JP2014100090A - Isomaltase - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new enzyme that can decompose isomaltose to glucose even under conditions of high glucose concentration, and to provide a new method for industrial production of glucose from starch.SOLUTION: Provided is a mutant isomaltase derived from an isomaltase of a specified amino acid sequence, or an isomaltase having deletion, substitution or insertion of one or several amino acid residues in the specified sequence, where one or more amino acids in the amino acid sequence from #200 to #300 of the mutant isomaltose are mutated to be isoleucine, tryptophan or glutamic acid.

Description

本発明は、デンプンからのグルコース生産に有用なイソマルターゼに関する。   The present invention relates to isomaltase useful for the production of glucose from starch.

デンプンからの工業的グルコース生産において、α−アミラーゼによる液化、グルコアミラーゼによる糖化、イソアミラーゼやプルラナーゼなどによる枝切り処理などに、様々な酵素が利用されている。このグルコース生産の一連の糖化工程において、糖化酵素であるグルコアミラーゼが有する糖転移、縮合反応等の副反応によって、副産物としてイソマルトースが生じ、デンプンをすべてグルコースに変換することができず、デンプンからのグルコース生産性が低下するという問題点がある。   In industrial glucose production from starch, various enzymes are used for liquefaction with α-amylase, saccharification with glucoamylase, debranching with isoamylase, pullulanase, and the like. In this series of saccharification processes for glucose production, isomaltose is produced as a by-product due to side reactions such as sugar transfer and condensation reaction of glucoamylase, which is a saccharifying enzyme, and all starch cannot be converted into glucose. There is a problem in that glucose productivity is reduced.

イソマルトースは、グルコースがα−1,6グルコシド結合したものであるが、これをグルコースに分解することができれば、グルコースの収率上昇が期待できると考えられている。イソマルトースをグルコースに分解するために、α−1,6グルコシド結合を分解する酵素、イソマルターゼ(イソマルトシダーゼ、オリゴ−1,6−グルコシダーゼ)の働きが期待されている。
例えば、Geobacillus thermoglucosidasius由来のオリゴ−1,6−グルコシダーゼは耐熱性に優れ、イソマルターゼ活性を有することから、デンプンからグルコースを生産するためのイソマルターゼとして期待されている(非特許文献1、2)。
Isomaltose is an α-1,6 glucoside-bonded glucose, and it is considered that an increase in glucose yield can be expected if it can be decomposed into glucose. In order to decompose isomaltose into glucose, the function of isomaltase (isomaltosidase, oligo-1,6-glucosidase), an enzyme that degrades α-1,6-glucoside bonds, is expected.
For example, since oligo-1,6-glucosidase derived from Geobacillus thermoglucosidasius is excellent in heat resistance and has isomaltase activity, it is expected as isomaltase for producing glucose from starch (Non-patent Documents 1 and 2). .

Biochimica et Biophysica Acta, 445(1976), 386-397Biochimica et Biophysica Acta, 445 (1976), 386-397 Journal of Bacteriology, Feb.1989, P.1219-1222Journal of Bacteriology, Feb.1989, P.1219-1222

しかしながら、イソマルターゼは、1分子のイソマルトースを分解して2分子のグルコースにする酵素であり、この反応でグルコース濃度が2%程度になるとイソマルトースを分解する酵素反応は進行しなくなるという問題がある。本発明者の検討によっても、前記耐熱性イソマルターゼもグルコース濃度が2.2%で反応が進行しなくなることが判明した。
従って、本発明の課題は、グルコース濃度が高い条件下でもイソマルトースをグルコースに分解する新たな酵素、及びデンプンからグルコースの工業的生産方法を提供することにある。
However, isomaltase is an enzyme that breaks down one molecule of isomaltose into two molecules of glucose. When the glucose concentration is about 2% in this reaction, the enzyme reaction that breaks down isomaltose does not proceed. is there. According to the study by the present inventor, it was also found that the thermostable isomaltase does not proceed at a glucose concentration of 2.2%.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a new enzyme for decomposing isomaltose into glucose even under conditions of high glucose concentration, and a method for industrial production of glucose from starch.

