JP2011019429A - Yeast holding cellulase on the cell surface and utilization thereof - Google Patents

Yeast holding cellulase on the cell surface and utilization thereof Download PDF

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勝典 幸田
Takao Imaeda
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To find a cellulase suitable for being used together with other cellulases, when held on the cell surface of the yeast, and utilize the cellulase. <P>SOLUTION: There is provided a yeast holding, on the cell surface of the yeast, one or more cellulases selected from the group consisting of cellobiohydrolase Cel 5F and endoglucanase Cel 5C belonging to glucosidase family-5, endoglucanase Cel 8A belonging to glucosidase family-8, endoglucanase Cel 9D, endoglucanase Cel 9R, cellobiohydrolase Cel 9K, and cellobiohydrolase Cbh A belonging to glucosidase family-9, and a combination thereof. The yeast or the combination thereof is used. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、セルラーゼを細胞表層に保持する酵母及びその利用に関する。   The present invention relates to yeast that retains cellulase on the cell surface and use thereof.

近年、石油資源の将来的な枯渇を考慮して、再生利用可能なバイオマス資源が注目されている。植物系バイオマスの基本成分であるセルロースは、複数種類のセルラーゼによる協同的又は段階的な反応によって分解される。効率的なセルロースの利用のためには、セルロースの分解に用いるセルラーゼの組み合わせの選択も重要であると考えられている。   In recent years, recyclable biomass resources have attracted attention in consideration of future depletion of petroleum resources. Cellulose, which is a basic component of plant biomass, is decomposed by a cooperative or stepwise reaction by a plurality of types of cellulases. For efficient use of cellulose, selection of a combination of cellulases used for cellulose degradation is also considered important.

一方、酵母などの細胞表層に酵素などのタンパク質を提示させる技術が知られている。発酵能の高い酵母の表層にセルラーゼを提示して、バイオマス等に由来するセルロースを分解し、糖化する試みも行われている(非特許文献1)。この文献には、トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reesei)由来のβ−グルコシダーゼI、エンドグルカナーゼII(GHファミリー5)及びセロビオヒドロラーゼII(GHファミリー6)から選択される酵素をいくつか組み合わせて表層提示したことが記載されている。また、エンドグルカナーゼとセロビオヒドロラーゼの双方を表層提示した酵母が、エンドグルカナーゼのみを提示した酵母よりも非晶性セルロースをよく分解したことが記載されている。   On the other hand, a technique for presenting a protein such as an enzyme on the surface of a cell such as yeast is known. Attempts have also been made to present cellulase on the surface layer of yeast having high fermentability to decompose and saccharify cellulose derived from biomass or the like (Non-patent Document 1). In this document, a combination of several enzymes selected from β-glucosidase I, endoglucanase II (GH family 5) and cellobiohydrolase II (GH family 6) derived from Trichoderma reesei was surface-displayed. It is described. Moreover, it is described that the yeast which surface-displayed both endoglucanase and cellobiohydrolase decomposed amorphous cellulose better than the yeast which displayed only endoglucanase.

また、クロストリジウム属菌など、細胞表層においてセルロソームと称されるセルラーゼ複合体におけるスキャホールディンタンパク質の構成要素とセルラーゼとの人工的なタンパク質複合体を構築する試みも行われている(非特許文献2,3)。これらの文献には、それぞれ大腸菌や枯草菌で遺伝子工学的に生産させた人工的なスキャホールディンタンパク質と人工的なキメラセルラーゼとを、in vitroで複合化して人工的タンパク質複合体を構築することが記載されている。また、かかる人工的タンパク質複合体で、セルロースを分解して組み合わせの効果を評価したことが記載されている。   In addition, an attempt has been made to construct an artificial protein complex of a scaffolding protein component and a cellulase in a cellulase complex called cellulosome in the cell surface layer such as Clostridium bacteria (Non-patent Document 2). , 3). In these documents, artificial scaffolding proteins and artificial chimeric cellulases produced by genetic engineering in Escherichia coli and Bacillus subtilis are combined in vitro to construct artificial protein complexes. Is described. Further, it is described that cellulose was decomposed with such an artificial protein complex to evaluate the effect of the combination.

Fujita, Y., et al., App 70(2)1207-1212(2004)Fujita, Y., et al., App 70 (2) 1207-1212 (2004) Fierobe, H. P., et al., J. Biol. Chem., 277(51), 49621-630(2002)Fierobe, H. P., et al., J. Biol. Chem., 277 (51), 49621-630 (2002) Fierobe, H. P., et al., J. Biol. Chem., 280(16), 16325-334(2005)Fierobe, H. P., et al., J. Biol. Chem., 280 (16), 16325-334 (2005)

しかしながら、非特許文献1では、単に、周知事実であるところの、エンドグルカナーゼとセロビオヒドロラーゼとによれば、エンドグルカナーゼ単独よりもセルロースを効果的に分解できるということを、酵母の細胞表層に保持した状態に示したに過ぎない。また、非特許文献2、3は、複合体は大腸菌に生産させてin vitroで構築したタンパク質の複合体についての評価に過ぎない。したがって、その評価において好ましいセルラーゼの組み合わせが、酵母の表層に保持させたときの好ましいセルラーゼの組み合わせであるとは予測できない。酵母での発現や表層提示に際して、タンパク質の糖鎖修飾があり、その酵素活性が低下することが低くない確率で生じるからである。さらに、非特許文献2、3は、セルラーゼの一部、すなわち、クロストリジウム・セルロリティカム(Clostridium cellulolyticum)由来のセルラーゼについての評価結果であり、他の微生物に由来するセルラーゼや他のセルラーゼに直ちに適用できるものでもない。   However, in Non-Patent Document 1, it is a well-known fact that, according to endoglucanase and cellobiohydrolase, it is retained in the cell surface layer of yeast that cellulose can be decomposed more effectively than endoglucanase alone. It is only shown in the state. Non-Patent Documents 2 and 3 are merely evaluations of protein complexes produced in vitro by producing the complex in E. coli. Therefore, it is not possible to predict that a preferable combination of cellulases in the evaluation is a preferable combination of cellulases when retained on the surface of yeast. This is because there is a sugar chain modification of a protein during expression in yeast or surface display, and the enzyme activity decreases with a low probability. Furthermore, Non-Patent Documents 2 and 3 are evaluation results for cellulases derived from some cellulases, that is, Clostridium cellulolyticum, and are immediately applied to cellulases derived from other microorganisms and other cellulases. It can't be done.

そこで、本発明は、酵母の細胞表層に保持したとき、他のセルラーゼと組み合わせて用いるのに好適なセルラーゼを見出し、これを利用することを目的とする。   Therefore, the present invention aims to find a cellulase suitable for use in combination with another cellulase when it is held on the cell surface of yeast, and to use it.

本発明者らは、酵母での発現及び表層での保持に適したセルラーゼを各種探索するとともに、他のセルラーゼと組み合わせることでセルロースの分解に相乗効果を呈する複数の酵素を見出した。本発明者らは、これらの知見に基づき本発明を完成した。   The present inventors have searched for various cellulases suitable for expression in yeast and retention on the surface layer, and have found a plurality of enzymes that have a synergistic effect on cellulose degradation by combining with other cellulases. The present inventors have completed the present invention based on these findings.

本発明によれば、糖質分解酵素ファミリー5に属するセロビオヒドロラーゼCel 5F、同エンドグルカナーゼCel 5C、糖質分解酵素ファミリー8に属するエンドグルカナーゼCel 8A、糖質分解酵素ファミリー9に属するエンドグルカナーゼCel 9D、同エンドグルカナーゼCel 9R、同セロビオヒドロラーゼ Cel 9K及び同セロビオヒドロラーゼCbh Aからなる群(以下、セルラーゼ群ともいう。)から選択される1種又は2種以上のセルラーゼを細胞表層に保持する酵母又はその組み合わせが提供される。   According to the present invention, cellobiohydrolase Cel 5F belonging to saccharolytic enzyme family 5, endoglucanase Cel 5C, endoglucanase Cel 8A belonging to saccharolytic enzyme family 8, endoglucanase Cel belonging to saccharolytic enzyme family 9 One or more cellulases selected from the group consisting of 9D, the same endoglucanase Cel 9R, the same cellobiohydrolase Cel 9K and the same cellobiohydrolase Cbh A (hereinafter also referred to as cellulase group) are retained on the cell surface layer. Yeast or a combination thereof is provided.

本発明の酵母においては、前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、少なくともプロセッシブ型のセルラーゼを含む2種類以上であることが好ましい。また、前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、少なくとも、糖質分解酵素ファミリー9に属するセルラーゼを含む2種類以上であることが好ましい。さらに、前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、以下の表1の第1欄に示すセルラーゼと当該第1欄に対応する第2欄に記載のセルラーゼから選択される1種又は2種以上とを含むことが好ましく、また、以下の表2の第1欄に示すセルラーゼと当該第1欄に対応する第2欄に記載のセルラーゼから選択される1種又は2種以上とを含むことも好ましい。なお、本明細書におけるCel 9Dは後述するCAZyのGHFサーバー(http://www.cazy.org/fam/acc_GH.html)においてCel 9Aとも表記されている。また、本明細書におけるCbh Aは、CAZyにおいて、Cbh 9Aとも表記されている。   In the yeast of the present invention, the cellulase retained in the cell surface layer of the yeast is preferably at least two kinds including at least a processive cellulase. Moreover, it is preferable that the cellulases retained in the cell surface layer of the yeast are at least two kinds including cellulases belonging to the saccharide-degrading enzyme family 9. Furthermore, the cellulase retained in the cell surface layer of the yeast is one or two selected from the cellulase shown in the first column of Table 1 below and the cellulase described in the second column corresponding to the first column. Preferably, the cellulase shown in the first column of Table 2 below and one or more selected from the cellulases described in the second column corresponding to the first column are included. Is also preferable. Note that Cel 9D in this specification is also expressed as Cel 9A in CAZy's GHF server (http://www.cazy.org/fam/acc_GH.html) described later. Further, Cbh A in this specification is also expressed as Cbh 9A in CAZy.

本発明の酵母においては、前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、それぞれ以下の表3に記載の配列番号で表される塩基配列又はアミノ酸配列と以下の関係を有することが好ましい。
(a)表3に記載の各配列番号で表される塩基配列からなる遺伝子によってコードされるセルラーゼ
(b)表3に記載の各配列番号で表される塩基配列からなるDNAと相補的なDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズする遺伝子によってコードされ対応するセルラーゼ活性を有するセルラーゼ
(c)表3に記載の各配列番号で表される塩基配列に対して70%以上の相同性を有する塩基配列からなる遺伝子によってコードされ対応するセルラーゼ活性を有するセルラーゼ
(d)表3に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列を有するセルラーゼ
(e)表3に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列において、1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列を有し対応するセルラーゼ活性を有するセルラーゼ
(f)表3に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列に対して70%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し対応するセルラーゼ活性を有するセルラーゼ
In the yeast of this invention, it is preferable that the said cellulase hold | maintained at the cell surface layer of the said yeast has the following relationship with the base sequence or amino acid sequence represented by the sequence number of the following Table 3, respectively.
(A) Cellulase encoded by a gene consisting of the base sequence represented by each sequence number described in Table 3 (b) DNA complementary to the DNA comprising the base sequence represented by each sequence number described in Table 3 A cellulase encoded by a gene that hybridizes under stringent conditions with cellulase activity (c) a base sequence having 70% or more homology to the base sequence represented by each sequence number in Table 3 A cellulase having a corresponding cellulase activity encoded by a gene comprising: (d) a cellulase having an amino acid sequence represented by each SEQ ID NO: listed in Table 3 (e) an amino acid sequence represented by each SEQ ID NO: listed in Table 3 In which one or more amino acids are deleted, substituted or added and have a corresponding cellulase activity (F) cellulase having corresponding cellulase activity has an amino acid sequence having 70% or more identity to the amino acid sequence represented by the SEQ ID NO set forth in Table 3

本発明の酵母又はその組み合わせ前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、クロストリジウム属(Clostridium)由来であることが好ましく、より好ましくは、クロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)由来である。前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、セルロソーム生産微生物のスキャホールディンタンパク質由来のタンパク質を介して前記細胞表層に保持されていることも好ましく、より好ましくは、クロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)のスキャホールディンタンパク質由来である。さらに、前記スキャホールディンタンパク質由来のタンパク質は、タイプIスキャホールディンタンパク質由来であることが好ましい。   The yeast of the present invention or a combination thereof The cellulase retained on the cell surface of the yeast is preferably derived from Clostridium, more preferably from Clostridium thermocellum. The cellulase retained on the cell surface of the yeast is also preferably retained on the cell surface via a protein derived from a scaholdin protein of a cellulosome-producing microorganism, more preferably Clostridium thermocellum. Derived from the Scaffoldin protein. Further, the protein derived from the scaffolding protein is preferably derived from a type I scaffolding protein.

さらに、本発明の酵母又はその組み合わせは、β−グルコシダーゼを分泌生産する酵母を含むことが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the yeast of the present invention or a combination thereof includes a yeast that secrete-produces β-glucosidase.

本発明によれば、セルラーゼを用いてセルロースからセルロース分解産物を生産する方法であって、本発明の酵母又はその組み合わせを用いて、前記酵母又はその組み合わせが保持する2種以上の前記セルラーゼを用いてセルロースを分解する工程、を備える、生産方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a method for producing a cellulose degradation product from cellulose using cellulase, wherein the yeast of the present invention or a combination thereof is used, and the two or more cellulases retained by the yeast or the combination thereof are used. And a step of decomposing cellulose.

本発明によれば、セルロースから有用物質を生産する方法であって、本発明の酵母又はその組み合わせを用いて、前記酵母又はその組み合わせが保持する2種類以上の前記セルラーゼを用いてセルロースを分解して得られたセルロース分解産物を含む炭素源を利用して、前記酵母又は他の微生物により有用物質を生産する工程、を備える、生産方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a method for producing a useful substance from cellulose, wherein the yeast of the present invention or a combination thereof is used to decompose cellulose using two or more cellulases held by the yeast or the combination thereof. And a step of producing a useful substance by the yeast or other microorganisms using a carbon source containing a cellulose degradation product obtained in this manner.

実施例で用いる2μmベクターの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of 2 micrometers vector used in an Example. 酵母の表層に保持した各種セルラーゼのCMC分解活性に基づく活性評価結果を示す図である。It is a figure which shows the activity evaluation result based on the CMC decomposition | disassembly activity of various cellulases hold | maintained on the surface layer of yeast. 実施例2で作製した酵母を単独及び2種類を組み合わせたときの、0.5%PSC分解活性に基づく活性評価結果を示す図である。It is a figure which shows the activity evaluation result based on 0.5% PSC decomposition | disassembly activity when the yeast produced in Example 2 was individual and it combined 2 types. 実施例2で作製した酵母を単独及び2種類を組み合わせたときの、1%アビセル分解活性に基づく活性評価結果を示す図である。It is a figure which shows the activity evaluation result based on 1% Avicel decomposition | disassembly activity when the yeast produced in Example 2 was individual and it combined 2 types. 実施例5で作製した酵母(2種類のセルラーゼを同時発現)を用いたときの結晶性セルロース(商品名アビセル)の分解活性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the decomposition | disassembly activity of crystalline cellulose (trade name Avicel) when using the yeast produced in Example 5 (simultaneous expression of two types of cellulases). 実施例5で作製して最もセルロース分解活性の高い同時発現酵母を用いて結晶セルロースを含有する培地で発酵したときの培地中のエタノール濃度を示すグラフ図である。It is a graph which shows the ethanol density | concentration in a culture medium when it ferments with the culture medium containing crystalline cellulose using the co-expression yeast which is produced in Example 5 and has the highest cellulose decomposition activity.

