JP2012228221A - Improved halohydrin epoxidase - Google Patents

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ふみ 桑原
Fumiaki Watanabe
文昭 渡辺
Fujio To
不二夫 湯
Masabumi Kaioda
正文 養王田
Masafumi Otaka
雅文 尾高
Akashi Otaki
証 大滝
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved halohydrin epoxidase in which stereoselectivity, product inhibition resistance, and the like are improved, and to provide a method, by using the same, for efficiently producing optically active epihalohydrin or 4-halo-3-hydroxybutyronitrile by using them.SOLUTION: In the amino acid sequence of a wild type halohydrin epoxidase shown by a specific sequence, an improved halohydrin epoxidase consisting of the amino acid sequence into which the amino acid mutations substituting Ala at the second position with Lys, and also Ala at the 128th position with Cys, Gln, Ile, Met or Val are introduced is used.

Description

本発明は、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an improved halohydrin epoxidase and a method for producing the same.

ハロヒドリンエポキシダーゼは、ハロヒドリンハイドロゲンハライドリアーゼ、ハロヒドリンデハロゲナーゼまたはハロアルコールデハロゲナーゼとも称され、1,3−ジハロ−2−プロパノールをエピハロヒドリンに変換する活性及びその逆反応を触媒する活性を有する酵素(EC number:4.5.1.−)である。ハロヒドリンエポキシダーゼは、アミノ酸配列の相同性等から、3つのアイソザイム(A型、B型、C型)が存在することが知られている(非特許文献1:J.Bacteriology,183(17),5058−5066,2001)。A型ハロヒドリンエポキシダーゼとして、コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheA(非特許文献2:Biosci.Biotechnol.Biochem.,58(8),1451−1457,1994)、アースロバクター属(Arthrobacter sp.)AD2株由来のHheA AD2(非特許文献1)、アースロバクター属(Arthrobacter sp.)PY1株由来のDeh−PY1(非特許文献3:J.Health.Sci.,50(6),605−612,2004)等が知られている。また、B型ハロヒドリンエポキシダーゼとして、コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(非特許文献2)、マイコバクテリウム属(Mycobacterium sp.)GP1株由来のHheB GP1(非特許文献1)、アースロバクター エリシー(Arthrobacter erithii)H10a株由来のDehA(非特許文献4:Enz.Microbiol.Technol.,22,568−574,1998)等が知られている。そして、C型ハロヒドリンエポキシダーゼとして、アグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter)DH094株由来のHheC(特許文献1:特開平10−210981号公報)、アグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter)AD1株由来のHheC(非特許文献1)、アグロバクテリウム チュメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)由来のHalB(非特許文献5:Thesis(1996)University of Wales,Cardiff,United Kingdom)等が知られている。   Halohydrin epoxidase, also called halohydrin hydrogen halide lyase, halohydrin dehalogenase or haloalcohol dehalogenase, catalyzes the activity of converting 1,3-dihalo-2-propanol to epihalohydrin and its reverse reaction It is an enzyme (EC number: 4.5. It is known that halohydrin epoxidase has three isozymes (A type, B type, and C type) from the homology of amino acid sequences and the like (Non-patent Document 1: J. Bacteriology, 183 (17). ), 5058-5066, 2001). As type A halohydrin epoxidase, HheA derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain (Non-patent Document 2: Biosci. Biotechnol. Biochem., 58 (8), 1451-1457, 1994), HheA AD2 derived from Arthrobacter sp. AD2 strain (Non-patent document 1), Deh-PY1 derived from Arthrobacter sp. Strain PY1 (Non-patent document 3: J. Health. Sci. , 50 (6), 605-612, 2004) and the like. Further, as B-type halohydrin epoxidase, HheB (Non-patent Document 2) derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain, and HheB GP1 (Mycobacterium sp.) GP1 strain ( Non-Patent Document 1), DehA (Non-Patent Document 4: Enz. Microbiol. Technol., 22, 568-574, 1998) and the like derived from Arthrobacter erythii strain H10a are known. As C-type halohydrin epoxidase, HheC derived from Agrobacterium radiobacter DH094 (Patent Document 1: JP-A-10-210981), Agrobacterium radiobacter AD1 strain HheC derived from non-patent document 1, HalB derived from Agrobacterium tumefaciens (non-patent document 5: Thesis (1996) University of Wales, Cardiff, United Kingdom), etc. are known.

エピハロヒドリンは種々の医薬品や生理活性物質の合成原料として有用な物質である。例えば、(R)−エピハロヒドリンの開環シアノ化によって得られる(R)−4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルは、L−カルニチンの合成原料として有用であることが知られている(特許文献2:特開昭57−165352号公報)。少なくとも一部のハロヒドリンエポキシダーゼについては、上述した1,3−ジハロ−2−プロパノールをエピハロヒドリンに変換する活性及びその逆反応を触媒する活性に加え、シアン化合物の存在下にエピハロヒドリンを開環シアノ化して4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを生成する反応を触媒することが明らかになっており、その反応を利用した例として、1,3−ジハロ−2−プロパノールから光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法(特許文献3:特開平3−053889号公報、特許文献4:特開2001−25397号公報)及びエピハロヒドリンから光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法(特許文献5:特開平3−053890号公報)が知られている。   Epihalohydrin is a useful substance as a raw material for synthesizing various pharmaceuticals and physiologically active substances. For example, (R) -4-halo-3-hydroxybutyronitrile obtained by ring-opening cyanation of (R) -epihalohydrin is known to be useful as a raw material for the synthesis of L-carnitine (Patent Literature). 2: JP-A-57-165352). For at least some of the halohydrin epoxidases, in addition to the activity of converting 1,3-dihalo-2-propanol to epihalohydrin and the activity of catalyzing the reverse reaction, the epihalohydrin can be opened in the presence of a cyanide compound. It has been clarified that it catalyzes a reaction of cyanation to form 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. As an example using this reaction, 1,3-dihalo-2-propanol is optically active. Process for producing halo-3-hydroxybutyronitrile (Patent Document 3: JP-A-3-053889, Patent Document 4: JP-A-2001-25397) and optically active 4-halo-3-hydroxybutyrate from epihalohydrin A method for producing ronitrile (Patent Document 5: JP-A-3-053890) is known.

ところで、近年の遺伝子工学技術の進歩により、酵素タンパク質の構成アミノ酸の1個以上を欠失、付加または挿入させるか、あるいは他のアミノ酸で置換した変異体を意図的に作製することが可能となっている。これら変異体は、該変異の種類によっては、変異の導入されていない酵素と比較して、活性、安定性、有機溶媒耐性、耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性、基質特異性、立体選択性等の性能が向上することが知られている。これら性能の向上は、活性あたりの酵素触媒製造コスト低減、酵素触媒の安定化、反応工程の簡略化、反応収率の向上等を通じて、酵素反応を利用した工業的生産における大幅な生産コスト低減をもたらすことがある。従って、多くの酵素において様々な性能が向上した有用な改良酵素の創製が行われている。ハロヒドリンエポキシダーゼにおいても、構成アミノ酸の1個以上を欠失、付加、挿入、または他のアミノ酸で置換した変異体の報告がなされている。例えば、特許文献6(米国特許出願公開第2005/0272064号明細書)には、アグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter)AD1株由来のHheCの変異体570種類及びコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheBの変異体1種類が記載されている。また、特許文献7(米国特許出願公開第2006/0099700号明細書)には、アグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter)AD1株由来のHheCの変異体1422種類及びコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheBの変異体1種類が記載されている。これらのうちのいくつかの変異体については、エチル(R)−4−クロロ−3−ヒドロキシブチレイトからエチル(S)−4−シアノ−3−ヒドロキシブチレイトへの変換反応における活性が向上したことが示されている。さらに、特許文献8(国際公開第2008/108466号パンフレット)には、コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheBの変異体22株が記載されている。これらのうちのいくつかの変異体については、形質転換体当たりのハロヒドリンエポキシダーゼ活性が向上したことが示されている。   By the way, recent advances in genetic engineering technology have made it possible to intentionally create mutants in which one or more of the constituent amino acids of the enzyme protein are deleted, added or inserted, or substituted with other amino acids. ing. Depending on the type of mutation, these mutants may have activity, stability, resistance to organic solvents, heat resistance, acid resistance, alkali resistance, substrate specificity, stereoselectivity, etc. It is known that the performance of the system is improved. These performance improvements can significantly reduce production costs in industrial production using enzyme reactions by reducing enzyme catalyst production costs per activity, stabilizing enzyme catalysts, simplifying reaction processes, and improving reaction yields. May bring. Therefore, creation of useful improved enzymes having various performances improved in many enzymes. A halohydrin epoxidase has also been reported as a mutant in which one or more constituent amino acids are deleted, added, inserted, or substituted with other amino acids. For example, Patent Document 6 (US Patent Application Publication No. 2005/0272064) includes 570 types of HheC mutants derived from Agrobacterium radiobacter strain AD1 and Corynebacterium sp. One variant of HheB from N-1074 strain is described. Patent Document 7 (US Patent Application Publication No. 2006/0099700) discloses 1422 types of mutants of HheC derived from Agrobacterium radiobacter AD1 strain and Corynebacterium sp. One variant of HheB from N-1074 strain is described. Some of these mutants have improved activity in the conversion reaction of ethyl (R) -4-chloro-3-hydroxybutyrate to ethyl (S) -4-cyano-3-hydroxybutyrate. It has been shown. Further, Patent Document 8 (WO 2008/108466 pamphlet) describes 22 mutants of HheB derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain. Several of these mutants have been shown to have improved halohydrin epoxidase activity per transformant.

特開平10−210981号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-210981 特開昭57−165352号公報JP-A-57-165352 特開平3−053889号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-053889 特開2001−25397号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-25397 特開平3−053890号公報JP-A-3-053890 米国特許出願公開第2005/0272064号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0272064 米国特許出願公開第2006/0099700号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0099700 国際公開第2008/108466号パンフレットInternational Publication No. 2008/108466 Pamphlet

J.Bacteriol.,183(17),5058−5066,2001J. et al. Bacteriol. , 183 (17), 5058-5066, 2001 Biosci.Biotechnol.Biochem.,58(8),1451−1457,1994Biosci. Biotechnol. Biochem. 58 (8), 1451-1457, 1994. J.Health.Sci.,50(6),605−612,2004J. et al. Health. Sci. , 50 (6), 605-612, 2004 Enz.Microbiol.Technol.,22,568−574,1998Enz. Microbiol. Technol. , 22, 568-574, 1998 Thesis(1996)University of Wales, Cardiff, United KingdomThesis (1996) University of Wales, Cardiff, United Kingdom

ハロヒドリンエポキシダーゼを工業的に利用する場合には、酵素触媒として更なる高度化が望まれる。例えば、光学活性な4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造を目的とする場合、既知のハロヒドリンエポキシダーゼにより製造される4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの光学純度は必ずしも十分に高いものではない。従って、より光学純度の高い4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを生成するような、立体選択性が向上したハロヒドリンエポキシダーゼが望まれる。また、1,3−ジハロ−2−プロパノールを出発原料としてハロヒドリンエポキシダーゼにより4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造を行う場合、生成物(ハロゲン化物イオン及び4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル)の阻害による反応速度の低下が生じうる。従って、生成物阻害を受け難いハロヒドリンエポキシダーゼが望まれる。   When halohydrin epoxidase is used industrially, further advancement as an enzyme catalyst is desired. For example, when the purpose is to produce optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, the optical purity of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile produced by a known halohydrin epoxidase is not always sufficient. It is not expensive. Therefore, a halohydrin epoxidase with improved stereoselectivity that produces 4-halo-3-hydroxybutyronitrile with higher optical purity is desired. When 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is produced from 1,3-dihalo-2-propanol as a starting material by halohydrin epoxidase, the product (halide ion and 4-halo-3- The reaction rate may decrease due to inhibition of (hydroxybutyronitrile). Accordingly, halohydrin epoxidases that are less susceptible to product inhibition are desired.

そこで、本発明の目的は、これら課題を解決しうるハロヒドリンエポキシダーゼ、及びその製造方法、ならびにそれを用いたエピハロヒドリンまたは4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a halohydrin epoxidase capable of solving these problems, a method for producing the same, and a method for producing epihalohydrin or 4-halo-3-hydroxybutyronitrile using the same. is there.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列、特にB型アイソザイムに分類される野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列において、結晶構造解析を行った結果、ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列のうち、所定位置のアミノ酸残基のいずれかまたは全部を他のアミノ酸に置換することにより、形質転換体あたりのハロヒドリンエポキシダーゼ活性、立体選択性、生成物阻害耐性、生成物蓄積能等の属性が向上した改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを創出できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
(1)以下のアミノ酸配列I:
S−α1−α2−α3−α4−α5−α6−α7−α8−α9−α10−α11−α12−Y−α13−α14−A−R−α15(配列番号15)
(SはSer残基、YはTyr残基、AはAla残基、RはArg残基を表し、α1〜α15はそれぞれ独立して同一のまたは異なる任意のアミノ酸残基を表す。)
を含む野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列に対して、開始アミノ酸残基(通常はMet残基)より1残基C末端側のアミノ酸残基がLysに置換され、且つ、α10残基が他のアミノ酸に置換されたアミノ酸変異が導入されたアミノ酸配列からなる、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。
(2)α10残基におけるアミノ酸変異がCys,Gln,Ile,MetまたはValである、(1)に記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。
(3)野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが、グループBに分類されるものである、(1)または(2)に記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。
(4)野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属細菌またはマイコバクテリウム(Mycobacterium)属細菌由来のものである、(1)〜(3)のいずれかに記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。
(5)(1)〜(4)のいずれかに記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼをコードする遺伝子。
(6)(5)に記載の遺伝子を含む組換えベクター。
(7)(6)に記載の組換えベクターを宿主に導入してなる形質転換体または形質導入体。
(8)(7)に記載の形質転換体または形質導入体を培養して得られる培養物。
(9)(8)に記載の培養物から改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを採取することを特徴とする、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼの製造方法。
(10)(1)〜(4)のいずれかに記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及び/または(8)に記載の培養物を、1,3−ジハロ−2−プロパノールと接触させることによりエピハロヒドリンを生成させることを特徴とする、エピハロヒドリンの製造方法。
(11)(1)〜(4)のいずれかに記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及び/または(8)に記載の培養物を、シアン化合物存在下、1,3−ジハロ−2−プロパノールまたはエピハロヒドリンと接触させることにより4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを生成させることを特徴とする、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法。
(12)配列番号1で表される野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列において、第2番目のAlaがLysに置換され、且つ、第128番目のAlaが他のアミノ酸に置換されたアミノ酸変異が導入されたアミノ酸配列からなる、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。
(13)配列番号2で表される野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列において、第136番目のAlaが他のアミノ酸に置換されたアミノ酸変異が導入されたアミノ酸配列からなる、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。
(14)配列番号1で表される野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列において、第2番目のAlaがLysに置換され、且つ、第128番目のAlaがCys、Gln、Ile、MetまたはValに置換されたアミノ酸変異が導入されたアミノ酸配列からなる、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。
(15)配列番号2で表される野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列において、第136番目のAlaがCys、Gln、Ile、MetまたはValに置換されたアミノ酸変異が導入されたアミノ酸配列からなる、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。
The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems. As a result, the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase, particularly the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase classified into the B-type isozyme, was analyzed. Among them, by substituting any or all of the amino acid residues at a predetermined position with other amino acids, halohydrin epoxidase activity per transformant, stereoselectivity, product inhibition resistance, product accumulation ability, etc. The present inventors have found that an improved halohydrin epoxidase having improved attributes can be created, and the present invention has been completed.
That is, the present invention is as follows.
(1) The following amino acid sequence I:
S-α1-α2-α3-α4-α5-α6-α7-α8-α9-α10-α11-α12-Y-α13-α14-A-R-α15 (SEQ ID NO: 15)
(S represents a Ser residue, Y represents a Tyr residue, A represents an Ala residue, R represents an Arg residue, and α1 to α15 each independently represent an identical or different arbitrary amino acid residue.)
In the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase containing the amino acid residue 1 residue C-terminal from the starting amino acid residue (usually Met residue) is replaced with Lys, and the α10 residue is An improved halohydrin epoxidase consisting of an amino acid sequence into which an amino acid mutation substituted by another amino acid is introduced.
(2) The improved halohydrin epoxidase according to (1), wherein the amino acid mutation at the α10 residue is Cys, Gln, Ile, Met or Val.
(3) The improved halohydrin epoxidase according to (1) or (2), wherein the wild-type halohydrin epoxidase is classified into group B.
(4) The improved type according to any one of (1) to (3), wherein the wild-type halohydrin epoxidase is derived from a bacterium belonging to the genus Corynebacterium or a genus Mycobacterium. Halohydrin epoxidase.
(5) A gene encoding the improved halohydrin epoxidase according to any one of (1) to (4).
(6) A recombinant vector comprising the gene according to (5).
(7) A transformant or a transductant obtained by introducing the recombinant vector according to (6) into a host.
(8) A culture obtained by culturing the transformant or transductant according to (7).
(9) A method for producing an improved halohydrin epoxidase, comprising collecting the improved halohydrin epoxidase from the culture according to (8).
(10) By contacting the improved halohydrin epoxidase according to any one of (1) to (4) and / or the culture according to (8) with 1,3-dihalo-2-propanol. A method for producing epihalohydrin, characterized by producing epihalohydrin.
(11) The improved halohydrin epoxidase according to any one of (1) to (4) and / or the culture according to (8), in the presence of a cyanide compound, 1,3-dihalo-2-propanol Alternatively, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is produced by contacting with epihalohydrin to produce 4-halo-3-hydroxybutyronitrile.
(12) An amino acid mutation in which the second Ala is substituted with Lys and the 128th Ala is substituted with another amino acid in the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase represented by SEQ ID NO: 1 An improved halohydrin epoxidase consisting of an amino acid sequence into which is introduced.
(13) An improved halohydride comprising an amino acid sequence in which an amino acid mutation in which the 136th Ala is substituted with another amino acid in the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase represented by SEQ ID NO: 2 is introduced Phosphoepoxidase.
(14) In the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase represented by SEQ ID NO: 1, the second Ala is substituted with Lys, and the 128th Ala is Cys, Gln, Ile, Met or Val. An improved halohydrin epoxidase consisting of an amino acid sequence into which an amino acid mutation substituted in is introduced.
(15) In the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase represented by SEQ ID NO: 2, from the amino acid sequence introduced with an amino acid mutation in which the 136th Ala is replaced with Cys, Gln, Ile, Met or Val An improved halohydrin epoxidase.

