JP2013009621A - Method for producing optically-active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile - Google Patents

Method for producing optically-active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile Download PDF

Info

Publication number
JP2013009621A
JP2013009621A JP2011143895A JP2011143895A JP2013009621A JP 2013009621 A JP2013009621 A JP 2013009621A JP 2011143895 A JP2011143895 A JP 2011143895A JP 2011143895 A JP2011143895 A JP 2011143895A JP 2013009621 A JP2013009621 A JP 2013009621A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reaction
seq
propanol
hydroxybutyronitrile
halo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011143895A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Fumi Kuwahara
ふみ 桑原
Takeshi Watanabe
健 渡邉
Fumiaki Watanabe
文昭 渡辺
Eiji Sato
栄治 佐藤
Yasuhiro Ninomiya
康裕 二宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to JP2011143895A priority Critical patent/JP2013009621A/en
Publication of JP2013009621A publication Critical patent/JP2013009621A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile of high concentration and high optical purity.SOLUTION: There is provided the method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from a 1, 3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor by enzyme reaction. After the initiation of the enzyme reaction, the 1, 3-dihalo-2-propanol is supplied to a reaction liquid and the concentration of the 1, 3-dihalo-2-propanol is held in the range of not more than 0.43 mol/kg.

Description

本発明は、1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応により4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法に関する。詳しくは、酵素反応の開始後、該反応液中の1,3−ジハロ−2−プロパノール濃度を0.43mol/kgを超えない範囲に保持す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を製造する方法に関する。   The present invention relates to a process for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile by enzymatic reaction from 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor. Specifically, after the start of the enzyme reaction, the 1,3-dihalo-2-propanol concentration in the reaction solution is maintained in a range not exceeding 0.43 mol / kg, 4-halo-3-hydroxy The present invention relates to a method for producing butyronitrile.

1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応により4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造するに際し、使用される酵素として、ハロヒドリンエポキシダーゼが例示できる。ハロヒドリンエポキシダーゼとしては、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ミクロバクテリウム(Microbacterium)属、アグロバクテリウム(Agrobacterium)属、オウレオバクテリウム(Aureobacterium)属に属する微生物が産生する酵素が知られている。   A halohydrin epoxidase can be exemplified as an enzyme used in producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor by an enzymatic reaction. As halohydrin epoxidases, enzymes produced by microorganisms belonging to the genus Corynebacterium, the genus Microbacterium, the genus Agrobacterium and the genus Aureobacteria are known. ing.

本出願人らは、先にコリネバクテリウム属、ミクロバクテリウム属、オウレオバクテリウム属の脱ハロゲン化酵素の作用により、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1、特許文献2参照)、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3参照)を提案している。さらに遺伝子組換技術を利用し、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属由来のハロヒドリンエポキシダーゼ酵素遺伝子DNAを有する組換ベクターを得、この組換ベクターを導入した形質転換体を使用し3−ヒドロキシブチロニトリルを製造することに成功している(特許文献4、特許文献5、特許文献6、非特許文献1参照)。   The present applicants previously described the optically active 4-halo-3-hydroxylase from 1,3-dihalo-2-propanol by the action of dehalogenating enzymes of the genus Corynebacterium, Microbacterium, and Aureobacteria. A method for producing hydroxybutyronitrile (see Patent Document 1 and Patent Document 2) and a method for producing optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from epihalohydrin (see Patent Document 3) are proposed. Furthermore, using a gene recombination technique, a recombination vector having a halohydrin epoxidase enzyme gene DNA derived from the genus Corynebacterium is obtained, and using the transformant introduced with this recombination vector, 3-hydroxy Butyronitrile has been successfully produced (see Patent Document 4, Patent Document 5, Patent Document 6, and Non-Patent Document 1).

また本出願人らは、コリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N−1074由来のハロヒドリンエポキシダーゼにおいて、ランダム変異導入により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DNAを有する組換ベクターを得、この組換ベクターを導入した形質転換体を使用し4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造することに成功している(特許文献7)。   Applicants have also identified Corynebacterium sp. In the halohydrin epoxidase derived from N-1074, a recombinant vector having a gene DNA encoding an improved halohydrin epoxidase was obtained by random mutation introduction, and a transformant into which this recombinant vector was introduced was used. -It has succeeded in producing halo-3-hydroxybutyronitrile (Patent Document 7).

また、Jansenらはアグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter) AD1株、マイコバクテリウム(Mycobacterium)sp.GP1、アースロバクター(Arthrobacter)sp.AD2が産生するハロヒドリンエポキシダーゼを見出している。アグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter) AD1株においては、その酵素の立体構造を明らかにしている(非特許文献2,3)。   Jansen et al., Agrobacterium radiobacter AD1 strain, Mycobacterium sp. GP1, Arthrobacter sp. A halohydrin epoxidase produced by AD2 has been found. In Agrobacterium radiobacter AD1 strain, the three-dimensional structure of the enzyme has been clarified (Non-patent Documents 2 and 3).

しかしながら、上述の酵素を用いた4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法においては、得られる該ニトリルの蓄積濃度は0.1mol/kg程度と生産性が低い、あるいは得られる該ニトリルの光学純度は94%e.e.程度と不十分であり、工業的に好適な方法ではなかった。   However, in the method for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile using the above-mentioned enzyme, the accumulated concentration of the obtained nitrile is as low as about 0.1 mol / kg, or the productivity of the obtained nitrile is low. The optical purity is 94% e.e. e. The method was insufficient and not industrially suitable.

特許第2840722号公報Japanese Patent No. 2840722 特開第2001−25397号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-25397 特許第2840723号公報Japanese Patent No. 2840723 特許第3073037号公報Japanese Patent No. 3073037 特許第3026367号公報Japanese Patent No. 3026367 特開2008−17838号公報JP 2008-17838 A WO2008/108466号公報WO 2008/108466

Biosci.Biotech.Biochem.,58(8),1451−1457,1994Biosci. Biotech. Biochem. 58 (8), 1451-1457, 1994. The EMBO Journal.,22(19),4933−4944,2003The EMBO Journal. 22 (19), 4933-4944, 2003. J.Bacteriology 183(17),5058−5066,2001J. et al. Bacteriology 183 (17), 5058-5066, 2001

本発明の目的は、生産性が高く、工業的に好適な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。   An object of the present invention is to provide a production method of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile having high productivity and industrially suitable.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応によって4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法において、酵素反応の開始後、反応液中の1,3−ジハロ−2−プロパノール濃度を0.43mol/kgを超えない範囲に保持することにより、高濃度かつ高光学純度の光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors produce 4-halo-3-hydroxybutyronitrile by enzymatic reaction from 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor. In the method, after the start of the enzyme reaction, the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol in the reaction solution is maintained in a range not exceeding 0.43 mol / kg, thereby increasing the optical activity of high concentration and high optical purity. The present inventors have found that halo-3-hydroxybutyronitrile can be produced and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下の通りである。
(1)1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応によって光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法であって、酵素反応の開始後、反応液へ1,3−ジハロ−2−プロパノールを供給し、該反応液中の1,3−ジハロ−2−プロパノール濃度を0.43mol/kgを超えない範囲に保持することを特徴とする、該方法。
(2)酵素がハロヒドリンエポキシダーゼである、上記(1)に記載の方法。
(3)ハロヒドリンエポキシダーゼがコリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N−1074のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子(HHEB)に由来するものである、上記(1)または(2)に記載の方法。
(4)ハロヒドリンエポキシダーゼが配列番号2または配列番号4に示される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である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
That is, the present invention is as follows.
(1) A method for producing optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor by an enzymatic reaction. , 3-dihalo-2-propanol is supplied, and the 1,3-dihalo-2-propanol concentration in the reaction solution is maintained in a range not exceeding 0.43 mol / kg.
(2) The method according to (1) above, wherein the enzyme is a halohydrin epoxidase.
(3) A halohydrin epoxidase is produced in Corynebacterium sp. The method according to (1) or (2) above, which is derived from a halohydrin epoxidase gene (HHEB) of N-1074.
(4) The method according to any one of (1) to (3) above, wherein the halohydrin epoxidase is an improved halohydrin epoxidase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4.

本発明の方法によれば、反応系内に4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを高濃度かつ高光学純度で蓄積させることができる。よって、本発明は、生産性が高く、工業的に好適な光学活性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ができる。   According to the method of the present invention, 4-halo-3-hydroxybutyronitrile can be accumulated in a high concentration and high optical purity in the reaction system. Therefore, this invention can provide the manufacturing method of optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile with high productivity and industrially suitable.

図1は、プラスミドpSTT002の構成図である。FIG. 1 is a structural diagram of plasmid pSTT002. 図2は、表4に記載の反応プロファイルから計算される、DCP濃度の理論値の推移を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the transition of the theoretical value of DCP concentration calculated from the reaction profile described in Table 4. 図3は、表6に記載の反応プロファイルから計算される、DCP濃度の理論値の推移を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the transition of the theoretical value of DCP concentration calculated from the reaction profile shown in Table 6. 図4は、表8に記載の反応プロファイルから計算される、DCP濃度の理論値の推移を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the transition of the theoretical value of DCP concentration calculated from the reaction profile described in Table 8.