本発明は、上記セルラーゼ群から選択される1種又は2種以上のセルラーゼを細胞表層に保持する酵母又はその組み合わせに関する。本発明の酵母又はその組み合わせは、酵母の細胞表層において保持されその活性を発現するのに好ましいセルラーゼを保持しており、効率よくセルロースを分解することができる。特に、これらのセルラーゼのなかでもプロセッシブ型のセルラーゼ及び/又は糖質分解酵素ファミリー9に属するセルラーゼを、他のセルラーゼと組み合わせて用いることで高いセルロース分解活性を得ることができる。   The present invention relates to a yeast or a combination thereof that retains one or more cellulases selected from the cellulase group in a cell surface layer. The yeast of the present invention or a combination thereof retains a cellulase that is preferable for expressing the activity retained in the cell surface layer of the yeast, and can efficiently decompose cellulose. In particular, among these cellulases, a high cellulolytic activity can be obtained by using a processive cellulase and / or a cellulase belonging to the saccharide-degrading enzyme family 9 in combination with other cellulases.

セルロースを酵母等の表層に保持させたセルラーゼで分解する場合、そのセルラーゼの組み合わせは極めて重要である。多種類の酵素の発現は酵母の発酵能や増殖能を低下させるおそれがあり、あまりに多種類の酵素の使用はコスト的にも好ましくない。   When cellulose is decomposed by cellulase held on the surface layer of yeast or the like, the combination of the cellulases is extremely important. The expression of many kinds of enzymes may reduce the fermentation ability and growth ability of yeast, and the use of too many kinds of enzymes is not preferable in terms of cost.

以下、本発明の酵母又はその組み合わせ及びその利用について詳細に説明する。なお、本明細書において、本発明の酵母の組み合わせとは、保持するセルラーゼの種類が異なる2種類以上の酵母の組み合わせ(混合物又はセット)を意味している。   Hereinafter, the yeast of the present invention or a combination thereof and use thereof will be described in detail. In the present specification, the yeast combination of the present invention means a combination (mixture or set) of two or more yeasts having different types of cellulase to be held.

(セルラーゼ)
本発明の酵母が細胞表層に保持するセルラーゼは、糖質分解酵素ファミリー5に属するセロビオヒドロラーゼCel 5F、同エンドグルカナーゼCel 5C、糖質分解酵素ファミリー8に属するエンドグルカナーゼCel 8A、糖質分解酵素ファミリー9に属するエンドグルカナーゼCel 9D、同エンドグルカナーゼCel 9R、同セロビオヒドロラーゼ Cel 9K及び同セロビオヒドロラーゼCbh Aからなる群から選択される。
(Cellulase)
Cellulases retained by the yeast of the present invention on the cell surface include cellobiohydrolase Cel 5F belonging to saccharide-degrading enzyme family 5, endoglucanase Cel 5C, endoglucanase Cel 8A belonging to saccharide-degrading enzyme family 8, and saccharide-degrading enzyme It is selected from the group consisting of endoglucanase Cel 9D belonging to family 9, endoglucanase Cel 9R, cellobiohydrolase Cel 9K and cellobiohydrolase Cbh A.

これらのセルラーゼは、糖質関連酵素のアミノ酸配列及び触媒部位の立体構造等を解析することにより区分されたタンパク質構造的分類である糖質分解酵素ファミリー(GHF)サーバー(http://www.cazy.org/fam/acc_GH.html、Henrissat B (1991) A classification of glycosyl hydrolases based on amino-acid sequence similarities. Biochem. J. 280:309-316 )によって特徴付けられている。本発明において用いるセルラーゼは、セロビオヒドロラーゼ(国際生化学酵素委員会による分類に基づくEnzyme commission(EC)番号;EC 3.2.1.91)又はエンドグルカナーゼ(同;EC 3.2.1.4)であって、しかも、属するGHFにおいて同一酵素名(例えば、Cel 5F等の酵素名である。)が付与されているものあるいは今後同一の酵素名が付与されるものを含んでいる。   These cellulases are classified into glycoproteinase family (GHF) servers (http: //www.cazy), which are protein structural classes classified by analyzing the amino acid sequence of carbohydrate-related enzymes and the three-dimensional structure of the catalytic site. .org / fam / acc_GH.html, Henrissat B (1991) A classification of glycosyl hydrolases based on amino-acid sequence similarities. Biochem. J. 280: 309-316). The cellulase used in the present invention is cellobiohydrolase (Enzyme commission (EC) number based on classification by the International Commission on Biochemical Enzymes (EC) number: EC 3.2.1.91) or endoglucanase (same; EC 3.2.1.4), The GHFs to which the same enzyme name (for example, an enzyme name such as Cel 5F) is assigned or those to which the same enzyme name is assigned in the future are included.

なお、セルラーゼは、セルロース分子鎖を捉えたまま連続的に移動しながら加水分解反応を行う態様があることが知られており、このような分解態様をプロセッシブな分解と称されている。分解態様からは、セロビオヒドロラーゼ(CBH)と称されるセルラーゼは、プロセッシブ型セルラーゼであると考えられる。また、エンドグルカナーゼと称されるセルラーゼは、通常、非プロセッシブ型セルラーゼであると考えられるが、一部、プロセッシブ型(表4中のCel 9R(PEG))が知られている。   Cellulase is known to have a mode of performing a hydrolysis reaction while continuously moving while capturing a cellulose molecular chain, and this type of degradation is called processive degradation. From the degradation aspect, the cellulase called cellobiohydrolase (CBH) is considered to be a processive cellulase. Cellulase called endoglucanase is generally considered to be a non-processive cellulase, but partly a processive type (Cel 9R (PEG) in Table 4) is known.

本発明で用いるセルラーゼを、GHF、酵素名、酵素の種類とともに表4に示す。また、典型例として、実施例に開示するクロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)に由来するセルラーゼの塩基配列及びアミノ酸配列も併せて示す。なお、これらの配列は、いずれもシグナルペプチドに対応するアミノ酸配列及びそれをコードする塩基配列を包含している。シグナルペプチドは、例えば、公知のSignalP 2.0などの分泌シグナル配列予測プログラムよって予測することができる。後述するアミノ酸配列及び塩基配列の同一性等の決定にあたっては、こうしたプログラムによって予測されるシグナルペプチドを除いた成熟ペプチドを利用してもよい。   Cellulases used in the present invention are shown in Table 4 together with GHF, enzyme name, and enzyme type. As a typical example, the base sequence and amino acid sequence of cellulase derived from Clostridium thermocellum disclosed in Examples are also shown. Each of these sequences includes an amino acid sequence corresponding to the signal peptide and a base sequence encoding it. The signal peptide can be predicted by, for example, a known secretory signal sequence prediction program such as SignalP 2.0. In determining the identity of the amino acid sequence and base sequence, which will be described later, a mature peptide excluding the signal peptide predicted by such a program may be used.

これらの酵素は、いずれも、酵母の細胞表層に保持させてセルロースを分解するのに適しているが、なかでも、プロセッシブ型セルラーゼやGHF9に属するセルラーゼを好ましく用いることができる。これらのセルラーゼは、表4に示す他のプロセッシブ型又は非プロセッシブ型セルラーゼや、他のGHF9、GHF5、GHF8に属する他のセルラーゼと組み合わせることで高いセルロース分解活性を呈することができる。   All of these enzymes are suitable for degrading cellulose by being retained on the surface of yeast cells, and among them, processive cellulases and cellulases belonging to GHF9 can be preferably used. These cellulases can exhibit high cellulolytic activity by combining with other processive or non-processive cellulases shown in Table 4 and other cellulases belonging to other GHF9, GHF5, and GHF8.

非晶質セルロースの分解には、以下の表に示すように、プロセッシブ型セルラーゼが有効であり、Cel 9R(PEG)が非プロセッシブ型セルラーゼとの相乗効果及び分解活性に優れている。Cel 9Rは、Cel 5F(CBH)などのGHF5に属するセルラーゼ、Cel 8A(EG)などのGHF8に属するセルラーゼ及びCel 9D(EG)などのGHF9に属するセルラーゼとともに良好な相乗効果及びセルロース分解活性を発揮することができる。なかでも、Cel 9D及び/又はCel 8Aと好ましく組み合わされる。   As shown in the following table, a processive cellulase is effective for decomposing amorphous cellulose, and Cel 9R (PEG) is excellent in synergistic effect and decomposition activity with non-processive cellulase. Cel 9R exhibits a good synergistic effect and cellulolytic activity with cellulases belonging to GHF5 such as Cel 5F (CBH), cellulases belonging to GHF8 such as Cel 8A (EG) and cellulases belonging to GHF9 such as Cel 9D (EG). can do. Among them, it is preferably combined with Cel 9D and / or Cel 8A.

また、非晶質セルロースの分解には、表1に示すように、GHF5に属するCel 5F(CBH)が適している。Cel 5Fは、Cel 8A(EG)などのGHF8に属するセルラーゼやCel 9D(EG)やCel 9R(PEG)などのGHF9に属するセルラーゼとともに良好な相乗効果及びセルロース分解活性を発揮することができる。なかでも、Cel 9Dと好ましく組み合わされる。   As shown in Table 1, Cel 5F (CBH) belonging to GHF5 is suitable for decomposing amorphous cellulose. Cel 5F can exhibit a good synergistic effect and cellulolytic activity together with cellulases belonging to GHF8 such as Cel 8A (EG) and cellulases belonging to GHF9 such as Cel 9D (EG) and Cel 9R (PEG). Among them, it is preferably combined with Cel 9D.

結晶性セルロースの分解には、表2に示すように、GHF9に属するプロセッシブ型セルラーゼと他のセルラーゼと組み合わせることで、高い相乗効果と分解活性を発揮できる。すなわち、GHF9に属するCel 9R(PEG)、Cel 9K(CBH)及びCbh A(CBH)が適している。これらのGHF9に属する酵素は、Cel 5F(CBH)などのGHF5に属するセルラーゼやCel 8A(EG)などのGHF8に属するセルラーゼと組み合わせることで高い相乗効果及びセルロース分解活性を発揮することができる。また、これらの酵素は、互いに又は他のGHF9に属するエンドグルカナーゼであるCel 9D(EG)と組み合わせて用いることで高い結晶性セルロース分解活性も発揮することができる。   As shown in Table 2, when synthesizing crystalline cellulose, a high synergistic effect and decomposition activity can be exhibited by combining a processive cellulase belonging to GHF9 with another cellulase. That is, Cel 9R (PEG), Cel 9K (CBH) and Cbh A (CBH) belonging to GHF9 are suitable. Enzymes belonging to GHF9 such as Cel 5F (CBH) and cellulases belonging to GHF8 such as Cel 8A (EG) can exhibit a high synergistic effect and cellulolytic activity. These enzymes can also exhibit high crystalline cellulolytic activity when used in combination with Cel 9D (EG), which is an endoglucanase belonging to each other or other GHF9.

GHF9に属するCel 9R、Cel 9K及びCbh Aは、いずれも単独では結晶性セルロースに対して低い分解活性しか示さないが、GHF8に属するエンドグルカナーゼであるCel 8A、GHF5に属するエンドグルカナーゼであるCel 5F及びGHFに属するエンドグルカナーゼであるCel 9Dと組み合わせること高い結晶性セルロース分解活性を発揮することができる。   Cel 9R, Cel 9K and Cbh A belonging to GHF9 all show low degradation activity on crystalline cellulose alone, but Cel 8A which is an endoglucanase belonging to GHF8 and Cel 5F which is an endoglucanase belonging to GHF5. In combination with Cel 9D, which is an endoglucanase belonging to GHF, high crystalline cellulose degrading activity can be exhibited.

以上のことから、以下のセルラーゼの組み合わせが好適な組み合わせとして挙げられる。左欄の酵素を用いるとき、非晶質セルロースを分解するのに好ましく組み合わせることのできる酵素を中欄に示し、結晶質セルロースを分解するのに好ましく組み合わせることのできる酵素を右欄に示す。中欄と右欄とにそれぞれ示す酵素は1種類のみを組み合わせてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよいし、全てを用いてもよい。   From the above, the following cellulase combinations can be mentioned as suitable combinations. When the enzyme in the left column is used, the enzyme that can be preferably combined to decompose amorphous cellulose is shown in the middle column, and the enzyme that can be preferably combined to decompose crystalline cellulose is shown in the right column. Only one type of enzyme shown in each of the middle column and the right column may be combined, two or more types may be used in combination, or all may be used.

なお、これらの酵素は、酵素自体を組み合わせて用いることもできるが、後述するように、酵母等の細胞表層に提示させて用いることができる。その際においてもセルラーゼを種々に組み合わせることができる。なお、用いる細胞によっては、一部の酵素(セルラーゼ)のみを優先して生産する場合があるため、当該細胞を用いるとき、優先的に生産されるセルラーゼと同種のセルラーゼでなく異種のセルラーゼを同一酵母で発現させるようにすることが好ましい。例えば、本発明者らの知見によれば、酵母では、Cel Aなどのエンドグルカナーゼの発現が他のセルラーゼに比較して優先して発現される傾向がある。このため、同一酵母で、Cel Aと他のセルラーゼとを組み合わせて発現させると、Cel A活性が亢進されることになり、他のセルラーゼとの相乗効果が発揮されにくくなる傾向がある。したがって、こうした酵母にあっては、同一酵母に2種類以上のセルラーゼを同時発現させる場合、Cel A以外のセルラーゼ、例えば、GHF9に属するセルラーゼ同士などを組み合わせて発現させることが好ましい。Cel Aは、別の酵母の細胞表層に提示するか、あるいは外部から添加してもよい。   These enzymes can be used in combination with the enzymes themselves, but can be used by being presented on the surface of a cell such as yeast as described later. Even in this case, cellulases can be combined in various ways. Depending on the cells used, only some enzymes (cellulases) may be produced preferentially. Therefore, when the cells are used, the same type of cellulase as the preferentially produced cellulase is used instead of the same type of cellulase. It is preferable to express in yeast. For example, according to the knowledge of the present inventors, in yeast, endoglucanase such as Cel A tends to be expressed in preference to other cellulases. For this reason, when Cel A and another cellulase are expressed in combination in the same yeast, the Cel A activity is enhanced, and there is a tendency that a synergistic effect with other cellulase is hardly exhibited. Therefore, in such a yeast, when two or more types of cellulases are simultaneously expressed in the same yeast, it is preferable to express cellulases other than Cel A, for example, cellulases belonging to GHF9 in combination. Cel A may be presented on the surface of another yeast cell or added externally.

セルラーゼは、クロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)由来であることが好ましい。本発明者は、クロストリジウム・サーモセラムのほか、クロストリジウム・セルロリティカム(Clostridium cellulolyticum)及びクロストリジウム・セルロヴォランス(Clostridium cellulovorans)から得られるセルラーゼ群について検討したところ、GHF5、GHF8、GHF9及びGHF48に属するセルラーゼがそれぞれ酵母において発現可能であったが、Clostridium thermocellumのみがGHF5、8及び9に属するセルラーゼにつき広く良好なセルラーゼ活性を確認することができた。しかし、他の微生物由来のセルラーゼについては、酵母で生産させたときごく一部のセルラーゼにつき活性を発揮したに過ぎなかった。   The cellulase is preferably derived from Clostridium thermocellum. The present inventor examined cellulase groups obtained from Clostridium cellulolyticum and Clostridium cellulovorans in addition to clostridium thermocellum. Cellulases belonging to GHF5, GHF8, GHF9 and GHF48 Were able to be expressed in yeast, but only Clostridium thermocellum was able to confirm a wide and good cellulase activity for cellulases belonging to GHF5, 8 and 9. However, cellulases derived from other microorganisms exhibited activity only for a small part of cellulases when produced in yeast.

セルラーゼとしては、それぞれ、表4に記載の配列番号で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質が挙げられる。また、これらのアミノ酸配列と一定の関係を有する各種態様のタンパク質であってもよい。   Examples of the cellulase include proteins each having an amino acid sequence represented by a sequence number shown in Table 4. Moreover, the protein of the various aspects which have a fixed relationship with these amino acid sequences may be sufficient.

本発明で用いるセルラーゼとしては、表4に記載の配列番号で表される配列情報と一定の関係を有するとともに、それぞれ固有のセルラーゼ活性(エンドグルカナーゼ及びセロビオヒドロラーゼとしての活性)を有するタンパク質であってもよい。こうした一態様としては、表4に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列において1又は数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質が挙げられる。   The cellulase used in the present invention is a protein having a certain relationship with the sequence information represented by the sequence numbers shown in Table 4 and having a specific cellulase activity (activity as endoglucanase and cellobiohydrolase). May be. An example of such an embodiment is a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by each SEQ ID No. shown in Table 4.