本発明によれば、立体選択性、生成物阻害耐性等が向上した改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ得ることができるとともに、これらを利用して光学活性なエピハロヒドリンまたは4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを効率よく製造することができる。   According to the present invention, an improved halohydrin epoxidase having improved stereoselectivity, product inhibition resistance and the like can be obtained, and optically active epihalohydrin or 4-halo-3-hydroxybutyroyl can be obtained using these. Nitrile can be produced efficiently.

プラスミドpSTT002を示す図である。It is a figure which shows plasmid pSTT002.

以下に本発明の実施の形態について説明するが、本実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施の形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施をすることができる。   Embodiments of the present invention will be described below. However, the present embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not intended to be limited to these embodiments. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist thereof.

1.ハロヒドリンエポキシダーゼ
(1)野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ
「野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ」とは、自然界の生物より分離され得るハロヒドリンエポキシダーゼを指し、由来は限定されるものではない。また、当該酵素を構成するアミノ酸配列において、意図的または非意図的なアミノ酸の欠失または他のアミノ酸による置換もしくは挿入がなく、天然由来の属性を保持したままのハロヒドリンエポキシダーゼを意味する。
1. Halohydrin epoxidase (1) Wild-type halohydrin epoxidase “Wild-type halohydrin epoxidase” refers to a halohydrin epoxidase that can be isolated from natural organisms, and its origin is not limited. . Also, it means a halohydrin epoxidase that retains its natural attribute without any intentional or unintentional deletion of amino acids or substitution or insertion with other amino acids in the amino acid sequence constituting the enzyme. .

さらに、本発明において用いる野生型ハロヒドリンエポキシダーゼは、以下のアミノ酸配列I(19アミノ酸残基):
S−α1−α2−α3−α4−α5−α6−α7−α8−α9−α10−α11−α12−Y−α13−α14−A−R−α15(配列番号15)
(SはSer残基、YはTyr残基、AはAla残基、RはArg残基を表し、α1〜α15はそれぞれ独立して同一のまたは異なる任意のアミノ酸残基を表す。)を含むアミノ酸配列からなる。野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが、アミノ酸配列Iを含むアミノ酸配列からなるものであるか否かは、公共の配列データベース、例えば、米国生物工学情報センター(NCBI;National Center for Biotechnology Information)により提供されるGenBankデータベース(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?CMD=search&DB=protein)においてハロヒドリンエポキシダーゼとして登録されているものを検索し、該当したもののアミノ酸配列中に、上記アミノ酸配列Iが含まれるか否かを調べればよい。必要に応じて、遺伝子情報解析用ソフトウェアを用いて検索を行うことができる。また、公知文献で野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列について記載されているものがあればそれを参考にしてもよい。例えば、J.Bacteriology,183(17),5058−5066,2001に記載されている各種野生型ハロヒドリンエポキシダーゼアミノ酸配列のアラインメント定法を参考にすることで、アミノ酸配列Iが含まれるか否か、および全アミノ酸配列中のどの位置に含まれるかを知ることができる。なお、アミノ酸配列IにおけるSer残基、Tyr残基、Arg残基およびAla残基は、既知の各種野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列において高度に保存されている。
Furthermore, the wild-type halohydrin epoxidase used in the present invention has the following amino acid sequence I (19 amino acid residues):
S-α1-α2-α3-α4-α5-α6-α7-α8-α9-α10-α11-α12-Y-α13-α14-A-R-α15 (SEQ ID NO: 15)
(S represents a Ser residue, Y represents a Tyr residue, A represents an Ala residue, R represents an Arg residue, and α1 to α15 each independently represent the same or different arbitrary amino acid residues). It consists of an amino acid sequence. Whether or not the wild-type halohydrin epoxidase consists of an amino acid sequence comprising amino acid sequence I is provided by public sequence databases such as the National Center for Biotechnology Information (NCBI). GenBank database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?CMD=search&DB=protein) is searched for those registered as halohydrin epoxidase, and the corresponding amino acids What is necessary is just to investigate whether the said amino acid sequence I is contained in a sequence. If necessary, a search can be performed using gene information analysis software. Further, if there is a known document describing the amino acid sequence of wild-type halohydrin epoxidase, it may be referred to. For example, J. et al. Bacteriology, 183 (17), 5058-5066, 2001, by referring to the alignment method of various wild-type halohydrin epoxidase amino acid sequences, whether amino acid sequence I is included, and all amino acids It is possible to know which position in the array is included. The Ser residue, Tyr residue, Arg residue and Ala residue in amino acid sequence I are highly conserved in the amino acid sequences of various known wild-type halohydrin epoxidases.

野生型ハロヒドリンエポキシダーゼは、アミノ酸配列の相同性等から、3つのアイソザイム(A型、B型、C型)に大別されることが知られている(J.Bacteriology,183(17),5058−5066,2001)。本発明において用いる野生型ハロヒドリンエポキシダーゼは、B型に属するものが好ましい。   Wild-type halohydrin epoxidases are known to be roughly classified into three isozymes (A-type, B-type, and C-type) based on amino acid sequence homology and the like (J. Bacteriology, 183 (17)). , 5058-5066, 2001). The wild-type halohydrin epoxidase used in the present invention preferably belongs to the B type.

B型に分類されるハロヒドリンエポキシダーゼ (「HheB」ともいう) としては、コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(Biosci.Biotechnol.Biochem.,58(8),1451,1994)、マイコバクテリウム属(Mycobacterium sp.)GP1株由来のHheB GP1(J.Bacteriology,183(17),5058−5066,2001)、アースロバクター エリシー(Arthrobacter erithii)H10a株由来のDehA(Enz.Microbiol.Technol.,22,568−574,1998)等が挙げられる。中でも、コリネバクテリウム属、マイコバクテリウム属のものが、好ましい。   Examples of halohydrin epoxidases (also referred to as “HheB”) classified as type B include HheB (Biosci. Biotechnol. Biochem., 58 (8), derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain. 1451, 1994), HheB GP1 (J. Bacteriology, 183 (17), 5058-5066, 2001) derived from Mycobacterium sp. GP1 strain, Deh derived from Arthrobacter eriiii H10A strain (Enz. Microbiol. Technol., 22, 568-574, 1998). Of these, those of the genus Corynebacterium and Mycobacterium are preferred.

これらハロヒドリンエポキシダーゼのうち、アミノ酸配列が明らかにされているものについては、米国生物工学情報センター(NCBI; National Center for Biotechnology Information)により提供されるGenBankデータベース(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?CMD=search&DB=protein)において、以下のAccession No.により登録されている。
「Accession No.BAA14362」:コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheBのアミノ酸配列、
「Accession No.AAK73175」:マイコバクテリウム属(Mycobacterium sp.)GP1株由来のHheB GP1のアミノ酸配列。
Among these halohydrin epoxidases, those whose amino acid sequences have been clarified are described in the GenBank database (http://www.ncbi.net) provided by the National Center for Biotechnology Information (NCBI). nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?CMD=search&DB=protein), the following Accession No. It is registered by.
“Accession No. BAA14362”: amino acid sequence of HheB derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain,
“Accession No. AAK73175”: amino acid sequence of HheB GP1 derived from Mycobacterium sp. GP1 strain.

本発明において、コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列(HheB)については、その遺伝子(HHEB)が2つの開始コドンを有するため、結果的に、N末端近傍の8アミノ酸残基の有無のみが異なる2種のハロヒドリンエポキシダーゼが存在することが報告されている(Biosci.Biotechnol.Biochem.,58(8),1451−1457,1994)。本発明において、両者(上記2種のハロヒドリンエポキシダーゼ)を区別して称するときは、最初の開始コドンから翻訳されたアミノ酸配列(配列番号2)からなるHheBを「HheB(1st)」と称し、2番目の開始コドン (次に登場するメチオニン)から翻訳されたアミノ酸配列(配列番号1)からなるHheBを「HheB(2nd)」と称することとし、これらはいずれも野生型ハロヒドリンエポキシダーゼであるものとする。   In the present invention, the amino acid sequence (HheB) of halohydrin epoxidase derived from the Corynebacterium sp. Strain N-1074 has two initiation codons, so that , It has been reported that there are two types of halohydrin epoxidases that differ only in the presence or absence of 8 amino acid residues near the N-terminus (Biosci. Biotechnol. Biochem., 58 (8), 1451-1457, 1994). . In the present invention, when referring to both (the above two types of halohydrin epoxidases), HheB consisting of the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) translated from the first initiation codon is referred to as “HheB (1st)”. HheB consisting of the amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) translated from the second start codon (next methionine) will be referred to as “HheB (2nd)”, both of which are wild-type halohydrin epoxidases Suppose that

本明細書においては、主にコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来の野生型ハロヒドリンエポキシダーゼHheBを例に挙げて説明するが、前述のように、ハロヒドリンエポキシダーゼの由来は限定されず、HheB以外のハロヒドリンエポキシダーゼであっても前記アミノ酸配列Iを含むアミノ酸配列からなるものであれば、同様の説明が適用され得る。また、本発明で示した変異の位置または変異するアミノ酸種若しくは塩基配列を操作することによって、いずれの改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを得ることもできる。なお、本発明において、「高い相同性」というときは、例えば60%以上の相同性をいい、好ましくは75%以上の相同性であり、特に好ましくは90%以上の相同性をいう。   In this specification, the wild-type halohydrin epoxidase HheB derived from the Corynebacterium sp. Strain N-1074 will be mainly described as an example, but as described above, the halohydrin epoxidase is described. The origin of is not limited, and even if it is a halohydrin epoxidase other than HheB, the same explanation can be applied as long as it consists of an amino acid sequence including the amino acid sequence I. In addition, any improved halohydrin epoxidase can be obtained by manipulating the position of mutation or the amino acid species or base sequence to be mutated in the present invention. In the present invention, the term “high homology” refers to, for example, 60% or more homology, preferably 75% or more, particularly preferably 90% or more.

(2)改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ
本発明者は、配列番号1に示すアミノ酸配列からなる野生型ハロヒドリンエポキシダーゼの結晶構造を解析し、その結果から、配列番号1に示すアミノ酸配列のうち前述したアミノ酸配列I(配列番号15)中のα10アミノ酸残基(Ala)がHheBの立体選択性及び基質認識に重要である点を見出し、本発明における改良型ハロヒドリンエポキシダーゼの変異導入部位を特定した。すなわち、本発明における「改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ」は、主として遺伝子組換え技術を利用して、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼに含まれるアミノ酸配列I(配列番号15)に対してα10アミノ酸残基について置換変異が導入されたアミノ酸配列からなるものであり、立体選択性、生成物蓄積能等が向上したハロヒドリンエポキシダーゼである。
(2) Improved halohydrin epoxidase The present inventors analyzed the crystal structure of wild-type halohydrin epoxidase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and based on the results, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 Of these, the α10 amino acid residue (Ala) in the aforementioned amino acid sequence I (SEQ ID NO: 15) was found to be important for the stereoselectivity and substrate recognition of HheB, and the mutation of the improved halohydrin epoxidase in the present invention was introduced. The site was identified. In other words, the “improved halohydrin epoxidase” in the present invention mainly uses genetic recombination technology to leave an α10 amino acid residue relative to the amino acid sequence I (SEQ ID NO: 15) contained in the wild-type halohydrin epoxidase. The halohydrin epoxidase is composed of an amino acid sequence having a substitution mutation introduced in the group, and has improved stereoselectivity, product accumulation ability, and the like.

本発明における改良型ハロヒドリンエポキシダーゼには、基質1,3−ジハロ−2−プロパノールまたはエピハロヒドリンから、エピハロヒドリンまたは4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを生成させた場合の該生成物の光学純度が、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼにより同基質から同生成物を生成させた場合の該生成物の光学純度よりも高くなるという属性を有するものが含まれる。すなわち、基質である1,3−ジハロ−2−プロパノール及び/またはエピハロヒドリンに対する立体選択性が、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼよりも向上しているものが含まれる。立体選択性向上の本質的な原因としては、アミノ酸置換変異に起因するものであれば如何なるものでもよい。   The improved halohydrin epoxidase according to the present invention includes optical properties of the product when epihalohydrin or 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is produced from the substrate 1,3-dihalo-2-propanol or epihalohydrin. Those having the attribute that the purity is higher than the optical purity of the product when the product is produced from the substrate by the wild-type halohydrin epoxidase. In other words, those in which the stereoselectivity with respect to the substrate 1,3-dihalo-2-propanol and / or epihalohydrin is improved as compared to the wild-type halohydrin epoxidase. As an essential cause of the improvement in stereoselectivity, any cause may be used as long as it is caused by amino acid substitution mutation.

本発明において、「光学活性」とは、一方の鏡像異性体が他方の鏡像異性体よりも多く含まれている物質の状態、またはいずれか一方の鏡像異性体のみから成っている物質の状態を言う。また、「光学純度」とは、「鏡像異性体過剰率(%e.e.)」にほぼ等しいものであるとし、次式で定義する。   In the present invention, “optical activity” means a state of a substance in which one enantiomer is contained more than the other enantiomer, or a state of a substance consisting of only one of the enantiomers. say. In addition, “optical purity” is substantially equal to “enantiomeric excess (% ee)” and is defined by the following formula.

光学純度≒鏡像異性体過剰率=100×(|[R]−[S]|)/([R]+[S]) (%e.e.)       Optical purity≈enantiomeric excess = 100 × (| [R] − [S] |) / ([R] + [S]) (% ee)

ここで、[R]及び[S]は試料中の鏡像異性体のそれぞれの濃度を示す。また、本発明において、「立体選択性」とは、ハロヒドリンエポキシダーゼが、基質から生成物を生成する際に、いずれか一方の鏡像異性体が生成する反応を優先的に触媒する性質を言う。   Here, [R] and [S] indicate the respective concentrations of the enantiomers in the sample. In the present invention, the term “stereoselectivity” refers to a property that halohydrin epoxidase preferentially catalyzes a reaction that one of the enantiomers produces when producing a product from a substrate. say.

本発明の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、具体的には、前述したアミノ酸配列Iを含む野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列に対して以下のアミノ酸変異が導入されたアミノ酸配列からなるタンパク質である;   Specifically, the improved halohydrin epoxidase of the present invention is a protein comprising an amino acid sequence in which the following amino acid mutation is introduced into the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase including the amino acid sequence I described above. Is

(a)開始アミノ酸残基より1残基C末端側のアミノ酸残基がLysに置換され、且つ、アミノ酸配列I中のα10残基が、他のアミノ酸に置換されたアミノ酸変異。   (A) An amino acid mutation in which one amino acid residue on the C-terminal side from the starting amino acid residue is substituted with Lys, and α10 residue in amino acid sequence I is substituted with another amino acid.

なお、上記(a)において「開始アミノ酸残基」とは、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼを遺伝子(DNAまたはmRNA)中の翻訳開始コドンがコードするアミノ酸に対応するアミノ酸残基を意味する。すなわち、翻訳後の野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列におけるN末端アミノ酸残基(通常はMet残基)を意味する。   In the above (a), the “starting amino acid residue” means an amino acid residue corresponding to the amino acid encoded by the translation initiation codon in the gene (DNA or mRNA) of wild-type halohydrin epoxidase. That is, it means the N-terminal amino acid residue (usually a Met residue) in the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase after translation.

上記(a)で表されるタンパク質のアミノ酸変異は、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列において最もN末端側に位置する開始アミノ酸残基(通常はMet残基)を1番目と定義したときに、当該開始アミノ酸残基からC末端側に向かって何番目のアミノ酸残基におけるアミノ酸変異であるかによっても特定することができる。例えば、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが、配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(2nd)である場合は、(a)における「開始アミノ酸残基より1残基C末端側のアミノ酸残基」、および「α10残基」は、それぞれ「2番目のアミノ酸残基(Ala残基)」および「128番目のAla残基」に該当する。また、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが、配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(1st)である場合は、(a)における「開始アミノ酸残基より1残基C末端側のアミノ酸残基」、および「α10残基」は、それぞれ「2番目のアミノ酸残基(Ala残基)」および「136番目のAla残基」に該当する。また、しかし、HheB(2nd)は、HheB(1st)のアミノ酸配列におけるN末端近傍の8アミノ酸残基が欠失したアミノ酸配列からなるタンパク質に過ぎず、HheB(1st)及びHheB(2nd)の両アミノ酸配列における各アミノ酸残基の絶対的役割は実質的に同一である。   The amino acid mutation of the protein represented by (a) above is defined when the first amino acid residue (usually a Met residue) located at the N-terminal side in the amino acid sequence of wild-type halohydrin epoxidase is defined as the first. Furthermore, it can be specified by the amino acid mutation in the amino acid residue from the starting amino acid residue toward the C-terminal side. For example, when the wild-type halohydrin epoxidase is HheB (2nd) derived from the Corynebacterium sp. Strain N-1074 consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, The “amino acid residue 1 C-terminal side from the start amino acid residue” and the “α10 residue” correspond to the “second amino acid residue (Ala residue)” and the “128th Ala residue”, respectively. To do. In addition, when the wild-type halohydrin epoxidase is HheB (1st) derived from the Corynebacterium sp. N-1074 strain consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, The “amino acid residue at the C-terminal side from the first amino acid residue” and the “α10 residue” correspond to the “second amino acid residue (Ala residue)” and the “136th Ala residue”, respectively. To do. However, HheB (2nd) is only a protein consisting of an amino acid sequence from which 8 amino acid residues near the N-terminal in the amino acid sequence of HheB (1st) are deleted. Both HheB (1st) and HheB (2nd) The absolute role of each amino acid residue in the amino acid sequence is substantially the same.

