JP2015216894A - Production method of 1,5-pentanediamine using lysine decarboxylase which can catalyze response under alkaline conditions - Google Patents

Production method of 1,5-pentanediamine using lysine decarboxylase which can catalyze response under alkaline conditions Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method of 1,5-pentanediamine (1,5-PD) by an economical method having a small environmental load.SOLUTION: The invention provides a production method of 1,5-PD comprising producing 1,5-PD from L-lysine and/or a salt thereof by an action of the protein selected from the group consisting of the following: (a) a protein comprising a specific amino acid sequence; (b) a protein comprising an amino acid sequence comprising a substitution, deletion, insertion, or addition of one or some amino acid residues in a specific amino acid sequence and having lysine decarboxylation activity; and (c) a protein comprising an amino acid sequence having identity of 90% or more to a specific amino acid sequence and having lysine decarboxylation activity.

Description

本発明は、アルカリ性条件下で反応を触媒できるリジン脱炭酸酵素を用いる1,5−ペンタンジアミンの製造方法などに関する。   The present invention relates to a method for producing 1,5-pentanediamine using lysine decarboxylase capable of catalyzing a reaction under alkaline conditions.

1,5−ペンタンジアミン(カダベリン、またはペンタンメチレンジアミン等とも呼ばれる、分子式C14を有する化合物。以下、必要に応じて、「1,5−PD」と略記する)は、ポリアミド樹脂などの樹脂原料として、あるいは医薬中間体として需要が見込まれる物質である。1,5−PDは、非石油系原料から製造可能であるため、環境負荷の低減という観点からも工業的に注目されている。 1,5-pentanediamine (also referred to as cadaverine, pentanemethylenediamine or the like, which has a molecular formula C 5 H 14 N 2 , hereinafter abbreviated as “1,5-PD” as necessary) is a polyamide resin It is a substance that is expected to be in demand as a raw material for resins such as pharmaceutical intermediates. Since 1,5-PD can be produced from non-petroleum-based raw materials, it has attracted industrial attention from the viewpoint of reducing environmental impact.

1,5−PDの生物学的製造方法では、リジン脱炭酸酵素(LDC)が利用されている。LDCは、リジンから1,5−PDおよびCOを生成する酵素である。LDCを用いる1,5−PDの製造方法としては、例えば、エシェリヒア・コリ(Eschrishia coli)由来のLDCを用いる方法が報告されている(特許文献1〜3)。 In the biological production method of 1,5-PD, lysine decarboxylase (LDC) is used. LDC is an enzyme that produces 1,5-PD and CO 2 from lysine. As a method for producing 1,5-PD using LDC, for example, a method using LDC derived from Escherichia coli has been reported (Patent Documents 1 to 3).

特開2002−223770号公報JP 2002-223770 A 特開2008−193899号公報JP 2008-193899 A 国際公開第2013/108859号International Publication No. 2013/1088859

リジンにLDCを作用させて1,5−PDを生成する場合、リジンの脱炭酸によりカルボキシル基が脱離して二酸化炭素が発生し、1価のカチオンであるリジンから2価のカチオンである1,5−PDが生成する為、反応液のpHが上昇する。したがって、反応液のpH上昇を防ぎ酵素反応を最適pHに維持する為には高濃度の中和剤を含む緩衝液中で反応させるか、または中和剤としての酸を反応系に逐次添加する必要がある。しかしながら、このような場合、中和剤(例、無機酸、有機酸等の酸)に由来する副生塩が発生し、これが環境に対する負荷となる。また、この副生塩を回収・再利用する場合は多大な設備が必要とされ、1,5−PDの製造コストが上昇することから、経済的に不利である。   When LDC is allowed to act on lysine to produce 1,5-PD, a carboxyl group is eliminated by decarboxylation of lysine to generate carbon dioxide, and a monovalent cation lysine is a divalent cation 1, Since 5-PD is produced, the pH of the reaction solution rises. Therefore, in order to prevent an increase in the pH of the reaction solution and maintain the enzyme reaction at an optimum pH, the reaction is carried out in a buffer solution containing a high concentration neutralizing agent, or an acid as a neutralizing agent is added sequentially to the reaction system. There is a need. However, in such a case, a by-product salt derived from a neutralizing agent (eg, an acid such as an inorganic acid or an organic acid) is generated, and this becomes a burden on the environment. Further, when this by-product salt is recovered and reused, a large amount of equipment is required, and the production cost of 1,5-PD increases, which is economically disadvantageous.