「セルラーゼ活性は有する」とは、それぞれ固有のセルラーゼ活性を有してれば足りるが、好ましくは、表4に記載の各アミノ酸配列で表されるアミノ酸配列を有するタンパク質と同等程度あるいはそれ以上である。セルラーゼ活性が同等あるいはそれ以上であるかどうかは、例えば、関連する配列番号で表されるアミノ酸配列からなるタンパク質を酵母で発現したときのタンパク質の有するセルラーゼ活性の70%以上であることが好ましく、より好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは90%以上であり、もっとも好ましくは100%以上である。   The phrase “having cellulase activity” is sufficient if each cellulase has its own cellulase activity. Preferably, it has the same level as or higher than the protein having the amino acid sequence represented by each amino acid sequence shown in Table 4. is there. Whether the cellulase activity is equal to or higher than that is preferably, for example, 70% or more of the cellulase activity of the protein when the protein comprising the amino acid sequence represented by the related SEQ ID NO is expressed in yeast, More preferably, it is 80% or more, More preferably, it is 90% or more, Most preferably, it is 100% or more.

各配列番号で表されるアミノ酸配列に対するアミノ酸の変異は、すなわち、欠失、置換若しくは付加は、いずれか1種類であってもよいし、2種類以上が組み合わされていてもよい。また、これらの変異の総数は、特に限定されないが、好ましくは、1個以上10個以下程度である。より好ましくは、1個以上5個以下である。   As for the amino acid mutation relative to the amino acid sequence represented by each SEQ ID NO, that is, deletion, substitution or addition may be any one kind, or two or more kinds may be combined. The total number of these mutations is not particularly limited, but is preferably about 1 or more and 10 or less. More preferably, it is 1 or more and 5 or less.

アミノ酸置換の例としては、保存的置換が好ましく、具体的には以下のグループ内での置換が挙げられる。(グリシン、アラニン)(バリン、イソロイシン、ロイシン)(アスパラギン酸、グルタミン酸)(アスパラギン、グルタミン)(セリン、トレオニン)(リジン、アルギニン)(フェニルアラニン、チロシン)。   As an example of amino acid substitution, conservative substitution is preferable, and specific examples include substitution within the following groups. (Glycine, alanine) (valine, isoleucine, leucine) (aspartic acid, glutamic acid) (asparagine, glutamine) (serine, threonine) (lysine, arginine) (phenylalanine, tyrosine).

他の一態様としては、本発明で用いるセルラーゼは、表4に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列に対して70%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつセルラーゼ活性を有するタンパク質が挙げられる。同一性は好ましくは80%以上であり、より好ましくは85%以上であり、さらに好ましくは、90%以上であり、一層好ましくは95%以上である。最も好ましくは、98%以上である。   As another embodiment, the cellulase used in the present invention has an amino acid sequence having 70% or more identity to the amino acid sequence represented by each SEQ ID NO shown in Table 4, and has cellulase activity. Examples include proteins. The identity is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and still more preferably 95% or more. Most preferably, it is 98% or more.

本明細書において同一性又は類似性とは、当該技術分野で知られているとおり、配列を比較することにより決定される、2以上のタンパク質あるいは2以上のポリヌクレオチドの間の関係である。当該技術で“同一性 ”とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きのそのような配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の配列不変性の程度を意味する。また、類似性とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きの部分的な配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の相関性の程度を意味する。より具体的には、配列の同一性と保存性(配列中の特定アミノ酸又は配列における物理化学特性を維持する置換)によって決定される。なお、類似性は、後述するBLASTの配列相同性検索結果においてSimilarity と称される。同一性及び類似性を決定する方法は、対比する配列間で最も長くアラインメントするように設計される方法であることが好ましい。同一性及び類似性を決定するための方法は、公衆に利用可能なプログラムとして提供されている。例えば、AltschulらによるBLAST (Basic Local Alignment Search Tool) プログラム(たとえば、Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. Biol., 215: p403-410 (1990), Altschyl SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997))を利用し決定することができる。BLASTのようなソフトウェアを用いる場合の条件は、特に限定するものではないが、デフォルト値を用いるのが好ましい。   As used herein, identity or similarity is a relationship between two or more proteins or two or more polynucleotides determined by comparing sequences, as is known in the art. In the art, “identity” means between protein or polynucleotide sequences, as determined by alignment between protein or polynucleotide sequences, or in some cases by alignment between a series of such sequences. Means the degree of sequence invariance. Similarity is also the correlation between protein or polynucleotide sequences, as determined by alignment between protein or polynucleotide sequences, or in some cases by alignment between a series of partial sequences. Means the degree of More specifically, it is determined by sequence identity and conservation (substitutions that maintain specific amino acids in the sequence or physicochemical properties in the sequence). The similarity is referred to as Similarity in the BLAST sequence homology search result described later. The method for determining identity and similarity is preferably a method designed to align the longest between the sequences to be compared. Methods for determining identity and similarity are provided as programs available to the public. For example, BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) program by Altschul et al. (Eg, Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. Biol., 215: p403-410 (1990), Altschyl SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997)). The conditions for using software such as BLAST are not particularly limited, but it is preferable to use default values.

さらに他の一態様として、表4に記載の各配列番号で表される塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAによってコードされ、固有のセルラーゼ活性を有するタンパクが挙げられる。   In yet another aspect, a unique cellulase encoded by a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence represented by each SEQ ID No. shown in Table 4 Examples include proteins having activity.

ストリンジェントな条件とは、たとえば、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。例えば、塩基配列の同一性が高い核酸、すなわち、所定の塩基配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましく95%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNAの相補鎖がハイブリダイズし、それより相同性が低い核酸の相補鎖がハイブリダイズしない条件が挙げられる。より具体的には、ナトリウム塩濃度が15〜750mM、好ましくは50〜750mM、より好ましくは300〜750mM、温度が25〜70℃、好ましくは50〜70℃、より好ましくは55〜65℃、ホルムアミド濃度が0〜50%、好ましくは20〜50%、より好ましくは35〜45%での条件をいう。さらに、ストリンジェントな条件では、ハイブリダイゼーション後のフィルターの洗浄条件が、通常はナトリウム塩濃度が15〜600mM、好ましくは50〜600mM、より好ましくは300〜600mM、温度が50〜70℃、好ましくは55〜70℃、より好ましくは60〜65℃である。なお、以上のことから、さらなる他の一態様として、所定の塩基配列と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上、最も好ましく95%以上の同一性を有する塩基配列を有するDNAによってコードされ、セルラーゼ活性を有するタンパク質が挙げられる。   The stringent condition refers to, for example, a condition in which a so-called specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed. For example, a nucleic acid having a high base sequence identity, that is, a DNA comprising a base sequence having 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more identity with a predetermined base sequence In which the complementary strands of the nucleic acids hybridize and the complementary strands of nucleic acids having lower homology do not hybridize. More specifically, the sodium salt concentration is 15 to 750 mM, preferably 50 to 750 mM, more preferably 300 to 750 mM, the temperature is 25 to 70 ° C., preferably 50 to 70 ° C., more preferably 55 to 65 ° C., formamide The condition is that the concentration is 0 to 50%, preferably 20 to 50%, more preferably 35 to 45%. Furthermore, under stringent conditions, the filter washing conditions after hybridization are usually such that the sodium salt concentration is 15 to 600 mM, preferably 50 to 600 mM, more preferably 300 to 600 mM, and the temperature is 50 to 70 ° C., preferably It is 55-70 degreeC, More preferably, it is 60-65 degreeC. In addition, from the above, as another embodiment, it has a base sequence having 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more identity with a predetermined base sequence. Examples include proteins encoded by DNA and having cellulase activity.

こうした各種態様のセルラーゼは、こうしたセルラーゼをコードするセルラーゼ遺伝子を取得することによって得ることができ、また、酵母において発現保持させることができる。セルラーゼ遺伝子は、例えば、配列番号1等の配列に基づいて設計したプライマーを用いて、所定の酵母から抽出したDNA、各種cDNAライブラリー又はゲノムDNAライブラリー等由来の核酸を鋳型としたPCR増幅を行うことにより、核酸断片として得ることができる。また、上記ライブラリー等由来の核酸を鋳型とし、セルラーゼ遺伝子の一部であるDNA断片をプローブとしてハイブリダイゼーションを行うことにより、核酸断片として得ることができる。あるいはセルラーゼ遺伝子は、化学合成法等の当技術分野で公知の各種の核酸配列合成法によって、核酸断片として合成してもよい。   Such various cellulases can be obtained by obtaining a cellulase gene encoding such cellulase, and can be expressed and retained in yeast. The cellulase gene is obtained by PCR amplification using, for example, DNA extracted from a predetermined yeast, various cDNA libraries or genomic DNA libraries as a template using primers designed based on the sequence of SEQ ID NO: 1 or the like. By performing, it can be obtained as a nucleic acid fragment. Further, it can be obtained as a nucleic acid fragment by performing hybridization using a nucleic acid derived from the library or the like as a template and a DNA fragment which is a part of the cellulase gene as a probe. Alternatively, the cellulase gene may be synthesized as a nucleic acid fragment by various nucleic acid sequence synthesis methods known in the art such as chemical synthesis methods.

また、こうした各種態様のセルラーゼに対応するセルラーゼ遺伝子は、例えば、表4に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列をコードするDNAを、慣用の突然変異誘発法、部位特異的変異法、エラープローンPCRを用いた分子進化的手法等によって改変することによって取得することができる。このような手法としては、Kunkel法又は Gapped duplex法等の公知手法又はこれに準ずる方法が挙げられ、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant-K(TAKARA社製)やMutant-G(TAKARA社製))などを用いて、あるいは、TAKARA社のLA PCR in vitro Mutagenesis シリーズキットを用いて変異が導入される。   In addition, cellulase genes corresponding to the cellulases of these various modes are obtained by, for example, converting a DNA encoding the amino acid sequence represented by each sequence number shown in Table 4 into a conventional mutagenesis method, site-specific mutagenesis method, error It can be obtained by modifying by a molecular evolution method using prone PCR. As such a technique, a known technique such as the Kunkel method or the Gapped duplex method, or a similar method can be mentioned. For example, a mutation introduction kit using site-directed mutagenesis (for example, Mutant-K (manufactured by TAKARA) ), Mutant-G (manufactured by TAKARA)), or the like, or the LA PCR in vitro Mutagenesis series kit from TAKARA.

そのほか、当業者であれば、Molecular Cloning(Sambrook, J. et al., Molecular Cloning :a Laboratory Manual 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 10 Skyline Drive Plainview, NY (1989))等を参照することにより、表4に記載の各配列番号等に基づいて、各種態様のセルラーゼ遺伝子を取得することができる。   In addition, those skilled in the art should refer to Molecular Cloning (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: a Laboratory Manual 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 10 Skyline Drive Plainview, NY (1989)). Thus, cellulase genes of various aspects can be obtained based on the respective SEQ ID NOs shown in Table 4.

なお、表4に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列又は当該アミノ酸配列と上記のように一定の関連性のあるアミノ酸配列をコードする塩基配列は、遺伝暗号の縮重に従い、タンパク質のアミノ酸配列を変えることなく所定のアミノ酸配列をコードする塩基配列の少なくとも1つの塩基を他の種類の塩基に置換することができる。従って、本発明で用いられるセルラーゼ伝子は、遺伝暗号の縮重に基づく置換によって変換された塩基配列をコードするセルラーゼ遺伝子も包含する。なお、遺伝子は、ゲノムDNAのほか、cDNA等であってもよい。   In addition, the amino acid sequence represented by each SEQ ID No. shown in Table 4 or the base sequence encoding the amino acid sequence having a certain relationship with the amino acid sequence as described above is the amino acid sequence of the protein according to the degeneracy of the genetic code. Without changing the sequence, at least one base of a base sequence encoding a predetermined amino acid sequence can be replaced with another type of base. Therefore, the cellulase gene used in the present invention also includes a cellulase gene encoding a base sequence converted by substitution based on the degeneracy of the genetic code. The gene may be cDNA or the like in addition to genomic DNA.

セルラーゼは、公知のタンパク質合成方法あるいは遺伝子工学的に合成できるほか、酵母にこうしたセルラーゼ遺伝子を導入して形質転換することで、酵母で発現させることができる   Cellulase can be synthesized by known protein synthesis methods or genetic engineering, and can be expressed in yeast by introducing such cellulase gene into yeast and transforming it.

セルラーゼは各種形態で酵母の細胞表層に保持される。一つは、セルラーゼを、そのまま公知の酵母細胞表層提示システムを用いて酵母の細胞表層に保持させる形態である。2種類以上のセルラーゼは、同一酵母の細胞表層に保持されてもよく、また、それぞれ別の酵母の細胞表層に保持されてもよい。   Cellulase is retained in the yeast cell surface in various forms. One is a form in which cellulase is retained on the yeast cell surface as it is using a known yeast cell surface display system. Two or more types of cellulases may be retained on the cell surface of the same yeast, or may be retained on the cell surface of different yeasts.

セルラーゼを酵母の細胞表層に提示する場合、セルラーゼは、さらに、細胞表層提示に必要な細胞表層結合ドメインを有することが好ましい。酵母表層提示システムとしては、例えば、表層タンパク質であるα−アグルチニン又はそのレセプターを利用することができる。例えば、分泌シグナルに加えて凝集性タンパク質であるα−アグルチニンC末端側の320アミノ酸残基からなるペプチドが利用される。所望のタンパク質を細胞表層に提示するためのポリペプチドや手法は、WO01/79483号公報や、特開2003−235579号公報、WO2002/042483号パンフレット、WO2003/016525号パンフレット、特開2006−136223号公報、藤田らの文献(藤田ら,2004. Appl Environ Microbiol 70:1207-1212および藤田ら, 2002. Appl Environ Microbiol 68:5136-5141.)、村井ら, 1998. Appl Environ Microbiol 64:4857-4861.に開示されている。例えば、シグナル配列は、ベクターに組み込まれる要素であってもよいが、セルラーゼ遺伝子の一部であってもよい。アグルチニンを利用したタンパク質の細胞表層提示システムは、例えば、インビトロジェン社からpYD1ベクター及びEBY100サッカロマイセス・セレビジエを含む酵母用ディスプレイキットとして入手することができる。また、細胞表層提示システムとしては、このほか、SAG1、FLO1〜FLO11などの細胞表層タンパク質を用いるシステム等を用いることができる。   When cellulase is displayed on the cell surface of yeast, it is preferable that the cellulase further has a cell surface binding domain necessary for cell surface display. As the yeast surface display system, for example, α-agglutinin which is a surface protein or a receptor thereof can be used. For example, in addition to the secretion signal, a peptide comprising 320 amino acid residues on the C-terminal side of α-agglutinin which is an aggregating protein is used. Polypeptides and methods for displaying a desired protein on the cell surface are disclosed in WO01 / 79483, JP2003-235579, WO2002 / 042483, WO2003 / 016525, and JP2006-136223. Publication, Fujita et al. (Fujita et al., 2004. Appl Environ Microbiol 70: 1207-1212 and Fujita et al., 2002. Appl Environ Microbiol 68: 5136-5141.), Murai et al., 1998. Appl Environ Microbiol 64: 4857-4861 Is disclosed. For example, the signal sequence may be an element incorporated into the vector, but may be a part of the cellulase gene. A cell surface display system for proteins using agglutinin can be obtained, for example, as a display kit for yeast containing pYD1 vector and EBY100 Saccharomyces cerevisiae from Invitrogen. As the cell surface display system, a system using cell surface proteins such as SAG1 and FLO1 to FLO11 can be used.