本発明の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼの好ましい態様としては、例えば、以下のアミノ酸変異が導入されたアミノ酸配列からなるものが挙げられる;   Preferred embodiments of the improved halohydrin epoxidase of the present invention include, for example, those comprising an amino acid sequence into which the following amino acid mutation has been introduced;

(b)開始アミノ酸残基より1残基C末端側のアミノ酸残基がLysに置換され、且つ、アミノ酸配列I中のα10残基が、他のアミノ酸としてCys、Gln、Ile、MetまたはValに置換されたアミノ酸変異。   (B) One residue C-terminal amino acid residue from the starting amino acid residue is substituted with Lys, and α10 residue in amino acid sequence I is replaced with Cys, Gln, Ile, Met or Val as another amino acid. Substituted amino acid mutation.

ここで、上記(b)のアミノ酸変異は、前述した(a)のアミノ酸変異の具体的態様を例示したもの(詳しくは「他のアミノ酸」の具体例を示したもの)である。   Here, the amino acid mutation of (b) is a specific example of the amino acid mutation of (a) described above (specifically, a specific example of “another amino acid” is shown).

そのため、前述した(a)の場合と同様に、上記(b)における「開始アミノ酸残基より1残基C末端側のアミノ酸残基」および「α10残基」は、それぞれ野生型ハロヒドリンエポキシダーゼアミノ酸配列において最もN末端側に位置するアミノ酸残基(通常はMet残基)を1番目と定義したときに、当該開始アミノ酸残基からC末端側に向かって何番目のアミノ酸残基であるかによっても特定することができる。すなわち、例えば野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(2nd)である場合は、上記(b)のアミノ酸変異の態様は、以下のように特定することができる。   Therefore, as in the case of (a) described above, the “amino acid residue 1 residue C-terminal side from the starting amino acid residue” and the “α10 residue” in (b) above are the wild-type halohydrin epoxys, respectively. When the first amino acid residue (usually a Met residue) located in the N-terminal side of a dase amino acid sequence is defined as the first amino acid residue, the number of the amino acid residue from the starting amino acid residue toward the C-terminal side It can also be specified. That is, for example, when the wild-type halohydrin epoxidase is HheB (2nd) derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, The aspect of amino acid mutation can be specified as follows.

(b)2番目のアミノ酸残基(Ala残基)がLysに置換され、且つ、128番目のアミノ酸残基(Ala残基)が、他のアミノ酸としてCys、Gln、Ile、MetまたはValに置換されたアミノ酸変異。   (B) The second amino acid residue (Ala residue) is replaced with Lys, and the 128th amino acid residue (Ala residue) is replaced with Cys, Gln, Ile, Met or Val as another amino acid. Amino acid mutations.

また、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが配列番号2に示されるアミノ酸配列からなるコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(1st)である場合は、上記(b)のアミノ酸変異の態様は、以下のように特定することができる。   When the wild-type halohydrin epoxidase is HheB (1st) derived from the Corynebacterium sp. N-1074 strain consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, the amino acid of (b) above The mode of mutation can be specified as follows.

(b)2番目のアミノ酸残基(Ala残基)がLysに置換され、且つ、136番目のアミノ酸残基(Ala残基)が、他のアミノ酸としてCys、Gln、Ile、MetまたはValに置換されたアミノ酸変異。   (B) The second amino acid residue (Ala residue) is replaced with Lys, and the 136th amino acid residue (Ala residue) is replaced with Cys, Gln, Ile, Met or Val as another amino acid. Amino acid mutations.

本発明における改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、上記(a)、好ましくは(b)より選択されるアミノ酸変異を有するアミノ酸配列からなるものであればよい。   The improved halohydrin epoxidase in the present invention may be any amino acid sequence having an amino acid mutation selected from the above (a), preferably (b).

本発明における「改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ」のさらに具体的且つ好ましい態様としては、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが、配列番号1に示されるアミノ酸配列を有するコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(2nd)である場合は、配列番号16〜20に示されるアミノ酸配列を有する改良型ハロヒドリンエポキシダーゼが挙げられる。また、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが、配列番号2に示されるアミノ酸配列を有するコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(1st)である場合は、配列番号21〜25に示されるアミノ酸配列を有する改良型ハロヒドリンエポキシダーゼが挙げられる。   As a more specific and preferred embodiment of the “improved halohydrin epoxidase” in the present invention, the wild-type halohydrin epoxidase has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (Corynebacterium sp.). In the case of HheB (2nd) derived from the N-1074 strain, an improved halohydrin epoxidase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NOs: 16 to 20 can be mentioned. In addition, when the wild-type halohydrin epoxidase is HheB (1st) derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NOs: 21 to 25 And an improved halohydrin epoxidase having the amino acid sequence shown in FIG.

なお、本発明において、アミノ酸の種類を3文字または1文字のアルファベット表記で表すことがある。さらに、数字の前または前後に、3文字または1文字のアルファベットを配して表記することがあり、この場合は、アミノ酸残基の箇所及び置換前後のアミノ酸の種類を表す。すなわち、数字は、特に断りがない限り、上述したように、翻訳開始コドンによりコードされるアミノ酸残基(通常はメチオニン)を1番目と定義した場合に、何番目のアミノ酸残基であるかを示すものである。また、数字の前に表示した3文字または1文字のアルファベットは、アミノ酸置換前のアミノ酸の3文字または1文字表記を表し、数字の後に表示した3文字または1文字のアルファベットは、アミノ酸置換が生じた場合の置換後のアミノ酸の3文字または1文字表記を表すものとする。例えば、128番目のアラニン残基は「Ala128」または「A128」と表記し、128番目のアラニン残基がバリンに置換された場合は「Ala128Val」または「A128V」と表記することがある。   In the present invention, the type of amino acid may be represented by a three-letter or one-letter alphabet. Furthermore, it may be described by placing a three-letter or one-letter alphabet before or before the number, and in this case, the position of the amino acid residue and the type of amino acid before and after substitution. In other words, unless otherwise specified, as described above, when the amino acid residue (usually methionine) encoded by the translation initiation codon is defined as the first, the number indicates the number of the amino acid residue. It is shown. Also, the three-letter or one-letter alphabet displayed before the number represents the three-letter or one-letter code of the amino acid before the amino acid substitution, and the three-letter or one-letter alphabet displayed after the number causes an amino acid substitution. In this case, the three-letter or one-letter code of the amino acid after substitution is to be expressed. For example, the 128th alanine residue may be expressed as “Ala128” or “A128”, and when the 128th alanine residue is substituted with valine, it may be expressed as “Ala128Val” or “A128V”.

2.ハロヒドリンエポキシダーゼ活性
本発明において、「ハロヒドリンエポキシダーゼ活性」とは、1,3−ジハロ−2−プロパノールをエピハロヒドリンに変換する活性及びその逆反応を触媒する活性を意味する。1,3−ジハロ−2−プロパノールは、下記一般式(1)で示される化合物である。
2. Halohydrin Epoxidase Activity In the present invention, “halohydrin epoxidase activity” means an activity of converting 1,3-dihalo-2-propanol to epihalohydrin and an activity of catalyzing the reverse reaction. 1,3-dihalo-2-propanol is a compound represented by the following general formula (1).

Figure 2012228221

(式中、X及びXは、それぞれ独立して同一のまたは異なるハロゲン原子を表す。)
Figure 2012228221

(Wherein, X 1 and X 2 each independently represent the same or different halogen atom)

ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、塩素、臭素が特に好ましい。具体的には1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、1,3−ジクロロ−2−プロパノール(以下、「DCP」と称することがある)、1,3−ジブロモ−2−プロパノール、1,3−ジヨード−2−プロパノール等が挙げられ、好ましくは、1,3−ジクロロ−2−プロパノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノールである。
エピハロヒドリンは、下記一般式(2)で示される化合物である。
As the halogen atom, fluorine, chlorine, bromine and iodine are preferable, and chlorine and bromine are particularly preferable. Specifically, 1,3-difluoro-2-propanol, 1,3-dichloro-2-propanol (hereinafter sometimes referred to as “DCP”), 1,3-dibromo-2-propanol, 1,3- Examples include diiodo-2-propanol, and 1,3-dichloro-2-propanol and 1,3-dibromo-2-propanol are preferable.
Epihalohydrin is a compound represented by the following general formula (2).

Figure 2012228221
Figure 2012228221

ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、塩素、臭素が特に好ましい。具体的にはエピフルオロヒドリン、エピクロロヒドリン(以下、「ECH」と称することがある)、エピブロモヒドリン、エピヨードヒドリン等が挙げられ、特に好ましくはエピクロロヒドリン、エピブロモヒドリンである。   As the halogen atom, fluorine, chlorine, bromine and iodine are preferable, and chlorine and bromine are particularly preferable. Specific examples thereof include epifluorohydrin, epichlorohydrin (hereinafter sometimes referred to as “ECH”), epibromohydrin, epiiodohydrin, and the like, and particularly preferably epichlorohydrin, epibromo It is a hydrin.

本発明においては、「ハロヒドリンエポキシダーゼ活性」は、時間あたりの1,3−ジハロ−2−プロパノールからのエピハロヒドリン生成量またはハロゲン化物イオン生成量を測定することにより求めることができる。エピハロヒドリン生成量は、例えば、液体クロマトグラフィやガスクロマトグラフィ等によって定量することができる。また、ハロゲン化物イオン生成量は、例えば、そのハロゲン化物イオンの生成に伴って低下するpHをある一定の値に保つように、連続的または断続的にアルカリ溶液を添加し、時間あたりに要したアルカリの量から便宜的に求めることができる。この方法により算出されるハロヒドリンエポキシダーゼ活性を特に「脱ハロ活性」と呼ぶことがある。また、ハロヒドリンエポキシダーゼ活性は、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼに対する抗体を作製し、ウェスタンブロットやELISA法等の免疫学的手法によっても算出することが可能である。その他、ハロヒドリンエポキシダーゼ活性が形質転換体内における発現量と比例すると仮定する場合は、ハロヒドリンエポキシダーゼ活性が既知であるサンプルと比較すること等により、SDS−PAGE等の分析手段によっても間接的に求めることができる。SDS−PAGEは当業者であれば公知の方法を用いて行うことができる。   In the present invention, the “halohydrin epoxidase activity” can be determined by measuring the amount of epihalohydrin produced or the amount of halide ions produced from 1,3-dihalo-2-propanol per hour. The amount of epihalohydrin produced can be quantified by, for example, liquid chromatography or gas chromatography. In addition, the amount of halide ions generated was, for example, required per hour by adding an alkaline solution continuously or intermittently so as to maintain the pH that decreases with the generation of the halide ions at a certain value. It can be conveniently determined from the amount of alkali. The halohydrin epoxidase activity calculated by this method is sometimes called “dehaloactivity”. The halohydrin epoxidase activity can also be calculated by preparing an antibody against an improved halohydrin epoxidase and using an immunological technique such as Western blot or ELISA. In addition, when it is assumed that the halohydrin epoxidase activity is proportional to the expression level in the transformant, by comparing with a sample having a known halohydrin epoxidase activity, etc., an analytical means such as SDS-PAGE can also be used. It can be obtained indirectly. SDS-PAGE can be performed by those skilled in the art using a known method.

なお、少なくとも一部のハロヒドリンエポキシダーゼについては、上述の「ハロヒドリンエポキシダーゼ活性」に加え、シアン化合物の存在下にエピハロヒドリンを開環シアノ化して4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを生成する反応を触媒する活性を有する。この場合におけるシアン化合物としては、シアン化水素、シアン化カリウム (以下、「KCN」と称することがある)、シアン化ナトリウム、シアン酸またはアセトンシアンヒドリン等の反応液中に添加した際にシアンイオン(CN)またはシアン化水素を生じる化合物またはその溶液等が挙げられる。また、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルは、下記一般式 (3)で示される化合物である。 For at least some halohydrin epoxidases, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is obtained by ring-opening cyanation of epihalohydrin in the presence of a cyanide compound in addition to the above-mentioned “halohydrin epoxidase activity”. Has the activity of catalyzing the reaction to produce Cyan compounds in this case include cyanide ions (CN ) when added to a reaction solution such as hydrogen cyanide, potassium cyanide (hereinafter sometimes referred to as “KCN”), sodium cyanide, cyanic acid or acetone cyanohydrin. ) Or a compound that generates hydrogen cyanide or a solution thereof. Moreover, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is a compound shown by following General formula (3).

Figure 2012228221
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ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、塩素、臭素が特に好ましい。具体的には4−フルオロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル(以下、「CHBN」と称することがある)、4−ブロモ−3−ヒドロキシブチロニトリル、4−ヨード−3−ヒドロキシブチロニトリル等が挙げられ、好ましくは、4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル、4−ブロモ−3−ヒドロキシブチロニトリルである。   As the halogen atom, fluorine, chlorine, bromine and iodine are preferable, and chlorine and bromine are particularly preferable. Specifically, 4-fluoro-3-hydroxybutyronitrile, 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile (hereinafter sometimes referred to as “CHBN”), 4-bromo-3-hydroxybutyronitrile, 4 -Iodo-3-hydroxybutyronitrile and the like can be mentioned, and 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile and 4-bromo-3-hydroxybutyronitrile are preferable.

3.ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子
(1)野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子
野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのうち、その遺伝子配列(塩基配列)が明らかにされているものについては、米国生物工学情報センター(NCBI; National Center for Biotechnology Information)により提供されるGenBankデータベース(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=Nucleotide)において、以下のAccession No.により登録されている;
「Accession No.D90350」:コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheBをコードする遺伝子の塩基配列、
「Accession No.AY044094」:マイコバクテリウム属(Mycobacterium sp.)GP1株由来のHheB GP1をコードする遺伝子の塩基配列。
3. Halohydrin epoxidase gene (1) Wild-type halohydrin epoxidase gene For wild-type halohydrin epoxidase whose gene sequence (base sequence) has been clarified, US Biotechnology Information Center ( NCBI; GenBank database provided by the National Center for Biotechnology Information (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=Nucleides). Registered by;
“Accession No. D90350”: the base sequence of a gene encoding HheB derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain,
“Accession No. AY044094”: a base sequence of a gene encoding HheB GP1 derived from Mycobacterium sp. GP1 strain.

本発明においては、これらを「野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子」と呼ぶものとする。ここで、当該野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子における「野生型」の語は、「ハロヒドリンエポキシダーゼ」に係る語であり、ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列が野生型であることを意味する。本発明における野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を構成する塩基配列は、形質転換体宿主において利用可能なコドンをコードするものであればよく、必ずしも由来生物ゲノムDNA上にコードされている野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子の塩基配列に限定はされない。なお、HheB(1st)をコードする野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子をHHEB(1st)と称し、HheB(2nd)をコードする遺伝子をHHEB(2nd)と称するものとする。HHEB(1st)の塩基配列は配列番号4に示され、HHEB(2nd)の塩基配列は配列番号3に示される。   In the present invention, these are referred to as “wild-type halohydrin epoxidase genes”. Here, the term “wild-type” in the wild-type halohydrin epoxidase gene is a term related to “halohydrin epoxidase”, which means that the amino acid sequence of halohydrin epoxidase is wild-type. To do. The base sequence constituting the wild-type halohydrin epoxidase gene in the present invention is not limited as long as it encodes a codon that can be used in the transformant host. The base sequence of the hydrin epoxidase gene is not limited. Note that the wild-type halohydrin epoxidase gene encoding HheB (1st) is referred to as HHEB (1st), and the gene encoding HheB (2nd) is referred to as HHEB (2nd). The base sequence of HHEB (1st) is shown in SEQ ID NO: 4, and the base sequence of HHEB (2nd) is shown in SEQ ID NO: 3.

塩基配列が明らかになっている野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を取得する方法としては、由来生物からゲノムDNAを調製し、明らかにされている野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子配列情報をもとにプライマーを設計し、該プライマーを用いてPCR法でハロヒドリンエポキシダーゼをコードする遺伝子を増幅する方法が挙げられる。由来生物として、例えば、N−1074株が挙げられ、当該株は、受託番号「FERM BP−2643」として、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1−1−1中央第6(以下、本明細書において同様))に昭和63(1988)年11月10日付で寄託されている。   As a method for obtaining a wild-type halohydrin epoxidase gene whose base sequence has been clarified, genomic DNA was prepared from the source organism, and the sequence information of the wild-type halohydrin epoxidase gene that was clarified was used. And a method of amplifying a gene encoding halohydrin epoxidase by PCR using the primer. Examples of the derived organism include N-1074 strain, and this strain has the accession number “FERM BP-2643” and is designated by the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology as a patent biological deposit center (1-1-1 Higashi Tsukuba, Ibaraki Prefecture). Deposited on the 10th of November 1988 in the center No. 6 (hereinafter the same in this specification).

