgCl2)50mlに加え、18℃で20時間培養した。培養後、大腸菌を遠心により集菌した後、冷TF溶液(20mM PIPES-KOH(pH6.0)、200mM KCl、10mM CaCl2及び40mM MnCl2)13mlを加え、0℃で10分間放置した後、再度遠心した。上澄を除いた後、沈澱した大腸菌を冷TF溶液3.2mlに懸濁し、さらにジメチルスルホキシド0.22mlを加えて、0℃で10分間放置した。こうして作製したコンピテントセル200μlに、上記(3)で作製したHT40-6株由来のDNA断片を含む組換え体プラスミドを含有する溶液(DNAライブラリー)10μlを加え、0℃で30分間放置した。次いで、混合液を、42℃で30秒間のヒートショックに供し、0℃で2分間冷却した後、SOC培地(2%バクトトリプトン、0.5%バクトイーストエキス、20mMグルコース、10mM NaCl、2.5mM KCl、1mM MgSO4及び1mM MgCl2)0.8mlを加えて、37℃にて60分間振盪培養した。振盪培養後、培養液を200μlずつアンピシリン100μg/ml含有のLB寒天培地にプレーティングし、37℃で18時間培養した。
(4) Preparation of transformants and selection of recombinant DNA E. coli strain JM109 was inoculated into 1 ml of LB medium (1% bactotryptone, 0.5% bacto yeast extract and 0.5% NaCl), and incubated at 37 ° C. for 5 hours. Pre-cultured. After pre-culture, 100 μl of the culture was added to 50 ml of SOB medium (2% bactotryptone, 0.5% bacto yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 1 mM MgSO 4 and 1 mM MgCl 2 ) and cultured at 18 ° C. for 20 hours. . After culturing, E. coli was collected by centrifugation, 13 ml of cold TF solution (20 mM PIPES-KOH (pH 6.0), 200 mM KCl, 10 mM CaCl 2 and 40 mM MnCl 2 ) was added, and the mixture was allowed to stand at 0 ° C. for 10 minutes. It was centrifuged again. After removing the supernatant, the precipitated E. coli was suspended in 3.2 ml of cold TF solution, 0.22 ml of dimethyl sulfoxide was further added, and the mixture was allowed to stand at 0 ° C. for 10 minutes. To 200 μl of the competent cells thus prepared, 10 μl of a solution (DNA library) containing a recombinant plasmid containing the DNA fragment derived from the HT40-6 strain prepared in (3) above was added and left at 0 ° C. for 30 minutes. . Next, the mixture was subjected to a heat shock at 42 ° C. for 30 seconds, cooled at 0 ° C. for 2 minutes, and then SOC medium (2% bactotryptone, 0.5% bacto yeast extract, 20 mM glucose, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl). , 1 mM MgSO 4 and 1 mM MgCl 2 ) 0.8 ml were added, followed by shaking culture at 37 ° C. for 60 minutes. After shaking culture, 200 μl of the culture solution was plated on LB agar medium containing 100 μg / ml of ampicillin and cultured at 37 ° C. for 18 hours.

寒天培地上に生育した形質転換体コロニーについて、コロニーハイブリダイゼーション法を用いてHT40-6株由来のニトリルヒドラターゼ遺伝子を持つ形質転換体を選別した。すなわち、寒天培地上に生育した形質転換体をナイロンメンブレン(バイオダインA:日本ポール株式会社製)上に移し、菌体を溶かしてDNAを固定した後、ナイロンメンブレンを上記(2)で作製したプローブ(約200kb断片)で処理し、DIG Luminescent Detection Kit (ロシュ・ダイアグノスティック社製)を用いて、目的の組換え体DNAを含むコロニーを選択した。   From the transformant colonies grown on the agar medium, transformants having the nitrile hydratase gene derived from the HT40-6 strain were selected using the colony hybridization method. That is, the transformant grown on the agar medium was transferred onto a nylon membrane (Biodyne A: manufactured by Nihon Pall Co., Ltd.), the cells were dissolved and the DNA was fixed, and then the nylon membrane was prepared according to (2) above. After treatment with a probe (about 200 kb fragment), colonies containing the desired recombinant DNA were selected using DIG Luminescent Detection Kit (Roche Diagnostics).