以下、本発明に関して詳細に説明する。
本発明に係る光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの製造方法(以下、単に「本製造方法」と称す)とは、水及びハロヒドリンエポキシダーゼを含む反応溶媒中で、1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応により光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The method for producing optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile according to the present invention (hereinafter simply referred to as “the present production method”) is a reaction solvent containing water and halohydrin epoxidase, In this method, optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is produced from 3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor by an enzymatic reaction.

(1)4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリル
4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルは、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り、特にL−カルニチンの合成原料として有用である。4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルとは、下記一般式(1)で表される化合物のことをいう。
(1) 4-halo-3-hydroxybutyronitrile 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is a substance useful as a raw material for synthesizing various pharmaceuticals and physiologically active substances, and particularly as a raw material for synthesizing L-carnitine. Useful. 4-halo-3-hydroxybutyronitrile refers to a compound represented by the following general formula (1).

(式中、Xはハロゲン原子を示す。具体的にはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子であり、塩素原子、臭素原子が好ましく、塩素原子が最も好ましい。*は不斉炭素を示し、その立体配置は(R)体、(S)体のいずれでも構わないが、(R)体が好ましい。) (In the formula, X represents a halogen atom. Specifically, it is a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom or an iodine atom, preferably a chlorine atom or a bromine atom, and most preferably a chlorine atom. * Represents an asymmetric carbon. The steric configuration may be either (R) or (S), but (R) is preferred.

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、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。   Specific examples include 4-fluoro-3-hydroxybutyronitrile, 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile, 4-bromo-3-hydroxybutyronitrile, 4-iodo-3-hydroxybutyronitrile. 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile and 4-bromo-3-hydroxybutyronitrile are preferable.

また、光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルとは、一方の鏡像異性体(例えばR体)が他方の鏡像異性体(例えばS体)より多く含まれている4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルのこと、または、いずれか一方の鏡像異性体のみからなる4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルのことをいう。なお、4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルがいずれか一方の鏡像異性体のみからなる場合、光学純度100%という。   Moreover, optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is 4-halo-3-containing one enantiomer (for example, R form) more than the other enantiomer (for example, S form). It refers to hydroxybutyronitrile or 4-halo-3-hydroxybutyronitrile consisting of only one of the enantiomers. When 4-halo-3-hydroxybutyronitrile consists of only one of the enantiomers, the optical purity is 100%.

ここで、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。   Here, 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 substance consisting of only one of the enantiomers. Say state. 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. To tell.

(2)ハロヒドリンエポキシダーゼ
本製造方法において使用される酵素としては、ハロヒドリンエポキシダーゼが挙げられる。ハロヒドリンエポキシダーゼとは、下記一般式(2)で表される1,3−ジハロ−2−プロパノールを脱ハロゲン化水素し、下記一般式(3)で表されるエピハロヒドリンを合成する活性、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.−)を意味する。
(2) Halohydrin epoxidase Examples of the enzyme used in the production method include halohydrin epoxidase. The halohydrin epoxidase is an activity of dehydrohalogenating 1,3-dihalo-2-propanol represented by the following general formula (2) to synthesize an epihalohydrin represented by the following general formula (3). And an enzyme having an activity of catalyzing the reverse reaction (EC number: 4.5.1.1.-).

(式中、X、Xはハロゲン原子を示す。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。) (In the formula, X 1 and X 2 represent a halogen atom. Fluorine, chlorine, bromine and iodine are preferred, and chlorine and bromine are particularly preferred. Specifically, 1,3-difluoro-2-propanol, 1,3- Examples include dichloro-2-propanol, 1,3-dibromo-2-propanol, 1,3-diiodo-2-propanol, and preferably 1,3-dichloro-2-propanol, 1,3-dibromo-2 -Propanol.)

(式中、Xはハロゲン原子を示し、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。) (Wherein X represents a halogen atom, fluorine, chlorine, bromine and iodine are preferred, and chlorine and bromine are particularly preferred. Specifically, epifluorohydrin, epichlorohydrin, epibromohydrin and epiiodohydride. Phosphorus etc. are mentioned, Especially preferred are epichlorohydrin and epibromohydrin.)

この酵素を産生する微生物としては、コリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N−1074(FERM BP−2643)、ミクロバクテリウム(Microbacterium)sp.N-4701(FERM BP-2644)、アグロバクテリウム ラジオバクター(Agrobacterium radiobacter)AD1、マイコバクテリウム(Mycobacterium)sp.GP1、アースロバクター(Arthrobacter)sp.AD2等が挙げられる。   Examples of microorganisms that produce this enzyme include Corynebacterium sp. N-1074 (FERM BP-2643), Microbacterium sp. N-4701 (FERM BP-2644), Agrobacterium radiobacter AD1, Mycobacterium sp. GP1, Earth Examples thereof include Arthrobacter sp. AD2.

特に好ましい微生物は、コリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N-1074(FERM BP-2643)である。   A particularly preferred microorganism is Corynebacterium sp. N-1074 (FERM BP-2643).

ハロヒドリンエポキシダーゼは、例えば、GenBankに公表されており、コリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N-1074由来のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子(HHEB)のAccession番号はD90350である。   The halohydrin epoxidase is published in, for example, GenBank, and the accession number of the halohydrin epoxidase gene (HHEB) derived from Corynebacterium sp. N-1074 is D90350.

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)。本明細書において、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3)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。   Corynebacterium sp. As for the halohydrin epoxidase HheB derived from the N-1074 strain, since the gene (HHEB) has two initiation codons, as a result, two types of halo differing only in the presence or absence of 8 amino acid residues near the N-terminus. The presence of hydrin epoxidase has been reported (Biosci. Biotechnol. Biochem., 58 (8), 1451-1457, 1994). In the present specification, when both (the above two halohydrin epoxidases) are referred to separately, HheB consisting of the amino acid sequence (SEQ ID NO: 3) 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 (the next methionine) is referred to as “HheB (2nd)”, both of which are wild-type halohydrin epoxies It shall be a dase.

HheB(1st)をコードする遺伝子(HHEB(1st))としては、例えば配列番号7記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドを含むものが挙げられる。HheB(2nd)をコードする遺伝子(HHEB(2nd))としては、例えば配列番号5記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドを含むものが挙げられる。   Examples of the gene encoding HheB (1st) (HHEB (1st)) include those containing a polynucleotide having the base sequence described in SEQ ID NO: 7. Examples of the gene encoding HheB (2nd) (HHEB (2nd)) include those containing a polynucleotide consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 5.

ここで、「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活性を有する酵素を指し、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。   Here, “wild-type halohydrin epoxidase” refers to an enzyme having halohydrin epoxidase activity that can be separated from a living organism in nature, 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. .

本発明の方法においては、野生型ハロヒドリンエポキシダーゼ(HheB(1st)およびHheB(2nd))だけでなく、配列番号3又は配列番号1に示すアミノ酸配列において1個若しくは数個のアミノ酸の置換、欠失、付加又は挿入を有し、かつHheB(1st)又はHheB(2nd)と同等以上の生物学的活性を有するもの、或いは配列番号3又は配列番号1に示すアミノ酸配列と実質的に同一の配列相同性を有し、かつHheB(1st)又はHheB(2nd)と同等以上の生物学的活性を有するもの(以下、「変異型HheB(1st)または変異型HheB(2nd)」ともいう)も使用することができる。   In the method of the present invention, substitution of one or several amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 1 as well as wild-type halohydrin epoxidase (HheB (1st) and HheB (2nd)) , Having deletions, additions or insertions, and having a biological activity equal to or higher than HheB (1st) or HheB (2nd), or substantially identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 1 And having a biological activity equivalent to or higher than that of HheB (1st) or HheB (2nd) (hereinafter also referred to as “mutant HheB (1st) or mutant HheB (2nd)”) Can also be used.

本明細書において、「同等の生物学的活性」とは、1,3−ジハロ−2−プロパノールを脱ハロゲン化水素し、エピハロヒドリンを合成する活性、及びその逆反応を触媒する活性の強さが実質的に同一であることを指す。また、上記「1個若しくは数個」とは、10以下の整数個、例えば1〜10個程度、好ましくは1〜5個程度である。   In this specification, “equivalent biological activity” means the activity of dehydrohalogenating 1,3-dihalo-2-propanol to synthesize epihalohydrin and the strength of the activity of catalyzing the reverse reaction. It means that it is substantially the same. The “one or several” is an integer of 10 or less, for example, about 1 to 10, preferably about 1 to 5.

また「実質的に同一の配列相同性」とは、配列番号3又は配列番号1に示すアミノ酸配列と少なくとも90%、より好ましくは少なくとも95%、より好ましくは少なくとも96%、97%、98%又は99%の配列相同性を有することをいう。   “Substantially identical sequence homology” means at least 90%, more preferably at least 95%, more preferably at least 96%, 97%, 98% or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 1 or Having 99% sequence homology.