セルラーゼを酵母の細胞表層に保持させる他の一つの形態は、セルロソームのスキャホールディンタンパク質由来のタンパク質を介して保持される形態である。こうしたセルラーゼの保持形態のためは、細胞表層に当該スキャホールディンタンパク質由来のタンパク質を有する酵母を用いる。スキャホールディンタンパク質には、タイプI及びタイプIIがあり、タイプIスキャホールディンタンパク質に由来するタンパク質を、以下、第1の骨格タンパク質と称し、タイプIIスキャホールディンタンパク質に由来するタンパク質を、以下、第2の骨格タンパク質と称する。   Another form in which cellulase is retained on the surface of yeast cells is a form retained via a protein derived from the cellulosomal scaffoldin protein. In order to retain such cellulase, yeast having a protein derived from the scaffolding protein on the cell surface layer is used. Scaffoldin proteins include type I and type II. Proteins derived from type I scaffoldin proteins are hereinafter referred to as first skeletal proteins, and proteins derived from type II scaffoldin proteins are referred to below. , Referred to as the second scaffold protein.

なお、セルロソームは、嫌気性細菌や嫌気性糸状菌によって菌体外に形成され、通常、微生物表面に結合して又は培養液中に存在している。セルロソームとしては、表6に示すセルロソームを形成する微生物を含む嫌気性微生物等、公知のセルロソーム生産微生物が生産するセルロソーム及び将来的に明らかにされるセルロソーム並びにこれらの改変体のいずれであっても本発明の第1の骨格タンパク質や後述する第2の骨格タンパク質に用いることができる。セルロース分解能力の高さ等を考慮すると、クロストリジウム・サーモセラム等の好熱嫌気性微生物やクロストリジウム・セルロリティカム等のクロストリジウム属菌の生産するセルロソーム又はその改変体を本発明において用いることができる。   Cellulosome is formed outside the cells by anaerobic bacteria or anaerobic filamentous fungi, and is usually bound to the surface of the microorganism or present in the culture solution. As the cellulosome, any one of cellulosomes produced by known cellulosome-producing microorganisms, cellulosomes to be clarified in the future, and modified forms thereof such as anaerobic microorganisms including microorganisms that form cellulosomes shown in Table 6 can be used. It can be used for the first scaffold protein of the invention and the second scaffold protein described below. In view of the high cellulose-degrading ability and the like, cellulosomes produced by thermophilic anaerobic microorganisms such as clostridium thermocellum, clostridium bacteria such as clostridium cellulolyticum, or modified versions thereof can be used in the present invention.

(第1の骨格タンパク質)
第1の骨格タンパク質は、基本的に単鎖のポリペプチド鎖から構成されるタンパク質であり、以下のドメインを備えることができる。以下、これらのドメインについて説明する。
(First scaffold protein)
The first skeletal protein is basically a protein composed of a single polypeptide chain and can have the following domains. Hereinafter, these domains will be described.

(外来タンパク質結合ドメイン)
外来タンパク質結合ドメインは、酵母にとっての外来タンパク質であるセルラーゼを結合保持するためのドメインである。このドメインは、セルロソームのタイプIスキャホールディンタンパク質のタイプIコヘシンドメインに由来している。スキャホールディンタンパク質のタイプIコヘシンドメインは、表6に示す各種のセルロソーム生産微生物の形成するセルロソーム(セルラーゼ複合体)のタイプIのスキャホールディンタンパク質において触媒活性のあるセルラーゼを非共有結合にて結合するドメインとして知られている(粟冠ら、蛋白質核酸酵素、Vol.44、No.10(1999)、p41-p50、Demain, A. L., et al., Microbiol Mol. Biol Rev., 69(1), 124-54(2005), Doi, R. H., et al., J. Bacterol., 185(20), 5907-5914(2003)等)。こうしたタイプIコヘシンドメインとしては、各種セルロソーム生産微生物において多数その配列が決定されている。これらの各種のタイプIコヘシンのアミノ酸配列及びDNA配列は、NCBIのHP(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)等を介してアクセス可能な各種のタンパク質データベースやDNA配列のデータベースにより容易に取得することができる。
(Foreign protein binding domain)
The foreign protein binding domain is a domain for binding and holding cellulase, which is a foreign protein for yeast. This domain is derived from the type I cohesin domain of the cellulosomal type I scaffoldin protein. The type I cohesin domain of the scaffolding protein is a noncovalent bond of the cellulase having catalytic activity in the type I scaffolding protein of the cellulosome (cellulase complex) formed by various cellulosome-producing microorganisms shown in Table 6. It is known as a binding domain (Nakaku et al., Protein Nucleic Acid Enzyme, Vol.44, No.10 (1999), p41-p50, Demain, AL, et al., Microbiol Mol. Biol Rev., 69 (1 ), 124-54 (2005), Doi, RH, et al., J. Bacterol., 185 (20), 5907-5914 (2003), etc.). Many of such type I cohesin domains have been sequenced in various cellulosome-producing microorganisms. The amino acid sequences and DNA sequences of these various type I cohesins are various protein databases and DNA sequence databases accessible via NCBI HP (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), etc. Can be obtained more easily.

第1の骨格タンパク質の外来タンパク質結合ドメインとしては、例えば、クロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)のタイプIスキャホールディンタンパク質、クロストリジウム・ジョスィ(Clostridium josui)のタイプIスキャホールディンタンパク質等のタイプIコヘシンドメインを用いることができる。また、C.cellulolyticum(NCBIのホームページhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/)、アクセッション番号:U40345)、C.cellulovorans(同ホームページ、アクセッション番号:M73817)、C.acetobutylicum(同ホームページ、アクセッション番号:AE001437)に開示されるタイプIコヘシンドメインも挙げられる。   Examples of the foreign protein binding domain of the first skeletal protein include type I cohesins such as Clostridium thermocellum type I scaffolding protein, Clostridium josui type I scaffolding protein, etc. Domains can be used. In addition, C.cellulolyticum (NCBI website http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), accession number: U40345), C.cellulovorans (same website, accession number: M73817), C.acetobutylicum ( The type I cohesin domain disclosed in the homepage, accession number: AE001437) is also included.

なお、本明細書において、タンパク質の所定のドメインに由来している、とは、天然に存在する当該所定のドメインのアミノ酸配列又はその改変配列からなることを意味している。改変配列は、当該所定のドメインと同一の作用を発揮する範囲でアミノ酸配列が改変された配列である。こうしたアミノ酸配列は、例えば、当該所定のドメインのアミノ酸配列と好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは99%以上の同一性を有するものである。   In the present specification, the expression “derived from a predetermined domain of a protein” means comprising an amino acid sequence of the predetermined domain existing in nature or a modified sequence thereof. The modified sequence is a sequence in which the amino acid sequence is modified within a range that exhibits the same action as the predetermined domain. Such an amino acid sequence has, for example, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 99% or more identity with the amino acid sequence of the predetermined domain.

第1の骨格タンパク質は、こうした外来タンパク質結合ドメインを複数個タンデムに有することが好ましい。「タンデムに有する」とは、アミノ酸配列において、複数個の当ドメインが並んだ状態であればよく、並んだタンパク質結合ドメイン間における離間配列の存在の有無、離間間隔が一定であること及び異種のドメインの存在を問わない。好ましくは、ドメイン間に離間配列を有している。複数個の外来タンパク質結合ドメインは、1種類のアミノ酸配列からなる同一種類のドメインであってもよいし、2種類以上の異なるアミノ酸配列からなるドメインであってもよい。異なる種類の外来タンパク質結合ドメインを用いることで、異なる外来タンパク質を第1の骨格タンパク質上に配列させることができる。   The first scaffold protein preferably has a plurality of such foreign protein binding domains in tandem. The term “having tandem” is sufficient if a plurality of domains are aligned in the amino acid sequence. The presence or absence of a spacing sequence between the aligned protein binding domains, the spacing spacing being constant, Regardless of the existence of the domain. Preferably, there is a spaced arrangement between the domains. The plurality of foreign protein binding domains may be the same type of domain consisting of one type of amino acid sequence, or may be a domain consisting of two or more types of different amino acid sequences. By using different types of foreign protein binding domains, different foreign proteins can be arranged on the first scaffold protein.

第1の骨格タンパク質は、酵母が凝集性を獲得する程度に外来タンパク質結合ドメインを有していることが好ましい。酵母に酵素等のタンパク質を保持させて利用するとき、こうした酵母が凝集可能であれば、凝集された酵母上において酵素等を集約させることができるほか、酵母を効率的に回収して繰り返し利用することができる。   The first skeletal protein preferably has a foreign protein binding domain to such an extent that yeast acquires aggregability. When yeast is used while retaining proteins such as enzymes, if these yeasts can aggregate, enzymes can be aggregated on the agglomerated yeast, and yeast can be efficiently recovered and used repeatedly. be able to.

第1の骨格タンパク質により酵母に凝集性を付与するのにあたり、3個以上の外来タンパク質結合ドメインを有していることが好ましい。3個以上であると、酵母に凝集性を付与しやすくなる傾向があるからである。好ましくは4個以上である。4個以上であると明らかに酵母に凝集性を付与しやすくなるからである。凝集性の観点からは外来タンパク質結合ドメイン数の上限は特に限定されない。なお、発現量を容易に確保するという観点からは、7個程度以下であることが好ましい場合がある。   In order to impart aggregability to yeast by the first skeletal protein, it is preferable to have three or more foreign protein binding domains. This is because if it is 3 or more, the yeast tends to be imparted with aggregability. Preferably it is 4 or more. It is because it becomes easy to give cohesiveness to yeast clearly that it is four or more. From the viewpoint of aggregation, the upper limit of the number of foreign protein binding domains is not particularly limited. In addition, from the viewpoint of easily ensuring the expression level, it may be preferable that the number is about 7 or less.

外来タンパク質結合ドメインは、タイプIコヘシンドメインに基づく結合性で外来タンパク質を結合保持することができる。すなわち、タイプIコヘシンドメインは、タイプIドックリンドメインを有する外来タンパク質と結合することができる。タイプIドックリンドメインは、タイプIスキャホールディンタンパク質のタイプIコヘシンと非共有結合で結合する部位であり、セルロソームを構成するセルラーゼが備えるドメインである。例えば、外来タンパク質結合ドメインが、クロストリジウム・サーモセラム由来のタイプIコヘシンに由来するとき、タイプIドックリンドメインとしては、配列番号15で表されるアミノ酸配列が挙げられる。クロストリジウム・セルロリティカム、クロストリジウム・サーモセルロボランス、クロストリジウム・ジョスイ、クロストリジウム・アセトブチリカム、ルミノコッカス・フレイブファシエンス(R. fravefaciens)、アシドサーモス・セルロリティカス(A. cellulolyticus)、バクテロイデス・セルロソルベンス(B.cellulosolvens)由来のタイプIコヘシンに由来するとき、それぞれ、配列番号16〜配列番号22で表されるアミノ酸配列が挙げられる。   The foreign protein binding domain can bind and retain the foreign protein with a binding property based on the type I cohesin domain. That is, the type I cohesin domain can bind to a foreign protein having a type I dockerin domain. The type I dockerin domain is a site that binds non-covalently to the type I cohesin of the type I scaffoldin protein, and is a domain that is included in the cellulase that constitutes the cellulosome. For example, when the foreign protein binding domain is derived from a type I cohesin derived from clostridium thermocellum, the type I dockerin domain includes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 15. Clostridium cellulolyticum, Clostridium thermocello rovolans, Clostridium jossui, Clostridium acetobutylicum, Luminococcus flavefaciens (R. fravefaciens), Acid thermos cellulolyticus (A. cellulolyticus), Bacteroides cellosolvens ( When derived from a type I cohesin derived from B. cellulosolvens), the amino acid sequences represented by SEQ ID NO: 16 to SEQ ID NO: 22 are mentioned, respectively.

外来タンパク質結合ドメインは、第1の骨格タンパク質において、第2の骨格タンパク質との結合を妨げない箇所に備えられていればよい。典型的には、N末端以外の部位に備えられている。   The foreign protein binding domain only needs to be provided in the first skeletal protein where it does not interfere with the binding to the second skeletal protein. Typically, it is provided at a site other than the N-terminus.

(第2の骨格タンパク質結合ドメイン)
第2の骨格タンパク質結合ドメインは、第1の骨格タンパク質を第2の骨格タンパク質に結合するためのドメインである。このドメインは、セルロソームにおいて、タイプI骨格タンパク質を非共有結合でタイプII骨格タンパク質上に保持するためのドメインとして知られている(粟冠ら、蛋白質核酸酵素、Vol.44、No.10(1999)、p41-p50等)。酵母の表層に第1の骨格タンパク質のみを提示させる場合、第1の骨格タンパク質は、第2の骨格タンパク質結合ドメインを備えていなくてもよい。
(Second scaffold protein binding domain)
The second scaffold protein binding domain is a domain for binding the first scaffold protein to the second scaffold protein. This domain is known as a domain for retaining a type I skeletal protein on a type II skeletal protein non-covalently in cellulosomes (Koukan et al., Protein Nucleic Acid Enzyme, Vol. 44, No. 10 (1999). ), P41-p50 etc.). When only the first skeletal protein is displayed on the surface layer of yeast, the first skeletal protein may not have the second skeletal protein binding domain.

タイプIIドックリンドメインは、各種セルロソーム生産微生物において多数その配列が決定されている。これらの各種のタイプIIドックリンドメインのアミノ酸配列及びDNA配列は、NCBIのHP(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)等を介してアクセス可能な各種のタンパク質データベースやDNA配列のデータベースにより容易に取得することができる。例えば、クロストリジウム・サーモセラムのタイプIIドックリンドメインとしては、配列番号23に記載されるアミノ酸配列が挙げられ、アシドサーモス・セルロリィカス及びルミノコッカス・フレイブファシエンスの同ドメインとしては、それぞれ配列番号24及び25に記載されるアミノ酸配列が挙げられる。   A large number of type II dockerin domains have been determined in various cellulosome-producing microorganisms. The amino acid sequences and DNA sequences of these various type II dockerin domains are the various protein databases and DNA sequences accessible via NCBI's HP (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), etc. It can be easily obtained from the database. For example, the type II dockerin domain of clostridium thermocellum includes the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 23, and the same domains of acid thermos cellulolyticus and luminococcus flavfaciens include SEQ ID NO: 24 and The amino acid sequence described in 25 is mentioned.

第2の骨格タンパク質結合ドメインは、第2の骨格タンパク質結合ドメインを結合するドメインであることから、第1の骨格タンパク質のC末端若しくはN末端又はこれらの近傍に第2の骨格タンパク質を結合可能に備えられる。典型的には、第1の骨格タンパク質のC末端又はその近傍に備えられる。   Since the second skeletal protein binding domain is a domain that binds to the second skeletal protein binding domain, the second skeletal protein can be bound to the C terminus or N terminus of the first skeletal protein or in the vicinity thereof. Provided. Typically, it is provided at or near the C-terminus of the first scaffold protein.

(配列番号26で表されるアミノ酸配列又は当該アミノ酸配列と90%以上の同一性のアミノ酸配列からなるドメイン)
このドメイン(以下、本明細書において第3のドメインという。)を備えることで、第3のドメインを備えない酵母よりも、結果として、外来タンパク質の活性を増強することができる。第3のドメインが結果として外来タンパク質の活性を増強することへの作用は
既に説明したように必ずしも明らかではない。配列番号26で表されるアミノ酸配列は、クロストリジウム・サーモセラムのタイプIスキャホールディンタンパク質のタイプIIドックリンに隣接するXモジュールと呼ばれる配列である。Xモジュールの機能は必ずしも明らかでなく、また、クロストリジウム・サーモセラム又はクロストリジウム属でもなく、しかも真菌である酵母細胞表層に保持させる第1の骨格タンパク質に用いるときにどのように作用するかは全く知られていない。
(A domain consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 26 or an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence)
By providing this domain (hereinafter referred to as the third domain in the present specification), the activity of the foreign protein can be enhanced as a result, compared to yeast that does not have the third domain. The effect of the third domain on enhancing the activity of the foreign protein as a result is not always clear as described above. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 26 is a sequence called an X module adjacent to a type II dockrin of a type I scaffoldin protein of clostridium thermocellum. The function of the X module is not always clear, and it is quite known how it works when used for the first skeletal protein that is not clostridium thermocellum or genus clostridium and is retained on the surface of fungal yeast cells. Not.