また、公知の遺伝子配列情報を基に、合成オリゴDNAを組み合わせたPCR法(assembly PCR)等を利用して、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子の全長を化学的に合成することも可能である。例えば、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子をいくつかの領域(例えば、50塩基程度)に分割し、隣り合う領域とのオーバーラップ(例えば、20塩基程度)を両端に有する複数のオリゴヌクレオチドを設計及び合成する。該オリゴヌクレオチドをPCR法で互いにアニールさせることにより野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を増幅することができる。   It is also possible to chemically synthesize the full length of the wild-type halohydrin epoxidase gene using a PCR method combining synthetic oligo DNA (assembly PCR) based on known gene sequence information. . For example, design a plurality of oligonucleotides that divide the wild-type halohydrin epoxidase gene into several regions (eg, about 50 bases) and overlap with adjacent regions (eg, about 20 bases) at both ends. And synthesize. The wild type halohydrin epoxidase gene can be amplified by annealing the oligonucleotides to each other by PCR.

また、必要に応じて、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子のコドンを変更してもよい。コドンを変更する手段としては、例えば、Molecular Cloning,A Laboratory Manual 2nd ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)、Current Protocols in Molecular Biology,John Wiley&Sons(1987−1997)等に記載の部位特異的変位誘発法や、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QuickChangeTM Site−Directed Mutagenesis Kit(ストラタジーン社製)、GeneTailorTM Site−Directed Mutagenesis System(インビトロジェン社製)、TaKaRa Site−Directed MutagenesisSystem(Mutan−K、Mutan−Super Express Km等)(タカラバイオ社製))等を用いて行うことができる。この他、上述したように、合成オリゴDNAを組み合わせたPCR法(assembly PCR)を行う際に、コドンを変更したプライマーを用いることでコドンを変更することも可能である。 Moreover, you may change the codon of a wild-type halohydrin epoxidase gene as needed. As means for changing the codon, for example, Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd ed. , Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1987-1997), etc., and site-directed mutagenesis using site-directed mutagenesis (site-directed mutagenesis) For example QuickChange TM Site-Directed Mutagenesis Kit (Stratagene), GeneTailor TM Site-Directed Mutagenesis System ( Invitrogen), TaKaRa Site-Directed MutagenesisSystem ( Mutan-K, Mutan-Super Express Km , etc.) (Takara Bio Ltd.)), etc. can be carried out using. In addition, as described above, the codon can be changed by using a primer with a changed codon when performing a PCR method (assembled PCR) in which a synthetic oligo DNA is combined.

(2)改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子
本発明における改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子とは、前記改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ酵素タンパク質をコードする遺伝子を意味する。本発明の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子とは、例えば、配列番号1または2に示されるアミノ酸配列からなる野生型ハロヒドリンエポキシダーゼに対して前記1.(2)の項に記載のアミノ酸変異が導入されたアミノ酸配列を有する改良型ハロヒドリンエポキシダーゼをコードする遺伝子である。
(2) Improved halohydrin epoxidase gene The improved halohydrin epoxidase gene in the present invention means a gene encoding the improved halohydrin epoxidase enzyme protein. The improved halohydrin epoxidase gene of the present invention is, for example, the above-mentioned 1. against wild-type halohydrin epoxidase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2. A gene encoding an improved halohydrin epoxidase having an amino acid sequence introduced with the amino acid mutation described in (2).

野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子及び上記アミノ酸変異導入後のアミノ酸残基を構成する塩基配列は、形質転換体宿主において利用可能なコドンをコードするものであればよく、必ずしも由来生物ゲノムDNA上にコードされている野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子の塩基配列に限定されない。なお、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼにおいて述べたHheB(1st)をコードする野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子であるHHEB(1st)(配列番号4)、及びHheB(2nd)をコードする野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子であるHHEB(2nd)(配列番号3)は、いずれも、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を得るためのベースとなる野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子としても用いることができる。   The nucleotide sequence constituting the wild-type halohydrin epoxidase gene and the amino acid residue after introduction of the above-described amino acid mutation may be any sequence as long as it encodes a codon that can be used in the transformant host. It is not limited to the base sequence of the encoded wild type halohydrin epoxidase gene. In addition, HHEB (1st) (sequence number 4) which is the wild-type halohydrin epoxidase gene which codes HheB (1st) described in the wild-type halohydrin epoxidase, and the wild-type halo which codes HheB (2nd) Any HHEB (2nd) (SEQ ID NO: 3), which is a hydrin epoxidase gene, can be used as a wild-type halohydrin epoxidase gene as a base for obtaining an improved halohydrin epoxidase gene. .

本発明の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子のさらに具体的かつ好ましい態様としては、配列番号1に示されるアミノ酸配列を有するコリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(2nd)である場合は、配列番号3に示される塩基配列に前記変異後のアミノ酸配列をコードするように改変した改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子が挙げられる。   As a more specific and preferred embodiment of the improved halohydrin epoxidase gene of the present invention, HheB (2nd) derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 In this case, an improved halohydrin epoxidase gene modified to encode the amino acid sequence after the mutation in the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 can be mentioned.

本発明における改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子は、前記1.(2)の項に記載のアミノ酸変異が導入された改良型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列をコードする遺伝子であればよく、従って、前記1.(2)の項に記載の(a),(b)の特徴を有する改良型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列をコードする遺伝子も含まれる。   The improved halohydrin epoxidase gene in the present invention is the above-mentioned 1. Any gene may be used as long as it encodes the amino acid sequence of the improved halohydrin epoxidase introduced with the amino acid mutation described in the item (2). A gene encoding the amino acid sequence of an improved halohydrin epoxidase having the characteristics (a) and (b) described in the section (2) is also included.

さらに、本発明の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子としては、前記(a),(b)より選択されるいずれかのアミノ酸変異が導入された改良型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列をコードする塩基配列に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下でハイブリダイズし、かつ、ハロヒドリンエポキシダーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAも含まれる。   Furthermore, the improved halohydrin epoxidase gene of the present invention encodes the amino acid sequence of the improved halohydrin epoxidase into which any amino acid mutation selected from the above (a) and (b) is introduced. Also included is a DNA that hybridizes with a DNA having a base sequence complementary to the base sequence under a stringent condition and encodes a protein having a halohydrin epoxidase activity.

このようなDNAは、例えば、上記(a),(b)より選択されるアミノ酸配列をコードする塩基配列からなる改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子DNA若しくはその相補配列、またはこれらの断片をプローブとして、コロニーハイブリダイゼーション、プラークハイブリダイゼーション、サザンブロット等の公知のハイブリダイゼーション法により、cDNAライブラリ及びゲノムライブラリから得ることができる。ライブラリは、公知の方法で作製されたものを利用することができ、また市販のcDNAライブラリ及びゲノムライブラリを利用することもできる。   Such DNA is, for example, an improved halohydrin epoxidase gene DNA consisting of a base sequence encoding an amino acid sequence selected from the above (a) and (b) or a complementary sequence thereof, or a fragment thereof as a probe. It can be obtained from a cDNA library and a genomic library by known hybridization methods such as colony hybridization, plaque hybridization and Southern blot. A library prepared by a known method can be used, and a commercially available cDNA library and genomic library can also be used.

「ストリンジェントな条件」とは、ハイブリダイゼーション後の洗浄時の条件であって塩濃度が300mM〜2000mM、温度が40℃〜75℃、好ましくは塩濃度が600mM〜900mM、温度が65℃の条件を意味する。例えば、2×SSCで50℃等の条件を挙げることができる。当業者であれば、このようなバッファーの塩濃度、温度等の条件に加えて、その他のプローブ濃度、プローブの長さ、反応時間等の諸条件を加味し、前記改良型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列をコードする塩基配列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下でハイブリダイズするDNAを得るための条件を設定することができる。   “Stringent conditions” are conditions at the time of washing after hybridization, wherein the salt concentration is 300 mM to 2000 mM, the temperature is 40 ° C. to 75 ° C., preferably the salt concentration is 600 mM to 900 mM, and the temperature is 65 ° C. Means. For example, conditions such as 50 ° C. can be given for 2 × SSC. Those skilled in the art will consider the improved halohydrin epoxidase in consideration of other conditions such as probe concentration, probe length, reaction time, etc. in addition to conditions such as salt concentration and temperature of the buffer. Conditions for obtaining a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the base sequence encoding the amino acid sequence can be set.

ハイブリダイゼーション法の詳細な手順については、Molecular Cloning,A Laboratory Manual 2nd ed.(Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989))等を参照することができる。ハイブリダイズするDNAとしては、例えば、前記改良型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列をコードする塩基配列に対して、少なくとも40%以上、好ましくは60%、さらに好ましくは90%以上の同一性を有する塩基配列を含むDNAまたはその部分断片が挙げられる。   For details of the hybridization procedure, see Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd ed. (Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989)) and the like can be referred to. The hybridizing DNA has, for example, at least 40%, preferably 60%, more preferably 90% or more identity to the base sequence encoding the amino acid sequence of the improved halohydrin epoxidase. Examples thereof include DNA containing a base sequence or a partial fragment thereof.

本発明において、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子の調製を行う方法は、変異を導入する既知の如何なる方法でもよく、通常は、公知の方法で行うことができる。例えば、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を基に、市販のキットを利用して部位特異的な置換を生じさせる方法や、遺伝子DNAを選択的に開裂し、次いで選択されたオリゴヌクレオチドを除去・付加し連結する方法等が挙げられる。これらの部位特異的変異誘発法は「Molecular Cloning,A Laboratory Manual 2nd ed.」(Cold Spring Harbor Press(1989))、「Current Protocols in Molecular Biology」(John Wiley&Sons(1987−1997))、Kunkel,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,82:488−492(1985),Kramer and Fritz Method.Enzymol.,154:350−367(1987)、Kunkel,Method.Enzymol.,85:2763−2766(1988)等に記載されている。   In the present invention, the method for preparing the improved halohydrin epoxidase gene may be any known method for introducing a mutation, and can generally be performed by a known method. For example, using a commercially available kit based on the wild-type halohydrin epoxidase gene, a method for generating site-specific substitution, or selectively cleaving gene DNA and then removing the selected oligonucleotide The method of adding and connecting is mentioned. These site-directed mutagenesis methods are described in “Molecular Cloning, A Laboratory Manual 2nd ed.” (Cold Spring Harbor Press (1989)), “Current Protocols in Molecular Biology” (John 97, S7). . Natl. Acad. Sci. USA, 82: 488-492 (1985), Kramer and Fritz Method. Enzymol. 154: 350-367 (1987), Kunkel, Method. Enzymol. 85: 2763-2766 (1988).

また、目的とする変異導入箇所が、対象遺伝子配列において消化・連結が容易な制限酵素部位の近隣に存在する場合、目的変異を導入したプライマー(合成オリゴDNA)を用いてPCRを行うことで、目的変異が導入された遺伝子DNA断片を容易に得ることができる。さらには、合成オリゴDNAを組み合わせたPCR法(assembly PCR)で伸長させて合成遺伝子として得ることもできる。また、ハイドロキシルアミンや亜硝酸等の変異源となる薬剤を接触・作用させる方法、紫外線照射により変異を誘発する方法、PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)を用いてランダムに変異を導入する方法等のランダムな変異導入法によっても、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子から改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を得ることができる。   In addition, when the target mutation introduction site is present in the vicinity of a restriction enzyme site that can be easily digested and linked in the target gene sequence, PCR is performed using a primer (synthetic oligo DNA) into which the target mutation has been introduced, A gene DNA fragment into which the target mutation has been introduced can be easily obtained. Furthermore, it can also be obtained as a synthetic gene by extending by a PCR method (assembling PCR) combining synthetic oligo DNA. In addition, random methods such as a method of contacting and acting a drug that is a mutation source such as hydroxylamine or nitrous acid, a method of inducing a mutation by ultraviolet irradiation, a method of randomly introducing a mutation using PCR (polymerase chain reaction), etc. An improved halohydrin epoxidase gene can be obtained from a wild-type halohydrin epoxidase gene also by a mutation introduction method.

4.組換えベクター、形質転換体
(1)組換えベクター
上記の方法によって得た本発明の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を宿主で発現させるために、遺伝子の上流に転写プロモーターを、下流にターミネーターを挿入して発現カセットを構築し、このカセットを発現ベクターに挿入することができる。あるいは、当該改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を導入する発現ベクターに転写プロモーターとターミネーターがすでに存在する場合には、発現カセットを構築することなく、ベクター中のプロモーターとターミネーターを利用してその間に当該変異遺伝子を挿入すればよい。ベクターに当該改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を挿入するには、制限酵素を用いる方法、トポイソメラーゼを用いる方法等を利用することができる。また、挿入の際に必要であれば、適当なリンカーを付加してもよい。なお、本発明においては、このような組み込み操作を、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子の調製操作と兼ねて行うこともできる。すなわち、他のアミノ酸をコードする塩基配列に置換した塩基配列を有するプライマーを用い、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子がクローニングされた組換えベクターを鋳型としてPCRを行い、得られた増幅産物をベクターに組み込むことができる。
4). Recombinant vector, transformant (1) Recombinant vector In order to express the improved halohydrin epoxidase gene of the present invention obtained by the above method in a host, a transcription promoter is placed upstream of the gene, and a terminator is placed downstream. It can be inserted to construct an expression cassette and this cassette can be inserted into an expression vector. Alternatively, if a transcription promoter and terminator already exist in the expression vector into which the improved halohydrin epoxidase gene is introduced, the promoter and terminator in the vector are used in the meantime without constructing an expression cassette. What is necessary is just to insert a mutated gene. In order to insert the improved halohydrin epoxidase gene into a vector, a method using a restriction enzyme, a method using topoisomerase, or the like can be used. Further, if necessary at the time of insertion, an appropriate linker may be added. In the present invention, such an integration operation can also be performed in combination with an operation for preparing an improved halohydrin epoxidase gene. That is, PCR is performed using a primer having a base sequence substituted with a base sequence encoding another amino acid, a recombinant vector in which a wild-type halohydrin epoxidase gene is cloned as a template, and the obtained amplification product is used as a vector. Can be incorporated into.

プロモーターの種類は宿主において適切な発現を可能にするものであれば特に限定されるものではないが、例えば、大腸菌宿主において利用できるのものとしては、トリプトファンオペロンのtrpプロモーター、ラクトースオペロンのlacプロモーター、ラムダファージ由来のPLプロモーター及びPRプロモーター等が挙げられ、tacプロモーター、trcプロモーターのように改変、設計された配列も利用できる。枯草菌宿主において利用できるものとしては、グルコン酸合成酵素プロモーター(gnt)、アルカリプロテアーゼプロモーター(apr)、中性プロテアーゼプロモーター(npr)、α−アミラーゼプロモーター(amy)等が挙げられる。ロドコッカス属細菌宿主において利用できるものとしては、発現ベクターpSJ034に含まれるロドコッカス エリスロポリス(Rhodococcus erythropolis)SK92−B1株由来のニトリラーゼ発現調節遺伝子に係るプロモーターが挙げられる。pSJ034はロドコッカス(Rhodococcus)属細菌においてニトリルヒドラターゼを発現するプラスミドであり、特開平10−337185号公報に示す方法でpSJ023より作製することができる。なお、pSJ023は、形質転換体ATCC12674/pSJ023(受託番号「FERM BP−6232」)として独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1−1−1中央第6)に平成9(1997)年3月4日付けで寄託されている。   The type of promoter is not particularly limited as long as it allows appropriate expression in the host. Examples of promoters that can be used in E. coli hosts include the tryptophan operon trp promoter, the lactose operon lac promoter, Examples include PL promoters and PR promoters derived from lambda phage, and modified and designed sequences such as tac promoter and trc promoter can also be used. Examples that can be used in a Bacillus subtilis host include gluconate synthase promoter (gnt), alkaline protease promoter (apr), neutral protease promoter (npr), α-amylase promoter (amy), and the like. Examples that can be used in a Rhodococcus genus bacterial host include a promoter related to a nitrilase expression regulatory gene derived from Rhodococcus erythropolis SK92-B1 strain contained in the expression vector pSJ034. pSJ034 is a plasmid that expresses nitrile hydratase in bacteria belonging to the genus Rhodococcus, and can be prepared from pSJ023 by the method described in JP-A-10-337185. In addition, pSJ023 is the transformant ATCC12674 / pSJ023 (Accession number “FERM BP-6232”), which is an independent administrative agency, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST 1-1, Tsukuba City East 1-1-1 Central 6). Deposited on March 4, 1997.

ターミネーターは必ずしも必要ではなく、その種類も特に限定されるものではなく、例えば因子非依存性のもの、例えばリポプロテインターミネーター、trpオペロンターミネーター、rrnBターミネーター等が挙げられる。   The terminator is not necessarily required, and the type thereof is not particularly limited, and examples thereof include factor-independent ones such as lipoprotein terminator, trp operon terminator, rrnB terminator and the like.

また、アミノ酸への翻訳にとって重要な塩基配列として、SD配列やKozak配列等のリボソーム結合配列が知られており、これらの配列を変異遺伝子の上流に挿入することもできる。原核生物を宿主に用いるときにはSD配列を、真核細胞を宿主に用いるときにはKozak配列をPCR法等により付加してもよい。SD配列としては、大腸菌由来または枯草菌由来の配列等が挙げられるが、大腸菌や枯草菌等の所望の宿主内で機能する配列であれば特に限定されるものではない。たとえば、16SリボゾームRNAの3’末端領域に相補的な配列が4塩基以上連続したコンセンサス配列をDNA合成により作製して利用してもよい。   Ribosome binding sequences such as an SD sequence and a Kozak sequence are known as base sequences important for translation into amino acids, and these sequences can be inserted upstream of a mutated gene. An SD sequence may be added by a PCR method or the like when a prokaryote is used as a host, and a Kozak sequence may be added when a eukaryotic cell is used as a host. Examples of the SD sequence include sequences derived from Escherichia coli or Bacillus subtilis, but are not particularly limited as long as the sequence functions in a desired host such as Escherichia coli or Bacillus subtilis. For example, a consensus sequence in which a sequence complementary to the 3 'terminal region of 16S ribosomal RNA is continuous for 4 or more bases may be prepared by DNA synthesis and used.