(5) 組換え体プラスミドの調製
上記(4)で選択した形質転換体を、LB培地100mlにて37℃で一晩培養し、FlexiPrep Kit(アマシャムバイオサイエンス社製)を用いてプラスミドを抽出した。こうして得られた組換え体プラスミドをpMS057と名付けた。図1は、組換え体プラスミドpMS057構造を示す模式図である。図1において、「NHaseα」はニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子を意味し、そして「NHaseβ」はニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子を意味する。
(5) Preparation of recombinant plasmid The transformant selected in (4) above was cultured overnight at 37 ° C in 100 ml of LB medium, and the plasmid was extracted using FlexiPrep Kit (Amersham Biosciences). . The recombinant plasmid thus obtained was named pMS057. FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of recombinant plasmid pMS057. In FIG. 1, “NHaseα” means a nitrile hydratase α subunit gene, and “NHaseβ” means a nitrile hydratase β subunit gene.

(6) 塩基配列の決定
組換え体プラスミドpMS057の塩基配列を、CEQ2000XL(ベックマンコールター社製)を用いて決定した。その結果、配列番号7に示される塩基配列が得られた。配列番号7に示される塩基配列には、配列番号2または配列番号9に示されるアミノ酸配列からなるニトリルヒドラターゼαサブユニットタンパク質、と配列番号4または配列番号8に示されるアミノ酸配列からなるニトリルヒドラターゼβサブユニットタンパク質およびアクティベータ領域(配列番号10)をコードするオープンリーディングフレームが見出された。
(6) Determination of base sequence The base sequence of the recombinant plasmid pMS057 was determined using CEQ2000XL (Beckman Coulter). As a result, the base sequence represented by SEQ ID NO: 7 was obtained. The nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7 includes a nitrile hydratase α subunit protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 9, and a nitrile hydra consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 8. An open reading frame was found that encodes the Tase β subunit protein and activator region (SEQ ID NO: 10).

得られた株由来のニトリルヒドラターゼ遺伝子がコードするアミノ酸配列と既知の微生物由来のニトリルヒドラターゼのアミノ酸配列との比較を、以下の表6に示す。   Table 6 below shows a comparison between the amino acid sequence encoded by the obtained strain-derived nitrile hydratase gene and the amino acid sequence of a known microorganism-derived nitrile hydratase.

表6に示すように、HT40-6株由来のニトリルヒドラターゼ遺伝子は、例えば、ロドコッカス・ロドクロウスJ1(L型)由来の既知のニトリルヒドラターゼとアミノ酸配列レベルでαサブユニット及びβサブユニットのいずれも90%以上の相同性を有していることから、得られたHT40-6株由来のニトリルヒドラターゼ遺伝子が新規なニトリルヒドラターゼ遺伝子であることが分かった。   As shown in Table 6, the nitrile hydratase gene derived from the HT40-6 strain is, for example, a known nitrile hydratase derived from Rhodococcus rhodochrous J1 (L type) and any of α subunit and β subunit at the amino acid sequence level. Furthermore, it was found that the nitrile hydratase gene derived from the HT40-6 strain was a novel nitrile hydratase gene.

[実施例2]ロドコッカス(Rhodococcus)属細菌形質転換体の作製
実施例1で得られたプラスミドpMS057を鋳型として使用し、以下の表に示す反応液組成及びプライマーを用いてPCRを行った。
[Example 2] Production of Rhodococcus genus bacterial transformant Using the plasmid pMS057 obtained in Example 1 as a template, PCR was performed using the reaction solution composition and primers shown in the following table.

PCRは、Thermalcycler personal(宝酒造社製)を用いて、1サイクルが94℃:30秒、65℃:30秒及び72℃:3分である反応を30サイクル行った。   PCR was performed using Thermalcycler personal (Takara Shuzo Co., Ltd.) for 30 cycles of one cycle of 94 ° C: 30 seconds, 65 ° C: 30 seconds, and 72 ° C: 3 minutes.

PCR終了後、反応液5μlを0.7%アガロースゲルにおける電気泳動に供し、3kbのPCR産物の検出を行った。   After completion of PCR, 5 μl of the reaction solution was subjected to electrophoresis on a 0.7% agarose gel to detect a 3 kb PCR product.