また、HHEB遺伝子としては、配列番号7又は配列番号5に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドに限定されず、配列番号7又は配列番号5に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドの相補鎖に対してストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチドであって、HheB(1st)又はHheB(2nd)と同等以上の生物学的活性を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチド(以下、それぞれ「変異型HHEB(1st)」および「変異型HHEB(2nd)」ともいう)を含む。ストリンジェントな条件でハイブリダイズするポリヌクレオチドは、例えば配列番号7又は配列番号5に示す塩基配列からなるポリヌクレオチドと少なくとも90%、より好ましくは少なくとも95%、より好ましくは少なくとも96%、97%、98%又は99%の配列相同性を有する。   Further, the HHEB gene is not limited to the polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 5, but is stringent to the complementary strand of the polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 5. A polynucleotide that hybridizes under various conditions and encodes a polypeptide having a biological activity equal to or higher than that of HheB (1st) or HheB (2nd) (hereinafter referred to as “mutant HHEB (1st)”, respectively. And “mutant HHEB (2nd)”). A polynucleotide that hybridizes under stringent conditions is, for example, at least 90%, more preferably at least 95%, more preferably at least 96%, 97%, and a polynucleotide comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 5. It has 98% or 99% sequence homology.

前記ハロヒドリンエポキシダーゼは、上記微生物からの抽出によって調製することができる。また、ハロヒドリンエポキシダーゼをコードする遺伝子をクローニングし、当該遺伝子を組み込んで作製した遺伝子組換微生物によっても生産することができる。   The halohydrin epoxidase can be prepared by extraction from the microorganism. It can also be produced by a genetically modified microorganism produced by cloning a gene encoding halohydrin epoxidase and incorporating the gene.

酵素の抽出は常法によって実施すればよく、調製物にはハロヒドリンエポキシダーゼ以外の成分が含まれていても反応に悪影響を与えなければ特に精製する必要はない。ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子を組み込んで作製した遺伝子組換微生物を培養して得られるハロヒドリンエポキシダーゼが、調製が容易なことから好ましく使用される。   Extraction of the enzyme may be carried out by a conventional method, and even if the preparation contains components other than halohydrin epoxidase, it does not need to be purified if it does not adversely affect the reaction. A halohydrin epoxidase obtained by culturing a genetically modified microorganism prepared by incorporating a halohydrin epoxidase gene is preferably used because it is easy to prepare.

また、形質転換に用いる宿主微生物としては大腸菌(Escherichia coli)あるいはロドコッカス(Rhodococcus)属細菌に属する微生物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではなく、他の宿主微生物を用いることも出来る。   In addition, examples of host microorganisms used for transformation include microorganisms belonging to the genus Escherichia coli or Rhodococcus, but are not particularly limited, and other host microorganisms can also be used.

前記ハロヒドリンエポキシダーゼを生産する微生物を培養するための培地としては、通常これらの微生物が生育し得るものであれば何れのものでも使用できる。炭素源としては、例えば、グルコース、シュークロース、マルトースやフルクトース等の糖類、酢酸、クエン酸やフマル酸等の有機酸あるいはその塩、またはエタノールやグリセロール等のアルコール類等を使用できる。窒素源としては、例えば、ペプトン、肉エキス、酵母エキスやアミノ酸等の一般天然窒素源の他、各種無機、有機酸アンモニウム塩等が使用できる。その他、硫酸、塩酸、燐酸やホウ酸などの無機酸あるいはその塩、用いられる微生物が利用可能なナトリウム、マグネシウム、カリウム、カルシウムなどを含む無機塩、鉄、マンガン、亜鉛、コバルト、ニッケル微量金属塩、微生物育成促進剤としてビタミンB1、B2、C、K等のビタミン等が必要に応じて適宜添加される。本発明の微生物の培養は、通常は液体培養で行われるが、固体培養によっても行うことができる。   As a medium for culturing microorganisms producing the halohydrin epoxidase, any medium can be used as long as these microorganisms can usually grow. As the carbon source, for example, sugars such as glucose, sucrose, maltose and fructose, organic acids such as acetic acid, citric acid and fumaric acid or salts thereof, alcohols such as ethanol and glycerol can be used. As the nitrogen source, for example, various inorganic and organic acid ammonium salts can be used in addition to general natural nitrogen sources such as peptone, meat extract, yeast extract and amino acids. In addition, inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and boric acid or salts thereof, inorganic salts containing sodium, magnesium, potassium, calcium, etc. that can be used by microorganisms used, iron, manganese, zinc, cobalt, nickel trace metal salts In addition, vitamins such as vitamins B1, B2, C, and K are appropriately added as necessary as a microorganism growth promoter. The culture of the microorganism of the present invention is usually performed by liquid culture, but can also be performed by solid culture.

培養は10〜50℃の温度で、pH2〜11の範囲で行われる。微生物の生育を促進させるために通気攪拌を行ってもよい。培養により得られた微生物は、培養液そのまま若しくは該培養物から遠心分離等の集菌操作によって得られる微生物菌体、若しくは菌体処理物(例えば、菌体破砕物、粗酵素、精製酵素)あるいは常法により固定化した菌体または菌体処理物の形で、ハロヒドリンエポキシダーゼとして利用することができる。   The culture is performed at a temperature of 10 to 50 ° C. and in the range of pH 2 to 11. In order to promote the growth of microorganisms, aeration and agitation may be performed. Microorganisms obtained by culturing are microbial cells obtained from the culture solution as it is or by collection operations such as centrifugation from the culture, or treated cells (for example, disrupted cells, crude enzyme, purified enzyme) or It can be used as a halohydrin epoxidase in the form of a microbial cell immobilized by a conventional method or a processed microbial cell product.

(3)改良型ハロヒドリンエポキシダーゼ
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技術を利用し、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第2番目、71番目、125番目及び199番目(HheB(2nd))並びに第2番目、79番目、133番目及び207番目(HheB(1st))の4つのアミノ酸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、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、生成物蓄積能等が向上したハロヒドリンエポキシダーゼである。
(3) Improved halohydrin epoxidase The “improved halohydrin epoxidase” in the present invention mainly uses a gene recombination technique, and is the second against the amino acid sequence of a wild-type halohydrin epoxidase, It consists of amino acid sequences in which substitution mutations have been introduced for the four amino acids of 71st, 125th and 199th (HheB (2nd)) and 2nd, 79th, 133th and 207th (HheB (1st)). Yes, it is a halohydrin epoxidase with improved halohydrin epoxidase activity, stereoselectivity, product inhibition resistance, product accumulation ability and the like per transformant.

本発明において使用される改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、具体的には、配列番号1または3に示されるアミノ酸配列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 used in the present invention has the following amino acid mutations relative to the amino acid sequence of the wild-type halohydrin epoxidase including the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 3. It is a protein consisting of an introduced amino acid sequence.

(1)配列番号1で表されるアミノ酸配列の第2番目のAla,71番目のPhe,125番目のGln,および199番目のAspが、それぞれLys,Trp,Thr,およびHisに置換されたアミノ酸配列からなるタンパク質(配列番号2)   (1) An amino acid in which the second Ala, the 71st Phe, the 125th Gln, and the 199th Asp of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 are substituted with Lys, Trp, Thr, and His, respectively. Protein consisting of sequence (SEQ ID NO: 2)

(2)配列番号1で表されるアミノ酸配列の第2番目のAla,71番目のPhe,125番目のGln,および199番目のAspが、それぞれLys,Trp,Thr,およびHisに置換されたアミノ酸配列であって、前記第2番目、71番目、125番目、および199番目のアミノ酸を除くアミノ酸配列において1個若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、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   (2) An amino acid in which the second Ala, the 71st Phe, the 125th Gln, and the 199th Asp of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 are substituted with Lys, Trp, Thr, and His, respectively. An amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence excluding the second, 71st, 125th and 199th amino acids, and a halo Protein with hydrin epoxidase activity

(3)配列番号3で表されるアミノ酸配列の第2番目のAla,第79番目のPhe,133番目のGln,および207番目のAspが、それぞれLys,Trp,Thr,およびHisに置換されたアミノ酸配列からなるタンパク質(配列番号4)   (3) The second Ala, the 79th Phe, the 133rd Gln, and the 207th Asp of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 were substituted with Lys, Trp, Thr, and His, respectively. Protein consisting of amino acid sequence (SEQ ID NO: 4)

(4)配列番号3で表されるアミノ酸配列の第2番目のAla,79番目のPhe,133番目のGln,および207番目のAspが、それぞれLys,Trp,Thr,およびHisに置換されたアミノ酸配列であって、前記第2番目、79番目及び133番目のアミノ酸を除くアミノ酸配列において1個若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、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   (4) Amino acids in which the second Ala, the 79th Phe, the 133rd Gln, and the 207th Asp of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 have been replaced with Lys, Trp, Thr, and His, respectively. A halohydrin epoxidase, comprising an amino acid sequence wherein one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence excluding the second, 79th and 133rd amino acids Active protein

配列番号2記載のアミノ酸配列からなる改良型HheB(2nd)をコードする遺伝子としては、例えば配列番号6記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドを含むものが挙げられる。配列番号4記載のアミノ酸配列からなる改良型HheB(1st)をコードする遺伝子としては、例えば配列番号8記載の塩基配列からなるポリヌクレオチドを含むものが挙げられる。   Examples of the gene encoding improved HheB (2nd) consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 include those containing a polynucleotide consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 6. Examples of the gene encoding improved HheB (1st) consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 include those containing a polynucleotide consisting of the base sequence described in SEQ ID NO: 8.