このような第3のドメインとしては、配列番号26で表されるアミノ酸配列のほか、当該アミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を用いることができる。より好ましくは95%以上である。すなわち、配列番号26で表されるアミノ酸配列において1個又は数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入及び付加から選択される1種又は2種以上の変異を有するアミノ酸配列からなっていてもよい。好ましくは、1個以上10個以下、より好ましくは1個以上5個以下の変異であり、さらに好ましくは、1個以上3個以下である。   As such a third domain, in addition to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 26, an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence can be used. More preferably, it is 95% or more. That is, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 26 may comprise an amino acid sequence having one or more mutations selected from substitution, deletion, insertion and addition of one or several amino acids. . Preferably, it is 1 or more and 10 or less, more preferably 1 or more and 5 or less mutations, and further preferably 1 or more and 3 or less.

なお、本明細書の開示によれば、本発明に用いることのできる第3のドメインは、上記のように配列番号26で表されるアミノ酸配列と同一性が90%以上のアミノ酸配列に限定されるものではなく、第2の骨格タンパク質結合ドメインが由来するセルロソーム産生微生物と同一の株又は種のタイプIスキャホールディンタンパク質のXモジュールに由来する必要はなく、同一種の異なる株や他の種のセルロソーム産生微生物に由来していてもよいが、同一種又は株のXモジュールに由来していることが好ましい。   According to the disclosure of the present specification, the third domain that can be used in the present invention is limited to an amino acid sequence having 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 26 as described above. It is not necessary to be derived from the same strain or species of type I scaffolding protein X module from the cellulosome-producing microorganism from which the second scaffold protein binding domain is derived, but different strains and other species of the same species Although it may be derived from the cellulosome-producing microorganism, it is preferably derived from the X module of the same species or strain.

配列番号26で表されるアミノ酸配列の起源であるクロストリジウム・サーモセラム以外に由来する第3のドメインのアミノ酸配列としては、例えば、アシドサーモス・セルロリィティカス由来のXモジュールである配列番号27で表されるアミノ酸配列(配列番号26との同一性が62%である。)、ルミノコッカス・フレイブファシエンス由来のXモジュールである配列番号28で表されるアミノ酸配列(配列番号26との同一性が21%である。)が挙げられる。   As the amino acid sequence of the third domain derived from other than clostridium thermocellum which is the origin of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 26, for example, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 27, which is an X module derived from Acid thermos cellulolyticus, is used. Amino acid sequence (identity with SEQ ID NO: 26 is 62%), amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 28, which is an X module derived from Luminococcus flavus faciens (identity with SEQ ID NO: 26) Is 21%).

第1の骨格タンパク質は、第3のドメインを第2の骨格タンパク質結合ドメインの近傍、好ましくは第2の骨格タンパク質結合ドメインに隣接して、第2の骨格タンパク質結合ドメインが存在する末端よりも中央よりの部位に備える。第2の骨格タンパク質結合ドメインは、C末端側にある場合には、第2の骨格タンパク質結合ドメインのN末端側に隣接して備えられることが好ましい。   The first skeletal protein has a third domain in the vicinity of the second skeletal protein binding domain, preferably adjacent to the second skeletal protein binding domain and in the middle of the end where the second skeletal protein binding domain is present. Prepare for more parts. When the second scaffold protein binding domain is on the C-terminal side, it is preferably provided adjacent to the N-terminal side of the second scaffold protein binding domain.

(セルロース結合ドメイン)
外来タンパク質保持用酵母が、セルロースの分解に用いる場合には、第1の骨格タンパク質は、セルロソームのタイプIスキャホールディンタンパク質のセルロース結合ドメイン(CBD)由来のセルロース結合ドメインを有していることが好ましい。セルロース結合ドメインは、タイプIのスキャホールディンタンパク質において基質であるセルロースに結合するドメインとして知られている(前述粟冠ら)。セルロース結合ドメインは、1個又は2個以上備えられていてもよい。なお、酵母が備える第1の骨格タンパク質の全てにおいてセルロース結合ドメインを要するものではない。
(Cellulose binding domain)
When the foreign protein-retaining yeast is used for cellulose degradation, the first skeletal protein may have a cellulose-binding domain derived from a cellulose-binding domain (CBD) of a cellulosome type I scaffoldin protein. preferable. The cellulose-binding domain is known as a domain that binds to cellulose, which is a substrate in the type I scaffolding protein (supra Crown). One or two or more cellulose-binding domains may be provided. Note that the cellulose-binding domain is not required in all of the first skeletal proteins provided in yeast.

各種のセルロソーム生産微生物のセルロソームにおけるCBDのアミノ酸配列及びDNA配列の多くが決定されており、これらの各種のCBDのアミノ酸配列及びDNA配列は、NCBIのHP(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)等を介してアクセス可能な各種のタンパク質データベースやDNA配列のデータベースにより容易に取得することができる。例えば、クロストリジウム・サーモセラムのセルロース結合ドメインとしては、配列番号29で表されるアミノ酸配列が挙げられる。また、クロストリジウム・セルロリティカム、クロストリジウム・セルロボランス、クロストリジウム・アセトブチリカム、クロストリジウム・ジョスイ、アシドサーモス・セルロリティカス、バクテロイデス・セルロボランスのセルロース結合ドメインとしては、それぞれ配列番号30〜35で表されるアミノ酸配列を有するドメインが挙げられる。   Many of the amino acid sequences and DNA sequences of CBDs in the cellulosomes of various cellulosome-producing microorganisms have been determined, and the amino acid sequences and DNA sequences of these various CBDs can be obtained from NCBI HP (http: //www.ncbi.nlm. It can be easily obtained from various protein databases and DNA sequence databases accessible via nih.gov/). For example, the cellulose binding domain of clostridium thermocellum includes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 29. In addition, as the cellulose binding domain of Clostridium cellulolyticum, Clostridium cellulovolans, Clostridium acetobutylicum, Clostridium jossii, Acid thermos cellulolyticus, Bacteroides cellulovorans, the amino acid sequences represented by SEQ ID NOs: 30 to 35, respectively, The domain which has is mentioned.

セルロース結合ドメインは、第1の骨格タンパク質においては、好ましくはN末端若しくはその近傍又はその全長においてN末端よりに備えられている。   In the first skeletal protein, the cellulose-binding domain is preferably provided at the N-terminal, in the vicinity thereof, or in the entire length thereof more than the N-terminal.

以上説明した第1の骨格タンパク質は、各要素を人工的に組み合わせた人工タンパク質であってもよいし、セルロソーム生産微生物のタイプIスキャホールディンタンパク質に由来するものであってもよい。すなわち、タイプIスキャホールディンタンパク質の全体若しくはその一部又はこれらの改変体であってもよい。改変体とは、セルロソーム生産微生物のセルロソームから取得されるタイプIスキャホールディンタンパク質の塩基配列及び/又はアミノ酸配列の全体又はその一部において少なくとも部分的に改変したものをいう。第1の骨格タンパク質は、クロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)のタイプIスキャホールディンタンパク質、クロストリジウム・ジョスィ(Clostridum josui)のタイプIスキャホールディンタンパク質の全体若しくはその一部又はその改変体を利用することができる。   The first skeletal protein described above may be an artificial protein obtained by artificially combining the elements, or may be derived from a type I scaffoldin protein of a cellulosome-producing microorganism. That is, it may be the whole or a part of the type I scaffoldin protein or a modified form thereof. The modified body refers to a substance in which the whole or a part of the base sequence and / or amino acid sequence of the type I scaffoldin protein obtained from the cellulosome of the cellulosome-producing microorganism is at least partially modified. The first skeletal protein is a Clostridium thermocellum Type I Scaffoldin protein, Clostridium josui Type I Scaffoldin protein, all or a part thereof, or a modification thereof. Can do.

第1の骨格タンパク質は、既に説明した公知の各種の酵母表層提示システムを用いて、酵母の細胞表層に提示させることができる。   The first skeletal protein can be presented on the cell surface of the yeast using the various known yeast surface layer display systems already described.

(第2の骨格タンパク質)
第1の骨格タンパク質は、細胞表層に結合した第2の骨格タンパク質との非共有結合によって細胞表層に提示されていてもよい。第2の骨格タンパク質は、第1の骨格タンパク質結合ドメインを有し、基本的に単鎖のポリペプチド鎖から構成されるタンパク質である。第1の骨格タンパク質結合ドメインとは、そのアミノ酸配列に基づき、非共有結合で第1の骨格タンパク質を結合できるドメインである。第2の骨格タンパク質に対して非共有結合で第1の骨格タンパク質を結合させることができるため、第1の骨格タンパク質を第2の骨格タンパク質に対して容易に結合させたり第2の骨格タンパク質から容易に分離・回収したりすることができる。
(Second scaffold protein)
The first skeletal protein may be presented on the cell surface by non-covalent bonding with a second skeletal protein bound to the cell surface. The second scaffold protein is a protein that has a first scaffold protein binding domain and is basically composed of a single polypeptide chain. The first skeletal protein binding domain is a domain that can bind the first skeletal protein non-covalently based on its amino acid sequence. Since the first skeletal protein can be bound non-covalently to the second skeletal protein, the first skeletal protein can be easily bound to the second skeletal protein or from the second skeletal protein. It can be easily separated and recovered.

(第1の骨格タンパク質結合ドメイン)
第1の骨格タンパク質結合ドメインとしては、セルロソームのタイプIIスキャホールディンタンパク質(アンカータンパク質とも言われる。)のタイプIIコヘシンドメイン由来のドメインを用いることができる。タイプIIコヘシンドメインは、セルロソームにおいて、タイプIスキャホールディンタンパク質を非共有結合でタイプIIスキャホールディンタンパク質上に保持するためのドメインとして知られている(粟冠ら、蛋白質核酸酵素、Vol.44、No.10(1999)、p41-p50等)。タイプIIスキャホールディンタンパク質のタイプIIコヘシンドメインには、タイプIスキャホールディンタンパク質のタイプIIドックリンドメインが結合することが知られている。
(First skeletal protein binding domain)
As the first skeletal protein binding domain, a domain derived from a type II cohesin domain of a cellulosome type II scaffoldin protein (also referred to as an anchor protein) can be used. The type II cohesin domain is known as a domain for retaining a type I scaffoldin protein noncovalently on a type II scaffoldin protein in the cellulosome (Koukan et al., Protein Nucleic Acid Enzyme, Vol. 44, No. 10 (1999), p41-p50, etc.). It is known that the type II dockins domain of a type I scaffoldin protein binds to the type II cohesin domain of a type II scaffoldin protein.

タイプIIドックリンドメインとしては、各種セルロソーム生産微生物において多数その配列が決定されている。これらの各種のタイプIIコヘシンのアミノ酸配列及びDNA配列は、NCBIのHP(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)等を介してアクセス可能な各種のタンパク質データベースやDNA配列のデータベースにより容易に取得することができる。   A large number of type II dockrin domains have been determined in various cellulosome-producing microorganisms. The amino acid sequences and DNA sequences of these various type II cohesins are various protein databases and DNA sequence databases accessible via NCBI HP (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), etc. Can be obtained more easily.

第1の骨格タンパク質結合ドメインとしては、例えば、クロストリジウム・サーモセラムのタイプIIコヘシンであるSdbA,Orf2,OlpBのタイプIIコヘシンドメインを用いることができる。また、アシドサーモス・セルロリティカスのSca D, Sca BのタイプIIコヘシンドメイン、バクテロイデス・セルロソルベンスのSca AのタイプIIコヘシンドメイン等が挙げられる。   As the first skeletal protein binding domain, for example, a type II cohesin domain of SdbA, Orf2, OlpB, which is a type II cohesin of clostridium thermocellum, can be used. Further, Sca D and Sca B type II cohesin domains of Acid thermos cellulolyticus, Sca A type II cohesin domain of Bacteroides cellosolvens, and the like can be mentioned.

第2の骨格タンパク質は、第1の骨格タンパク質結合ドメインを1個のみ有していてもよいが、複数個タンデムに備えていてもよい。複数個備えることで、セルラーゼをより高密度に酵母表層上に保持しやすくなる。   The second scaffold protein may have only one first scaffold protein binding domain, but a plurality of second scaffold proteins may be provided in tandem. By providing a plurality, it becomes easier to hold the cellulase on the surface of the yeast at a higher density.

複数個の第1の骨格タンパク質結合ドメインは、1種類のアミノ酸配列からなる同一種類のドメインであってもよいし、2種類以上の異なるアミノ酸配列からなるドメインであってもよい。異なる種類の骨格タンパク質結合ドメインを用いることで、異なる第1の骨格タンパク質を第2の骨格タンパク質上に配列させることができる。   The plurality of first skeletal protein binding domains may be the same type of domain consisting of one type of amino acid sequence, or may be a domain consisting of two or more types of different amino acid sequences. By using different types of scaffold protein binding domains, different first scaffold proteins can be arranged on the second scaffold protein.

第2の骨格タンパク質は細胞の表層側に結合される必要がある。第2の骨格タンパク質は、細胞の表層と共有結合又は非共有結合により結合される。第2の骨格タンパク質は、酵母表層と結合するための酵母表層結合ドメインを有している。   The second scaffold protein needs to be bound to the surface side of the cell. The second scaffold protein is bound to the surface layer of the cell by a covalent bond or a non-covalent bond. The second scaffold protein has a yeast surface-binding domain for binding to the yeast surface layer.

第2の骨格タンパク質を酵母表層側に結合させるシステムとしては、既に記載した公知の各種の酵母表層提示システムを用いることができる   As a system for binding the second skeletal protein to the yeast surface side, various known yeast surface layer display systems described above can be used.

このような第2の骨格タンパク質としては、上記した第1の骨格タンパク質結合ドメインと酵母細胞表層結合ドメインとを人工的に組み合わせた融合タンパク質として構築してもよいし、セルロソーム生産微生物のタイプII骨格タンパク質由来としてもよい。すなわち、当該骨格タンパク質の一部又は全部あるいはこれらの改変体であってもよい。こうしたタイプII骨格タンパク質としては、クロストリジウム・サーモセラムのタイプII骨格タンパク質、クロストリジウム・ジョスィのタイプII骨格タンパク質又はその改変体を利用することができる。   Such a second skeletal protein may be constructed as a fusion protein obtained by artificially combining the first skeletal protein binding domain and the yeast cell surface binding domain described above, or a type II skeleton of a cellulosome-producing microorganism. It may be derived from protein. That is, it may be a part or all of the backbone protein or a modified form thereof. As such a type II skeletal protein, a clostridium thermocellum type II skeletal protein, a clostridium jossi type II skeletal protein, or a variant thereof can be used.

第1の骨格タンパク質を第2の骨格タンパク質を介して細胞表層に提示させるにはいくつかの手法がある。一つは、第1の骨格タンパク質及び第2の骨格タンパク質を酵母において発現させて、第2の骨格タンパク質を細胞表層に提示させ、これに分泌させた第1の骨格タンパク質を結合させてもよい。また、第2の骨格タンパク質のみを発現させ、細胞表層に提示させておき、第1の骨格タンパク質を細胞外から供給して結合させてもよい。   There are several techniques for presenting the first skeletal protein to the cell surface via the second skeletal protein. One is that the first skeletal protein and the second skeletal protein are expressed in yeast, the second skeletal protein is presented on the cell surface layer, and the secreted first skeletal protein may be bound thereto. . Alternatively, only the second skeletal protein may be expressed and presented on the cell surface layer, and the first skeletal protein may be supplied from outside the cell and bound.

このほか、第1の骨格タンパク質を酵母で分泌発現させるとともに、第2の骨格タンパク質を酵母外で準備し外部から供給するようにしてもよい。この場合、第2の骨格タンパ
ク質は、前述のアグルチニン等の細胞表層提示システムに基づく細胞表層結合ドメインを
備えるようにするのが好ましい。さらに、他の形態として、第1の骨格タンパク質及び第
2の骨格タンパク質を、いずれも酵母外で準備して、酵母に供給するようにしてもよい。
この場合、第2の骨格タンパク質は、アグルチニン等の細胞表層提示システムに基づく細
胞表層結合ドメインを備えるようにすることが好ましい。
In addition, the first skeletal protein may be secreted and expressed in yeast, and the second skeletal protein may be prepared outside the yeast and supplied from the outside. In this case, it is preferable that the second scaffold protein has a cell surface binding domain based on the cell surface display system such as agglutinin described above. Furthermore, as another form, both the first skeletal protein and the second skeletal protein may be prepared outside the yeast and supplied to the yeast.
In this case, the second scaffold protein preferably has a cell surface binding domain based on a cell surface display system such as agglutinin.