そこで本発明者は、種々の酵素の特性の探索及びそのアミノ酸改変をしてきたところ、前記耐熱性イソマルターゼの特定部位のアミノ酸を変異させることにより、当該イソマルターゼのグルコース耐性を10〜23%向上させることができることを見出し、本発明を完成した。   Therefore, the present inventor has searched for characteristics of various enzymes and modified the amino acids thereof, and improved the glucose tolerance of the isomaltase by 10 to 23% by mutating amino acids at specific sites of the thermostable isomaltase. The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下の[1]〜[8]を提供するものである。
[1]配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるイソマルターゼ、又は配列番号1で表されるアミノ酸配列において1〜数個のアミノ酸残基が欠失、置換又は挿入されているイソマルターゼにおいて、アミノ酸番号200〜300のアミノ酸の1又は2以上がイソロイシン、トリプトファン及びグルタミン酸から選ばれるアミノ酸に変異したイソマルターゼ。
[2]アミノ酸変異が、アミノ酸番号200〜300のアミノ酸の中のメチオニン、グルタミン、グリシン及びアルギニンから選ばれる1又は2以上が、イソロイシン、トリプトファン及びグルタミン酸から選ばれるアミノ酸に変異したものである[1]記載のイソマルターゼ。
[3]アミノ酸変異が、M203W、Q216E、G259E及びR298Iから選ばれる1〜4個である[1]又は[2]記載のイソマルターゼ。
[4][1]〜[3]のいずれかに記載のイソマルターゼをコードする遺伝子。
[5][4]記載の遺伝子を有する組み換えベクター。
[6][5]記載の組み換えベクターで形質転換した形質転換体。
[7][6]記載の形質転換体を培養して、該培養物からイソマルターゼを採取することを特徴とするイソマルターゼの製造法。
[8]デンプンに、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、イソアミラーゼ及びプルラナーゼから選ばれる酵素と、[1]〜[3]のいずれかに記載のイソマルターゼとを作用させることを特徴とするグルコースの製造法。
That is, the present invention provides the following [1] to [8].
[1] In isomaltase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or isomaltase in which one to several amino acid residues are deleted, substituted or inserted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, An isomaltase in which one or more amino acids of amino acid numbers 200 to 300 are mutated to an amino acid selected from isoleucine, tryptophan, and glutamic acid.
[2] One or more amino acid mutations selected from methionine, glutamine, glycine and arginine in amino acids 200 to 300 are mutated to amino acids selected from isoleucine, tryptophan and glutamic acid [1] ] Isomaltase as described.
[3] The isomaltase according to [1] or [2], wherein the amino acid mutation is 1 to 4 amino acids selected from M203W, Q216E, G259E, and R298I.
[4] A gene encoding the isomaltase according to any one of [1] to [3].
[5] A recombinant vector having the gene according to [4].
[6] A transformant transformed with the recombinant vector according to [5].
[7] A method for producing isomaltase, comprising culturing the transformant according to [6] and collecting isomaltase from the culture.
[8] Production of glucose characterized by allowing starch to react with an enzyme selected from α-amylase, glucoamylase, isoamylase and pullulanase, and the isomaltase according to any one of [1] to [3]. Law.

本発明のイソマルターゼを用いれば、デンプンからグルコースの生産効率が飛躍的に向上する。デンプンのα−アミラーゼなどによる分解によって生じるイソマルトースは、全体の3%程度である。副生したイソマルトースを分離して、糖化工程への再利用を考えた場合、イソマルターゼによりイソマルトースからグルコースを得ることができる。この際、より高いグルコース濃度でも反応可能であることが求められるが、野生型イソマルターゼはグルコース濃度2.2%で反応を停止してしまうため、分解できるイソマルトースは反応系全体の70%程度が限界である。これに対して、本発明のイソマルターゼを用いればグルコース濃度2.7%まで反応が可能であり、反応系全体の90%にあたるイソマルトースが分解できることになり、デンプンからグルコースの生産が極めて大量であることを考慮すると、その生産性の向上は顕著である。   If the isomaltase of the present invention is used, the production efficiency of glucose from starch is dramatically improved. Isomaltose produced by the degradation of starch by α-amylase or the like is about 3% of the total. When isomaltose produced as a by-product is separated and considered for reuse in the saccharification step, glucose can be obtained from isomaltose by isomaltase. At this time, it is required that the reaction is possible even at a higher glucose concentration. However, since wild-type isomaltase stops the reaction at a glucose concentration of 2.2%, isomaltose that can be decomposed is about 70% of the total reaction system. Is the limit. On the other hand, if the isomaltase of the present invention is used, the reaction can be performed up to a glucose concentration of 2.7%, and isomaltose corresponding to 90% of the whole reaction system can be decomposed, and the production of glucose from starch is extremely large. Considering certain things, the improvement in productivity is remarkable.

変異イソマルターゼの耐熱性を示す図である。It is a figure which shows the heat resistance of variation | mutation isomaltase. 変異イソマルターゼの最適温度を示す図である。It is a figure which shows the optimal temperature of a mutated isomaltase. 変異イソマルターゼの基質特異性を示す図である。It is a figure which shows the substrate specificity of a mutated isomaltase. 変異イソマルターゼのグルコース耐性を示す図である。It is a figure which shows the glucose tolerance of a mutant isomaltase. 変異イソマルターゼの糖化工程への応用例を示す図である。It is a figure which shows the example of application to the saccharification process of variation | mutation isomaltase.