一般に、ベクターには目的とする形質転換体を選別するための因子(選択マーカー)が含まれる。選択マーカーとしては、薬剤耐性遺伝子や栄養要求性相補遺伝子、資化性付与遺伝子等が挙げられ、目的や宿主に応じて選択されうる。例えば大腸菌で選択マーカーとして用いられる薬剤耐性遺伝子としては、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。   In general, a vector contains a factor (selection marker) for selecting a target transformant. Examples of selectable markers include drug resistance genes, auxotrophic complementary genes, assimilative genes, and the like, which can be selected according to the purpose and host. For example, drug resistance genes used as selection markers in E. coli include ampicillin resistance gene, kanamycin gene, dihydrofolate reductase gene, neomycin resistance gene and the like.

本発明において使用されるベクターは、上記の変異遺伝子を保持するものであれば特に限定されず、それぞれの宿主に適したベクターを使用することができる。ベクターとしては、例えば、プラスミドDNA、バクテリオファージDNA、レトロトランスポゾンDNA、人工染色体DNA等が挙げられる。例えば、大腸菌を宿主とする場合には、大腸菌内での自律複製可能な領域を有するpTrc99A(Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)、オランダ;http://www.cbs.knaw.nl/)、pUC19(タカラバイオ、日本)、pKK233−2(Centraalbureau voor Schimmelcultures(CBS)、オランダ;http://www.cbs.knaw.nl/)、pET−12(Novagen社、ドイツ)、pET−26b(Novagen社、ドイツ)等を用いることができる。また、必要に応じてこれらベクターを改変したものも用いることができる。また、発現効率の高い発現ベクター、例えばtrcプロモーター、lacオペレーターを有する発現ベクターpTrc99AまたはpKK233−2等を用いることもできる。   The vector used in the present invention is not particularly limited as long as it retains the above mutant gene, and a vector suitable for each host can be used. Examples of the vector include plasmid DNA, bacteriophage DNA, retrotransposon DNA, artificial chromosome DNA and the like. For example, when Escherichia coli is used as a host, pTrc99A having a region capable of autonomous replication in Escherichia coli (Centralalbueau floor Schemes (CBS), Netherlands; http://www.cbs.knaw.nl/), pUC19 (Takara) Bio, Japan), pKK233-2 (Centralalureau voor Schulmelculures (CBS), Netherlands; http://www.cbs.knaw.nl/), pET-12 (Novagen, Germany), pET-26b (Novagen, Germany) ) Etc. can be used. Moreover, what modified these vectors as needed can also be used. An expression vector having high expression efficiency, for example, an expression vector pTrc99A or pKK233-2 having a trc promoter or a lac operator can also be used.

上記の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を含む組換えベクターは、本発明の範囲に含まれる。改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を含む組換えベクターの具体的なものとしては、例えば、pSTT002、pSTT156、pSTT160、pSTT161、pSTT165、pSTT167等が挙げられる。   Recombinant vectors containing the improved halohydrin epoxidase gene are within the scope of the present invention. Specific examples of the recombinant vector containing the improved halohydrin epoxidase gene include pSTTT002, pSTT156, pSTT160, pSTT161, pSTT165, and pSTT167.

(2)形質転換体
本発明の組換えベクターを宿主に形質転換または形質導入することで、形質転換体または形質導入体(以下、これらをまとめて「形質転換体」という)を作製する。当該形質転換体も本発明の範囲に含まれる。
(2) Transformant A transformant or a transductant (hereinafter collectively referred to as “transformant”) is produced by transforming or transducing the recombinant vector of the present invention into a host. Such transformants are also included in the scope of the present invention.

本発明において使用する宿主は、上記組換えベクターが導入された後、目的の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを発現することができる限り特に限定されるものではない。宿主としては、例えば大腸菌、枯草菌、ロドコッカス属細菌等の細菌、酵母(Pichia、Saccharomyces)、カビ(Aspergillus)、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞等が挙げられる。   The host used in the present invention is not particularly limited as long as the desired improved halohydrin epoxidase can be expressed after the introduction of the above recombinant vector. Examples of the host include bacteria such as Escherichia coli, Bacillus subtilis, Rhodococcus bacteria, yeast (Pichia, Saccharomyces), mold (Aspergillus), animal cells, insect cells, plant cells, and the like.

細菌を宿主とする場合、本発明においては、大腸菌、ロドコッカス属細菌を好ましい宿主として用いることができる。大腸菌としては、例えば、大腸菌K12株やB株、あるいはそれら野生株由来の派生株であるJM109株、XL1−Blue株、C600株等を挙げることができる。特に、上述したようなラクトースオペロンのlacプロモーター及びその派生プロモーターを発現プロモーターとして用いる場合、lacIレプレッサー遺伝子を有する宿主を用いれば発現が誘導型となり(IPTG等で誘導)、lacIレプレッサー遺伝子を有しない宿主を用いれば発現は構成型となるので、必要に応じた宿主を利用することができる。これら菌株は、例えば、アメリカン・タイプカルチャー・コレクション(ATCC)等から容易に入手可能である。枯草菌としては、例えば、バチルス ズブチリス(Bacillus subtilis)等が挙げられる。ロドコッカス(Rhodococcus)属細菌としては、例えば、ロドコッカス ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous)ATCC12674株、ロドコッカス ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous)J1株 (受託番号「FERM BP−1478」)、ロドコッカス エリスロポリス(Rhodococcus erythropolis)IFO12538株、等が挙げられる。好ましくはロドコッカス ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous)J1株(受託番号「FERM BP−1478」)が挙げられる。なお、上記ATCC株はアメリカンタイプカルチャーコレクションから、IFO株は独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジー本部生物遺伝資源部門(NBRC)から、FERM株は、独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターからそれぞれ入手可能である。   When bacteria are used as hosts, Escherichia coli and Rhodococcus bacteria can be used as preferred hosts in the present invention. Examples of Escherichia coli include Escherichia coli K12 strain and B strain, or JM109 strain, XL1-Blue strain, C600 strain and the like derived from these wild strains. In particular, when the lac promoter of the lactose operon as described above and its derived promoter are used as expression promoters, expression becomes inducible when a host having a lacI repressor gene is used (induced by IPTG or the like), and the lacI repressor gene is present. If a non-host is used, the expression becomes a constitutive type, so that a host as required can be used. These strains are easily available from, for example, American Type Culture Collection (ATCC). Examples of Bacillus subtilis include Bacillus subtilis. Examples of Rhodococcus bacteria include, for example, Rhodococcus rhodochrous ATCC12274, Rhodococcus rhodochrous J1 strain (Accession No. “FERMocro Rhodocus” Is mentioned. Preferred examples include Rhodococcus rhodochrous J1 strain (Accession number “FERM BP-1478”). The ATCC strain is from the American Type Culture Collection, the IFO strain is from the National Institute of Product Evaluation Technology Biotechnology Headquarters, Biogenetic Resources Division (NBRC), and the FERM strain is the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Deposit. Each is available from the center.

細菌への組換えベクターの導入方法としては、細菌にDNAを導入する方法であれば特に限定されるものではない。例えば、カルシウムイオンを用いる方法、エレクトロポレーション法等が挙げられる。酵母を宿主とする場合は、例えばサッカロミセス セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロミセス ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、ピヒア パストリス(Pichia pastoris)等が用いられる。酵母への組換えベクターの導入方法としては、酵母にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、例えばエレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等が挙げられる。動物細胞を宿主とする場合は、サル細胞COS−7、Vero、CHO細胞、マウスL細胞、ラットGH3、ヒトFL細胞等が用いられる。動物細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばエレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が挙げられる。昆虫細胞を宿主とする場合は、Sf9細胞、Sf21細胞等が用いられる。昆虫細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法等が用いられる。植物細胞を宿主とする場合は、タバコBY−2細胞等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。植物細胞への組換えベクターの導入方法としては、例えばアグロバクテリウム法、パーティクルガン法、PEG法、エレクトロポレーション法等が用いられる。   The method for introducing a recombinant vector into bacteria is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into bacteria. Examples thereof include a method using calcium ions and an electroporation method. When yeast is used as a host, for example, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Pichia pastoris and the like are used. The method for introducing a recombinant vector into yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into yeast, and examples thereof include an electroporation method, a spheroplast method, and a lithium acetate method. When animal cells are used as hosts, monkey cells COS-7, Vero, CHO cells, mouse L cells, rat GH3, human FL cells and the like are used. Examples of methods for introducing a recombinant vector into animal cells include an electroporation method, a calcium phosphate method, and a lipofection method. When insect cells are used as hosts, Sf9 cells, Sf21 cells and the like are used. As a method for introducing a recombinant vector into insect cells, for example, calcium phosphate method, lipofection method, electroporation method and the like are used. When a plant cell is used as a host, tobacco BY-2 cells and the like can be mentioned, but are not limited thereto. As a method for introducing a recombinant vector into a plant cell, for example, an Agrobacterium method, a particle gun method, a PEG method, an electroporation method, or the like is used.

上記の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を含む組換えベクターにより得られる形質転換体は、本発明の範囲に含まれる。改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を含む組換えベクターによる形質転換体の具体的なものとしては、例えば、本発明で例示するJM109/pSTT002、JM109/pSTT156、JM109/pSTT160、JM109/pSTT161、JM109/pSTT165、JM109/pSTT167等が挙げられる。   A transformant obtained by the recombinant vector containing the improved halohydrin epoxidase gene is included in the scope of the present invention. Specific examples of the transformant by the recombinant vector containing the improved halohydrin epoxidase gene include, for example, JM109 / pSTT002, JM109 / pSTT156, JM109 / pSTT160, JM109 / pSTT161, JM109 / pSTT165, JM109 / pSTT167, etc. are mentioned.

5.改良型ハロヒドリンエポキシダーゼの製造方法
本発明において、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、上記形質転換体を培養して得られる培養物自体として、または培養物から採取することにより製造することができる。本発明において、「培養物」とは、培養液、培養液上清、細胞または菌体、細胞または菌体の懸濁液、細胞または菌体の破砕液、粗酵素液及びこれらの処理物等、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを生産する形質転換体を培養することによって得られるもの及びそれらに起因するもののいずれをも含む意味である。本発明の形質転換体を培養して得られる培養物は、本発明の範囲に含まれる。本発明の形質転換体を培養する方法は、宿主の培養に用いられる通常の方法に従って行うことができる。目的の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、上記培養物中のいずれかに蓄積される。
5. Process for producing improved halohydrin epoxidase In the present invention, the improved halohydrin epoxidase can be produced as a culture itself obtained by culturing the above transformant or by harvesting from the culture. it can. In the present invention, the term “culture” refers to a culture solution, a culture supernatant, cells or cells, cell or cell suspensions, cell or cell disruptions, crude enzyme solutions, and processed products thereof. In addition, it is meant to include both those obtained by culturing a transformant producing an improved halohydrin epoxidase and those resulting therefrom. A culture obtained by culturing the transformant of the present invention is included in the scope of the present invention. The method for culturing the transformant of the present invention can be carried out according to a usual method used for culturing a host. The desired improved halohydrin epoxidase accumulates in any of the cultures.

本発明の形質転換体を培養する培地は、宿主が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。炭素源としては、グルコース、ガラクトース、フラクトース、スクロース、ラフィノース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコール類が挙げられる。窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸若しくは有機酸のアンモニウム塩またはその他の含窒素化合物が挙げられる。その他、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、コーンスティープリカー、各種アミノ酸等を用いてもよい。無機物としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸亜鉛、硫酸銅、炭酸カルシウム等が挙げられる。また、必要に応じ、培養中の発泡を防ぐために消泡剤を添加してもよい。また、ビタミン等を必要に応じて適宜添加してもよい。培養中は必要に応じてアンピシリンやテトラサイクリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。   The medium for culturing the transformant of the present invention contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts and the like that can be assimilated by the host, and can be a natural medium as long as the transformant can be cultured efficiently. Any of synthetic media may be used. Examples of the carbon source include carbohydrates such as glucose, galactose, fructose, sucrose, raffinose and starch, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol. Examples of the nitrogen source include ammonium salts of inorganic acids or organic acids such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, and ammonium phosphate, or other nitrogen-containing compounds. In addition, peptone, yeast extract, meat extract, corn steep liquor, various amino acids, and the like may be used. Examples of inorganic substances include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, zinc sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate. Moreover, you may add an antifoamer in order to prevent foaming during culture | cultivation as needed. Moreover, you may add a vitamin etc. suitably as needed. During culture, an antibiotic such as ampicillin or tetracycline may be added to the medium as necessary.

培養中、ベクター及び目的遺伝子の脱落を防ぐために選択圧を掛けた状態で培養してもよい。すなわち、選択マーカーが薬剤耐性遺伝子である場合に相当する薬剤を培地に添加してもよく、選択マーカーが栄養要求性相補遺伝子である場合に相当する栄養因子を培地から除いてもよい。また、選択マーカーが資化性付与遺伝子である場合は、相当する資化因子を必要に応じて唯一因子として添加することができる。例えば、アンピシリン耐性遺伝子を含むベクターで形質転換した大腸菌を培養する場合、培養中に、必要に応じてアンピシリンを培地に添加してもよい。   During the culture, the vector and the target gene may be cultured under selective pressure to prevent the loss of the vector and the target gene. That is, a drug corresponding to the case where the selection marker is a drug resistance gene may be added to the medium, and the nutrient factor corresponding to the case where the selection marker is an auxotrophic complementary gene may be removed from the medium. When the selectable marker is an assimilation gene, a corresponding assimilation factor can be added as a sole factor as necessary. For example, when culturing E. coli transformed with a vector containing an ampicillin resistance gene, ampicillin may be added to the medium as needed during the culture.

プロモーターとして誘導性のプロモーターを用いた発現ベクターで形質転換した形質転換体を培養する場合は、必要に応じてインデューサーを培地に添加してもよい。例えば、イソプロピル−β−D−チオガラクトシド(IPTG)で誘導可能なプロモーターを有する発現ベクターで形質転換した形質転換体を培養するときには、IPTG等を培地に添加することができる。   When cultivating a transformant transformed with an expression vector using an inducible promoter as a promoter, an inducer may be added to the medium as necessary. For example, when a transformant transformed with an expression vector having a promoter inducible with isopropyl-β-D-thiogalactoside (IPTG) is cultured, IPTG or the like can be added to the medium.

形質転換体の培養条件は、目的の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼの生産性及び宿主の生育が妨げられない条件であれば特に限定されるものではないが、通常、培養温度は10℃〜45℃、好ましくは10℃〜40℃、さらに好ましくは15℃〜40℃、さらにより好ましくは20℃〜37℃で行い、必要に応じて、培養中に温度を変更してもよい。培養時間は5時間〜120時間、好ましくは5時間〜100時間、さらに好ましくは10時間〜100時間、さらにより好ましくは15時間〜80時間程度行う。pHの調整は、無機または有機酸、アルカリ溶液等を用いて行い、大腸菌であれば通常6〜9に調整する。培養方法としては、固体培養、静置培養、振盪培養、通気攪拌培養等が挙げられる。   The culture conditions for the transformant are not particularly limited as long as the productivity of the desired improved halohydrin epoxidase and the growth of the host are not hindered. Usually, the culture temperature is 10 ° C to 45 ° C. C., preferably 10 to 40.degree. C., more preferably 15 to 40.degree. C., and even more preferably 20 to 37.degree. C., and the temperature may be changed during the cultivation as necessary. The culture time is 5 hours to 120 hours, preferably 5 hours to 100 hours, more preferably 10 hours to 100 hours, and even more preferably about 15 hours to 80 hours. The pH is adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution or the like, and is usually adjusted to 6 to 9 for E. coli. Examples of the culture method include solid culture, stationary culture, shaking culture, and aeration and agitation culture.

特に大腸菌形質転換体を培養する場合には、振盪培養または通気攪拌培養(ジャーファーメンター)により好気的条件下で培養することが好ましく、この場合、通常の固体培養法で培養してもよいが、可能な限り液体培養法を採用して培養するのが好ましい。培養に用いる培地としては、例えば、酵母エキス、トリプトン、ポリペプトン、コーンスティープリカー、及び大豆または小麦ふすまの浸出液等の1種以上の窒素源に、塩化ナトリウム、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄若しくは硫酸マンガン等の無機塩類の1種以上を添加し、更に必要により糖質原料、ビタミン等を適宜添加したものが用いられる。なお、培地の初発pHは7〜9に調整するのが適当である。また、培養は、5℃〜40℃、好ましくは10℃〜37℃で5時間〜100時間行う。通気攪拌深部培養、振盪培養、静置培養、流加培養等により実施するのが好ましい。特に、工業的規模での改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ生産を行う場合は、通気攪拌培養を利用することができる。さらに、通気攪拌培養の操作方式としては限定されることなく、当分野の技術常識に基づいて選択することができる。   In particular, when culturing E. coli transformants, it is preferable to culture under aerobic conditions by shaking culture or aeration and agitation culture (jar fermenter). In this case, the culture may be performed by a usual solid culture method. However, it is preferable to employ the liquid culture method as much as possible. Examples of the culture medium used for the culture include one or more nitrogen sources such as yeast extract, tryptone, polypeptone, corn steep liquor, and soybean or wheat bran leachate, sodium chloride, monopotassium phosphate, secondary phosphate. One or more inorganic salts such as potassium, magnesium sulfate, magnesium chloride, ferric chloride, ferric sulfate or manganese sulfate are added, and if necessary, saccharide raw materials, vitamins and the like are appropriately added. The initial pH of the medium is suitably adjusted to 7-9. The culture is performed at 5 ° C to 40 ° C, preferably 10 ° C to 37 ° C for 5 hours to 100 hours. It is preferably carried out by aeration and agitation deep culture, shaking culture, static culture, fed-batch culture or the like. In particular, when producing improved halohydrin epoxidase on an industrial scale, aeration and agitation culture can be used. Furthermore, the operation method of the aeration and agitation culture is not limited and can be selected based on the common general technical knowledge in this field.