本発明において使用する改良型ハロヒドリンエポキシダーゼは、上記(1)〜(4)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 used in the present invention only needs to have an amino acid sequence having an amino acid mutation selected from the above (1) to (4).

なお、上記(2)および(4)において「1個若しくは数個」とは、10以下の整数個、例えば1〜10個程度、好ましくは1〜5個程度を指す。   In the above (2) and (4), “one or several” refers to an integer of 10 or less, for example, about 1 to 10, preferably about 1 to 5.

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、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、125番目のグルタミン残基は「Gln125」または「Q125」と表記し、71番目のフェニルアラニン残基がトリプトファンに置換された場合は「Phe71Trp」または「F71W」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. That is, unless otherwise specified, the number indicates what amino acid residue is the amino acid residue encoded by the translation initiation codon (usually methionine) when defined as the first. 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 125th glutamine residue may be expressed as “Gln125” or “Q125”, and when the 71st phenylalanine residue is substituted with tryptophan, it may be expressed as “Phe71Trp” or “F71W”.

(4)シアニドドナー
シアニドドナーとは、反応液中に添加した際にシアンイオン(CN)又はシアン化水素を生じる化合物を意味し、特に制限されないが、シアン化水素(HCN)、シアン化カリウム(KCN)、シアン化ナトリウム(NaCN)、アセトンシアンヒドリン(ACH)が例示される。シアン化水素、シアン化カリウム、シアン化ナトリウムが好ましく使用される。
(4) Cyanide Donor A cyanide donor means a compound that generates cyanide ion (CN ) or hydrogen cyanide when added to a reaction solution, and is not particularly limited, but hydrogen cyanide (HCN), potassium cyanide (KCN), sodium cyanide ( Examples are NaCN) and acetone cyanohydrin (ACH). Hydrogen cyanide, potassium cyanide and sodium cyanide are preferably used.

(5)酵素反応
本製造方法の酵素反応は、水または緩衝液へ、シアニドドナー、1,3−ジハロ−2−プロパノール及びハロヒドリンエポキシダーゼを反応系に添加することにより開始する。緩衝液としては、例えば、青酸、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、コハク酸又は酢酸等の塩等によって構成される緩衝液、トリス緩衝液あるいはグッド緩衝液等が例示される。その内、青酸とその塩によって構成される緩衝液、トリス緩衝液が好ましい。緩衝剤由来の不純物が混入しない点で、青酸とその塩によってのみ構成される緩衝液が特に好ましい。
(5) Enzymatic reaction The enzymatic reaction of this production method is started by adding cyanide donor, 1,3-dihalo-2-propanol and halohydrin epoxidase to water or a buffer solution to the reaction system. As the buffer solution, for example, a buffer solution composed of a salt such as hydrocyanic acid, phosphoric acid, boric acid, citric acid, glutaric acid, malic acid, malonic acid, o-phthalic acid, succinic acid or acetic acid, Tris buffer Or good buffer solution etc. are illustrated. Among them, a buffer solution composed of hydrocyanic acid and a salt thereof, and a Tris buffer solution are preferable. A buffer solution composed only of hydrocyanic acid and a salt thereof is particularly preferable in that impurities derived from the buffer agent are not mixed.

上記緩衝液への、シアニドドナー、1,3−ジハロ−2−プロパノール、ハロヒドリンエポキシダーゼの投入順序については、特に制限されないが、1,3−ジハロ−2−プロパノールとハロヒドリンエポキシダーゼが接触する前に、反応系内にシアニドドナーを存在させておくことが、反応開始時に高い反応速度を得られる点、及びエピハロヒドリンの副生を抑えることができる点で好ましい。存在させておくシアニドドナーの濃度は、反応開始時において、0.01〜1.5mol/kgが好ましく、0.8〜1.5mol/kgがより好ましい。シアニドドナーの濃度は1.5mol/kgを超えると酵素の安定性の観点から好ましくない。   The order of introducing cyanide donor, 1,3-dihalo-2-propanol, and halohydrin epoxidase into the buffer solution is not particularly limited, but 1,3-dihalo-2-propanol and halohydrin epoxidase are not limited. Before contacting, it is preferable that a cyanide donor is present in the reaction system in that a high reaction rate can be obtained at the start of the reaction and epihalohydrin by-product can be suppressed. The concentration of the cyanide donor to be present is preferably 0.01 to 1.5 mol / kg, more preferably 0.8 to 1.5 mol / kg at the start of the reaction. If the concentration of the cyanide donor exceeds 1.5 mol / kg, it is not preferable from the viewpoint of enzyme stability.

また、シアニドドナーは反応進行により消費されるため、追添加することが好ましい。その場合、反応系内に0.05mol/kg以上存在させておくよう、追添加することが好ましいが、酵素の安定性の観点から1.5mol/kgを超えないようにすることが好ましい。   Further, since cyanide donors are consumed as the reaction proceeds, it is preferable to add them. In such a case, it is preferable to add it so that 0.05 mol / kg or more exists in the reaction system, but it is preferable not to exceed 1.5 mol / kg from the viewpoint of enzyme stability.

シアニドドナーの使用量は、最終的に使用する1,3−ジハロ−2−プロパノールの1〜2当量とすることが、反応速度の向上、及びシアニドドナーの効率的な利用の観点から好ましい。   The amount of the cyanide donor used is preferably 1 to 2 equivalents of 1,3-dihalo-2-propanol to be finally used from the viewpoint of improving the reaction rate and efficiently using the cyanide donor.

ここで、最終的に使用する1,3−ジハロ−2−プロパノールの量とは、反応開始から反応終了までに使用した1,3−ジハロ−2−プロパノールの全量のことを意味する。   Here, the amount of 1,3-dihalo-2-propanol used finally means the total amount of 1,3-dihalo-2-propanol used from the start of the reaction to the end of the reaction.

酵素反応時の温度は、0〜30℃とすることが酵素の安定性が良く、円滑に反応が進行する点から好ましい。   The temperature during the enzyme reaction is preferably 0 to 30 ° C. from the viewpoint that the enzyme stability is good and the reaction proceeds smoothly.

反応が進行するに従い、反応液中にハロゲン化水素が生成するためpHが低下していく。よって、反応系内にアルカリを追添加することにより、系内のpHを酵素の活性が発揮される領域に調整、維持することが好ましい。そのpHは7.0以上とすることが反応の円滑な進行の点から好ましく、8.5以下とすることが副反応の抑制の点から好ましい。   As the reaction proceeds, hydrogen halide is generated in the reaction solution, so that the pH is lowered. Therefore, it is preferable to adjust and maintain the pH in the system in a region where the enzyme activity is exhibited by additionally adding alkali into the reaction system. The pH is preferably 7.0 or more from the viewpoint of smooth progress of the reaction, and is preferably 8.5 or less from the viewpoint of suppressing side reactions.

使用するアルカリとしては、ハロゲン化水素と塩を形成し、その塩の水溶液が酵素の活性が発揮されるpH領域にあるものであれば特に制限されず、例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはアンモニアの、水酸化物あるいは弱酸との塩が例示される。水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水、シアン化ナトリウム、シアン化カリウムが好ましい。アルカリの使用形態としては、特に制限されないが、取り扱いの容易さから水溶液が好ましい。   The alkali to be used is not particularly limited as long as it forms a salt with hydrogen halide and the aqueous solution of the salt is in a pH range where the activity of the enzyme is exerted. For example, an alkali metal or an alkaline earth metal or Examples thereof include salts of ammonia with hydroxides or weak acids. Sodium hydroxide, potassium hydroxide, aqueous ammonia, sodium cyanide and potassium cyanide are preferred. The form of alkali used is not particularly limited, but an aqueous solution is preferable from the viewpoint of ease of handling.

1,3−ジハロ−2−プロパノールは、反応開始時において0.01mol/kg以上となるように予め反応系内に存在させておくことが、反応開始時に高い反応速度を得られる点で好ましい。また、1,3−ジハロ−2−プロパノールは、反応開始時において1.5mol/kg以下、好ましくは1.0mol/kg以下、より好ましくは0.5mol/kg以下となるように予め反応系内に存在させておくことが、酵素の安定性の観点で好ましい。   It is preferable that 1,3-dihalo-2-propanol is preliminarily present in the reaction system so as to be 0.01 mol / kg or more at the start of the reaction because a high reaction rate can be obtained at the start of the reaction. In addition, 1,3-dihalo-2-propanol is preliminarily added to the reaction system so as to be 1.5 mol / kg or less, preferably 1.0 mol / kg or less, more preferably 0.5 mol / kg or less at the start of the reaction. It is preferable to make it exist in view of the stability of the enzyme.