本発明のイソマルターゼは、配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるイソマルターゼ、又は配列番号1で表されるアミノ酸配列において1〜数個のアミノ酸残基が欠失、置換又は挿入されているイソマルターゼにおいて、アミノ酸番号200〜300のアミノ酸の1又は2以上がイソロイシン、トリプトファン及びグルタミン酸から選ばれるアミノ酸に変異したイソマルターゼである。   The isomaltase of the present invention has an isomaltase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or one to several amino acid residues deleted, substituted or inserted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. Isomaltase is an isomaltase in which one or more of amino acids of amino acid numbers 200 to 300 are mutated to amino acids selected from isoleucine, tryptophan and glutamic acid.

ここで、配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるイソマルターゼは、非特許文献1及び2に記載された、Geobacillus thermoglucosidasiusが産生するイソマルターゼである。このイソマルターゼには、同一のアミノ酸配列を有する限り、Geobacillus thermoglucosidasius由来でないイソマルターゼが含まれる。また、同一アミノ酸配列を有する限り、ポリペプチドだけでなく、糖ペプチドも含まれる。   Here, the isomaltase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is an isomaltase produced by Geobacillus thermoglucosidasius described in Non-Patent Documents 1 and 2. This isomaltase includes isomaltase not derived from Geobacillus thermoglucosidasius as long as it has the same amino acid sequence. Moreover, as long as it has the same amino acid sequence, not only polypeptide but glycopeptide is contained.

配列番号1で表されるアミノ酸配列において1〜数個のアミノ酸残基が欠失、置換又は挿入されているイソマルターゼにおける、アミノ酸残基の欠失、置換又は挿入の数は、配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるイソマルターゼと同等の酵素活性を示すものであれば限定されないが、1〜20個が好ましく、1〜10個がさらに好ましく、1〜8個がさらに好ましい。また、当該欠失、置換又は挿入されたイソマルターゼと配列番号1のアミノ酸配列との同一性は、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましく、95%以上がさらに好ましい。このような配列の同一性パーセンテージは、基準配列を照会配列として比較するアルゴリズムをもった公開又は市販されているソフトウエアを用いて計算することができる。例として、BLAST、FASTA又はGENETYX(ソフトウエア開発社製)などを用いることができる。   The number of amino acid residue deletions, substitutions or insertions in the isomaltase in which one to several amino acid residues are deleted, substituted or inserted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is SEQ ID NO: 1. Although it will not be limited if it shows the enzyme activity equivalent to isomaltase which consists of an amino acid sequence represented, 1-20 are preferable, 1-10 are more preferable, and 1-8 are more preferable. Further, the identity between the deleted, substituted or inserted isomaltase and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and 95% or more. Further preferred. Such sequence identity percentage can be calculated using publicly available or commercially available software with an algorithm that compares the reference sequence as a query sequence. For example, BLAST, FASTA, or GENETYX (manufactured by Software Development Co., Ltd.) can be used.

本発明のイソマルターゼは、前記イソマルターゼのアミノ酸番号200〜300のアミノ酸の1又は2以上がイソロイシン、トリプトファン及びグルタミン酸から選ばれるアミノ酸に変異したものである。当該変異箇所は、アミノ酸番号203のMから298のRまでの間がより好ましく、203のM、216のQ、259のG及び298のRから選ばれる位置がさらに好ましい。すなわち、M203、Q216、G259及びR298から選ばれる1〜4個のアミノ酸が、イソロイシン、トリプトファン及びグルタミン酸から選ばれるアミノ酸に変異したものがより好ましい。
さらに好ましいアミノ酸変異は、M203W、Q216E、G259E及びR298Iから選ばれる1〜4個である。さらに、グルコース耐性の点から、Q216E、G259E、R298I、G259E/R298I(2重変異)、M203W/G259E/R298I(3重変異)、及びM203W/Q216E/G259E/R298I(4重変異)が好ましい。
In the isomaltase of the present invention, one or more of the amino acids of amino acid numbers 200 to 300 of the isomaltase are mutated to amino acids selected from isoleucine, tryptophan and glutamic acid. The mutation site is more preferably between M of amino acid number 203 to R of 298, and more preferably a position selected from 203 M, 216 Q, 259 G and 298 R. That is, it is more preferable that one to four amino acids selected from M203, Q216, G259 and R298 are mutated to amino acids selected from isoleucine, tryptophan and glutamic acid.
Further preferred amino acid mutations are 1 to 4 selected from M203W, Q216E, G259E and R298I. Furthermore, Q216E, G259E, R298I, G259E / R298I (double mutation), M203W / G259E / R298I (triple mutation), and M203W / Q216E / G259E / R298I (quadruple mutation) are preferable from the viewpoint of glucose tolerance.