PCR産物が検出されることを確認した後、反応液をGFX PCR DNA band and GelBand Purification kit(アマシャムバイオサイエンス社製)で精製し、制限酵素XbaIとSse8387Iで切断した。制限酵素処理を行ったPCR産物を、0.7%アガロースゲルにおける電気泳動に供し、3Kb付近のバンドを回収した。回収したPCR産物を、Ligation Kit(宝酒造社製)を用いてベクターpSJ034のXbaI-Sse8387I部位に連結し、組換え体プラスミドを作製した。得られた組換え体プラスミドを、pSMJ057と名付けた。図2は、組換え体プラスミドpSMJ057の構造を示す模式図である。図2において、「NHaseα」はニトリルヒドラターゼαサブユニット遺伝子を意味し、そして「NHaseβ」はニトリルヒドラターゼβサブユニット遺伝子を意味する。また、SK92-B1ニトリラーゼレギュレーターは、ロドコッカス・エリスロポリス(Rhodococcus erythropolis)SK92-B1株由来ニトリラーゼ遺伝子の制御遺伝子を意味する。   After confirming that the PCR product was detected, the reaction solution was purified with GFX PCR DNA band and GelBand Purification kit (manufactured by Amersham Biosciences) and cleaved with restriction enzymes XbaI and Sse8387I. The PCR product subjected to the restriction enzyme treatment was subjected to electrophoresis on a 0.7% agarose gel, and a band around 3 Kb was recovered. The collected PCR product was ligated to the XbaI-Sse8387I site of vector pSJ034 using Ligation Kit (Takara Shuzo) to prepare a recombinant plasmid. The resulting recombinant plasmid was named pSMJ057. FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of recombinant plasmid pSMJ057. In FIG. 2, “NHaseα” means the nitrile hydratase α subunit gene, and “NHaseβ” means the nitrile hydratase β subunit gene. The SK92-B1 nitrilase regulator means a regulatory gene of the nitrilase gene derived from Rhodococcus erythropolis SK92-B1 strain.

上記ベクターpSJ034は、ロドコッカス菌においてニトリルヒドラターゼ遺伝子を発現させることができることが既に知られているプラスミドである。ベクターpSJ034は、特開平10-337185号公報に示される方法に従い、ベクターpSJ023から作製することが可能である。 pSJ023は、形質転換体ATCC12674/pSJ023(FERM BP-6232)として独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1-1-1中央第6)に寄託されている。   The vector pSJ034 is a plasmid already known to be able to express a nitrile hydratase gene in Rhodococcus bacteria. Vector pSJ034 can be prepared from vector pSJ023 according to the method disclosed in JP-A-10-337185. pSJ023 has been deposited as a transformant ATCC12674 / pSJ023 (FERM BP-6232) at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center (Chuo 1-1-1, Higashi 1-1-1, Tsukuba, Ibaraki Prefecture).

組換え体プラスミドpSMJ057に挿入された遺伝子の塩基配列を確認し、HT40-6菌由来のニトリルヒドラターゼ遺伝子であることを確認した。   The nucleotide sequence of the gene inserted into the recombinant plasmid pSMJ057 was confirmed and confirmed to be a nitrile hydratase gene derived from HT40-6.