したがって、本発明の目的は、環境への負荷が小さく経済的な方法により、1,5−PDを生成することである。   Accordingly, an object of the present invention is to generate 1,5-PD by an economical method with a low environmental load.

本発明者は、リジンから1,5−PDを生成する反応において中和剤に由来する副生塩の発生を低減させるためには、アルカリ性条件下で1,5−PDを生成すればよいことを着想した。本発明者は、本着想に基づき、アルカリ性条件下での1,5−PDの生成を実現するため鋭意検討した結果、アルカリ性条件下で1,5−PDを生成できるタンパク質を単離・同定することに成功し、本発明を完成するに至った。   In order to reduce the generation of by-product salts derived from the neutralizing agent in the reaction for producing 1,5-PD from lysine, the present inventor should produce 1,5-PD under alkaline conditions. Inspired. Based on this idea, the present inventor has conducted extensive studies to realize the production of 1,5-PD under alkaline conditions, and as a result, has isolated and identified a protein capable of producing 1,5-PD under alkaline conditions. In particular, the present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
〔1〕下記からなる群より選ばれるタンパク質の作用により、L−リジンおよび/またはその塩から1,5−ペンタンジアミンを生成することを含む、1,5−ペンタンジアミンの製造方法:
(a)配列番号2のアミノ酸配列を含むタンパク質;
(b)配列番号2のアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質;および
(c)配列番号2のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質。
〔2〕前記反応がpH7.0〜10.0の条件下で行われる、〔1〕の方法。
〔3〕前記タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターで形質転換された微生物を用いて、L−リジンおよび/またはその塩から1,5−ペンタンジアミンを生成することを含む、〔1〕または〔2〕の方法。
〔4〕前記微生物がエシェリヒア・コリである、〔1〕〜〔3〕のいずれかの方法。
〔5〕下記(a)〜(c)からなる群より選ばれるタンパク質:
(a)配列番号2のアミノ酸配列を含むタンパク質;
(b)配列番号2のアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質;および
(c)配列番号2のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質。
〔6〕H7.0〜10.0の条件下でリジン脱炭酸活性を有する、〔5〕のタンパク質。
〔7〕下記からなる群より選ばれるポリヌクレオチド:
(A)配列番号1のヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド;
(B)配列番号1のヌクレオチド配列に対して少なくとも90%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ、リジン脱炭酸活性を有するタンパク質をコードする、ポリヌクレオチド;
(C)配列番号1のヌクレオチド配列に対して相補的なヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェント条件下でハイブリダイズし、かつ、リジン脱炭酸活性を有するタンパク質をコードする、ポリヌクレオチド;および
(D)〔5〕または〔6〕のタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
〔8〕〔7〕のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。
〔9〕〔8〕の発現ベクターを含む微生物。
〔10〕〔9〕の微生物を用いて、下記(a)〜(c)からなる群より選ばれるタンパク質を生成することを含む、タンパク質の製造方法:
(a)配列番号2のアミノ酸配列を含むタンパク質;
(b)配列番号2のアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質;および
(c)配列番号2のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質。
That is, the present invention is as follows.
[1] A method for producing 1,5-pentanediamine, comprising producing 1,5-pentanediamine from L-lysine and / or a salt thereof by the action of a protein selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
(B) a protein comprising an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having lysine decarboxylation activity; and (c) a sequence A protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity to the amino acid sequence of No. 2 and having lysine decarboxylation activity.
[2] The method of [1], wherein the reaction is carried out under conditions of pH 7.0 to 10.0.
[3] producing 1,5-pentanediamine from L-lysine and / or a salt thereof using a microorganism transformed with an expression vector containing a polynucleotide encoding the protein, [1] or The method of [2].
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the microorganism is Escherichia coli.
[5] A protein selected from the group consisting of the following (a) to (c):
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
(B) a protein comprising an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having lysine decarboxylation activity; and (c) a sequence A protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity to the amino acid sequence of No. 2 and having lysine decarboxylation activity.
[6] The protein according to [5], which has lysine decarboxylation activity under conditions of H7.0 to 10.0.
[7] A polynucleotide selected from the group consisting of:
(A) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1;
(B) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence having at least 90% identity to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and encoding a protein having lysine decarboxylation activity;
(C) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and encodes a protein having lysine decarboxylation activity; and (D ) A polynucleotide encoding the protein of [5] or [6].
[8] An expression vector comprising the polynucleotide of [7].
[9] A microorganism comprising the expression vector according to [8].
[10] A method for producing a protein comprising producing a protein selected from the group consisting of the following (a) to (c) using the microorganism of [9]:
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
(B) a protein comprising an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having lysine decarboxylation activity; and (c) a sequence A protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity to the amino acid sequence of No. 2 and having lysine decarboxylation activity.