動物細胞を宿主として得られた形質転換体を培養する培地としては、一般に使用されているRPMI1640培地、DMEM培地またはこれらの培地に牛胎児血清等を添加した培地等が挙げられる。培養は、通常、5%CO存在下、37℃で1日〜30日行う。培養中は必要に応じてカナマイシン及びペニシリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。 Examples of a medium for culturing a transformant obtained using animal cells as a host include generally used RPMI 1640 medium, DMEM medium, or a medium obtained by adding fetal calf serum or the like to these mediums. The culture is usually performed at 37 ° C. for 1 to 30 days in the presence of 5% CO 2 . During culture, antibiotics such as kanamycin and penicillin may be added to the medium as necessary.

形質転換(導入)体が植物細胞または植物組織である場合は、培養は、通常の植物培養用培地、例えばMS基本培地、LS基本培地等を用いることにより行うことができる。培養方法は、通常の固体培養法、液体培養法のいずれをも採用することができる。   When the transformed (introduced) body is a plant cell or a plant tissue, the culture can be performed by using a normal plant culture medium, such as an MS basic medium or an LS basic medium. As a culture method, any of a normal solid culture method and a liquid culture method can be employed.

上記培養条件で培養すると、本発明の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを上記培養物中、すなわち、培養液、培養上清、細胞、菌体、または細胞若しくは菌体の破砕物の少なくともいずれかに蓄積させることができる。   When cultured under the above culture conditions, the improved halohydrin epoxidase of the present invention is contained in the culture, that is, at least one of the culture solution, the culture supernatant, the cells, the fungus bodies, or the disrupted cells or fungus bodies. Can be accumulated.

培養後、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼが菌体内または細胞内に生産される場合には、菌体または細胞のまま物質生産における触媒として用いることもできるし、あるいは菌体または細胞を破砕することにより、目的の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを採取することもできる。いずれの場合にも、必要であれば、遠心分離や膜濾過等の固液分離操作により、培地除去及び洗浄を行うことができる。固液分離操作の方法は限定されず、当分野の技術常識に基づいて選択することができる。   When improved halohydrin epoxidase is produced in cells or cells after culturing, the cells or cells can be used as a catalyst for substance production, or the cells or cells can be disrupted. Thus, the desired improved halohydrin epoxidase can be collected. In either case, if necessary, the medium can be removed and washed by solid-liquid separation operations such as centrifugation and membrane filtration. The method of solid-liquid separation operation is not limited, and can be selected based on the common general technical knowledge in this field.

上記の培地除去及び洗浄操作を行った後、菌体または細胞を再度水、あるいは必要に応じて緩衝液、等張液に懸濁し、菌体または細胞懸濁液を調製することができる。菌体または細胞懸濁液は、そのまま物質生産における触媒として用いることもできるし、必要に応じ、例えば界面活性剤等による処理を行った後に用いることもできる。界面活性剤で処理した菌は、緩衝液で洗浄して用いてもよいし、洗浄せずそのまま用いてもよい。   After performing the above-mentioned medium removal and washing operations, the bacterial cells or cells can be suspended again in water or, if necessary, in a buffer solution or an isotonic solution to prepare a bacterial cell or cell suspension. The bacterial cell or cell suspension can be used as a catalyst in substance production as it is, or can be used after treatment with a surfactant or the like, if necessary. The bacteria treated with the surfactant may be used after washing with a buffer solution or may be used as it is without washing.

また、上述した培地除去及び洗浄操作を行わずに、直接、菌体または細胞の界面活性剤等による処理を行うこともできる。   Moreover, it is also possible to directly perform the treatment with a fungus body or cell surfactant, etc., without performing the above-mentioned medium removal and washing operations.

また、菌体または細胞は、固定化して用いることもできる。具体的には、例えば、培養後の細胞または菌体をアクリルアミド等のゲルで包含したもの、アルミナ、シリカ、ゼオライト、珪藻土等の無機担体に担持したもの等が挙げられる。   In addition, the cells or cells can be immobilized and used. Specific examples include those in which cells or cells after culturing are included in a gel such as acrylamide, or those supported on an inorganic carrier such as alumina, silica, zeolite, or diatomaceous earth.

一方、菌体または細胞を破砕することにより、目的の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを採取することもできる。菌体または細胞の破砕方法としては、超音波処理、フレンチプレスやホモジナイザーによる高圧処理、ビーズミルによる磨砕処理、衝撃破砕装置による衝突処理、リゾチーム、セルラーゼ、ペクチナーゼ等を用いる酵素処理、凍結融解処理、低張液処理、ファージによる溶菌誘導処理等が挙げられ、いずれかの方法を単独または必要に応じ組み合わせて利用することができる。   On the other hand, the desired improved halohydrin epoxidase can also be collected by disrupting the cells or cells. As a method for disrupting cells or cells, ultrasonic treatment, high-pressure treatment using a French press or homogenizer, grinding treatment using a bead mill, collision treatment using an impact crushing device, enzyme treatment using lysozyme, cellulase, pectinase, etc., freeze-thawing treatment, Examples include hypotonic solution treatment, lysis induction treatment with phage, and the like, and any of these methods can be used alone or in combination as necessary.

得られた破砕液から菌体または細胞破砕残渣を除去する必要がある場合は、例えば、遠心分離や濾過(デッドエンド方式あるいはクロスフロー方式)等、当分野の技術常識に基づいて適切な方法を選択し、実施することにより除去することができる。   When it is necessary to remove bacterial cells or cell disruption residues from the resulting disrupted solution, for example, centrifugation or filtration (dead-end method or cross-flow method), etc. It can be removed by selection and implementation.

残渣を除去した後に得られた上清は、細胞抽出液可溶性画分であり、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを含む粗酵素溶液とすることができる。その後、必要に応じて、タンパク質の単離精製に用いられる一般的な生化学的方法、例えば硫酸アンモニウム沈殿、各種クロマトグラフィ(例えばゲル濾過クロマトグラフィ(例えばSephadexカラム)、イオン交換クロマトグラフィ(例えばDEAE−Toyopearl)、アフィニティクロマトグラフィ、疎水性クロマトグラフィ(例えばbutyl Toyopearl)、陰イオンクロマトグラフィ(例えばMonoQカラム)等)、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動等を単独でまたは適宜組み合わせて用いることにより、前記培養物中からハロヒドリンエポキシダーゼを単離精製することができる。   The supernatant obtained after removing the residue is a cell extract soluble fraction and can be a crude enzyme solution containing an improved halohydrin epoxidase. Thereafter, if necessary, general biochemical methods used for protein isolation and purification, such as ammonium sulfate precipitation, various chromatographies (eg gel filtration chromatography (eg Sephadex column), ion exchange chromatography (eg DEAE-Toyopearl), By using affinity chromatography, hydrophobic chromatography (for example, butytopearl), anion chromatography (for example, MonoQ column), SDS polyacrylamide gel electrophoresis, etc. alone or in appropriate combination, halohydrin epoxy can be used in the culture. The dase can be isolated and purified.

本発明の形質転換体が遺伝子組換え体であり、かつ、製造工程での形質転換体の環境への漏出、製品への混入、または使用後の取り扱い等で、二次的に微生物汚染を引き起こす可能性を危惧する場合には、必要に応じて不活化処理を行うことができる。不活化方法としては、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ活性または該活性回収率を低下させず、かつ、形質転換体を不活化できる方法であればいかなる方法でも良く、例えば、熱処理、菌体破砕処理、薬剤処理等の方法を単独または組み合わせて利用できる。   The transformant of the present invention is a gene recombinant, and it causes secondary microbial contamination due to leakage of the transformant into the environment in the production process, mixing into the product, or handling after use. In case of fear of possibility, inactivation processing can be performed as necessary. The inactivation method may be any method as long as it does not reduce the improved halohydrin epoxidase activity or the activity recovery rate and can inactivate the transformant. For example, heat treatment, cell disruption treatment, etc. Further, methods such as drug treatment can be used alone or in combination.

一方、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼが菌体外または細胞外に生産される場合には、培養液をそのまま使用するか、上述したような遠心分離や濾過等により菌体または細胞を除去する。その後必要に応じて、例えば前述のようにタンパク質の単離精製に用いられる一般的な生化学的方法を単独または適宜組み合わせて用いることにより、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを精製することもできる。   On the other hand, when the improved halohydrin epoxidase is produced outside the cells or cells, the culture solution is used as it is, or the cells or cells are removed by centrifugation or filtration as described above. Thereafter, if necessary, the improved halohydrin epoxidase can be purified, for example, by using a general biochemical method used for protein isolation and purification as described above alone or in appropriate combination.

形質転換体が植物細胞または植物組織である場合は、セルラーゼ、ペクチナーゼ等の酵素を用いた細胞溶解処理、超音波破砕処理、磨砕処理等により細胞を破壊する。その後必要に応じて、例えば前述のようにタンパク質の単離精製に用いられる一般的な生化学的方法を単独または適宜組み合わせて用いることにより、前記培養物中からハロヒドリンエポキシダーゼを単離精製することができる。単離したハロヒドリンエポキシダーゼは、上述の細胞または菌体と同様に、適当な担体に保持し固定化酵素として使用することもできる。   When the transformant is a plant cell or plant tissue, the cell is destroyed by cell lysis treatment using an enzyme such as cellulase or pectinase, ultrasonic disruption treatment, grinding treatment, or the like. Thereafter, if necessary, for example, as described above, halohydrin epoxidase is isolated and purified from the culture by using a general biochemical method used for protein isolation and purification alone or in combination as appropriate. can do. The isolated halohydrin epoxidase can be retained on a suitable carrier and used as an immobilized enzyme in the same manner as the above-described cells or cells.

以上のようにして得られる培養物及び改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、本発明の範囲に含まれる。得られる培養物及び改良型ハロヒドリンエポキシダーゼの生産収率は、ハロヒドリンエポキシダーゼ活性を測定し、培養装置あたり、培養液あたり、菌体(形質転換体)湿重量または乾燥重量あたり、酵素液中タンパク質重量あたり等の活性算出することにより求めることができる。   The culture and improved halohydrin epoxidase obtained as described above are included in the scope of the present invention. The production yield of the obtained culture and improved halohydrin epoxidase is determined by measuring the halohydrin epoxidase activity, per culture apparatus, per culture solution, per wet (dry) cell weight (transformant), It can be determined by calculating the activity per unit protein weight in the enzyme solution.

また、本発明においては、上記改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子または改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を含む組換えベクターから改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを採取することも可能である。すなわち、本発明においては、生細胞を全く使用することなく無細胞タンパク質合成系を採用して、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを産生することが可能である。無細胞タンパク質合成系とは、細胞抽出液を用いて試験管等の人工容器内でタンパク質を合成する系である。なお、本発明において使用される無細胞タンパク質合成系には、DNAを鋳型としてRNAを合成する無細胞転写系も含まれる。この場合、上記の宿主に対応する生物は、下記の細胞抽出液の由来する生物に相当する。ここで、上記細胞抽出液は、真核細胞由来または原核細胞由来の抽出液、例えば、小麦胚芽、大腸菌等の抽出液を使用することができる。なお、これらの細胞抽出液は濃縮されたものであっても濃縮されないものであってもよい。細胞抽出液は、例えば限外濾過、透析、ポリエチレングリコール(PEG)沈殿等によって得ることができる。さらに本発明において、無細胞タンパク質合成は、市販のキットを用いて行うこともできる。そのようなキットとしては、例えば試薬キットPROTEIOSTM(東洋紡)、TNTTM System(プロメガ)、合成装置のPG−MateTM(東洋紡)、RTS(ロシュ・ダイアグノスティクス)等が挙げられる。 In the present invention, the improved halohydrin epoxidase can also be collected from a recombinant vector containing the improved halohydrin epoxidase gene or the improved halohydrin epoxidase gene. That is, in the present invention, it is possible to produce an improved halohydrin epoxidase by employing a cell-free protein synthesis system without using any living cells. The cell-free protein synthesis system is a system that synthesizes a protein in an artificial container such as a test tube using a cell extract. The cell-free protein synthesis system used in the present invention includes a cell-free transcription system that synthesizes RNA using DNA as a template. In this case, the organism corresponding to the host corresponds to the organism from which the following cell extract is derived. Here, eukaryotic cell-derived or prokaryotic cell-derived extracts such as wheat germ, Escherichia coli and the like can be used as the cell extract. Note that these cell extracts may be concentrated or not concentrated. The cell extract can be obtained by, for example, ultrafiltration, dialysis, polyethylene glycol (PEG) precipitation or the like. Furthermore, in the present invention, cell-free protein synthesis can also be performed using a commercially available kit. Examples of such kits include reagent kits PROTEIOS (Toyobo), TNT System (Promega), synthesizer PG-Mate (Toyobo), RTS (Roche Diagnostics) and the like.

上記のように無細胞タンパク質合成によって得られる改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、例えば前述のように適宜クロマトグラフィを選択して、精製することができる。   The improved halohydrin epoxidase obtained by cell-free protein synthesis as described above can be purified, for example, by appropriately selecting chromatography as described above.

6.エピハロヒドリン及び4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法
上述のようにして製造された改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、酵素触媒として物質生産に利用することができる。すなわち、以下の(1)〜(3)に示す反応に供することができる。
6). Process for Producing Epihalohydrin and 4-Halo-3-hydroxybutyronitrile The improved halohydrin epoxidase produced as described above can be used for substance production as an enzyme catalyst. That is, it can use for reaction shown to the following (1)-(3).

(1)1,3−ジハロ−2−プロパノールのエピハロヒドリンへの変換
本変換反応は、1,3−ジハロ−2−プロパノールを、上述の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及び/または上述の培養により得られる培養物と接触させることにより行うことができる。「接触」とは、1,3−ジハロ−2−プロパノールと上記改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及び/または培養物とを同一の反応系または培養系に存在させること等が挙げられる。具体的には、細胞培養器に1,3−ジハロ−2−プロパノールを添加すること、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及び/または上記培養物と1,3−ジハロ−2−プロパノールとを混合すること、あるいは細胞を1,3−ジハロ−2−プロパノールの存在下で培養すること等が挙げられる。
(1) Conversion of 1,3-dihalo-2-propanol to epihalohydrin In this conversion reaction, 1,3-dihalo-2-propanol was obtained by the improved halohydrin epoxidase and / or the culture described above. Can be carried out by contacting with the culture to be produced. “Contact” includes the presence of 1,3-dihalo-2-propanol and the improved halohydrin epoxidase and / or culture in the same reaction system or culture system. Specifically, 1,3-dihalo-2-propanol is added to the cell culture vessel, and the improved halohydrin epoxidase and / or the culture is mixed with 1,3-dihalo-2-propanol. Or culturing the cells in the presence of 1,3-dihalo-2-propanol.

基質である1,3−ジハロ−2−プロパノールは、前述した一般式(1)で示される化合物である。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、塩素、臭素が特に好ましい。具体的には1,3−ジフルオロ−2−プロパノール、1,3−ジクロロ−2−プロパノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノール、1,3−ジヨード−2−プロパノール等が挙げられ、好ましくは、1,3−ジクロロ−2−プロパノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノールである。   1,3-Dihalo-2-propanol as a substrate is a compound represented by the general formula (1) described above. As the halogen atom, fluorine, chlorine, bromine and iodine are preferable, and chlorine and bromine are particularly preferable. Specific examples include 1,3-difluoro-2-propanol, 1,3-dichloro-2-propanol, 1,3-dibromo-2-propanol, 1,3-diiodo-2-propanol, and preferably 1,3-dichloro-2-propanol and 1,3-dibromo-2-propanol.

変換反応液中の基質濃度は、0.01%〜15(W/V)%が好ましい。この範囲内であると酵素安定性の観点から好ましく、0.01%〜10%が特に好ましい。基質は反応液に一括添加あるいは分割添加することができる。分割添加により基質濃度を一定にすることが蓄積性の観点から望ましい。   The substrate concentration in the conversion reaction solution is preferably 0.01% to 15 (W / V)%. Within this range, it is preferable from the viewpoint of enzyme stability, and 0.01% to 10% is particularly preferable. The substrate can be added to the reaction solution all at once or in divided portions. It is desirable from the viewpoint of accumulation to make the substrate concentration constant by divided addition.

反応液の溶媒としては、酵素活性の最適pH4〜10の付近である水または緩衝液が好ましい。緩衝液としては、例えば、リン酸、ホウ酸、クエン酸、グルタル酸、リンゴ酸、マロン酸、o−フタル酸、コハク酸または酢酸等の塩等によって構成される緩衝液、Tris緩衝液あるいはグッド緩衝液等が好ましい。   As a solvent for the reaction solution, water or a buffer solution having an enzyme activity near the optimum pH of 4 to 10 is preferable. As the buffer solution, for example, a buffer solution composed of a salt such as phosphoric acid, boric acid, citric acid, glutaric acid, malic acid, malonic acid, o-phthalic acid, succinic acid or acetic acid, Tris buffer solution or Good A buffer solution or the like is preferable.