(2)ロドコッカス(Rhodococcus)属細菌形質転換体の作製
ロドコッカス・ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous) ATCC 12674 株の対数増殖期の細胞を遠心分離器により集菌し、氷冷した滅菌水にて3回洗浄し、滅菌水に懸濁した。(1)で調製したプラスミド(pSMJ057)各 1μlと菌体懸濁液各10μlを混合し、各々氷冷した。キュベットに各プラスミドと各菌体の懸濁液を入れ、遺伝子導入装置 Gene Pulser (BIO RAD)により2.0KV、200 OHMSで電気パルス処理を行った。電気パルス処理液を氷冷下10分静置し、37℃で10分間ヒートショクを行った。その後、キュベットにMYK培地(0.5%ポリペプトン、0.3%バクトイーストエキス、0.3%バクトモルトエキス、0.2%K2HPO4 、0.2% KH2PO4 )500μl を加え、30℃、5時間静置した後、50μg/mlカナマイシン入りMYK寒天培地に塗布し、30℃、3日間培養した。得られたコロニーのプラスミドを確認し、2種の形質転換体(ロドコッカス・ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous) ATCC12674/pSMJ057)を得た。
(2) Production of Rhodococcus genus bacterial transformants Cells in the logarithmic growth phase of Rhodococcus rhodochrous ATCC 12674 were collected using a centrifuge and washed three times with ice-cold sterile water. And suspended in sterilized water. 1 μl each of the plasmid (pSMJ057) prepared in (1) and 10 μl each of the cell suspension were mixed, and each was ice-cooled. A suspension of each plasmid and each bacterial cell was placed in a cuvette and subjected to electric pulse treatment at 2.0 KV and 200 OHMS using a gene introduction device Gene Pulser (BIO RAD). The electric pulse treatment solution was allowed to stand for 10 minutes under ice-cooling, and heat shocked at 37 ° C. for 10 minutes. Then add 500μl of MYK medium (0.5% polypeptone, 0.3% bacto yeast extract, 0.3% bacto malt extract, 0.2% K2HPO4, 0.2% KH2PO4) to the cuvette, let stand at 30 ° C for 5 hours, and then add 50μg / ml kanamycin. It was applied to a MYK agar medium and cultured at 30 ° C. for 3 days. The plasmid of the obtained colony was confirmed, and two types of transformants (Rhodococcus rhodochrous ATCC12674 / pSMJ057) were obtained.

[実施例3]ニトリルヒドラターゼ活性の測定
実施例2で得られたロドコッカス・ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous) ATCC12674/pSMJ057をGGPK培地(1.5%グルコース、1%グルタミン酸ナトリウム、0.1%バクトイーストエキス、0.05%K2HPO4、0.05%KH2PO4、0.05% MgSO4・7H2O、カナマイシン 50μg/ml、pH7.2)100mlに植菌し、30℃で72時間振盪培養した。
[Example 3] Measurement of nitrile hydratase activity Rhodococcus rhodochrous ATCC12674 / pSMJ057 obtained in Example 2 was added to GGPK medium (1.5% glucose, 1% sodium glutamate, 0.1% bactoeast extract, 0.05% K2HPO4 , 0.05% KH2PO4, 0.05% MgSO4 · 7H2O, kanamycin 50 μg / ml, pH 7.2) and inoculated into 100 ml, and cultured with shaking at 30 ° C. for 72 hours.

また、比較例としてロドコッカス sp. HT40-6を下記培地に接種し30℃で96時間、好気的に培養を行った。
培地(pH7.4)
グルコース 27g
ポリペプトン 4g
酵母エキス 2g
硫酸アンモニウム 0.2g
硝酸アンモニウム 2g
MgCl2 0.2g
CaCl2 40mg
MnSO4 ・4H2 O 4mg
FeCl3 ・7H2 O 0.7mg
ZnSO4 ・7H2 O 0.1mg
ε−カプロラクタム 4g
CoCl2 ・6H2 O 30mg
30mMりん酸緩衝液(pH7.4) 1000ml
As a comparative example, Rhodococcus sp. HT40-6 was inoculated into the following medium and cultured aerobically at 30 ° C. for 96 hours.
Medium (pH7.4)
Glucose 27g
Polypepton 4g
Yeast extract 2g
Ammonium sulfate 0.2g
Ammonium nitrate 2g
MgCl 2 0.2g
CaCl 2 40mg
MnSO 4・ 4H 2 O 4mg
FeCl 3・ 7H 2 O 0.7mg
ZnSO 4・ 7H 2 O 0.1mg
ε-Caprolactam 4g
CoCl 2・ 6H 2 O 30mg
30mM phosphate buffer (pH7.4) 1000ml