本発明によれば、アルカリ性条件下で1,5−PDを生成できるLDCを用いることで、副生塩の発生量を低減できる。したがって、本発明によれば、環境への負荷が小さく経済的な方法により1,5−PDを製造することができる。   According to the present invention, the amount of by-product salt generated can be reduced by using LDC that can produce 1,5-PD under alkaline conditions. Therefore, according to the present invention, 1,5-PD can be manufactured by an economical method with a small environmental load.

図1は、本発明のリジン脱炭酸酵素のpHプロファイルを示す図である。各pHでの反応において、100mMの下記緩衝液をそれぞれ用いた:◇(Tris緩衝液、pH7.0,7.5,8.0,8.5);□(CHES緩衝液、pH8.5,9.0,9.5);△(CAPS緩衝液)。FIG. 1 is a view showing a pH profile of lysine decarboxylase of the present invention. In the reaction at each pH, 100 mM of the following buffers were used: ◇ (Tris buffer, pH 7.0, 7.5, 8.0, 8.5); □ (CHES buffer, pH 8.5, 9.0, 9.5); Δ (CAPS buffer). 図2は、リジン脱炭酸酵素による経時的なリジン消費量を示す図である。FIG. 2 is a graph showing lysine consumption over time by lysine decarboxylase.

本発明は、所定のタンパク質の作用により、L−リジンおよび/またはその塩から1,5−ペンタンジアミンを生成することを含む、1,5−ペンタンジアミンの製造方法を提供する。   The present invention provides a method for producing 1,5-pentanediamine, which comprises producing 1,5-pentanediamine from L-lysine and / or a salt thereof by the action of a predetermined protein.

具体的には、このようなタンパク質としては、以下を用いることができる:
(a)配列番号2のアミノ酸配列を含むタンパク質;
(b)配列番号2のアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質;および
(c)配列番号2のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質。
本発明において、リジン脱炭酸活性とは、リジンを1,5−PDに転換する活性をいう。
本発明はまた、このようなタンパク質を提供する。
Specifically, the following can be used as such proteins:
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
(B) a protein comprising an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having lysine decarboxylation activity; and (c) a sequence A protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity to the amino acid sequence of No. 2 and having lysine decarboxylation activity.
In the present invention, lysine decarboxylation activity refers to the activity of converting lysine to 1,5-PD.
The present invention also provides such a protein.

本発明のタンパク質は、シュードモナス(Pseudomonas)属に属する微生物〔例、シュードモナス・オティティディス(Pseudomonas otitidis)またはその近縁種〕に由来していてもよい。   The protein of the present invention may be derived from a microorganism belonging to the genus Pseudomonas [eg, Pseudomonas otitidis or a related species thereof].

上記(b)のタンパク質は、配列番号2のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸残基の変異(例、置換、欠失、挿入、および付加)を含んでいてもよい。変異の数は、例えば1〜100個、好ましくは1〜70個、より好ましくは1〜50個、1〜40個、1〜30個または1〜20個、さらにより好ましくは1〜10個(例、1、2、3、4または5個)である。   The protein of (b) may contain a mutation (eg, substitution, deletion, insertion, and addition) of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. The number of mutations is, for example, 1 to 100, preferably 1 to 70, more preferably 1 to 50, 1 to 40, 1 to 30, or 1 to 20, even more preferably 1 to 10 ( Example, 1, 2, 3, 4 or 5).

上記(c)のタンパク質は、配列番号2のアミノ酸配列に対して少なくとも90%以上のアミノ酸配列同一性を有していてもよい。アミノ酸配列の同一性パーセントは、好ましくは92%以上、より好ましくは95%以上、さらにより好ましくは97%以上、最も好ましくは98%以上または99%以上であってもよい。   The protein of (c) above may have at least 90% or more amino acid sequence identity to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. The percent amino acid sequence identity may preferably be 92% or more, more preferably 95% or more, even more preferably 97% or more, and most preferably 98% or more or 99% or more.