本発明の変異イソマルターゼは、配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるイソマルターゼ、又は配列番号1で表されるアミノ酸配列において1〜数個のアミノ酸残基が欠失、置換又は挿入されているイソマルターゼにおいて、アミノ酸番号200〜300のアミノ酸の1又は2以上をイソロイシン、トリプトファン及びグルタミン酸から選ばれるアミノ酸に置換することにより構築した遺伝子を用いて製造することができる。   The mutant isomaltase of the present invention is an isomaltase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or one to several amino acid residues are deleted, substituted or inserted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. The isomaltase can be produced using a gene constructed by substituting one or more amino acids of amino acid numbers 200 to 300 with an amino acid selected from isoleucine, tryptophan and glutamic acid.

本発明の変異イソマルターゼを製造するための遺伝子は、前記の変異イソマルターゼをコードする塩基配列を有する遺伝子であり、例えば前記の配列番号1で示されるアミノ酸配列をコードする遺伝子において、置換すべきアミノ酸配列をコードする塩基配列を、所望のアミノ酸残基をコードする塩基に置換することにより構築することができる。このような部位特異的塩基配列置換のための種々の方法は、当該技術分野においてよく知られており、例えば適切に設計されたプライマーを用いるPCRによって行うことができる。あるいは、改変型のアミノ酸配列をコードする遺伝子を全合成してもよい。   The gene for producing the mutant isomaltase of the present invention is a gene having a base sequence encoding the above-mentioned mutant isomaltase. For example, in the gene encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, It can be constructed by substituting a base sequence encoding an amino acid sequence with a base encoding a desired amino acid residue. Various methods for such site-specific base sequence substitution are well known in the art, and can be performed, for example, by PCR using appropriately designed primers. Alternatively, a gene encoding a modified amino acid sequence may be totally synthesized.

このようにして得た遺伝子を適当な発現ベクターに挿入し、これを適当な宿主(例えば大腸菌)に形質転換する。外来性蛋白質を発現させるための多くのベクター・宿主系が当該技術分野において知られている。変異イソマルターゼ遺伝子を組み込むための発現ベクターとしては、プラスミドベクターが挙げられ、例えば大腸菌用としてはpET−14b、pBR322等が挙げられる。枯草菌用としては、pUB110等が挙げられる。糸状菌用としては、pPTRI等が挙げられる。また、酵母用としては、pRS403等が挙げられる。   The gene thus obtained is inserted into an appropriate expression vector, and this is transformed into an appropriate host (for example, E. coli). Many vector / host systems for expressing foreign proteins are known in the art. As an expression vector for incorporating a mutant isomaltase gene, a plasmid vector can be mentioned. For example, pET-14b, pBR322 and the like can be mentioned for E. coli. Examples of Bacillus subtilis include pUB110. Examples of filamentous fungi include pPTRI. Moreover, pRS403 etc. are mentioned for yeast use.

得られた組み換えプラスミドは、大腸菌、枯草菌、糸状菌、酵母等の微生物に形質転換し、当該形質転換体を培養すれば、本発明変異イソマルターゼが得られる。   The obtained recombinant plasmid is transformed into microorganisms such as Escherichia coli, Bacillus subtilis, filamentous fungi, yeast and the like, and the mutant isomaltase of the present invention is obtained by culturing the transformant.

本発明の変異イソマルターゼは、イソマルトースをグルコースに分解する作用を有し、高濃度のグルコース存在下でも作用する。
従って、デンプンに、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、イソアミラーゼ及びプルラナーゼから選ばれる酵素と、本発明のイソマルターゼを作用させれば、グルコースが高収率で製造できる。ここで、α−アミラーゼとしては、例えばクライスターゼT10(大和化成株式会社)を用いることができる。グルコアミラーゼとしては、例えばGODO−ANGH(合同酒精株式会社)を用いることができる。イソアミラーゼとしては、例えばGODO−FIA(合同酒精株式会社)を用いることができる。プルラナーゼとしては、例えばプルラナーゼ「アマノ」3(天野エンザイム株式会社)を用いることができる。
The mutant isomaltase of the present invention has an action of decomposing isomaltose into glucose and acts even in the presence of a high concentration of glucose.
Therefore, glucose can be produced in high yield by allowing an enzyme selected from α-amylase, glucoamylase, isoamylase and pullulanase and the isomaltase of the present invention to act on starch. Here, as α-amylase, for example, Christase T10 (Daiwa Kasei Co., Ltd.) can be used. As the glucoamylase, for example, GODO-ANGH (Godo Sakesei Co., Ltd.) can be used. As the isoamylase, for example, GODO-FIA (Godoshusei Co., Ltd.) can be used. As the pullulanase, for example, pullulanase “Amano” 3 (Amano Enzyme Inc.) can be used.