遠心分離により各々の菌体を20mMりん酸緩衝液(pH7.5)で3回洗浄した。沈殿菌体を20mMマンデロニトリルを含む1.5mlの上記緩衝液に懸濁し、30℃で30分振盪しながら反応を行った。反応終了後、各々の反応液を遠心分離し菌体を除去した後、上清中のマンデルアミド含量を液体クロマトグラフィー(カラム;SHODEX ODSF511A,キャリヤ;0.2MH3 PO4 :アセトニトリル=4:1,モニター;208nm)で分析した。また生成したマンデルアミドの光学純度は光学分割用カラム(CHIRALCEL CA−1,ダイセル化学工業、キャリヤ;100%エタノール)を用いて測定した。結果を表8に示した。
活性(U)は1分間に1μmolの生成物を生成する酵素量とし、乾燥菌体(DC)当たりの比活性として記した。
Each cell was washed three times with 20 mM phosphate buffer (pH 7.5) by centrifugation. The precipitated cells were suspended in 1.5 ml of the above buffer containing 20 mM mandelonitrile, and the reaction was performed while shaking at 30 ° C. for 30 minutes. After completion of the reaction, each reaction solution was centrifuged to remove the cells, and then the mandelamide content in the supernatant was measured by liquid chromatography (column; SHODEX ODSF511A, carrier; 0.2MH 3 PO 4 : acetonitrile = 4: 1, Analysis with a monitor (208 nm). The optical purity of the produced mandelamide was measured using an optical resolution column (CHIRALCEL CA-1, Daicel Chemical Industries, Carrier; 100% ethanol). The results are shown in Table 8.
The activity (U) was defined as the specific activity per dry cell (DC) as the amount of enzyme that produced 1 μmol of product per minute.

以上実施例にしめしたように、形質転換体ATCC12674/pSMJ057は触媒能力が極めて高いので、この形質転換体を用いることでマンデロニトリルから効率的に光学活性なS-(+)-マンデルアミドを製造することができる。   As shown in the above examples, the transformant ATCC12674 / pSMJ057 has a very high catalytic ability. By using this transformant, optically active S-(+)-mandelamide is efficiently converted from mandelonitrile. Can be manufactured.

プラスミドpMS057の構成図である。FIG. 6 is a structural diagram of plasmid pMS057. プラスミドpSMJ057の構成図である。FIG. 6 is a structural diagram of plasmid pSMJ057.

配列番号5:合成DNA
配列番号6:合成DNA
配列番号7:pMS057(実施例1)
配列番号11:合成DNA
配列番号12:合成DNA
Sequence number 5: Synthetic DNA
Sequence number 6: Synthetic DNA
SEQ ID NO: 7: pMS057 (Example 1)
SEQ ID NO: 11: synthetic DNA
SEQ ID NO: 12: synthetic DNA

Claims (9)

以下の(a)のタンパク質と(b)のタンパク質とを含むニトリルヒドラターゼタンパク質。
(a) 配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
(b) 配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質。
A nitrile hydratase protein comprising the following protein (a) and protein (b):
(a) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
(b) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4.
配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるニトリルヒドラターゼαサブユニット機能を有するタンパク質。 A protein having the function of a nitrile hydratase α subunit consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2. 請求項2記載のタンパク質をコードする遺伝子。 A gene encoding the protein according to claim 2. 配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるニトリルヒドラターゼβサブユニット機能を有するタンパク質。 A protein having the function of a nitrile hydratase β subunit consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4. 請求項4記載のタンパク質をコードする遺伝子。 A gene encoding the protein according to claim 4. 請求項3記載の遺伝子及び/又は請求項5記載の遺伝子を含有する組換えベクター。 A recombinant vector containing the gene according to claim 3 and / or the gene according to claim 5. 請求項6記載の組換ベクターを有する形質転換体。 A transformant comprising the recombinant vector according to claim 6. 請求項7記載の形質転換体を培養し、培養物中からニトリルヒドラターゼタンパク質を回収する、ニトリルヒドラターゼタンパク質の製造方法。 A method for producing a nitrile hydratase protein, comprising culturing the transformant according to claim 7 and recovering the nitrile hydratase protein from the culture. 請求項7記載の形質転換体の培養物又はその処理物をニトリル化合物と接触させ、アミド化合物を回収する、アミド化合物の製造方法。 A method for producing an amide compound, comprising contacting the culture of the transformant according to claim 7 or a treated product thereof with a nitrile compound to recover the amide compound.
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WO2022172880A1 (en) * 2021-02-10 2022-08-18 三菱ケミカル株式会社 Improved nitrile hydratase reactivity using aldehyde

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