1,3−ジハロ−2−プロパノールは、反応の進行に従って追添加することが高生産性の観点から好ましく、具体的には、酵素反応の開始以降、反応液へ1,3−ジハロ−2−プロパノールを供給し、該反応液中の1,3−ジハロ−2−プロパノール濃度を0.43mol/kgを超えない範囲に保持するように間欠的に追添加することが好ましい。   1,3-Dihalo-2-propanol is preferably added in accordance with the progress of the reaction from the viewpoint of high productivity. Specifically, after the start of the enzyme reaction, 1,3-dihalo-2-propanol is added to the reaction solution. It is preferable to add propanol intermittently so that the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol in the reaction solution is maintained within a range not exceeding 0.43 mol / kg.

ハロヒドリンエポキシダーゼの使用量は特に制限されず、反応が円滑に進行する量を使用すればよい。例えば、反応開始時において反応液1gあたり1U〜1000U使用することができる。ここで、1U(ユニット)とは、20℃,pH8.0の緩衝液中において、1,3−ジクロロ−2−プロパノールから1分間に1μmolのエピクロロヒドリンを生成することができる酵素量のことを意味する。   The amount of halohydrin epoxidase used is not particularly limited, and an amount that allows the reaction to proceed smoothly may be used. For example, 1 U to 1000 U can be used per 1 g of the reaction liquid at the start of the reaction. Here, 1 U (unit) means the amount of enzyme capable of producing 1 μmol of epichlorohydrin from 1,3-dichloro-2-propanol in 1 minute in a buffer solution at 20 ° C. and pH 8.0. Means that.

反応系内の1,3−ジハロ−2−プロパノール、及び4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルの濃度は、例えば高速液体クロマトグラフィ(HPLC)によって定量することができる。また、反応系内のシアニドドナーの濃度は、例えば滴定によって定量することができる。これらの定量結果を反応進行の指標として、追添加する1,3−ジハロ−2−プロパノール及びシアニドドナーの量を決定することができるが、以下に示す方法で1,3−ジハロ−2−プロパノール及びシアニドドナーの濃度をより容易に管理できる。   The concentration of 1,3-dihalo-2-propanol and 4-halo-3-hydroxybutyronitrile in the reaction system can be quantified by, for example, high performance liquid chromatography (HPLC). The concentration of cyanide donor in the reaction system can be quantified by titration, for example. The amount of 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor to be added can be determined using these quantitative results as an indicator of the progress of the reaction, but 1,3-dihalo-2-propanol and The concentration of cyanide donor can be controlled more easily.

つまり、反応開始以降、pHコントローラを用いてpHを一定に維持すると、生成したハロゲン化水素と理論上、等mol、すなわち反応により消費された1,3−ジハロ−2−プロパノール及びシアニドドナーと理論上等molのアルカリが投入される。このアルカリの投入量が反応進行の指標となるので、反応系に1,3−ジハロ−2−プロパノール及びシアニドドナーを追添加する際の目安とすることができる。   That is, when the pH is kept constant using a pH controller after the start of the reaction, theoretically, the generated hydrogen halide is theoretically equivalent to the mole of 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor consumed by the reaction. An equimolar amount of alkali is added. Since the amount of alkali added serves as an indicator of the progress of the reaction, it can be used as a guide when adding 1,3-dihalo-2-propanol and cyanide donor to the reaction system.

反応時間は、基質等の濃度、酵素濃度、又はその他の反応条件等によって適時選択するが、1〜120時間、好ましくは2〜48時間、より好ましくは5〜24時間で反応が終了するように条件を設定する。   The reaction time is appropriately selected depending on the concentration of the substrate, the enzyme concentration, or other reaction conditions, but the reaction is completed within 1 to 120 hours, preferably 2 to 48 hours, more preferably 5 to 24 hours. Set conditions.

上述の方法により、光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを反応系内に0.3mol/kgを超えて蓄積させることができる。反応液中に生成、蓄積した光学活性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、酢酸エチルなどの溶媒で抽出を行い、減圧下で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。   By the above-mentioned method, optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile can be accumulated in the reaction system at a rate exceeding 0.3 mol / kg. The optically active 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.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、1,3−ジクロロ−2−プロパノール(DCP)、エピクロロヒドリン(ECH)、及び4−クロロ−3−ヒドロキシブチロニトリル(CHBN)の定量は、高速液体クロマトグラフィ(HPLC)を用いて表1に示す分析条件で行った。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the determination of 1,3-dichloro-2-propanol (DCP), epichlorohydrin (ECH), and 4-chloro-3-hydroxybutyronitrile (CHBN) uses high performance liquid chromatography (HPLC). The analysis conditions shown in Table 1 were performed.

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 DCP, ECH, and CHBN concentrations 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2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 2.

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 in 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.

改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを発現する組換菌の作製
(1)鋳型プラスミドの作製
鋳型とするプラスミドの作製を以下の通り行った。
まず、配列番号5に示されるハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子HHEB(2nd)を、配列番号9及び配列番号10に示されるプライマーを使用したPCRにより増幅した。
Preparation of recombinant bacteria expressing improved halohydrin epoxidase (1) Preparation of template plasmid A plasmid as a template was prepared as follows.
First, the halohydrin epoxidase gene HHEB (2nd) shown in SEQ ID NO: 5 was amplified by PCR using the primers shown in SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10.

反応液組成:
鋳型DNA(プラスミドpST111) 1μl
10μM プライマーDH−09(配列番号9) 1μl
10μM プライマーDH−07(配列番号10) 1μl
滅菌水 22μl
2×PrimeSTAR Max(タカラバイオ社製) 25μl
総量 50μl

温度サイクル:
98℃:10秒、55℃:5秒、72℃:4秒の反応を30サイクル

プライマー:
DH−09:GATCATGAAAAACGGAAGACTGGCAGGCAAGCG(配列番号9)
DH−07:CGCCTGCAGGCTACAACGACGACGAGCGCCTG(配列番号10)
Reaction solution composition:
Template DNA (plasmid pST111) 1 μl
10 μM primer DH-09 (SEQ ID NO: 9) 1 μl
10 μM Primer DH-07 (SEQ ID NO: 10) 1 μl
Sterile water 22μl
2 × PrimeStar Max (Takara Bio Inc.) 25 μl
Total volume 50μl

Temperature cycle:
30 cycles of reaction at 98 ° C .: 10 seconds, 55 ° C .: 5 seconds, 72 ° C .: 4 seconds

Primer:
DH-09: GATCATGAAAAACGGAAGACTGGCAGGCAAGCG (SEQ ID NO: 9)
DH-07: CGCCTGCAGGCTACAACGACGACGAGCGCCTG (SEQ ID NO: 10)

DH−09は33ヌクレオチドからなり、その配列中に制限酵素BspHI認識部位(TCATGA)及びハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子HHEB(2nd)の翻訳開始コドン以降を有し、2番目のアミノ酸に対応するコドンはAAAでリジンをコードする。   DH-09 consists of 33 nucleotides, and has a restriction enzyme BspHI recognition site (TCATGA) and a halohydrin epoxidase gene HHEB (2nd) after the translation start codon in the sequence, and the codon corresponding to the second amino acid is Encode lysine with AAA.

DH−07は32ヌクレオチドからなり、その配列中に制限酵素Sse8387I兼PstI認識部位(CCTGCAGG)及びハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子HHEB(2nd)終止コドン下流領域を有する。   DH-07 consists of 32 nucleotides, and has a restriction enzyme Sse8387I / PstI recognition site (CCTGCAGG) and a halohydrin epoxidase gene HHEB (2nd) stop codon downstream region in its sequence.

また、鋳型として用いたpST111は、特公平5−317066号公報に記載されており、pST111を含む組換えベクターによる大腸菌形質転換体JM109/pST111は、受託番号「FERM BP−10922」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に平成3(1991)年3月1日付けで寄託されている。   Moreover, pST111 used as a template is described in Japanese Patent Publication No. 5-317066, and E. coli transformant JM109 / pST111 using a recombinant vector containing pST111 is an independent administrative corporation under the accession number “FERM BP-10922”. Deposited at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Patent Biological Deposit Center on March 1, 1991.