反応は、例えばデンプンおよびアミラーゼ等のデンプン糖化酵素に前記酵素を添加し、当該酵素が作用するpH、温度条件にて混合撹拌することにより行なわれる。本発明方法によれば、グルコース濃度が向上しても反応が進行するので高収率でグルコースを製造することができる。   The reaction is performed, for example, by adding the enzyme to a starch saccharifying enzyme such as starch or amylase, and mixing and stirring at a pH and temperature conditions at which the enzyme acts. According to the method of the present invention, since the reaction proceeds even when the glucose concentration is improved, glucose can be produced in a high yield.

次に実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は何らこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to this at all.

実施例1
(Geobacillus thermoglucosidasius由来のイソマルターゼ遺伝子のクローニングと発現)
イソマルターゼ遺伝子の発現には、発現ベクターとしてプラスミドpHY300PLK(ヤクルト社製)、および発現の宿主としてBacillus subtilis ISW1214株(ヤクルト社製)をそれぞれ用いた。
Geobacillus thermoglucosidasius NCIMB 11955株を培養し、全ゲノムを抽出した。ゲノム中に含まれるイソマルターゼ遺伝子(gtagl)をPCRにより増幅した。PCRの際に、制限酵素サイトが導入されるように設計した。
pHY300PLKのマルチクローニングサイトに、Bacillus subtilis の蛋白質高発現プロモーターを導入し、さらにその下流側に、PCRにより増幅したgtagl配列を導入し、イソマルターゼ発現用のプラスミドpHY300PLK−GTALを調製した。調製した発現用プラスミドpHY300PKL−GTAGLをBacillus subtilis ISW1214株へ、エレクトロポレーション法により導入し、組換えGTAGL生産系を構築した。
得られたイソマルターゼ遺伝子の塩基配列及び対応するアミノ酸配列を配列番号1に示す。
Example 1
(Cloning and expression of isomaltase gene from Geobacillus thermoglucosidasius)
For expression of the isomaltase gene, plasmid pHY300PLK (manufactured by Yakult) was used as an expression vector, and Bacillus subtilis ISW1214 strain (manufactured by Yakult) was used as an expression host.
Geobacillus thermoglucosidasius NCIMB 11955 strain was cultured, and the whole genome was extracted. The isomaltase gene (gtagl) contained in the genome was amplified by PCR. It was designed so that restriction enzyme sites were introduced during PCR.
A Bacillus subtilis protein high expression promoter was introduced into the multicloning site of pHY300PLK, and a gtagl sequence amplified by PCR was further introduced downstream thereof to prepare a plasmid pHY300PLK-GTAL for expression of isomaltase. The prepared expression plasmid pHY300PKL-GTAGL was introduced into Bacillus subtilis ISW1214 strain by electroporation to construct a recombinant GTAGL production system.
The base sequence of the obtained isomaltase gene and the corresponding amino acid sequence are shown in SEQ ID NO: 1.

実施例2
(イソマルターゼ遺伝子に対する変異導入)
PrimeSTARTM Mutagenesis Kit(TAKARA)を使用し、PCR法を利用した変異導入を行った。PCRに用いた部位特異的変異導入用のプライマー配列を表1に示した。
Example 2
(Mutation introduction to isomaltase gene)
Mutation was introduced using PCR method using PrimeSTAR Mutagenesis Kit (TAKARA). Table 1 shows primer sequences for site-directed mutagenesis used for PCR.

2重〜4重変異体については、pHY300PLK−GTALを鋳型とし、まずG259E変異を加えるプライマーを用いて変異を導入し、pHY300PLK−GTAL−G259Eプラスミドを調製し、その後pHY300PLK−GTAL−G259Eを鋳型として2つ目の変異であるR298I変異を導入した。同様の方法で、M203W、Q216E変異を順番に導入し、2重〜4重変異体を得るためのプラスミドを調製した。   For double to quadruple mutants, pHY300PLK-GTAL is used as a template, mutation is first introduced using a primer that adds G259E mutation, pHY300PLK-GTAL-G259E plasmid is prepared, and then pHY300PLK-GTAL-G259E is used as a template. A second mutation, R298I mutation, was introduced. In the same manner, M203W and Q216E mutations were introduced in sequence to prepare a plasmid for obtaining double to quadruple mutants.

得られたプラスミドを同じくBacillus subtilis ISW1214株へ、エレクトロポレーション法により導入し、変異体GTAGL蛋白を得た。   The obtained plasmid was similarly introduced into Bacillus subtilis ISW1214 strain by electroporation to obtain mutant GTAGL protein.