こうした第1の骨格タンパク質に対してセルラーゼを保持させるには、セルラーゼを酵母において細胞外に分泌生産させ、そのセルラーゼを第1の骨格タンパク質に対して供給することで保持させることができる。また、酵母外で生産したセルラーゼを、第の骨格タンパク質を表層提示する酵母と接触させて、細胞外生産セルラーゼを第1の骨格タンパク質に保持させてもよい。細胞外生産セルラーゼを表層提示された第1の骨格タンパク質に保持させるには、両者を適当な水性媒体下に接触させればよい。水性媒体は、酵母とセルラーゼとの生理活性が維持される限りに特に限定されない。例えば、これらについて適切なpH、浸透圧及び温度が確保されていればよい。pHは、タンパク質及び細胞によっても異なるが、通常は、pH6以上9以下の範囲である。また、浸透圧も微生物などの細胞に対しておおよそ等張性であることが好ましい。なお、浸透圧は緩衝液や等張化剤のほか適当な塩類を使用して調節することができる。また、温度は、タンパク質の変性等を考慮すると1℃以上10℃以下であることが好ましく、より好ましくは2℃以上5℃以下である。こうした水性媒体としては、塩類溶液等とすることができる。例えば、20mM〜50mM程度のトリス塩酸バッファーとしてもよい。また、0mM超20mM以下、より好ましくは5mM以上15mM以下のCaCl2溶液などのカルシウムイオンが存在する水性媒体としてもよい。さらに好ましくは、約10mMのカルシウムイオンが存在する水性媒体とする。必要に応じ、水性媒体を攪拌して両者の接触を促進してもよい。   In order to retain cellulase with respect to such a first skeletal protein, cellulase can be secreted and produced extracellularly in yeast, and the cellulase can be retained by supplying it to the first skeletal protein. Alternatively, the cellulase produced outside the yeast may be brought into contact with the yeast that displays the first skeletal protein on the surface, so that the extracellularly produced cellulase is retained in the first skeletal protein. In order to retain the extracellularly produced cellulase on the first skeletal protein displayed on the surface, both may be brought into contact with each other in an appropriate aqueous medium. The aqueous medium is not particularly limited as long as the physiological activity of yeast and cellulase is maintained. For example, appropriate pH, osmotic pressure and temperature may be ensured for these. The pH varies depending on proteins and cells, but is usually in the range of pH 6 to 9. The osmotic pressure is preferably approximately isotonic with respect to cells such as microorganisms. The osmotic pressure can be adjusted by using an appropriate salt in addition to a buffer solution and an isotonizing agent. Further, the temperature is preferably 1 ° C. or higher and 10 ° C. or lower, more preferably 2 ° C. or higher and 5 ° C. or lower in consideration of protein denaturation and the like. Such an aqueous medium may be a salt solution or the like. For example, a Tris-HCl buffer of about 20 mM to 50 mM may be used. Moreover, it is good also as an aqueous medium in which calcium ion exists, such as CaCl2 solution more than 0 mM and 20 mM or less, More preferably, 5 mM or more and 15 mM or less. More preferably, it is an aqueous medium in which about 10 mM calcium ions are present. If necessary, the aqueous medium may be agitated to promote contact between the two.

また、当業者であれば、セルラーゼ遺伝子のアミノ酸配列及び塩基配列、並びに第1の骨格タンパク質及び第2の骨格タンパク質のアミノ酸配列及び塩基配列を適宜決定して、これらの各遺伝子を発現可能に保持する組換えベクターを用いることで、これらのタンパク質を取得できる。また、これらの各種タンパク質を、必要に応じて、大腸菌や酵母等を利用したタンパク質発現システムを用いて本発明の酵母外で合成したり、本発明の酵母で分泌発現させたり、本発明の酵母の細胞表層提示させることで、本発明の酵母を得ることができる。こうした組換えベクターの作製、組換え体宿主としての酵母等の取り扱いに必要な一般的な操作は、当業者間で通常行われているものであり、たとえば、T.Maniatis,J. Sambrookらの実験書(Molecular Cloning, A Laboratory Manual、Cold Spring Harbor Laboratory、1982,1989、2001)等を適宜参照することにより当業者であれば実施することができる。酵母を含む各種細胞に対するこうした遺伝子導入による外来タンパク質の発現のための各種操作は、例えば、Molecular Cloning A Laboratory Manual second edition(Maniatis et al.,Cold Spring Harbor Laboratory press.1989)等のプロトコールに従うことができる。また、ベクターの導入方法としては、従来公知の各種方法、例えば、リン酸カルシウム法、トランスフォーメーション法や、トランスフェクション法、接合法、プロトプラスト法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、酢酸リチウム法または他の方法が挙げられる。このような手法は、上記した実験書等に記載される。ベクターを導入した酵母につき、マーカー遺伝子を用いた選抜及び活性発現による選抜により、必要なタンパク質を発現する酵母を得ることができる。   In addition, those skilled in the art appropriately determine the amino acid sequence and base sequence of the cellulase gene, and the amino acid sequence and base sequence of the first skeletal protein and the second skeletal protein, and hold each of these genes so that they can be expressed. These proteins can be obtained by using a recombinant vector. In addition, these various proteins may be synthesized outside the yeast of the present invention using a protein expression system utilizing Escherichia coli, yeast or the like, or secreted and expressed in the yeast of the present invention, or the yeast of the present invention. The yeast of the present invention can be obtained by presenting the cell surface. General operations necessary for the production of such a recombinant vector and the handling of yeast or the like as a recombinant host are those commonly performed by those skilled in the art. A person skilled in the art can carry out this method by referring appropriately to an experimental book by Maniatis, J. Sambrook et al. (Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982, 1989, 2001). Various operations for expressing foreign proteins by introducing such genes into various cells including yeast should follow protocols such as Molecular Cloning A Laboratory Manual second edition (Maniatis et al., Cold Spring Harbor Laboratory press. 1989). it can. In addition, as a method for introducing a vector, various conventionally known methods such as calcium phosphate method, transformation method, transfection method, conjugation method, protoplast method, electroporation method, lipofection method, lithium acetate method or other methods Is mentioned. Such a method is described in the above-mentioned experiment document. Yeast that expresses a necessary protein can be obtained by selection using a marker gene and selection based on expression of the yeast into which the vector has been introduced.

(酵母)
セルラーゼ群から選択されるセルラーゼを細胞表層に保持する酵母は、特に限定されないで公知の各種酵母を利用できる。サッカロマイセス・セレビジエ(Saccharomyces cerevisiae)等のサッカロマイセス属の酵母、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等のシゾサッカロマイセス属の酵母、カンジダ・クルゼイ(Candida krusei)、キャンディダ・シェハーテ(Candida shehatae)等のキャンディダ属の酵母、ピヒア・パストリス(Pichia pastoris)、ピヒア・スティピティス(Pichia stipitis)等のピヒア属の酵母、ハンセヌラ(Hansenula)属の酵母、トリコスポロン(Trichosporon)属の酵母、ブレタノマイセス(Brettanomyces)属の酵母、パチソレン(Pachysolen)属の酵母、ヤマダジマ(Yamadazyma)属の酵母、クルイベロマイセス・マーキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、クルイベロマイセス・ラクティス(Kluveromyces lactis)等のクルイベロマイセス属の酵母が挙げられる。なかでも、工業的利用性等の観点からサッカロマイセス属酵母が好ましく、サッカロマイセス・セレビジエがより好ましい。
(yeast)
The yeast that holds the cellulase selected from the cellulase group on the cell surface layer is not particularly limited, and various known yeasts can be used. Saccharomyces cerevisiae and other Saccharomyces yeasts, Schizosaccharomyces pombe Schizosaccharomyces pombe yeasts, Candida krusei, Candida shehatae, etc. Candida yeast, Pichia pastoris, Pichia stipitis, Pichia yeast, Hansenula yeast, Trichosporon yeast, Brettanomyces genus Examples include yeasts, yeasts of the genus Pachysolen, yeasts of the genus Yamadazyma, yeasts of the genus Kluyveromyces such as Kluyveromyces marxianus and Kluveromyces lactis. It is done. Of these, Saccharomyces yeasts are preferable from the viewpoint of industrial availability and the like, and Saccharomyces cerevisiae is more preferable.

なお、本発明の酵母又はその組み合わせは、本発明のセルラーゼ群から選択されるセルラーゼとともに、β−グルコシダーゼを細胞外に発現するものであってもよい。また、本発明の酵母の組み合わせは、β−グルコシダーゼを細胞外に生産する酵母を含んでいてもよい。β−グルコシダーゼを細胞外に発現することで、本発明のセルラーゼ群から選択されるセルラーゼによって得られるセルロース分解産物を効果的にグルコースにまで分解することができる。また、当該セルラーゼ由来のグルコースを資化して直接、有用物質を生産することができる。β−グルコシダーゼを細胞外に生産する形態としては、細胞外に分泌生産する形態と本発明のセルラーゼ群と同様に細胞表層に保持する形態とが挙げられる。酵母におけるタンパク質の分泌生産には、酵母において機能するシグナルペプチドを付与するなどすればよい。例えば、酵母に由来するシグナルペプチド配列としては、例えば酵母インベルターゼリーダー、α因子リーダー、またはRhizopus oryzae やC. albicansグルコアミラーゼリーダーなどが挙げられる。なお、酵母にβ−グルコシダーゼを生産させるには、既に説明した遺伝子導入による形質転換の手法を用いることができる。   In addition, the yeast of this invention or its combination may express (beta) -glucosidase extracellularly with the cellulase selected from the cellulase group of this invention. In addition, the yeast combination of the present invention may include a yeast that produces β-glucosidase extracellularly. By expressing β-glucosidase outside the cell, the cellulose degradation product obtained by the cellulase selected from the cellulase group of the present invention can be effectively degraded to glucose. In addition, useful substances can be produced directly by assimilating glucose derived from the cellulase. As a form which produces (beta) -glucosidase outside a cell, the form secreted and produced outside a cell and the form hold | maintained on a cell surface layer similarly to the cellulase group of this invention are mentioned. For the secretory production of proteins in yeast, a signal peptide that functions in yeast may be added. For example, signal peptide sequences derived from yeast include, for example, yeast invertase leader, alpha factor leader, Rhizopus oryzae and C. albicans glucoamylase leader. In addition, in order to make yeast produce β-glucosidase, the transformation method by gene introduction already described can be used.

酵母としては、遺伝子工学的な改変により、乳酸などの有機酸、C3〜C5アルコールなど工業原料等にもなる化合物を生産する酵母も利用できる。β−グルコシダーゼを分解系に並存させることで、こうした酵母にセルロース由来のグルコースを資化させれば、セルロースを原料として直接有用物質を生産できる。を例えば、乳酸生産酵母などの形質転換酵母は、例えば、特開2003−334092、特開2004−187643、特開2005−137306、特開2006−6271、特開2006−20602、特開2006−42719、特開2006−75133、特開2006−296377等に開示されており、本発明においてはこれらの形質転換酵母を用いることができる。これらの公報に記載の内容の全ては引用により本明細書の一部に組み込まれる。   As the yeast, yeast that produces an organic acid such as lactic acid or a compound that also serves as an industrial raw material such as C3 to C5 alcohol by genetic engineering modification can be used. By making β-glucosidase coexist in the degradation system and assimilating glucose derived from cellulose in such yeast, useful substances can be directly produced using cellulose as a raw material. For example, transformed yeasts such as lactic acid-producing yeast are disclosed in, for example, JP-A-2003-334092, JP-A-2004-187743, JP-A-2005-137306, JP-A-2006-6271, JP-A-2006-20602, JP-A-2006-42719. JP-A-2006-75133, JP-A-2006-296377, etc., and these transformed yeasts can be used in the present invention. All of the contents described in these publications are incorporated herein by reference.

以上説明したように、本発明の酵母又はその組み合わせは、酵母の細胞表層において良好なセルラーゼ活性を発揮できるセルラーゼ及びその組み合わせを当該細胞表層に保持している。このため、本発明の酵母とセルロース含有材料とを接触させることで、セルロース含有材料中のセルロースを効率的に分解することができる。特に、酵母自身にこうしたセルラーゼ遺伝子を導入して発現させることで、酵母の培養によって直ちに好ましいセルラーゼを取得できる。また、酵母がセルロースを分解することでセルロースを資化し増殖可能な場合には、一層のセルロース分解活性の増強と発酵による有用物質生産が可能となる。   As described above, the yeast of the present invention or a combination thereof retains the cellulase capable of exhibiting a good cellulase activity on the cell surface of the yeast and the combination thereof on the cell surface. For this reason, the cellulose in a cellulose containing material can be decomposed | disassembled efficiently by making the yeast of this invention and a cellulose containing material contact. In particular, by introducing such a cellulase gene into yeast and expressing it, a preferred cellulase can be obtained immediately by culturing the yeast. Moreover, when yeast decomposes | disassembles cellulose and can utilize and proliferate cellulose, the useful substance production by the enhancement of a further cellulose decomposition activity and fermentation will be attained.

(セルロース分解産物の生産方法) 本発明のセルロース分解産物の生産方法は、セルラーゼを用いてセルロースからセルロース分解産物を生産する方法である。本発明の生産方法は、本発明の酵母又はその組み合わせを用いて、上記セルラーゼ群から選択される2種以上のセルラーゼによりセルロースを分解する工程を備えることができる。本発明によれば、効率的にセルロースを分解し、低分子化し、セルロースオリゴマー、セロビオース又はグルコースを生産できる。 (Method for Producing Cellulose Degradation Product) The method for producing a cellulose degradation product of the present invention is a method for producing a cellulose degradation product from cellulose using cellulase. The production method of the present invention can comprise a step of degrading cellulose with two or more cellulases selected from the cellulase group using the yeast of the present invention or a combination thereof. According to the present invention, cellulose can be efficiently decomposed and reduced in molecular weight to produce cellulose oligomers, cellobiose or glucose.

本発明のセルラーゼ群から選択される2種類以上のセルラーゼによりセルロースを分解するには、2種類以上のセルラーゼを同時に保持する酵母を用いてもよいし、1種類のセルラーゼを細胞表層に保持する酵母を2種類以上組み合わせて用いてもよいし、こうした酵母を組み合わせて用いてもよい。セルラーゼがセルロソーム由来の第1の骨格タンパク質を介して酵母細胞表層に保持されている場合には、酵母が相互に凝集しやすくなっている。このため、2種類以上のセルラーゼが別々の酵母の細胞表層に保持されていても、効率的にセルロースを分解することができる。また、第1の骨格タンパク質がセルロース結合ドメインを有している場合には、酵母はセルロースに吸着しやすくなっており、このため、別々の酵母に2種類以上のセルラーゼが保持されていても効率的にセルロースを分解できる。また、既に説明したように、分解対象であるセルロースの結晶性の相違(結晶性かあるいは非晶質性か)やその結晶性の程度や異なる結晶性のセルロースの配合比率によって、セルラーゼの組み合わせを適宜選択することもできる。   In order to decompose cellulose with two or more types of cellulases selected from the group of cellulases of the present invention, a yeast that simultaneously holds two or more types of cellulases may be used, or a yeast that holds one type of cellulase on the cell surface layer. May be used in combination of two or more, or such yeasts may be used in combination. When cellulase is retained on the surface of the yeast cell via the first skeletal protein derived from cellulosome, the yeast tends to aggregate with each other. For this reason, even if two or more types of cellulases are held in the cell surface layer of different yeasts, cellulose can be efficiently decomposed. In addition, when the first skeletal protein has a cellulose-binding domain, yeast is easily adsorbed to cellulose. Therefore, even if two or more cellulases are held in different yeasts, the efficiency is high. Cellulose can be decomposed. In addition, as already explained, the combination of cellulases depends on the difference in crystallinity (crystalline or amorphous) of the cellulose to be decomposed, the degree of crystallinity, and the blending ratio of different crystalline celluloses. It can also be selected as appropriate.