反応温度は、5℃〜50℃、反応pHは4〜10の範囲で行うことが好ましい。反応温度は、より好ましくは10℃〜40℃である。反応pHは、より好ましくはpH6〜9である。反応時間は基質等の濃度、菌体濃度あるいはその他の反応条件等によって適時選択するが、1時間〜120時間で終了するように条件を設定するのが好ましい。尚、本反応においては、反応の進行に伴い生成するハロゲン化物イオンを反応系内から取り除くことにより、光学純度をより一層向上させることができる。このハロゲン化物イオンの除去は、硝酸銀等の添加によって行うことが好ましい。   The reaction temperature is preferably 5 ° C to 50 ° C, and the reaction pH is preferably 4 to 10. The reaction temperature is more preferably 10 ° C to 40 ° C. The reaction pH is more preferably pH 6-9. The reaction time is selected as appropriate depending on the concentration of the substrate, the bacterial cell concentration, other reaction conditions, and the like, but it is preferable to set the conditions so that the reaction is completed in 1 hour to 120 hours. In this reaction, the optical purity can be further improved by removing halide ions generated as the reaction proceeds from the reaction system. This removal of halide ions is preferably carried out by adding silver nitrate or the like.

反応液中に生成、蓄積したエピハロヒドリンは公知の方法を用いて採取及び精製することができる。例えば、酢酸エチル等の溶媒で抽出を行い、減圧下に溶媒を除去することによりエピハロヒドリンのシロップを得ることができる。また、これらのシロップを減圧下に蒸留することによりさらに精製することもできる。   Epihalohydrin produced and accumulated in the reaction solution can be collected and purified using a known method. For example, an epihalohydrin syrup can be obtained by performing extraction with a solvent such as ethyl acetate and removing the solvent under reduced pressure. Further, these syrups can be further purified by distillation under reduced pressure.

(2)1,3−ジハロ−2−プロパノールの4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルへの変換
本変換反応は、1,3−ジハロ−2−プロパノールを、上述の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及び/または上述の培養により得られる培養物と接触させることにより行うことができる。
(2) Conversion of 1,3-dihalo-2-propanol to 4-halo-3-hydroxybutyronitrile In this conversion reaction, 1,3-dihalo-2-propanol was converted into the above-mentioned improved halohydrin epoxy. It can be carried out by contacting with a culture obtained by the above-mentioned culture with a dase and / or.

基質である1,3−ジハロ−2−プロパノールは、前述した一般式(1)で示される化合物であり、好ましくは1,3−ジクロロ−2−プロパノール、1,3−ジブロモ−2−プロパノール等である。また、シアン化合物としては、シアン化水素、シアン化カリウム、シアン化ナトリウム、シアン酸またはアセトンシアンヒドリン等の反応液中に添加した際にシアンイオン(CN)またはシアン化水素を生じる化合物またはその溶液を用いることができる。反応液中の基質濃度は、酵素安定性の観点から0.01%〜15(W/V)%が好ましく、0.01%〜10%が特に好ましい。また、シアン化合物の使用量は、酵素安定性の観点から基質の1倍量〜3倍量(モル)が好ましい。反応条件は、上記6.(1)と同様に行うことができる。 1,3-Dihalo-2-propanol as a substrate is a compound represented by the above general formula (1), preferably 1,3-dichloro-2-propanol, 1,3-dibromo-2-propanol, etc. It is. Further, as the cyanide compound, a compound that generates cyanide ion (CN ) or hydrogen cyanide or a solution thereof when added to a reaction solution such as hydrogen cyanide, potassium cyanide, sodium cyanide, cyanic acid, or acetone cyanohydrin is used. it can. The substrate concentration in the reaction solution is preferably 0.01% to 15 (W / V)%, particularly preferably 0.01% to 10%, from the viewpoint of enzyme stability. The amount of cyanide used is preferably 1 to 3 times (mole) the substrate from the viewpoint of enzyme stability. The reaction conditions are as described in 6. above. It can be performed in the same manner as (1).

反応液中に生成、蓄積した4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルは、公知の方法を用いて採取及び精製することができる。例えば、反応液から遠心分離等の方法を用いて菌体を除いた後、酢酸エチル等の溶媒で抽出を行い、減圧下に溶媒を除去することにより4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルのシロップを得ることができる。また、これらのシロップを減圧下に蒸留することによりさらに精製することもできる。   The 4-halo-3-hydroxybutyronitrile produced and accumulated in the reaction solution can be collected and purified using a known method. For example, after removing cells from the reaction solution using a method such as centrifugation, extraction with a solvent such as ethyl acetate is performed, and the solvent is removed under reduced pressure to remove 4-halo-3-hydroxybutyronitrile. You can get syrup. Further, these syrups can be further purified by distillation under reduced pressure.

(3)エピハロヒドリンの4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルへの変換
本変換反応は、エピハロヒドリンを、上述の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及び/または上述の培養により得られる培養物と接触させることにより行う。
(3) Conversion of epihalohydrin to 4-halo-3-hydroxybutyronitrile In this conversion reaction, epihalohydrin is contacted with the above-described improved halohydrin epoxidase and / or the culture obtained by the above-mentioned culture. To do.

基質であるエピハロヒドリンは、前述した一般式(2)で示される化合物である。ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、塩素、臭素が特に好ましい。具体的にはエピフルオロヒドリン、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、エピヨードヒドリン等が挙げられ、特に好ましくはエピクロロヒドリン、エピブロモヒドリンである。また、シアン化合物はシアン化水素、シアン化カリウム、シアン化ナトリウム、シアン酸またはアセトンシアンヒドリン等の反応液中に添加した際にシアンイオン(CN)またはシアン化水素を生じる化合物またはその溶液を用いることができる。反応条件、採取及び精製方法は、上記6.(2)と同様に行うことができる。 Epihalohydrin as a substrate is a compound represented by the general formula (2) described above. As the halogen atom, fluorine, chlorine, bromine and iodine are preferable, and chlorine and bromine are particularly preferable. Specific examples include epifluorohydrin, epichlorohydrin, epibromohydrin, epiiodohydrin, and the like, with epichlorohydrin and epibromohydrin being particularly preferred. As the cyanide compound, a compound that generates cyanide ion (CN ) or hydrogen cyanide or a solution thereof when added to a reaction solution such as hydrogen cyanide, potassium cyanide, sodium cyanide, cyanic acid or acetone cyanohydrin can be used. Reaction conditions, collection and purification methods are the same as those described in 6. above. It can be performed in the same manner as (2).

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

部位特異的変異導入による改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ発現ベクターの作製 Construction of improved halohydrin epoxidase expression vector by site-directed mutagenesis

有用なハロヒドリンエポキシダーゼを取得するため、部位特異的変異導入により配列番号1において第128番目のアミノ酸残基(アラニン残基)に変異が導入されたハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を発現する組換ベクターを作製した。   In order to obtain a useful halohydrin epoxidase, a set that expresses a halohydrin epoxidase gene in which a mutation is introduced into the 128th amino acid residue (alanine residue) in SEQ ID NO: 1 by site-directed mutagenesis A replacement vector was prepared.

ハロヒドリンエポキシダーゼHheB(2nd)において、2番目のアミノ酸残基(アラニン)がリジンに置換されたタンパク質をコードする遺伝子が、発現ベクターpTrc99A上にクローニングされているプラスミドpSTT002を鋳型として、PCRによるハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子への部位特異的変異導入を次のように行った。以下の表の組成のPCR反応液を各50μl調製した。   In the halohydrin epoxidase HheB (2nd), a gene encoding a protein in which the second amino acid residue (alanine) is replaced with lysine is obtained by PCR using the plasmid pSTT002, which has been cloned on the expression vector pTrc99A, as a template. Site-directed mutagenesis into the halohydrin epoxidase gene was performed as follows. 50 μl of each PCR reaction solution having the composition shown in the following table was prepared.

Figure 2012228221
プライマーとして用いたオリゴヌクレオチドの配列は以下の表の通りである。
Figure 2012228221
The sequences of oligonucleotides used as primers are shown in the following table.

Figure 2012228221
PCR反応用チューブに調製した50μlのPCR反応液を、以下の熱サイクル処理に供した。
Figure 2012228221
50 μl of the PCR reaction solution prepared in the PCR reaction tube was subjected to the following thermal cycle treatment.

Figure 2012228221
得られたPCR反応液を組換ベクター溶液とし、形質転換に供した。
Figure 2012228221
The obtained PCR reaction solution was used as a recombinant vector solution and subjected to transformation.

部位特異的変異を導入した改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子の配列確認と形質転換体の作製
実施例1にて熱サイクル処理を行ったPCR反応液各2μlに対し、後述の方法にて予め調製しておいた大腸菌JM109株コンピテントセル200μlを加え、0℃で30分間放置した。続いて、当該コンピテントセルに42℃で45秒間ヒートショックを与え、0℃で2分間冷却した。その後、SOC培地(20mM グルコース、2%バクトトリプトン、0.5%バクトイーストエキス、10mM NaCl、2.5mM KCl、1mM MgSO、1mM MgCl)を1ml添加し、37℃にて1時間振盪培養した。培養後の培養液200μlをLB Amp寒天培地(アンピシリン100mg/l、寒天2%を含有するLB培地)に塗布し、37℃で一晩培養した。各寒天培地上に出現したコロニーを滅菌爪楊枝で採取して2mlのLB Amp液体培地に接種し、37℃で一晩培養した。得られた各培養液から、PureYieldTM Miniprep System(Promega)を用いてプラスミドを回収した。各プラスミド中のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子について、キャピラリーDNAシーケンサーCEQ2000(ベックマン・コールター)を用い、添付のマニュアルに従って塩基配列の解析を行った。変異導入が確認されたコロニーを各改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ保有形質転換体とした。各プラスミド及び形質転換体を後述の表4のように命名した。
Confirmation of sequence of improved halohydrin epoxidase gene introduced with site-specific mutation and preparation of transformant Preliminarily prepared by the method described later for each 2 μl of PCR reaction solution subjected to heat cycle treatment in Example 1 200 μl of previously prepared E. coli JM109 strain competent cell was added and left at 0 ° C. for 30 minutes. Subsequently, the competent cell was subjected to a heat shock at 42 ° C. for 45 seconds and cooled at 0 ° C. for 2 minutes. Then, 1 ml of SOC medium (20 mM glucose, 2% bactotryptone, 0.5% bacto yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 1 mM MgSO 4 , 1 mM MgCl 2 ) was added and shaken at 37 ° C. for 1 hour. Cultured. After culture, 200 μl of the culture solution was applied to an LB Amp agar medium (LB medium containing ampicillin 100 mg / l, agar 2%) and cultured at 37 ° C. overnight. Colonies that appeared on each agar medium were collected with a sterile toothpick, inoculated into 2 ml of LB Amp liquid medium, and cultured at 37 ° C. overnight. From each of the obtained culture solutions, the plasmid was recovered using PureYield Miniprep System (Promega). The nucleotide sequence of the halohydrin epoxidase gene in each plasmid was analyzed using a capillary DNA sequencer CEQ2000 (Beckman Coulter) according to the attached manual. Colonies in which mutation introduction was confirmed were used as transformants possessing each improved halohydrin epoxidase. Each plasmid and transformant were named as shown in Table 4 below.

大腸菌JM109株のコンピテントセル調製は次のように行った。
大腸菌JM109株をLB培地(1% バクトトリプトン、0.5%バクトイーストエキス、1% NaCl)1mlに接種し37℃、5時間好気的に培養して前培養液を得た。該前培養液0.4mlをSOB培地(2%バクトトリプトン、0.5%バクトイーストエキス、10mM NaCl、2.5mM KCl、1mM MgSO、1mM MgCl)40mlに加え、18℃で20時間培養して本培養液を得た。該本培養液を遠心分離 (3700×g、10分間、4℃)により集菌した後、冷TF溶液(20mM PIPES−KOH(pH6.0)、200mM KCl、10mM CaCl、40mM MnCl) を13ml加え、0℃で10分間放置し、再度遠心分離(3700×g、10分間、4℃)して上清を除き、大腸菌菌体を得た。該大腸菌菌体を冷TF溶液3.2mlに懸濁し、0.22mlのジメチルスルホキシドを加えて菌体懸濁液を得た。該菌体懸濁液を0℃で10分間放置した後、液体窒素を用いて凍結処理し、−80℃にて保存しておいたものを大腸菌JM109株コンピテントセルとした。
Preparation of competent cells of E. coli JM109 was performed as follows.
E. coli strain JM109 was inoculated into 1 ml of LB medium (1% bactotryptone, 0.5% bacto yeast extract, 1% NaCl) and cultured aerobically at 37 ° C. for 5 hours to obtain a preculture solution. 0.4 ml of the preculture solution is added to 40 ml of SOB medium (2% bactotryptone, 0.5% bacto yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 1 mM MgSO 4 , 1 mM MgCl 2 ), and then at 18 ° C. for 20 hours. The main culture solution was obtained by culturing. The main culture was collected by centrifugation (3700 × g, 10 minutes, 4 ° C.), and then a cold TF solution (20 mM PIPES-KOH (pH 6.0), 200 mM KCl, 10 mM CaCl 2 , 40 mM MnCl 2 ) was added. 13 ml was added, allowed to stand at 0 ° C. for 10 minutes, centrifuged again (3700 × g, 10 minutes, 4 ° C.) to remove the supernatant, and Escherichia coli cells were obtained. The Escherichia coli cells were suspended in 3.2 ml of a cold TF solution, and 0.22 ml of dimethyl sulfoxide was added to obtain a cell suspension. The bacterial cell suspension was allowed to stand at 0 ° C. for 10 minutes, then frozen using liquid nitrogen, and stored at −80 ° C. to obtain an E. coli JM109 strain competent cell.

Figure 2012228221
Figure 2012228221

改良型ハロヒドリンエポキシダーゼによる(R)−CHBN合成反応
(1)改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ粗酵素液の調製
実施例2でそのハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子変異が確認された5株(JM109/pSTT156、JM109/pSTT160、JM109/pSTT161、JM109/pSTT165、JM109/pSTT167)及び対照とするJM109/pSTT002の計6株について、各株を用いて合成した(R)−CHBNの光学純度を調べるため、まず各改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを発現する形質転換体より粗酵素液を調製した。LB Amp培地をワッセルマン試験管に1mlづつ分注し、各試験管に二次評価選抜株10株及び対照とするJM109/pSTT002のコロニーをそれぞれ植菌した。37℃、210rpmで約8時間培養した後、得られた各培養液100μlを、IPTGを終濃度として1mM含むLB Amp培地(500ml容三角フラスコ中の100ml)に植菌し、37℃、210rpmで16時間培養した。得られた各培養液100mlから遠心分離(3700×g、10分間、4℃)により各菌体を回収し、20mM Tris−硫酸緩衝液(pH8.0)で洗浄した後、菌濃度が12.5gD.C./lとなるように同緩衝液に懸濁した。得られた菌体懸濁液の3mlを、超音波破砕機VP−15S(タイテック、日本)を用いて、出力コントロール4、DUTY CYCLE40%、PULS、TIMER=Bモード10sの条件で氷冷しながら10分間破砕した。破砕した菌体懸濁液を遠心分離(12000rpm、10分間、4℃)に供し、上清を粗酵素液として採取した。得られた各粗酵素液を、それぞれ破砕前の(菌体懸濁液時点での)菌濃度として6.25gD.C./lとなるよう、20mM Tris−硫酸緩衝液(pH8.0)で希釈し、本粗酵素液を用いて以下の方法によりハロヒドリンエポキシダーゼ活性(脱クロル活性)を測定した。100mlの活性測定用反応液(50mM DCP、20mM Tris−硫酸緩衝液(pH8.0))を調製して、温度を20℃に調整した。該反応液に上記粗酵素液を添加し、反応を開始した。ハロヒドリンエポキシダーゼ活性による塩化物イオンの遊離に伴うpHの低下を、pH自動コントローラを用いて0.01規定の水酸化ナトリウム水溶液の投入によりpHを8に保つよう連続的に調整した。10分間の反応の間に、pHを8に保つために投入された0.01規定の水酸化ナトリウム水溶液の量から、塩化物イオン生成量を算出し、ハロヒドリンエポキシダーゼ活性(脱クロル活性)(U)を算出した。1Uを上記条件下でDCPから1分間当たり1μmol塩化物イオンの脱離する酵素量に相当するものと定義し、活性測定に用いた各粗酵素液の活性、及び該活性を活性測定に用いた各粗酵素液の液量で除することにより各粗酵素液の液活性を算出した。
(R) -CHBN synthesis reaction with improved halohydrin epoxidase (1) Preparation of improved halohydrin epoxidase crude enzyme solution Five strains (JM109) in which the halohydrin epoxidase gene mutation was confirmed in Example 2 / PSTT156, JM109 / pSTT160, JM109 / pSTT161, JM109 / pSTT165, JM109 / pSTT167) and the control JM109 / pSTT002 total 6 strains in order to examine the optical purity of (R) -CHBN synthesized using each strain First, a crude enzyme solution was prepared from a transformant expressing each improved halohydrin epoxidase. The LB Amp medium was dispensed into each Wasselman test tube in an amount of 1 ml, and 10 secondary selection strains and JM109 / pSTT002 colonies as controls were inoculated into each test tube. After culturing at 37 ° C. and 210 rpm for about 8 hours, 100 μl of each culture solution obtained was inoculated into LB Amp medium (100 ml in a 500 ml Erlenmeyer flask) containing 1 mM IPTG as the final concentration, and at 37 ° C. and 210 rpm. Cultured for 16 hours. Each bacterial cell was collected from 100 ml of each obtained culture solution by centrifugation (3700 × g, 10 minutes, 4 ° C.), washed with 20 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0), and then the bacterial concentration was 12. 5 gD. C. / L was suspended in the same buffer. While cooling 3 ml of the obtained bacterial cell suspension using an ultrasonic crusher VP-15S (Tytec, Japan) under the conditions of output control 4, DUTY CYCLE 40%, PULS, TIMER = B mode 10 s. It was crushed for 10 minutes. The disrupted cell suspension was subjected to centrifugation (12000 rpm, 10 minutes, 4 ° C.), and the supernatant was collected as a crude enzyme solution. Each of the obtained crude enzyme solutions was 6.25 gD. As a bacterial concentration (at the time of cell suspension) before crushing. C. / L was diluted with 20 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0), and halohydrin epoxidase activity (dechlorination activity) was measured by the following method using this crude enzyme solution. 100 ml of a reaction solution for activity measurement (50 mM DCP, 20 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0)) was prepared, and the temperature was adjusted to 20 ° C. The crude enzyme solution was added to the reaction solution to start the reaction. The decrease in pH accompanying the release of chloride ions due to the halohydrin epoxidase activity was continuously adjusted to maintain the pH at 8 by adding 0.01 N aqueous sodium hydroxide solution using an automatic pH controller. From the amount of 0.01N aqueous sodium hydroxide solution added to maintain the pH at 8 during the 10-minute reaction, the amount of chloride ion produced was calculated, and the halohydrin epoxidase activity (dechlorination activity) was calculated. ) (U) was calculated. 1 U was defined as the amount of enzyme desorbing 1 μmol chloride ion per minute from DCP under the above conditions, and the activity of each crude enzyme solution used for activity measurement and the activity was used for activity measurement. The liquid activity of each crude enzyme solution was calculated by dividing by the amount of each crude enzyme solution.