M203W遺伝子の塩基配列及び対応するアミノ酸配列を配列番号2に示す。
Q216E遺伝子の塩基配列及び対応するアミノ酸配列を配列番号3に示す。G259E遺伝子の塩基配列及び対応するアミノ酸配列を配列番号4に示す。R298I遺伝子の塩基配列及び対応するアミノ酸配列を配列番号5に示す。G259E/R298I遺伝子の塩基配列及び対応するアミノ酸配列を配列番号6に示す。M203W/G259E/R298I遺伝子の塩基配列及び対応するアミノ酸配列を配列番号7に示す。M203W/Q216E/G259E/R298I遺伝子の塩基配列及び対応するアミノ酸配列を配列番号8に示す。
The nucleotide sequence of the M203W gene and the corresponding amino acid sequence are shown in SEQ ID NO: 2.
The nucleotide sequence of the Q216E gene and the corresponding amino acid sequence are shown in SEQ ID NO: 3. The base sequence of the G259E gene and the corresponding amino acid sequence are shown in SEQ ID NO: 4. The base sequence of the R298I gene and the corresponding amino acid sequence are shown in SEQ ID NO: 5. The base sequence of the G259E / R298I gene and the corresponding amino acid sequence are shown in SEQ ID NO: 6. The nucleotide sequence of the M203W / G259E / R298I gene and the corresponding amino acid sequence are shown in SEQ ID NO: 7. SEQ ID NO: 8 shows the nucleotide sequence of the M203W / Q216E / G259E / R298I gene and the corresponding amino acid sequence.

(イソマルターゼ活性測定法:GOD法)
イソマルターゼ活性は、GOD法により測定した。20mMリン酸緩衝液(pH7.0)に対して、最終濃度が0.041%GOD、0.01%POD、0.5%O−ジアニシジンとなるように添加・混合し、GOD試薬とした。20mg/mLイソマルトース10μl、200mMリン酸緩衝液(pH7.0)5μlの混合液に、酵素溶液5μlを加え反応液とした(全量20μl)。また、酵素溶液を蒸留水にした溶液をコントロールとした。酵素反応液を、60℃で10分間インキュベートした。酵素反応液を100℃で3分間処理した後、GOD試薬200μl加えて30℃で10分間インキュベートした。4N HClを4μl加えた後、400nmにおける吸光度から、活性を測定した。(以下、「GOD法」)。また、各試験により、反応溶液のpHおよび反応温度を変化させた。GOD法の原理については以下の通りである。
(Isomaltase activity measurement method: GOD method)
The isomaltase activity was measured by the GOD method. A 20 mM phosphate buffer solution (pH 7.0) was added and mixed so that the final concentrations were 0.041% GOD, 0.01% POD, and 0.5% O-dianisidine to obtain a GOD reagent. 5 μl of enzyme solution was added to a mixed solution of 10 μl of 20 mg / mL isomaltose and 5 μl of 200 mM phosphate buffer (pH 7.0) to obtain a reaction solution (total amount: 20 μl). Further, a solution in which the enzyme solution was distilled water was used as a control. The enzyme reaction was incubated at 60 ° C. for 10 minutes. After the enzyme reaction solution was treated at 100 ° C. for 3 minutes, 200 μl of GOD reagent was added and incubated at 30 ° C. for 10 minutes. After adding 4 μl of 4N HCl, the activity was measured from the absorbance at 400 nm. (Hereinafter, “GOD method”). In addition, the pH of the reaction solution and the reaction temperature were changed by each test. The principle of the GOD method is as follows.

α−グルコシダーゼ活性の1Uは、本条件において、1分間に1μmolのグルコースを生成させる活性と定義し、以下の式より酵素活性を算出した。   1 U of α-glucosidase activity was defined as an activity that produces 1 μmol of glucose per minute under these conditions, and the enzyme activity was calculated from the following equation.

実施例3
(変異イソマルターゼの特性)
(1)耐熱性
20mg/mLイソマルトース10μl、200mMリン酸緩衝液(pH7.0)5μlの混合液に、各温度(4、30、40、50、60、70、80℃)で10分間加熱処理をした酵素溶液5μlを加え反応液とし、GOD法によりイソマルターゼ活性を測定した。(全量20μl)。
その結果、図1に示すように、GTAGLとその4重変異体は70℃でおよそ60%の活性を維持した。
Example 3
(Characteristics of mutant isomaltase)
(1) Heat resistance 20 mg / mL isomaltose 10 μl, 200 mM phosphate buffer solution (pH 7.0) 5 μl, heated for 10 minutes at each temperature (4, 30, 40, 50, 60, 70, 80 ° C.) 5 μl of the treated enzyme solution was added to prepare a reaction solution, and isomaltase activity was measured by the GOD method. (Total volume 20 μl).
As a result, as shown in FIG. 1, GTAGL and its quadruple mutant maintained approximately 60% activity at 70 ° C.