熱サイクル処理を行ったPCR反応液をGFX PCR DNA band and GelBand Purification kit(GEヘルスケアバイオサイエンス社製)により精製した後、PCR増幅産物について制限酵素BspHIとPstIで二重消化を行った。消化産物を0.7%アガロースゲル電気泳動で分離後、ハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子全長を含むバンド(約0.8kb)をQIAquick Gel Extraction Kit(QIAGEN社製)で精製した。一方、発現ベクターpTrc99Aを制限酵素NcoIとPstIで消化後、フェノール抽出・クロロホルム抽出・エタノール沈殿(Molecular Cloning,A Laboratory Manual,2nd ed.(Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)))により精製した。これを、上述のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子全長を含むPCR増幅産物と混合した後、該混合液にSolution I(DNA Ligation Kit ver.2(タカラバイオ社製))を添加してライゲーション混合物を作った。この混合物を12時間、16℃でインキュベートすることでPCR増幅産物と発現ベクターpTrc99Aを結合した。   The PCR reaction solution subjected to the heat cycle treatment was purified by GFX PCR DNA band and GelBand Purification kit (manufactured by GE Healthcare Bioscience), and the PCR amplification product was subjected to double digestion with restriction enzymes BspHI and PstI. After digestion products were separated by 0.7% agarose gel electrophoresis, a band (about 0.8 kb) containing the full length of the halohydrin epoxidase gene was purified with QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by QIAGEN). On the other hand, the expression vector pTrc99A was digested with restriction enzymes NcoI and PstI, and then purified by phenol extraction, chloroform extraction and ethanol precipitation (Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed. (Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989))). This was mixed with the PCR amplification product containing the full length halohydrin epoxidase gene described above, and then Solution I (DNA Ligation Kit ver. 2 (manufactured by Takara Bio Inc.)) was added to the mixture to make a ligation mixture. It was. This mixture was incubated for 12 hours at 16 ° C. to bind the PCR amplification product and the expression vector pTrc99A.

尚、pTrc99AはCentraalbureau voor Schimmelcultures(http://www.cbs.knaw.nl)から購入できる。   It should be noted that pTrc99A can be purchased from Centralbureau room schema schemes (http://www.cbs.knaw.nl).

次に、後述の方法で作製した大腸菌JM109株のコンピテントセル200μlに対して上記ライゲーション反応液の全量を添加し、0℃で30分放置した。   Next, the entire amount of the ligation reaction solution was added to 200 μl of competent cells of Escherichia coli JM109 strain prepared by the method described later, and left at 0 ° C. for 30 minutes.

続いて、前記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,2%寒天を含有する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)に塗布し、37℃で一晩培養した。寒天培地上に生育した形質転換体コロニー複数個を、1.5mlのLB Amp培地(アンピシリン100mg/Lを含有するLB培地)にて37℃で一晩培養した。得られた培養液を各々集菌後、Flexi Prep(GEヘルスケアバイオサイエンス社製)を用いて組換プラスミドを回収した。キャピラリーDNAシーケンサーCEQ2000(ベックマン・コールター社製)を用いて、添付のマニュアルに従って、プラスミド中にクローニングされているPCR増幅産物の塩基配列を解析し、PCRにおけるエラー変異が生じていないことを確認した。PCR増幅由来DNA断片がクローニングされたプラスミドをpSTT002と命名し、当該プラスミドを含む大腸菌JM109株形質転換体をJM109/pSTT002と命名した。 Subsequently, the competent cell was heat shocked 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 the culture, 200 μl of the culture solution was applied to LB Amp agar medium (LB medium containing ampicillin 100 mg / L, 2% agar (1% bactotryptone, 0.5% bacto yeast extract, 1% NaCl), 37 The cells were cultured overnight at 0 ° C. A plurality of transformant colonies grown on the agar medium were cultured overnight at 37 ° C. in 1.5 ml of LB Amp medium (LB medium containing 100 mg / L of ampicillin). After collecting each of the culture broths, the recombinant plasmid was recovered using Flexi Prep (GE Healthcare Bioscience) and using a capillary DNA sequencer CEQ2000 (Beckman Coulter) according to the attached manual. Analyzing the base sequence of the PCR amplification product cloned in the plasmid, The plasmid confirmed .PCR amplified from DNA fragment was cloned that over mutation has not occurred named PSTT002, and the Escherichia coli JM109 strain transformants containing the plasmid was named JM109 / pSTT002.

図1にpSTT002の構造を示す。pSTT002はベクターpTrc99AのNcoI−PstI部位に配列番号5記載のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子(HHEB(2nd))を挿入したものである。   FIG. 1 shows the structure of pSTT002. pSTT002 is obtained by inserting the halohydrin epoxidase gene (HHEB (2nd)) described in SEQ ID NO: 5 into the NcoI-PstI site of the vector pTrc99A.

なお、大腸菌JM109のコンピテントセルは以下の方法で作製した。   A competent cell of E. coli JM109 was prepared by the following method.

大腸菌 JM109株をLB培地1mlに接種し、37℃,5時間好気的に前培養した。次に、前培養液0.4mlをSOB培地40ml(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)に加え、18℃で20時間培養した。得られた培養物を遠心分離(3,700×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(3,700×g,10分間、4℃)して上清を除いた。得られた大腸菌菌体を冷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、0℃で10分間放置した後、液体窒素を用いて凍結したものをコンピテントセルとした。 E. coli JM109 strain was inoculated into 1 ml of LB medium and pre-cultured aerobically at 37 ° C. for 5 hours. Next, 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 ) at 18 ° C. Cultured for 20 hours. The obtained culture was collected by centrifugation (3,700 × g, 10 minutes, 4 ° C.), and then cooled TF solution (20 mM PIPES-KOH (pH 6.0), 200 mM KCl, 10 mM CaCl 2 , 40 mM MnCl). 2 ) 13 ml was added, allowed to stand at 0 ° C. for 10 minutes, and centrifuged again (3,700 × g, 10 minutes, 4 ° C.) to remove the supernatant. The obtained Escherichia coli cells were suspended in 3.2 ml of a cold TF solution, 0.22 ml of dimethyl sulfoxide was added, and the mixture was allowed to stand at 0 ° C. for 10 minutes, and then frozen using liquid nitrogen to obtain a competent cell.

(2)Q125T変異導入
下記の条件でPCRを行ってQ125T変異を導入した。
(2) Q125T mutation introduction Q125T mutation was introduced by PCR under the following conditions.

反応液組成:
pSTT002 1μl
10μM プライマーDH−51(配列番号11) 1μl
10μM プライマーDH−52(配列番号12) 1μl
滅菌水 22μl
2×PrimeSTAR Max 25μl
総量 50μl

反応サイクル:
98℃:10秒、55℃:5秒、72℃:30秒を30サイクル

プライマー:
DH−51:gcagcgatgcggtacACCgaaggtgcgctggcc(配列番号11)
DH−52:ggccagcgcaccttcGGTgtaccgcatcgctgc(配列番号12)
Reaction solution composition:
pSTT002 1 μl
1 μl of 10 μM primer DH-51 (SEQ ID NO: 11)
10 μM primer DH-52 (SEQ ID NO: 12) 1 μl
Sterile water 22μl
2 x PrimeSTAR Max 25 μl
Total volume 50μl

Reaction cycle:
30 cycles of 98 ° C: 10 seconds, 55 ° C: 5 seconds, 72 ° C: 30 seconds

Primer:
DH-51: gcagcgatgcggtacACCgaaggtgcgctggcc (SEQ ID NO: 11)
DH-52: ggccagcgcaccttcGGTgtaccgcatcgctgc (SEQ ID NO: 12)

各反応液にDpnIを1μl添加して37℃で1時間インキュベートし、DpnI処理液2μlを用いて大腸菌JM109の形質転換を行った。得られた形質転換体からプラスミドを抽出してDNA配列を確認し、Q125Tの変異が導入されたプラスミドを得た。得られた変異導入プラスミドをpSTT118と命名した。   1 μl of DpnI was added to each reaction solution, incubated at 37 ° C. for 1 hour, and E. coli JM109 was transformed with 2 μl of the DpnI treatment solution. A plasmid was extracted from the obtained transformant to confirm the DNA sequence, and a plasmid into which a mutation of Q125T was introduced was obtained. The obtained mutation-introduced plasmid was named pSTT118.

(3)D199Hの導入
テンプレートとしてpSTT118,プライマーとしてDH−125およびDH−126を使用した以外は実施例1(2)と同様にしてPCR,形質転換およびプラスミド抽出を行い、Q125T+D199H変異を導入したプラスミドを作製した。
(3) Introduction of D199H A plasmid in which PCR, transformation and plasmid extraction were carried out in the same manner as in Example 1 (2) except that pSTT118 was used as a template and DH-125 and DH-126 were used as primers, and a Q125T + D199H mutation was introduced. Was made.

プライマー:
DH−125:cgagagcacgcgctgctcgcgttgttcctg(配列番号13)
DH−126:cagcgcgtgctctcgggcagtcgcgagccg(配列番号14)
Primer:
DH-125: cgagagcacgcgctgctcgcgtttgtttcctg (SEQ ID NO: 13)
DH-126: cagcgcgtgctctcgggcagtcgcgaggccg (SEQ ID NO: 14)

得られた変異導入プラスミドをpSTT201と命名した。   The obtained mutation-introduced plasmid was designated as pSTT201.