(2)分析方法
後述する改良型ハロヒドリンエポキシダーゼによる(R)−CHBNの合成反応において実施する反応液中のDCP、ECH及びCHBN濃度分析及び生成CHBNの光学純度分析は、以下のように行った。
(2) Analytical method DCP, ECH and CHBN concentration analysis and optical purity analysis of the produced CHBN in the reaction solution carried out in the synthesis reaction of (R) -CHBN by the improved halohydrin epoxidase described below are as follows. went.

<反応液中のDCP、ECH及びCHBN濃度分析>
反応液中のDCP、ECH及びCHBN濃度分析は、逆相HPLCにより行った。逆相HPLC分析条件を表5に示す。
<Concentration analysis of DCP, ECH and CHBN in reaction solution>
DCP, ECH, and CHBN concentration analysis in the reaction solution was performed by reverse phase HPLC. The reverse phase HPLC analysis conditions are shown in Table 5.

Figure 2012228221
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反応終了液100μlを、上表記載の移動相5mlにより希釈混合した後、上表記載の分析条件により分析を行った。予め、濃度既知のDCP、ECH及びCHBN溶液を用いて検量線を作成し、該検量線を用いて反応液中のDCP、ECH及びCHBN濃度を求めた。   After 100 μl of the reaction finished solution was diluted and mixed with 5 ml of the mobile phase described in the above table, analysis was performed under the analysis conditions described in the above table. A calibration curve was prepared in advance using DCP, ECH, and CHBN solutions with known concentrations, and the concentrations of DCP, ECH, and CHBN in the reaction solution were determined using the calibration curve.

<生成CHBNの光学純度分析>
生成CHBNの光学純度分析は、CHBNをエステル化後、順相系HPLCにより行った。順相系HPLC分析条件を表6に示す。
<Optical purity analysis of produced CHBN>
The optical purity analysis of the produced CHBN was performed by normal phase HPLC after esterification of CHBN. Normal phase HPLC analysis conditions are shown in Table 6.

Figure 2012228221
Figure 2012228221

反応終了液約400μlに等量の酢酸エチルを加えて抽出を行った。酢酸エチル相を分取し、少量の無水硫酸マグネシウムを加えて攪拌した。酢酸エチル相を全量なすフラスコに分取してロータリーエバポレータ(東京理化機械)にセットし、50℃、250torr、60分間濃縮した。残存物に20μlのジクロロメタンと20μlのピリジン、及び20μlの(+)−α−メトキシ−α−(トリフルオロメチル)フェニルアセチルクロライド(以下、(+)−MTPAと称することがある)を添加した。室温で一晩反応させた後、400μlのジイソプロピルエーテル(以下、IPEと称することがある)を添加し、1規定の塩酸を加えて抽出を行った。IPE相を分取し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を400μl加えて抽出を行った。IPE相を1.5mlチューブに分取し、アスピレータによりIPE相を揮発させた。残存物をn−ヘキサン:2−プロパノール=4:1の混合液に懸濁した後、表5に記載の分析条件により分析を行った。(R)−CHBN−(+)−MTPAエステル及び(S)−CHBN−(+)−MTPAエステルのエリア面積比から各濃度を算出し、本明細書において説明した要領(前述)でCHBNの光学純度を算出した。   Extraction was carried out by adding an equal amount of ethyl acetate to about 400 μl of the reaction end solution. The ethyl acetate phase was separated, and a small amount of anhydrous magnesium sulfate was added and stirred. A portion of the ethyl acetate phase was dispensed into a flask, set on a rotary evaporator (Tokyo Rika), and concentrated at 50 ° C., 250 torr for 60 minutes. 20 μl of dichloromethane and 20 μl of pyridine, and 20 μl of (+)-α-methoxy-α- (trifluoromethyl) phenylacetyl chloride (hereinafter sometimes referred to as (+)-MTPA) were added to the residue. After reacting overnight at room temperature, 400 μl of diisopropyl ether (hereinafter sometimes referred to as IPE) was added, and 1N hydrochloric acid was added for extraction. The IPE phase was separated and extracted by adding 400 μl of a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution. The IPE phase was fractionated into a 1.5 ml tube, and the IPE phase was volatilized by an aspirator. The residue was suspended in a mixed solution of n-hexane: 2-propanol = 4: 1, and then analyzed under the analysis conditions described in Table 5. Each concentration was calculated from the area area ratio of (R) -CHBN-(+)-MTPA ester and (S) -CHBN-(+)-MTPA ester, and the CHBN optical properties were as described above (described above). Purity was calculated.

(3)改良型ハロヒドリンエポキシダーゼによるDCPからの(R)−CHBNの合成
実施例3(1)で調製した各改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ発現形質転換体由来粗酵素液を用い、シアン化カリウム存在下、DCPまたはECHからのCHBN合成反応を行った。反応液基本組成は以下の表のようにし、反応スケールは0.5mlで行った。
(3) Synthesis of (R) -CHBN from DCP by improved halohydrin epoxidase Using each improved halohydrin epoxidase-expressing crude enzyme solution prepared in Example 3 (1), potassium cyanide In the presence, a CHBN synthesis reaction from DCP or ECH was performed. The basic composition of the reaction solution was as shown in the following table, and the reaction scale was 0.5 ml.

Figure 2012228221
Figure 2012228221

反応は20℃にて3時間行った。反応終了後、実施例3(2)に記載の分析条件により、反応液中のDCP、ECH及びCHBN濃度及び生成CHBNの光学純度を分析した。結果を表8に示した。   The reaction was carried out at 20 ° C. for 3 hours. After completion of the reaction, the concentrations of DCP, ECH and CHBN in the reaction solution and the optical purity of the produced CHBN were analyzed under the analysis conditions described in Example 3 (2). The results are shown in Table 8.

Figure 2012228221
Figure 2012228221

対照とする形質転換体株JM109/pSTT002由来の粗酵素液を用いて合成された(R)−CHBNの光学純度は91.7%e.e.であった。これに対し改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを発現する4種の形質転換体株(JM109/pSTT156、JM109/pSTT160、JM109/pSTT161、JM109/pSTT167)由来の粗酵素液を用いて合成された(R)−CHBNの光学純度は92.8から99.9%e.e.を超えており、光学純度が向上していることが確認された。従って、これらの改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、DCP及び/または中間体ECHに対する立体選択性が向上していると言える。   The optical purity of (R) -CHBN synthesized using a crude enzyme solution derived from the transformant strain JM109 / pSTT002 as a control is 91.7% e.e. e. Met. On the other hand, it was synthesized using a crude enzyme solution derived from four transformant strains (JM109 / pSTT156, JM109 / pSTT160, JM109 / pSTT161, JM109 / pSTT167) expressing an improved halohydrin epoxidase (R ) -CHBN has an optical purity of 92.8 to 99.9% e.e. e. It was confirmed that the optical purity was improved. Therefore, it can be said that these improved halohydrin epoxidases have improved stereoselectivity for DCP and / or intermediate ECH.

(4)改良型ハロヒドリンエポキシダーゼによるECHからの(R)−CHBNの合成
実施例3(1)で調製した各改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ発現形質転換体由来粗酵素液を用い、シアン化カリウム存在下、ECHからのCHBN合成反応を行った。反応液基本組成は以下の表のようにし、反応スケールは0.5mlで行った。
(4) Synthesis of (R) -CHBN from ECH by improved halohydrin epoxidase Using each crude halohydrin epoxidase-expressing transformant-derived crude enzyme solution prepared in Example 3 (1), potassium cyanide In the presence, a CHBN synthesis reaction from ECH was performed. The basic composition of the reaction solution was as shown in the following table, and the reaction scale was 0.5 ml.

Figure 2012228221
Figure 2012228221

反応は20℃にて3時間行った。反応終了後、実施例3(2)に記載の分析条件により、反応液中のDCP、ECH及びCHBN濃度及び生成CHBNの光学純度を分析した。結果を表10に示した。   The reaction was carried out at 20 ° C. for 3 hours. After completion of the reaction, the concentrations of DCP, ECH and CHBN in the reaction solution and the optical purity of the produced CHBN were analyzed under the analysis conditions described in Example 3 (2). The results are shown in Table 10.

Figure 2012228221
Figure 2012228221

対照とする形質転換体株JM109/pSTT002由来の粗酵素液を用いて合成された(R)−CHBNの光学純度は78.9%e.e.であった。これに対し改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを発現する4種の形質転換体株(JM109/pSTT156、JM109/pSTT160、JM109/pSTT161、JM109/pSTT165)由来の粗酵素液を用いて合成された(R)−CHBNの光学純度は79.9〜93.6%e.e.であり、光学純度が向上していることが確認された。従って、これらの改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、ECHに対する立体選択性が向上していると言える。   The optical purity of (R) -CHBN synthesized using a crude enzyme solution derived from the control transformant strain JM109 / pSTT002 is 78.9% e.e. e. Met. On the other hand, it was synthesized using a crude enzyme solution derived from four kinds of transformant strains (JM109 / pSTT156, JM109 / pSTT160, JM109 / pSTT161, JM109 / pSTT165) expressing an improved halohydrin epoxidase (R ) -CHBN has an optical purity of 79.9-93.6% e.e. e. It was confirmed that the optical purity was improved. Therefore, it can be said that these improved halohydrin epoxidases have improved stereoselectivity for ECH.

本発明の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、立体選択性に優れており、本発明の酵素を利用することにより、光学活性エピハロヒドリンまたは4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを効率よく製造することができる。   The improved halohydrin epoxidase of the present invention is excellent in stereoselectivity, and an optically active epihalohydrin or 4-halo-3-hydroxybutyronitrile can be efficiently produced by using the enzyme of the present invention. Can do.

N−1074株:受託番号「FERM BP−2643」として、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1−1−1中央第6に昭和63(1988)年11月10日付で寄託されている。   N-1074 strain: under the accession number “FERM BP-2643”, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Depositary Center (Tsukuba-shi, Ibaraki, 6th, 1-1-1 Chuo 6th November, 1988) Deposited by date.

pSJ023:形質転換体ATCC12674/pSJ023(受託番号「FERM BP−6232」)として独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(茨城県つくば市東1−1−1中央第6)に平成9(1997)年3月4日付けで寄託されている。
Rhodococcus rhodochrous J1株(受託番号「FERM BP−1478」)
[配列表の説明]
配列番号1:コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(2nd)のアミノ酸配列
配列番号2:コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(1st)のアミノ酸配列
配列番号3:コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(2nd)の塩基配列
配列番号4:コリネバクテリウム属(Corynebacterium sp.)N−1074株由来のHheB(1st)の塩基配列
配列番号5:プライマーDH−75
配列番号6:プライマーDH−76
配列番号7:プライマーDH−83
配列番号8:プライマーDH−84
配列番号9:プライマーDH−85
配列番号10:プライマーDH−86
配列番号11:プライマーDH−93
配列番号12:プライマーDH−94
配列番号13:プライマーDH−97
配列番号14:プライマーDH−98
配列番号15:アミノ酸配列I
配列番号16:変異ペプチド
配列番号17:変異ペプチド
配列番号18:変異ペプチド
配列番号19:変異ペプチド
配列番号20:変異ペプチド
配列番号21:変異ペプチド
配列番号22:変異ペプチド
配列番号23:変異ペプチド
配列番号24:変異ペプチド
配列番号25:変異ペプチド
pSJ023: Transformant ATCC12674 / pSJ023 (Accession number “FERM BP-6232”), which was established in 1997 by the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (National Center for Biological Biology, 1-1-1 Higashi 1-1-1, Tsukuba, Ibaraki) ) Deposited on March 4th of the year.
Rhodococcus rhodochrous J1 strain (Accession number “FERM BP-1478”)
[Explanation of Sequence Listing]
SEQ ID NO: 1: Amino acid sequence of HheB (2nd) derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain SEQ ID NO: 2: HheB (1st) derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain Amino acid sequence SEQ ID NO: 3: Base sequence of HheB (2nd) derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain SEQ ID NO: 4: HheB (1st) derived from Corynebacterium sp. N-1074 strain ) Base sequence SEQ ID NO: 5: primer DH-75
Sequence number 6: Primer DH-76
Sequence number 7: Primer DH-83
Sequence number 8: Primer DH-84
Sequence number 9: Primer DH-85
Sequence number 10: Primer DH-86
Sequence number 11: Primer DH-93
Sequence number 12: Primer DH-94
SEQ ID NO: 13: primer DH-97
Sequence number 14: Primer DH-98
SEQ ID NO: 15: amino acid sequence I
SEQ ID NO: 16: Mutant peptide SEQ ID NO: 17: Mutant peptide SEQ ID NO: 18: Mutant peptide SEQ ID NO: 19: Mutant peptide SEQ ID NO: 20: Mutant peptide SEQ ID NO: 21: Mutant peptide SEQ ID NO: 22: Mutant peptide SEQ ID NO: 23: Mutant peptide sequence number 24: Mutant peptide SEQ ID NO: 25: Mutant peptide

Claims (10)

以下のアミノ酸配列I:
S−α1−α2−α3−α4−α5−α6−α7−α8−α9−α10−α11−α12−Y−α13−α14−A−R−α15(配列番号15)
(SはSer残基、YはTyr残基、AはAla残基、RはArg残基を表し、α1〜α15はそれぞれ独立して同一のまたは異なる任意のアミノ酸残基を表す。)
を含む野生型ハロヒドリンエポキシダーゼのアミノ酸配列に対して、開始アミノ酸残基より1残基C末端側のアミノ酸残基がLysに置換され、且つ、α10残基が他のアミノ酸に置換されたアミノ酸変異が導入されたアミノ酸配列からなる、改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。
The following amino acid sequence I:
S-α1-α2-α3-α4-α5-α6-α7-α8-α9-α10-α11-α12-Y-α13-α14-A-R-α15 (SEQ ID NO: 15)
(S represents a Ser residue, Y represents a Tyr residue, A represents an Ala residue, R represents an Arg residue, and α1 to α15 each independently represent an identical or different arbitrary amino acid residue.)
In the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase containing the amino acid residue, one residue C-terminal from the starting amino acid residue was substituted with Lys, and the α10 residue was substituted with another amino acid. An improved halohydrin epoxidase consisting of an amino acid sequence into which an amino acid mutation has been introduced.
α10残基におけるアミノ酸変異がCys,Gln,Ile,MetまたはValである、請求項1に記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。 The improved halohydrin epoxidase according to claim 1, wherein the amino acid mutation at the α10 residue is Cys, Gln, Ile, Met or Val. 野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが、B型に分類されるものである、請求項1または2に記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。 The improved halohydrin epoxidase according to claim 1 or 2, wherein the wild-type halohydrin epoxidase is classified as type B. 野生型ハロヒドリンエポキシダーゼが、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属細菌またはマイコバクテリウム(Mycobacterium)属細菌由来のものである、請求項1〜3のいずれかに記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ。 The improved halohydrin epoxidase according to any one of claims 1 to 3, wherein the wild type halohydrin epoxidase is derived from a bacterium belonging to the genus Corynebacterium or Mycobacterium. . 請求項1〜4のいずれかに記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼをコードする遺伝子。 A gene encoding the improved halohydrin epoxidase according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の遺伝子を含む組換えベクター。 A recombinant vector comprising the gene according to claim 5. 請求項6に記載の組換えベクターを宿主に導入してなる形質転換体または形質導入体。 A transformant or a transductant obtained by introducing the recombinant vector according to claim 6 into a host. 請求項7に記載の形質転換体または形質導入体を培養して得られる培養物。 A culture obtained by culturing the transformant or transductant according to claim 7. 請求項1〜4のいずれかに記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及び/または請求項8に記載の培養物を、1,3−ジハロ−2−プロパノールと接触させることによりエピハロヒドリンを生成させることを特徴とする、エピハロヒドリンの製造方法。 An epihalohydrin is produced by contacting the improved halohydrin epoxidase according to any one of claims 1 to 4 and / or the culture according to claim 8 with 1,3-dihalo-2-propanol. A process for producing epihalohydrin, characterized in that 請求項1〜4のいずれかに記載の改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ及び/または請求項8に記載の培養物を、シアン化合物存在下、1,3−ジハロ−2−プロパノールまたはエピハロヒドリンと接触させることにより4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを生成させることを特徴とする、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法。 The improved halohydrin epoxidase according to any one of claims 1 to 4 and / or the culture according to claim 8 is contacted with 1,3-dihalo-2-propanol or epihalohydrin in the presence of a cyanide compound. To produce 4-halo-3-hydroxybutyronitrile, thereby producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017043578A1 (en) * 2014-09-08 2017-03-16 株式会社住化分析センター Method for preparing sample for analyzing hazardous material, production kit, and method for analyzing hazardous material

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