(2)最適温度
20mg/mLイソマルトース10μl、200mMリン酸緩衝液(pH7.0)5μlの混合液に、酵素溶液5μlを加え反応液とした(全量20μl)。反応液を4〜80℃の温度で10分間インキュベートし、GOD法によって活性を測定した。
その結果、図2に示すようにGTAGLとその4重変異体は60℃で最高の活性を示した。
(2) Optimal temperature 5 μl of enzyme solution was added to a mixed solution of 10 μl of 20 mg / mL isomaltose and 5 μl of 200 mM phosphate buffer (pH 7.0) to obtain a reaction solution (total amount 20 μl). The reaction solution was incubated at a temperature of 4 to 80 ° C. for 10 minutes, and the activity was measured by the GOD method.
As a result, as shown in FIG. 2, GTAGL and its quadruple mutant showed the highest activity at 60 ° C.

(3)最適pH
20mg/mLのイソマルトース10μl、200mMの各種pHの緩衝液5μlの混合液に、酵素溶液5μlを加え反応液とした(全量20μl)。反応液を、60℃で10分間インキュベートし、GOD法によって活性を測定した。
その結果、GTAGLでは、pH7.0で最高の活性を示した。4重変異体ではpH6.0で最高の活性を示した。
(3) Optimum pH
5 μl of the enzyme solution was added to a mixed solution of 10 μl of 20 mg / mL isomaltose and 5 μl of a buffer solution having various pHs of 200 mM to obtain a reaction solution (total amount: 20 μl). The reaction solution was incubated at 60 ° C. for 10 minutes, and the activity was measured by the GOD method.
As a result, GTAGL showed the highest activity at pH 7.0. The quadruple mutant showed the highest activity at pH 6.0.

(4)基質特異性
TLCにて、GTAGL、GTAGL−4重変異体の基質特異性および転移反応について確認した。2%基質の3種に対して、60℃、24時間の条件でGTAGLおよびその4重変異体を作用させた。展開溶媒はイソプロパノール/n−ブタノール/水(10/5/4)で、展開後、風乾し、アンスロン硫酸液を噴霧し、105℃で加熱して発色させた。その結果、図3に示すように、GTAGL、4重変異体ともに目立った糖転移反応は示さなかった。
(4) Substrate specificity The substrate specificity and transfer reaction of GTAGL and GTAGL-4 double mutants were confirmed by TLC. GTAGL and its quadruple mutants were allowed to act on 3 types of 2% substrates at 60 ° C. for 24 hours. The developing solvent was isopropanol / n-butanol / water (10/5/4), and after developing, air-dried, sprayed with an anthrone sulfuric acid solution, and heated at 105 ° C. to cause color development. As a result, as shown in FIG. 3, neither GTAGL nor the quadruple mutant showed a conspicuous transglycosylation reaction.

(5)グルコース耐性
イソマルトース濃度を1%とし、グルコース濃度が2%になる基質条件で、60℃におけるGTAGLとその変異体の反応性を調べた。反応液中の酵素活性は0.5U/mLで反応を行った。経時的にサンプリングを行い、液体クロマトグラフィーによりイソマルトースの分解を確認した(〜20時間)。イソマルターゼの分解反応が進行しなくなった時のグルコース濃度を確認し、その数値をグルコース耐性の値とした。
その結果、表2及び図4に示すように、4重変異体では最大2.7%グルコース存在下での反応が可能であることが示された。
(5) Glucose tolerance The reactivity of GTAGL and its mutants at 60 ° C. was examined under substrate conditions where the isomaltose concentration was 1% and the glucose concentration was 2%. The enzyme activity in the reaction solution was reacted at 0.5 U / mL. Sampling was performed over time, and the decomposition of isomaltose was confirmed by liquid chromatography (˜20 hours). The glucose concentration when the decomposition reaction of isomaltase stopped progressing was confirmed, and the value was taken as the glucose tolerance value.
As a result, as shown in Table 2 and FIG. 4, it was shown that the reaction in the presence of a maximum of 2.7% glucose was possible in the quadruple mutant.