グルコースを分解産物として得る観点からは、分解工程において、β−グルコシダーゼが存在することが好ましい。β−グルコシダーゼは、酵素剤として分解工程に添加されてもよい。また、β−グルコシダーゼは、本発明のセルラーゼ群から選択されるセルラーゼとともにβ−グルコシダーゼを細胞外に生産する酵母によって提供されてもよいし、β−グルコシダーゼを発現する酵母によって提供されてもよい。   From the viewpoint of obtaining glucose as a degradation product, β-glucosidase is preferably present in the degradation step. β-glucosidase may be added to the decomposition step as an enzyme agent. In addition, β-glucosidase may be provided by a yeast that produces β-glucosidase extracellularly together with a cellulase selected from the cellulase group of the present invention, or may be provided by a yeast that expresses β-glucosidase.

分解工程は、本発明の酵母をセルロース含有材料に接触させることにより行う。分解の態様は特に限定されないが、予め十分量に準備した酵母をセルロース含有材料に接触させるか、あるいは酵母が増殖可能な条件下でセルロース含有材料に接触させることが好ましい。酵母が増殖可能な条件とは、典型的には、酵母の増殖のための栄養源を含む培地を存在する条件が挙げられる。栄養源のうち炭素源としては、酵母の利用しやすいグルコースやスクロースが挙げられる。また、分解工程にβ−グルコシダーゼが供給される場合には、セルロース由来のグルコースを炭素源として酵母が利用できるため、必ずしも、グルコースやスクロースの添加を要しない。   The decomposition step is performed by bringing the yeast of the present invention into contact with the cellulose-containing material. Although the aspect of decomposition | disassembly is not specifically limited, It is preferable to make the yeast containing sufficient amount prepared beforehand contact a cellulose containing material, or to contact a cellulose containing material on the conditions which a yeast can proliferate. The conditions under which yeast can grow typically include conditions in which a medium containing a nutrient source for yeast growth is present. Among the nutrient sources, examples of the carbon source include glucose and sucrose which are easily used by yeast. In addition, when β-glucosidase is supplied to the decomposition step, yeast can be used using cellulose-derived glucose as a carbon source, and therefore it is not always necessary to add glucose or sucrose.

このほか、分解工程における条件は、本発明の酵母の生存、増殖又は発酵条件、表層に保持されるセルラーゼの分解活性等を考慮して決定される。   In addition, the conditions in the decomposition step are determined in consideration of the survival, growth or fermentation conditions of the yeast of the present invention, the decomposition activity of cellulase retained on the surface layer, and the like.

本明細書において、セルロースとは、グルコースがβ-1,4-グルコシド結合により重合した重合体及びその誘導体をいう。セルロースにおけるグルコースの重合度は特に限定しないが、好ましくは200以上である。また、誘導体としては、カルボキシメチル化、アルデヒド化、若しくはエステル化などの誘導体が挙げられる。また、セルロースは、その部分分解物である、セロオリゴ糖、セロビオースを含んでいてもよい。さらに、セルロース は、結晶性セルロースであってもよいし、非結晶性セルロースであってもよいが、好ましくは結晶性セルロースを含む。さらに、セルロースは、天然由来のものでも、人為的に合成したものでもよい。セルロースの由来も特に限定しない。植物由来のものでも、真菌由来のものでも、細菌由来のものであってもよい。   In the present specification, cellulose refers to a polymer in which glucose is polymerized by β-1,4-glucoside bonds and derivatives thereof. The degree of polymerization of glucose in cellulose is not particularly limited, but is preferably 200 or more. In addition, examples of the derivative include derivatives such as carboxymethylation, aldehyde formation, or esterification. Cellulose may contain cellooligosaccharide and cellobiose, which are partially decomposed products thereof. Further, the cellulose may be crystalline cellulose or non-crystalline cellulose, but preferably contains crystalline cellulose. Furthermore, the cellulose may be naturally derived or artificially synthesized. The origin of cellulose is not particularly limited. It may be derived from plants, fungi, or bacteria.

セルロースは、セルロース含有材料の形態で分解工程に供されてもよい。本明細書において、セルロース含有材料とは、上記したセルロースを含むものであればよい。したがって、実質的にセルロースのみからなるものであってもよいし、セルロース含有材料は、配糖体であるβ−グルコシド、リグニン及び/又はヘミセルロースとの複合体であるリグノセルロース、さらにペクチンなどとの複合体であってもよい。また、セルロース含有材料としては、綿や麻などの天然繊維品、レーヨン、キュプラ、アセテート、リヨセルなどの再生繊維品、稲ワラなどの各種ワラ、籾殻、バガス、木材チップなどの農産廃棄物、古紙、建築廃材などの各種廃棄物などを含むバイオマス(木質系及び草本系)が挙げられる。   Cellulose may be subjected to a decomposition step in the form of a cellulose-containing material. In the present specification, the cellulose-containing material may be any material that contains cellulose as described above. Therefore, it may consist essentially of cellulose, and the cellulose-containing material may be composed of glycoside β-glucoside, lignin and / or lignocellulose which is a complex with hemicellulose, and pectin. It may be a complex. Cellulose-containing materials include natural fiber products such as cotton and hemp, recycled fiber products such as rayon, cupra, acetate, and lyocell, various straws such as rice straw, agricultural waste such as rice husks, bagasse and wood chips, and waste paper And biomass (woody and herbaceous) containing various wastes such as building waste.

分解しようとするセルロース含有材料の種類によっては、前処理や追加の酵素が必要な場合もありうる。例えば、リグノセルロース材料を用いる場合、効率な分解のためには、物理的、化学的又は酵素的な前処理が必要な場合もある。   Depending on the type of cellulose-containing material to be degraded, pretreatment or additional enzymes may be required. For example, when using lignocellulosic materials, physical, chemical or enzymatic pretreatment may be required for efficient degradation.

分解工程の実施により各種のセルロース分解産物が得られる。分解産物を回収するには、培養上清を回収すればよい。培養上清は、そのままあるいは適宜精製等して、各種炭素源として利用が可能である。   Various cellulose degradation products are obtained by carrying out the degradation step. In order to recover the degradation product, the culture supernatant may be recovered. The culture supernatant can be used as various carbon sources as it is or after being appropriately purified.

(有用物質の生産方法)
本発明の有用物質の生産方法は、セルロースから有用物質を生産する方法であって、本発明の酵母の1種又は2種以上を用いて本発明のセルラーゼ群から選択される2種以上のセルラーゼによってセルロースを分解して得られたセルロース分解産物を含む炭素源の存在下、前記酵母又は他の微生物により有用物質を生産する工程、を備えることができる。本発明の有用物質の生産方法によれば、植物バイオマスの代表的な材料であるセルロースを微生物が利用可能な形態として、石油資源の利用を抑制又は回避して有用物質を生産することができる。
(Useful substance production method)
The method for producing a useful substance of the present invention is a method for producing a useful substance from cellulose, wherein two or more cellulases selected from the cellulase group of the present invention using one or more of the yeasts of the present invention. And a step of producing a useful substance by the yeast or other microorganisms in the presence of a carbon source containing a cellulose degradation product obtained by degrading cellulose. According to the method for producing a useful substance of the present invention, cellulose, which is a typical material of plant biomass, can be produced in a form that can be used by microorganisms, and the use of petroleum resources can be suppressed or avoided to produce a useful substance.

有用物質の生産工程では、酵母の他、大腸菌、枯草菌、麹菌等、グルコースを利用可能な微生物であれば用いることができる。グルコースを利用可能な微生物としては、例えば、グルコースからの代謝系の1種又は2種以上の酵素を遺伝子組換えにより置換、追加等して本来の代謝物でない化合物を産生可能に改変したものであってもよい。   In the production process of useful substances, any microorganism that can use glucose, such as Escherichia coli, Bacillus subtilis, Neisseria gonorrhoeae, etc., can be used in addition to yeast. Examples of microorganisms that can use glucose include those that have been modified to produce compounds that are not the original metabolites by replacing or adding one or more enzymes in the metabolic system from glucose by genetic recombination. There may be.

有用物質の生産工程としては、本発明の酵母によるセルロース分解産物を利用する限り、特に限定されないで、各種形態を採ることができる。例えば、本発明の酵母によるセルロースの分解工程との関係で有用物質生産工程は各種形態を採ることができる。例えば、一つの形態では、セルロース分解工程と有用物質生産工程が実質的に一つの工程のように実施される。すなわち、セルロース分解工程において、本発明の酵母のほかβ−グルコシダーゼが存在する場合には、分解産物はグルコースであるため、そのまま本発明の酵母がセルロース由来の当該グルコースを資化して有用物質を生産することができる。   The production process of the useful substance is not particularly limited as long as the cellulose degradation product by the yeast of the present invention is used, and various forms can be adopted. For example, the useful substance production process can take various forms in relation to the cellulose decomposition process by the yeast of the present invention. For example, in one form, a cellulose decomposition process and a useful substance production process are implemented substantially as one process. That is, in the cellulose degradation step, when β-glucosidase is present in addition to the yeast of the present invention, the degradation product is glucose, so that the yeast of the present invention assimilate the glucose derived from cellulose to produce a useful substance. can do.

また、他の一つの形態では、本発明の酵母によるセルロース分解工程後に、有用物質生産工程を実施する。すなわち、セルロース分解工程にβ−グルコシダーゼが存在しない場合には、分解工程で得られたセルロースの分解産物を含む培養上清等に対し、β−グルコシダーゼを供給してグルコースにまで分解後、あるいは分解とともに、本発明の酵母若しくは他の酵母又は他の微生物によりグルコースを資化して有用物質を生産する工程を実施する形態が挙げられる。なお、この形態でのβ−グルコシダーゼは、酵素製剤や酵母や微生物の細胞外生産等などいずれの形態で供給されてもよい。   Moreover, in another one form, a useful substance production process is implemented after the cellulose decomposition process by the yeast of this invention. That is, when β-glucosidase is not present in the cellulose decomposition step, β-glucosidase is supplied to the culture supernatant containing the cellulose degradation product obtained in the decomposition step and decomposed to glucose, or decomposed. In addition, there may be mentioned a form in which the step of producing useful substances by assimilating glucose with the yeast of the present invention or other yeasts or other microorganisms is mentioned. Note that β-glucosidase in this form may be supplied in any form such as an enzyme preparation, extracellular production of yeast or microorganisms, and the like.

なお、セルロース分解工程にβ−グルコシダーゼを含有する場合であっても、当該分解工程で得られたグルコースを含む分解産物を、他の酵母又は微生物の炭素源として利用する有用物質生産工程を実施することも可能である。   Even when β-glucosidase is contained in the cellulose decomposition step, a useful substance production step is performed in which the decomposition product containing glucose obtained in the decomposition step is used as a carbon source for other yeasts or microorganisms. It is also possible.

有用物質の生産工程では、酵母又は利用する微生物に一般的に適用される培養条件を適宜選択して用いることができる。典型的には、培養方法としては、静置培養、振とう培養または通気攪拌培養等を用いることができる。通気条件は、嫌気条件下、微好気条件下及び好気条件等、適宜選択することができる。培養温度も、用いる微生物の種類に応じて適宜決定されるものであって特に限定しないが、25℃〜55℃等の範囲とすることができる。また、培養時間も必要に応じて設定されるが、数時間〜150時間程度とすることができる。また、pHの調整は、無機あるいは有機酸、アルカリ溶液等を用いて行うことができる。培養中は、必要に応じてアンピシリン、テトラサイクリンなどの抗生物質を培地に添加することができる。   In the production process of useful substances, culture conditions generally applied to yeast or the microorganism to be used can be appropriately selected and used. Typically, stationary culture, shaking culture, aeration-agitation culture, or the like can be used as the culture method. The aeration conditions can be appropriately selected from anaerobic conditions, microaerobic conditions, aerobic conditions, and the like. The culture temperature is also appropriately determined according to the type of microorganism used, and is not particularly limited, but can be in the range of 25 ° C to 55 ° C. Moreover, although culture | cultivation time is also set as needed, it can be set as several hours-about 150 hours. The pH can be adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, or the like. During the culture, antibiotics such as ampicillin and tetracycline can be added to the medium as necessary.

有用物質としては特に限定しないが、酵母やその他の微生物がグルコースを利用して生産可能なものであればよい。有用物質は、酵母におけるグルコースからの代謝系の1種又は2種以上の酵素を遺伝子組換えにより置換、追加等して本来の代謝物でない化合物であってもよい。具体的には、エタノールなどの低級アルコール、乳酸などの有機酸の他、イソプレノド合成経路の追加によるファインケミカル(コエンザイムQ10、ビタミン及びその原料等)、解糖系の改変によるグリセリン、プラスチック・化成品原料など、バイオリファイナリー技術が対象とする材料が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a useful substance, What is necessary is just what yeast and other microorganisms can produce using glucose. The useful substance may be a compound that is not an original metabolite by replacing or adding one or more enzymes in the metabolic system from glucose in yeast by genetic recombination. Specifically, in addition to lower alcohols such as ethanol, organic acids such as lactic acid, fine chemicals (coenzyme Q10, vitamins and their raw materials, etc.) by adding an isoprenod synthesis route, glycerin by modifying glycolysis, plastics and chemical raw materials For example, materials targeted by biorefinery technology.

有用物質の生産工程の実施により、用いた微生物が有している有用物質生産能力に応じて有用物質が生産される。例えば、一般的な酵母はエタノール発酵するため、エタノールを得ることができる。遺伝子工学的改変等により乳酸などの有機酸生産能力を有している酵母は、乳酸等を生産する。有用物質の生産工程終了後、培養液から有用物質含有画分を回収する工程、さらにこれを精製又は濃縮する工程を実施することもできる。回収工程や精製等の工程は有用物質の種類等に応じて適宜選択される。   By performing the production process of the useful substance, the useful substance is produced according to the useful substance production capacity of the used microorganism. For example, since general yeast ferments ethanol, ethanol can be obtained. Yeast having the ability to produce an organic acid such as lactic acid by genetic engineering modification or the like produces lactic acid or the like. After completion of the useful substance production step, a step of recovering a useful substance-containing fraction from the culture solution, and a step of purifying or concentrating the fraction can also be performed. The recovery process and the purification process are appropriately selected according to the type of useful substance.

以下、本発明を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することができる。なお、以下に述べる遺伝子組換え操作は、基本的に、Molecular Cloning: A Laboratory Manual (T. Maniatis, et al., Cold Spring Harbor Laboratory) に従い行った。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. can do. In addition, the gene recombination operation described below was basically performed according to Molecular Cloning: A Laboratory Manual (T. Maniatis, et al., Cold Spring Harbor Laboratory).

C.thermocellum(ATCC27405)をATCCから取得し、乾燥菌体に直接滅菌水を添加、懸濁後、DNeasy Kit(QUIAGEN社製)によりゲノム抽出を行った。C.thermocellumのゲノムからシグナルペプチドを除いたセルラーゼ遺伝子をクローニングし、図1に示す2μmベクターに挿入後、S.cerevisiae MT8-2に導入した。クローニングした酵素を表7に示す。各酵素をYPDで一晩培養し上清をカルボキシメチルセルロース(CMC)を用いたハローアッセイに供したところCelA,CelD,CelF,CelR,CelK,CbhAは活性を示した。プロセッシブもしくはエクソグルカナーゼ活性しか持たないFamily48のセルラーゼCelSについては酵母上清液を50mM酢酸緩衝液pH6.O 0.5%リン酸膨潤セルロース(PSC)と混合し、TZアッセイにより遊離還元糖量の測定を行ったが活性は検出されなかった。   C. thermocellum (ATCC27405) was obtained from ATCC, sterilized water was directly added to the dried cells, suspended, and then subjected to genome extraction with DNeasy Kit (manufactured by QUIAGEN). The cellulase gene excluding the signal peptide from the C. thermocellum genome was cloned, inserted into the 2 μm vector shown in FIG. 1, and then introduced into S. cerevisiae MT8-2. The cloned enzyme is shown in Table 7. Each enzyme was cultured overnight in YPD, and the supernatant was subjected to a halo assay using carboxymethylcellulose (CMC). CelA, CelD, CelF, CelR, CelK, and CbhA showed activity. For Family 48 cellulase CelS, which has only processive or exoglucanase activity, the yeast supernatant was mixed with 50 mM acetate buffer pH 6.O 0.5% phosphate-swelled cellulose (PSC), and the amount of free reducing sugar was measured by TZ assay. However, no activity was detected.