(4)F71Wの導入
テンプレートとしてpSTT201,プライマーとしてDH−49およびDH−50を使用した以外は実施例1(2)と同様にしてPCR,形質転換およびプラスミド抽出を行い、Q125T+D199H+F71W変異を導入したプラスミドを作製した。
(4) Introduction of F71W A plasmid in which a Q125T + D199H + F71W mutation was introduced by PCR, transformation and plasmid extraction in the same manner as in Example 1 (2) except that pSTT201 was used as a template and DH-49 and DH-50 were used as primers. Was made.

プライマー:
DH−49:gcccacTGGggggtgaccgtgctggag(配列番号15)
DH−50:caccccCCAgtgggcgtcgaccgcgaa(配列番号16)
Primer:
DH-49: gccccac TGGgggggtgaccgtgctgggag (SEQ ID NO: 15)
DH-50: caccccCCAgtggggcgtcgaccgcgaa (SEQ ID NO: 16)

得られた変異導入プラスミドをpSTT206と命名し、当該プラスミドを含む大腸菌JM109形質転換体をJM109/pSTT206と命名した。   The resulting mutation-introduced plasmid was named pSTT206, and the E. coli JM109 transformant containing the plasmid was named JM109 / pSTT206.

ハロヒドリンエポキシダーゼ発現形質転換微生物の培養
実施例1にて作製した改良型ハロヒドリンエポキシダーゼを発現する組換菌JM109/pSTT206を、1mM IPTGおよび100mg/lアンピシリンを含有するLB培地100mL×20本植菌し、37℃で20時間振盪培養した。
Cultivation of transformed microorganisms expressing halohydrin epoxidase The recombinant bacterium JM109 / pSTT206 expressing the improved halohydrin epoxidase prepared in Example 1 was added to 100 mL of LB medium containing 1 mM IPTG and 100 mg / l ampicillin. 20 cells were inoculated and cultured with shaking at 37 ° C. for 20 hours.

培養菌体を50mM トリス−硫酸緩衝液(pH 8.0)で洗浄し、50mM トリス−硫酸緩衝液(pH 8.0)を20gになるように加え、懸濁した。この菌体懸濁液0.25gを50mM トリス−硫酸緩衝液(pH 8.0)100mLに加え、さらに50mMとなるように1,3−ジクロロ−2−プロパノールを加え、20℃で10分間反応した。   The cultured cells were washed with 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0), and 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0) was added to 20 g and suspended. Add 0.25 g of this bacterial cell suspension to 100 mL of 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0), add 1,3-dichloro-2-propanol to 50 mM, and react at 20 ° C. for 10 minutes. did.

HPLCにより反応液中のエピクロロヒドリンの量を測定したところ、13.5mMであった。すなわち、10分当たり1350μmolのエピクロロヒドリンが生成したことになり、この菌体懸濁液の活性は菌体懸濁液1gあたり540Uであることがわかった。   When the amount of epichlorohydrin in the reaction solution was measured by HPLC, it was 13.5 mM. That is, 1350 μmol of epichlorohydrin was produced per 10 minutes, and it was found that the activity of this bacterial cell suspension was 540 U per 1 g of the bacterial cell suspension.

この菌体懸濁液を50mM トリス−硫酸緩衝液(pH 8.0)で菌体懸濁液1gあたり400Uになるように希釈した。   This bacterial cell suspension was diluted with 50 mM Tris-sulfate buffer (pH 8.0) to 400 U per 1 g of the bacterial cell suspension.

以下の表3に示す条件を初期量として、反応を行った。反応は、pH電極及びpHコントローラーにより制御されたアルカリ投入配管を装着した1000mL容4つ口フラスコに、所定量の水、HCNを投入し、30% NaOHでpH8.0に調整後、1,3−ジクロロ−2−プロパノール(DCP)を加え、均一に溶解するまで攪拌した。   The reaction was carried out using the conditions shown in Table 3 below as initial amounts. In the reaction, a predetermined amount of water and HCN were charged into a 1000 mL four-necked flask equipped with an alkali charging pipe controlled by a pH electrode and a pH controller, adjusted to pH 8.0 with 30% NaOH, and 1, 3 -Dichloro-2-propanol (DCP) was added and stirred until evenly dissolved.

次いで、実施例2の菌体懸濁液75g(30.0kU)を加え、20℃,pH8.0で反応を開始した。反応開始後は、反応系内のpHを制御するために、pHコントローラーを設定し、30%NaOHにてpHのコントロールを行った。   Next, 75 g (30.0 kU) of the cell suspension of Example 2 was added, and the reaction was started at 20 ° C. and pH 8.0. After starting the reaction, a pH controller was set to control the pH in the reaction system, and the pH was controlled with 30% NaOH.

pHコントロールで使用したNaOHが0.19mol添加された時点からDCPの追添加を開始し、pHコントロールで使用したNaOHが0.243mol添加された時点からHCNの追添加を開始した。DCPは投入されるNaOHとほぼ等molの割合で、総計0.395mol添加した。   The addition of DCP was started when 0.19 mol of NaOH used for pH control was added, and the addition of HCN was started when 0.243 mol of NaOH used for pH control was added. DCP was added in a proportion of approximately equimolar to the charged NaOH, and a total of 0.395 mol was added.

なお、収率は以下の方法により算出した。
収率(%)=DCP転化率×CHBN選択率
・DCP転化率(%)=100−{(系内全量×DCP濃度)/(DCP仕込量+DCP累計追加量)}
・CHBN選択率(%)={(系内全量×CHBN濃度)/(DCP仕込量+DCP累計追加量)}×DCP転化率
The yield was calculated by the following method.
Yield (%) = DCP conversion rate × CHBN selectivity / DCP conversion rate (%) = 100 − {(total amount in system × DCP concentration) / (DCP charge amount + DCP cumulative additional amount)}
CHBN selectivity (%) = {(total amount in system × CHBN concentration) / (DCP charge amount + DCP cumulative additional amount)} × DCP conversion rate

反応プロファイルを表4に示し、DCP濃度の理論値の推移を図2に示す。   The reaction profile is shown in Table 4, and the transition of the theoretical value of DCP concentration is shown in FIG.

反応1290分後のDCP転化率95.8%,CHBN選択率96.7%,R−CHBN光学純度97.2%e.e.であった。   DCP conversion after reaction 1290 minutes 95.8%, CHBN selectivity 96.7%, R-CHBN optical purity 97.2% e.e. e. Met.

以下の表5に示す条件を初期量として、反応を行った。反応は、pH電極及びpHコントローラーにより制御されたアルカリ投入配管を装着した1000mL容4つ口フラスコに、所定量の水、HCNを投入し、30% NaOHでpH8.0に調整後、1,3−ジクロロ−2−プロパノール(DCP)を加え、均一に溶解するまで攪拌した。   The reaction was carried out using the conditions shown in Table 5 below as initial amounts. In the reaction, a predetermined amount of water and HCN were charged into a 1000 mL four-necked flask equipped with an alkali charging pipe controlled by a pH electrode and a pH controller, adjusted to pH 8.0 with 30% NaOH, and 1, 3 -Dichloro-2-propanol (DCP) was added and stirred until evenly dissolved.

次いで、実施例2の菌体懸濁液79.3g(31.7kU)を加え、20℃,pH8.0で反応を開始した。反応開始後は、反応系内のpHを制御するために、pHコントローラーを設定し、30%NaOHにてpHのコントロールを行った。   Subsequently, 79.3 g (31.7 kU) of the cell suspension of Example 2 was added, and the reaction was started at 20 ° C. and pH 8.0. After starting the reaction, a pH controller was set to control the pH in the reaction system, and the pH was controlled with 30% NaOH.

pHコントロール用のNaOHが添加されはじめた時点からDCPの追添加を開始し、pHコントロール用のNaOHが0.09mol添加された時点からHCNの追添加を開始した。DCPは投入されるNaOHのmol数に対して約0.5〜1当量となるように添加した。   The addition of DCP was started when NaOH for pH control began to be added, and the addition of HCN was started when 0.09 mol of NaOH for pH control was added. DCP was added so that it might become about 0.5-1 equivalent with respect to the mol number of NaOH thrown in.

反応プロファイルを表6に示し、DCP濃度の理論値の推移を図3に示す。   The reaction profile is shown in Table 6, and the transition of the theoretical value of the DCP concentration is shown in FIG.

反応1290分後のDCP転化率95.2%,CHBN選択率96.7%,R−CHBN光学純度97.2%e.e.であった。   DCP conversion 95.2% after reaction 1290 minutes, CHBN selectivity 96.7%, R-CHBN optical purity 97.2% e.e. e. Met.