実施例4
(糖化工程サンプルへの応用例)
溶性デンプンを濃度30%(w/w)となるように、0.1M 酢酸緩衝液(pH4.2)に加熱溶解した。溶性デンプン液50mLに対して、市販糖化用酵素OPTIMAX 4060(グルコアミラーゼ・プルラナーゼ混合酵素)を40μL加え、60℃にて16時間酵素反応を行った。反応後、試料を100℃加熱し、酵素反応を停止させた(デンプン分解物)。
デンプン分解物を0.1Mリン酸緩衝液(pH6.8)にて、グルコース濃度が2.5%になるように希釈した後、実施例1または実施例2により得られたGTAGLおよびその4重変異体を加え、60℃で20時間反応させた。反応後、シリカゲルTLCに供して分析した。展開溶媒はイソプロパノール/n−ブタノール/水(10/5/4)で、展開後、風乾し、アンスロン硫酸液を噴霧し、105℃で加熱して発色させた。
その結果、2.7%のグルコース存在下でも反応可能なGTAGL−4重変異体のみで、デンプン分解物中に見られるイソマルターゼを分解することが可能であった(図5)。
Example 4
(Application example to saccharification process sample)
Soluble starch was dissolved by heating in 0.1 M acetic acid buffer (pH 4.2) to a concentration of 30% (w / w). 40 μL of commercially available saccharification enzyme OPTIMAX 4060 (glucoamylase / pullulanase mixed enzyme) was added to 50 mL of soluble starch solution, and the enzyme reaction was performed at 60 ° C. for 16 hours. After the reaction, the sample was heated at 100 ° C. to stop the enzymatic reaction (starch degradation product).
After the starch degradation product was diluted with 0.1 M phosphate buffer (pH 6.8) so that the glucose concentration was 2.5%, the GTAGL obtained in Example 1 or Example 2 and its quadruple The mutant was added and reacted at 60 ° C. for 20 hours. After the reaction, it was subjected to silica gel TLC and analyzed. The developing solvent was isopropanol / n-butanol / water (10/5/4), and after developing, air-dried, sprayed with an anthrone sulfuric acid solution, and heated at 105 ° C. to cause color development.
As a result, it was possible to degrade isomaltase found in the starch degradation product only with the GTAGL-4 double mutant that can react even in the presence of 2.7% glucose (FIG. 5).

本発明のイソマルターゼにより、デンプンからの工業的グルコース生産工程で、グルコースの収率を飛躍的に向上させることが可能になる。   The isomaltase of the present invention makes it possible to dramatically improve the yield of glucose in an industrial glucose production process from starch.

Claims (8)

配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるイソマルターゼ、又は配列番号1で表されるアミノ酸配列において1〜数個のアミノ酸残基が欠失、置換又は挿入されているイソマルターゼにおいて、アミノ酸番号200〜300のアミノ酸の1又は2以上がイソロイシン、トリプトファン及びグルタミン酸から選ばれるアミノ酸に変異したイソマルターゼ。   In the isomaltase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or the isomaltase in which one to several amino acid residues are deleted, substituted or inserted in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, the amino acid number 200 An isomaltase in which one or more of ˜300 amino acids are mutated to an amino acid selected from isoleucine, tryptophan and glutamic acid. アミノ酸変異が、アミノ酸番号200〜300のアミノ酸の中のメチオニン、グルタミン、グリシン及びアルギニンから選ばれる1又は2以上が、イソロイシン、トリプトファン及びグルタミン酸から選ばれるアミノ酸に変異したものである請求項1記載のイソマルターゼ。   2. The amino acid mutation according to claim 1, wherein one or more amino acids selected from methionine, glutamine, glycine and arginine among amino acids of amino acid numbers 200 to 300 are mutated to amino acids selected from isoleucine, tryptophan and glutamic acid. Isomaltase. アミノ酸変異が、M203W、Q216E、G259E及びR298Iから選ばれる1〜4個である請求項1又は2記載のイソマルターゼ。   The isomaltase according to claim 1 or 2, wherein the amino acid mutation is 1-4 selected from M203W, Q216E, G259E and R298I. 請求項1〜3のいずれかに記載のイソマルターゼをコードする遺伝子。   The gene which codes the isomaltase in any one of Claims 1-3. 請求項4記載の遺伝子を有する組み換えベクター。   A recombinant vector having the gene according to claim 4. 請求項5記載の組み換えベクターで形質転換した形質転換体。   A transformant transformed with the recombinant vector according to claim 5. 請求項6記載の形質転換体を培養して、該培養物からイソマルターゼを採取することを特徴とするイソマルターゼの製造法。   A method for producing isomaltase, comprising culturing the transformant according to claim 6 and collecting isomaltase from the culture. デンプンに、α−アミラーゼ、グルコアミラーゼ、イソアミラーゼ及びプルラナーゼから選ばれる酵素と、請求項1〜3のいずれか1項記載のイソマルターゼとを作用させることを特徴とするグルコースの製造法。   A method for producing glucose, wherein an enzyme selected from α-amylase, glucoamylase, isoamylase, and pullulanase is reacted with starch and the isomaltase according to any one of claims 1 to 3.
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