AGA1遺伝子をS.cerevisiae BJ5465のゲノムに導入し、更にC.thermocellum由来スキャホールディンタンパク質の一部であるセルロース結合ドメイン(CBD)+4コヘシンドメインを含むアミノ酸配列に相当するDNA(配列番号36)を取得し、このDNAをAga2蛋白質と融合させ同株のゲノムに導入しBJ004株とした。更にA.aquleatus由来β−グルコシダーゼ(BGL)遺伝子をゲノムに導入しBJ104株とした。   AGA1 gene is introduced into the genome of S. cerevisiae BJ5465, and DNA corresponding to an amino acid sequence containing a cellulose binding domain (CBD) +4 cohesin domain, which is a part of the C. thermocellum-derived scaffoldin protein (SEQ ID NO: 36 The DNA was fused with the Aga2 protein and introduced into the genome of the same strain to obtain BJ004 strain. Furthermore, A. aquleatus-derived β-glucosidase (BGL) gene was introduced into the genome to obtain BJ104 strain.

実施例1の結果からクローニングしたC.thermocellum由来のセルラーゼはCelS以外はS.cerevisiaeで発現することが分かっている。そこで、BJ104株に実施例1で使用した2μmベクターC.thermocellum由来CelA,CelD,CelR,CelF,CelK,CbhAを導入し、BJ104pA, BJ104pD, BJ104pO, BJ104pR, BJ104pCb各酵母を作製した。各酵母をOD600=5,1mlに調製後、滅菌水+10mM CaCl2溶液1mlで二回洗浄後、1%CMC 50mM酢酸緩衝液pH6.0 1mlに懸濁し、60℃で二時間CMC分解試験を行い、TZアッセイ法で還元糖量活性を測定した。結果を図2に示す。図2に示すように、各酵母は、それぞれ活性を示した。 From the results of Example 1, it is known that the cloned cellulase derived from C. thermocellum is expressed in S. cerevisiae except for CelS. Therefore, 2 μm vector C. thermocellum-derived CelA, CelD, CelR, CelF, CelK, and CbhA used in Example 1 were introduced into the BJ104 strain to prepare BJ104pA, BJ104pD, BJ104pO, BJ104pR, and BJ104pCb yeasts. Prepare each yeast to OD600 = 5.1 ml, wash twice with 1 ml of sterilized water + 10 mM CaCl 2 solution, suspend in 1 ml of 1% CMC 50 mM acetate buffer pH 6.0, and perform CMC degradation test at 60 ° C for 2 hours. And the reducing sugar activity was measured by TZ assay. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, each yeast exhibited activity.

実施例2で作製した酵母を、単独で及び2種類を組み合わせて、D600=10に調製し、0.5%PSC分解試験を50℃で45時間行った。結果を図3に示す。図3に示すように、プロセッシング系酵素(CelF,CelR)にEG(CelA,CelD)を組み合わせた時に相乗効果が認められ、特にGHファミリー9に属するプロセッシングエンドグルカナーゼである、CelRと他の酵素を組み合わせた場合高い相乗効果が認められた。   The yeast prepared in Example 2 was prepared to D600 = 10 alone and in combination of two kinds, and a 0.5% PSC degradation test was conducted at 50 ° C. for 45 hours. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, a synergistic effect was observed when EG (CelA, CelD) was combined with a processing enzyme (CelF, CelR), and in particular, a processing endoglucanase belonging to GH family 9, CelR and other enzymes were combined. A high synergistic effect was observed when combined.

実施例2で作製した酵母を、単独で及び2種類を組み合わせて、D600=10に調製し、1%アビセル分解試験を50℃で72時間行った結果を図4に示す。図4に示すように、GHF9に属するプロセッシング系酵素(CelR,CelK,CbhA)を含む組み合わせの時に高い相乗効果が認められた。また、組み合わせる酵素としては、CelA及びCelFのほか、CelDも良好な相乗効果が認められた。   FIG. 4 shows the results of preparing the yeast prepared in Example 2 alone and in combination of two kinds to D600 = 10 and conducting a 1% Avicel degradation test at 50 ° C. for 72 hours. As shown in FIG. 4, a high synergistic effect was observed when the combination containing a processing enzyme (CelR, CelK, CbhA) belonging to GHF9 was used. In addition to CelA and CelF, CelD also showed a good synergistic effect as the enzyme to be combined.

本実施例は、一つの酵母で2種類の酵素を同時発現させて、結晶性セルロースの分解に対する好適な酵素の組み合わせを評価した。   In this example, two types of enzymes were co-expressed in one yeast to evaluate suitable enzyme combinations for the degradation of crystalline cellulose.

酵母BJ104のTrp1遺伝子を破壊し、Trp要求性株を作製した。マーカーはG418を利用し、その両端にTrpの相同組み換え領域を付加しPCRを行った。本PCR断片を酵母BJ104に導入しTrp要求性株BJ104Tを獲得した。本株に2μmプラスミドでpRS436SSRG(Ura3マーカー)とpRS434SSRG(Trp1マーカー)とにそれぞれセルラーゼを導入し、SD-Ura,Trpで一晩培養後、72時間SD-Ura,Trp+2%CAAで培養した。集菌後OD600=10とし、DW+10mMCaCl2を用いて二回洗浄後50mM酢酸緩衝液pH6.0、1%アビセルで、50℃、80時間反応させた。結果を図5に示す。 The Trp1 gene of yeast BJ104 was disrupted to produce a Trp-requiring strain. G418 was used as a marker, and a Trp homologous recombination region was added to both ends thereof for PCR. We won - this PCR fragment introduced Trp auxotrophs BJ104T yeast BJ104. Cellulase was introduced into pRS436SSRG (Ura3 marker) and pRS434SSRG (Trp1 marker) with a 2μm plasmid in this strain. . After collection, OD600 was set to 10 and washed twice with DW + 10 mM CaCl2, and then reacted with 50 mM acetate buffer pH 6.0, 1% Avicel at 50 ° C. for 80 hours. The results are shown in FIG.

図5に示すように、ファミリー9系のプロセッシング酵素同士を組み合せたとき高い分解活性が認められた(R-K,R-CbhA,K-CbhA)。特にK-CbhAの組み合わせが最も高い活性を示した。A-R,A-K,A-Cbは同一酵母で発現させると単一酵素を発現させた酵母の組み合わせよりも活性が低下した。酵母ではCelAの発現が他の酵素に比較して顕著に高く、同一酵母で生産させると殆どがCelA活性になるものと考えられた。   As shown in FIG. 5, high degradation activity was observed when Family 9 processing enzymes were combined (R-K, R-CbhA, K-CbhA). In particular, the combination of K-CbhA showed the highest activity. When A-R, A-K, and A-Cb were expressed in the same yeast, the activity was lower than the combination of yeasts expressing a single enzyme. In yeast, the expression of CelA was remarkably higher than that of other enzymes, and it was thought that most of them would have CelA activity when produced in the same yeast.

本実施例では、実施例5で作製した最も高い活性を持つK-CbhA発現酵母BJ104TpKCbを実施例5と同様に培養(SD-Ura,Trpで一晩培養後、72時間SD-Ura,Trp+2%CAAで培養)後、OD600=40としYP+10%アビセルで30℃、65時間培養した。培地中のエタノール濃度を測定した結果を図6に示す。図6に示すように、K-CbhA発現酵母BJ104TpKCbは、YP+10%アビセルの培地で0.24%のエタノールを検出した。なお、YPだけの場合は0.09%エタノールを検出した。以上のことから、K-CbhA発現酵母BJ104TpKCbは、アビセルの約3%を糖化してエタノール発酵したことがわかった。 In this embodiment, K-CBHA-expressing yeast BJ104T with the highest activity produced in Example 5 - PKCb similarly cultured as in Example 5 (SD-Ura, after overnight incubation at Trp, 72 hours SD-Ura, After culturing with Trp + 2% CAA), OD600 = 40 and YP + 10% Avicel was cultured at 30 ° C. for 65 hours. The results of measuring the ethanol concentration in the medium are shown in FIG. As shown in FIG. 6, K-CBHA expression yeast BJ104T - pKCb was detected 0.24% ethanol in medium YP + 10% Avicel. In the case of YP alone, 0.09% ethanol was detected. From the above, it was found that K-CbhA-expressing yeast BJ104T - pKCb was saccharified and ethanol-fermented with about 3% of Avicel.

Claims (14)

糖質分解酵素ファミリー5に属するセロビオヒドロラーゼCel 5F、同エンドグルカナーゼCel 5C、糖質分解酵素ファミリー8に属するエンドグルカナーゼCel 8A、糖質分解酵素ファミリー9に属するエンドグルカナーゼCel 9D、同エンドグルカナーゼCel 9R、同セロビオヒドロラーゼ Cel 9K及び同セロビオヒドロラーゼCbh Aからなる群から選択される1種又は2種以上のセルラーゼを細胞表層に保持する酵母又はその組み合わせ。   Cellobiohydrolase Cel 5F, Endoglucanase Cel 5C belonging to Glycolytic Enzyme Family 5, Endoglucanase Cel 8A belonging to Glycolytic Enzyme Family 8, Endoglucanase Cel 9D belonging to Glycolytic Enzyme Family 9, Endoglucanase Cel A yeast or a combination thereof that retains one or more cellulases selected from the group consisting of 9R, cellobiohydrolase Cel 9K, and cellobiohydrolase Cbh A on the cell surface. 前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、少なくともプロセッシブ型のセルラーゼを含む2種類以上である、請求項1に記載の酵母又はその組み合わせ。   The yeast or a combination thereof according to claim 1, wherein the cellulase retained in the cell surface of the yeast is at least two kinds including at least a processive cellulase. 前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、少なくとも、糖質分解酵素ファミリー9に属するセルラーゼを含む2種類以上である、請求項1又は2記載の酵母又はその組み合わせ。   The yeast or combination thereof according to claim 1 or 2, wherein the cellulase retained in the cell surface layer of the yeast is at least two kinds including cellulases belonging to the saccharide-degrading enzyme family 9. 前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、以下の表の第1欄に示すセルラーゼと当該第1欄に対応する第2欄に記載のセルラーゼから選択される1種又は2種以上とを含む、請求項1〜3のいずれかに記載の酵母又はその組み合わせ。
The cellulase retained in the cell surface layer of the yeast comprises cellulase shown in the first column of the following table and one or more selected from the cellulase described in the second column corresponding to the first column. The yeast according to any one of claims 1 to 3, or a combination thereof.
前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、以下の表の第1欄に示すセルラーゼと当該第1欄に対応する第2欄に記載のセルラーゼから選択される1種又は2種以上とを含む、請求項1〜4のいずれかに記載の酵母又はその組み合わせ。
The cellulase retained in the cell surface layer of the yeast comprises cellulase shown in the first column of the following table and one or more selected from the cellulase described in the second column corresponding to the first column. The yeast according to any one of claims 1 to 4, or a combination thereof.
前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、それぞれ以下の表に記載の配列番号で表される塩基配列又はアミノ酸配列と以下の関係を有する、請求項1〜5のいずれかに及び記載の酵母又はその組み合わせ。
(a)表10に記載の各配列番号で表される塩基配列からなる遺伝子によってコードされるセルラーゼ
(b)表10に記載の各配列番号で表される塩基配列からなるDNAと相補的なDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズする遺伝子によってコードされ対応するセルラーゼ活性を有するセルラーゼ
(c)表10に記載の各配列番号で表される塩基配列に対して80%以上の相同性を有する塩基配列からなる遺伝子によってコードされ対応するセルラーゼ活性を有するセルラーゼ
(d)表10に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列を有するセルラーゼ
(e)表10に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列において、1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列を有し対応するセルラーゼ活性を有するセルラーゼ
(f)表10に記載の各配列番号で表されるアミノ酸配列に対して80%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し対応するセルラーゼ活性を有するセルラーゼ
The cellulase retained in the cell surface layer of the yeast has the following relationship with the base sequence or amino acid sequence represented by the sequence numbers shown in the following table, respectively. Yeast or a combination thereof.
(A) Cellulase encoded by a gene comprising a base sequence represented by each sequence number described in Table 10 (b) DNA complementary to DNA comprising a base sequence represented by each sequence number described in Table 10 A cellulase encoded by a gene that hybridizes under stringent conditions with cellulase activity (c) a base sequence having a homology of 80% or more to the base sequence represented by each SEQ ID No. in Table 10 A cellulase having a corresponding cellulase activity encoded by a gene consisting of: (d) a cellulase having an amino acid sequence represented by each SEQ ID NO: listed in Table 10 (e) an amino acid sequence represented by each SEQ ID NO: listed in Table 10 In which one or more amino acids are deleted, substituted or added and have a corresponding cellulase activity Cellulase with corresponding cellulase activity has an amino acid sequence having 80% or more identity to the amino acid sequence represented by the SEQ ID NO: according to cellulase (f) Table 10
前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、クロストリジウム属(Clostridium)由来である、請求項1〜6のいずれかに記載の酵母又はその組み合わせ。   The yeast or a combination thereof according to any one of claims 1 to 6, wherein the cellulase retained in the cell surface layer of the yeast is derived from Clostridium. 前記セルラーゼは、クロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)由来である、請求項7に記載の酵母又はその組み合わせ。   The yeast or a combination thereof according to claim 7, wherein the cellulase is derived from Clostridium thermocellum. 前記酵母の細胞表層に保持される前記セルラーゼは、セルロソーム生産微生物のスキャホールディンタンパク質由来のタンパク質を介して前記細胞表層に保持されている、請求項1〜8のいずれかに記載の酵母又はその組み合わせ。   The yeast according to any one of claims 1 to 8, wherein the cellulase retained in the cell surface layer of the yeast is retained in the cell surface layer via a protein derived from a scaholdin protein of a cellulosome-producing microorganism. combination. 前記スキャホールディンタンパク質由来のタンパク質は、クロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)のスキャホールディンタンパク質由来である、請求項9に記載の酵母又はその組み合わせ。   The yeast according to claim 9 or a combination thereof, wherein the protein derived from the scaffolding protein is derived from a scaffolding protein of Clostridium thermocellum. 前記スキャホールディンタンパク質由来のタンパク質は、タイプIスキャホールディンタンパク質由来である、請求項9又は10に記載の酵母又はその組み合わせ。   The yeast or a combination thereof according to claim 9 or 10, wherein the protein derived from the scaffolding protein is derived from a type I scaffolding protein. 前記酵母又はその組み合わせには、β−グルコシダーゼを分泌生産する酵母を含む、請求項1〜11のいずれかに記載の酵母又はその組み合わせ。   The yeast or a combination thereof according to any one of claims 1 to 11, wherein the yeast or a combination thereof includes a yeast secreting and producing β-glucosidase. セルラーゼを用いてセルロースからセルロース分解産物を生産する方法であって、
請求項1〜12のいずれかに記載の酵母又はその組み合わせを用いて、前記酵母又はその組み合わせが保持する2種以上の前記セルラーゼを用いてセルロースを分解する工程、
を備える、生産方法。
A method for producing a cellulose degradation product from cellulose using cellulase,
A step of decomposing cellulose using two or more cellulases held by the yeast or a combination thereof using the yeast according to any one of claims 1 to 12 or a combination thereof.
A production method comprising:
セルロースから有用物質を生産する方法であって、
請求項1〜12のいずれかに記載の酵母又はその組み合わせを用いて、前記酵母又はその組み合わせが保持する2種類以上の前記セルラーゼを用いてセルロースを分解して得られたセルロース分解産物を含む炭素源を利用して、前記酵母又は他の微生物により有用物質を生産する工程、
を備える、生産方法。
A method for producing useful substances from cellulose,
Carbon containing a cellulose degradation product obtained by degrading cellulose using two or more kinds of cellulases held by the yeast or a combination thereof using the yeast according to any one of claims 1 to 12 or a combination thereof. Producing a useful substance by the yeast or other microorganisms using a source;
A production method comprising:
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