<比較例1>
以下の表7に示す条件を初期量として、反応を行った。反応は、pH電極及びpHコントローラーにより制御されたアルカリ投入配管を装着した1000mL容4つ口フラスコに、所定量の水、HCNを投入し、30% NaOHでpH8.0に調整後、1,3−ジクロロ−2−プロパノール(DCP)を加え、均一に溶解するまで攪拌した。
<Comparative Example 1>
The reaction was carried out using the conditions shown in Table 7 below as initial amounts. In the reaction, a predetermined amount of water and HCN were charged into a 1000 mL four-necked flask equipped with an alkali charging pipe controlled by a pH electrode and a pH controller, adjusted to pH 8.0 with 30% NaOH, and 1, 3 -Dichloro-2-propanol (DCP) was added and stirred until evenly dissolved.

次いで、実施例2の菌体懸濁液77.3g(30.9kU)を加え、20℃,pH8.0で反応を開始した。反応開始後は、反応系内のpHを制御するために、pHコントローラーを設定し、30%NaOHにてpHのコントロールを行った。   Subsequently, 77.3 g (30.9 kU) of the cell suspension of Example 2 was added, and the reaction was started at 20 ° C. and pH 8.0. After starting the reaction, a pH controller was set to control the pH in the reaction system, and the pH was controlled with 30% NaOH.

pHコントロール用のNaOHが添加されはじめた時点からDCP及びHCNの追添加を開始した。DCP及びHCNは、投入されるNaOHとほぼ等molの割合で添加した。   The addition of DCP and HCN was started when NaOH for pH control began to be added. DCP and HCN were added at a ratio of approximately equimolar to the input NaOH.

反応プロファイルを表8に示し、DCP濃度の理論値の推移を図4に示す。   The reaction profile is shown in Table 8, and the transition of the theoretical value of the DCP concentration is shown in FIG.

pHコントロール用のNaOHが0.162mol添加された時点(反応開始30分後)で反応の進行が停止した。   The progress of the reaction was stopped when 0.162 mol of pH control NaOH was added (30 minutes after the start of the reaction).

反応1380分後のDCP転化率34.6%,CHBN選択率96.4%,R−CHBN光学純度78.8%e.e.であった。   After 1380 minutes of reaction, the DCP conversion was 34.6%, the CHBN selectivity was 96.4%, and the R-CHBN optical purity was 78.8% e.e. e. Met.

比較例1の結果より、反応液中のDCP濃度を0.43mol/kgを超える範囲に保持した場合には、酵素反応が早く終結し、得られる4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルは少なく、光学純度も低くなることがわかる。一方、実施例3および4の結果より、反応液中のDCP濃度を0.43mol/kgを超えない範囲または0.2mol/kgを超えない範囲に保持した場合には、多くの4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルが得られ、かつ光学純度も高くなることがわかる。   From the result of Comparative Example 1, when the DCP concentration in the reaction solution is maintained in a range exceeding 0.43 mol / kg, the enzymatic reaction is terminated quickly, and the resulting 4-halo-3-hydroxybutyronitrile is small. It can be seen that the optical purity is also lowered. On the other hand, from the results of Examples 3 and 4, when the DCP concentration in the reaction solution was kept in a range not exceeding 0.43 mol / kg or not exceeding 0.2 mol / kg, many 4-halo- It can be seen that 3-hydroxybutyronitrile is obtained and the optical purity is increased.

本発明は、生産性が高く、工業的に好適な光学活性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ができる。   The present invention can provide a method for producing optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile which is highly productive and industrially suitable.

配列番号1:HheB(2nd)のアミノ酸配列
配列番号2:改良型HheB(2nd)のアミノ酸配列
配列番号3:HheB(1st)のアミノ酸配列
配列番号4:改良型HheB(1st)のアミノ酸配列
配列番号5:HHEB(2nd)の塩基配列
配列番号6:改良型HHEB(2nd)の塩基配列
配列番号7:HHEB(1st)の塩基配列
配列番号8:改良型HHEB(1st)の塩基配列
配列番号9:プライマーDH−09
配列番号10:プライマーDH−07
配列番号11:プライマーDH−51
配列番号12:プライマーDH−52
配列番号13:プライマーDH−125
配列番号14:プライマーDH−126
配列番号15:プライマーDH−49
配列番号16:プライマーDH−50
SEQ ID NO: 1: Amino acid sequence of HheB (2nd) SEQ ID NO: 2: Amino acid sequence of improved HheB (2nd) SEQ ID NO: 3: Amino acid sequence of HheB (1st) SEQ ID NO: 4: Amino acid sequence of SEQ ID NO: HheB (1st) 5: nucleotide sequence of HHEB (2nd) SEQ ID NO: 6: nucleotide sequence of improved HHEB (2nd) SEQ ID NO: 7: nucleotide sequence of HHEB (1st) SEQ ID NO: 8: nucleotide sequence of improved HHEB (1st) SEQ ID NO: 9: Primer DH-09
Sequence number 10: Primer DH-07
Sequence number 11: Primer DH-51
Sequence number 12: Primer DH-52
Sequence number 13: Primer DH-125
SEQ ID NO: 14: Primer DH-126
SEQ ID NO: 15: Primer DH-49
Sequence number 16: Primer DH-50

Claims (4)

1,3−ジハロ−2−プロパノールとシアニドドナーとから、酵素反応によって光学活性4−ハロ−3−ヒドロキシブチロニトリルを製造する方法であって、酵素反応の開始後、反応液へ1,3−ジハロ−2−プロパノールを供給し、該反応液中の1,3−ジハロ−2−プロパノール濃度を0.43mol/kgを超えない範囲に保持することを特徴とする、該方法。   A method for producing optically active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile from 1,3-dihalo-2-propanol and a cyanide donor by an enzymatic reaction, and after the start of the enzymatic reaction, The method is characterized in that dihalo-2-propanol is supplied and the concentration of 1,3-dihalo-2-propanol in the reaction solution is maintained in a range not exceeding 0.43 mol / kg. 酵素がハロヒドリンエポキシダーゼである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the enzyme is a halohydrin epoxidase. ハロヒドリンエポキシダーゼがコリネバクテリウム(Corynebacterium)sp.N−1074のハロヒドリンエポキシダーゼ遺伝子(HHEB)に由来するものである、請求項1または2に記載の方法。   The halohydrin epoxidase is a Corynebacterium sp. The method according to claim 1 or 2, which is derived from a halohydrin epoxidase gene (HHEB) of N-1074. ハロヒドリンエポキシダーゼが配列番号2または配列番号4に示される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である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the halohydrin epoxidase is an improved halohydrin epoxidase consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4.
JP2011143895A 2011-06-29 2011-06-29 Method for producing optically-active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile Withdrawn JP2013009621A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011143895A JP2013009621A (en) 2011-06-29 2011-06-29 Method for producing optically-active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011143895A JP2013009621A (en) 2011-06-29 2011-06-29 Method for producing optically-active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013009621A true JP2013009621A (en) 2013-01-17

Family

ID=47684119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011143895A Withdrawn JP2013009621A (en) 2011-06-29 2011-06-29 Method for producing optically-active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013009621A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100676160B1 (en) Microorganisms transformed with gene encoding malic enzyme and method for preparing succinic acid using the same
CN106754846B (en) Fusobacterium nucleatum tyrosine phenol lyase mutant, gene, vector, engineering bacterium and application thereof
US20200115695A1 (en) Nitrilase mutants and application thereof
EP3597738B1 (en) Modified homoserine dehydrogenase, and method for producing homoserine or homoserine-derived l-amino acid using same
CN106868030B (en) Recombinant vector, engineering bacterium containing recombinant vector and application of recombinant vector in production of alpha-ketoglutaric acid
CN106574237B (en) Microorganism producing O-acetylhomoserine and method for producing O-acetylhomoserine using the same
JP2004194588A (en) New nitrile hydratase
JP6638086B2 (en) Strain producing allose from fructose and method for producing allose using the same
CN113621600A (en) High-activity nitrile hydratase mutant and application thereof
EP2904104B1 (en) Recombinant microorganisms for producing organic acids
JP6510733B2 (en) O-acetylhomoserine sulfhydrylase mutant and method for producing L-methionine using the same
JP5001725B2 (en) Process for producing 4-halo-3-hydroxybutyronitrile
WO2008056827A1 (en) Process for production of betaine
JP2013009621A (en) Method for producing optically-active 4-halo-3-hydroxybutyronitrile
CN114134127A (en) Diaminobutyrate acetyltransferase mutants for the synthesis of ectoin
CN114908129A (en) Dehydrogenase for preparing (R) -4-chloro-3-hydroxybutanoate ethyl ester
JP2011205979A (en) Method for producing recombinant protein
US8192967B2 (en) Reductase, gene thereof and method of using the same
US8252563B2 (en) Reductase, gene thereof and method of using the same
JP5001631B2 (en) Industrial production method of 4-halo-3-hydroxybutyronitrile
JP2008067626A (en) Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide
JP2012228221A (en) Improved halohydrin epoxidase
JP2008148637A (en) Method for producing 4-halo-3-hydroxybutyramide
JP2012090537A (en) Improved type halohydrin epoxidase
JP2003284579A (en) Method of producing 2-ketobutyric acid

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140902