アミノ酸配列の同一性は、例えばKarlinおよびAltschulによるアルゴリズムBLAST(Pro.Natl.Acad.Sci.USA,90,5873(1993))、PearsonによるFASTA(MethodsEnzymol.,183,63(1990))を用いて決定することができる。このアルゴリズムBLASTに基づいて、BLASTPとよばれるプログラムが開発されているので(http://www.ncbi.nlm.nih.gov参照)、これらのプログラムをデフォルト設定で用いて、アミノ酸配列の同一性を計算してもよい。また、アミノ酸配列の同一性としては、例えば、Lipman−Pearson法を採用している株式会社ゼネティックスのソフトウェアGENETYX Ver7.0.9を使用し、ORFにコードされるポリペプチド部分全長を用いて、Unit Size to Compare=2の設定でSimilarityまたはIdentityをpercentage計算させた際の数値を用いてもよい。あるいは、アミノ酸配列の同一性として、NEEDLEプログラム(J Mol Biol 1970;48:443−453)検索において、デフォルト設定のパラメータ(Gap penalty=10、Extend penalty=0.5、Matrix=BLOSUM62)を用いて得られた値を利用してもよい。アミノ酸配列の同一性として、これらの計算で導き出される値のうち、最も低い値を採用してもよい。   Amino acid sequence identity is determined using, for example, the algorithm BLAST by Karlin and Altschul (Pro. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 5873 (1993)) and FASTA by Pearson (Methods Enzymol., 183, 63 (1990)). Can be determined. Based on this algorithm BLAST, since a program called BLASTP has been developed (see http://www.ncbi.nlm.nih.gov), these programs are used with default settings, and amino acid sequence identity May be calculated. In addition, as the identity of amino acid sequences, for example, using GENETYX Ver 7.0.9 software of GENETICS, which employs the Lipman-Pearson method, the full length of the polypeptide portion encoded by ORF is used. You may use the numerical value at the time of calculating the similarity or identity with the setting of Size to Compare = 2. Alternatively, as amino acid sequence identity, the default parameters (Gap penalty = 10, Extended penalty = 0.5, Matrix = BLOSUM62) were used in the NEEDLE program (J Mol Biol 1970; 48: 443-453) search. The obtained value may be used. As the amino acid sequence identity, the lowest value among the values derived by these calculations may be adopted.

上記(b)および(c)のタンパク質の調製のため、配列番号2のアミノ酸配列に対して変異が導入され得るアミノ酸残基の位置は、当業者に明らかであり、例えば、アミノ酸配列のアライメントを参考にして変異を導入することができる。具体的には、当業者は、1)複数のホモログ(既知のリジン脱炭酸酵素)のアミノ酸配列を比較し、2)相対的に保存されている領域、および相対的に保存されていない領域を明らかにし、次いで、3)相対的に保存されている領域および相対的に保存されていない領域から、それぞれ、機能に重要な役割を果たし得る領域および機能に重要な役割を果たし得ない領域を予測できるので、構造・機能の相関性を認識できる。したがって、当業者は、酵素学的特性(例、リジン脱炭酸活性、pH安定性)を維持し得る1以上のアミノ酸残基の変異が導入される、(b)および(c)のアミノ酸配列を決定することができる。   For the preparation of the proteins of (b) and (c) above, the positions of amino acid residues where mutations can be introduced into the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 will be apparent to those skilled in the art. Mutations can be introduced by reference. Specifically, those skilled in the art will 1) compare amino acid sequences of multiple homologs (known lysine decarboxylase), 2) compare relatively conserved regions, and relatively unconserved regions. Clarify and then 3) Predict areas that can play an important role in function and areas that can not play an important role in function from areas that are relatively conserved and areas that are not relatively conserved, respectively It is possible to recognize the correlation between structure and function. Accordingly, those skilled in the art will understand the amino acid sequences of (b) and (c) in which a mutation of one or more amino acid residues capable of maintaining enzymatic properties (eg, lysine decarboxylation activity, pH stability) is introduced. Can be determined.

上記(b)および(c)のタンパク質の調製のため、配列番号2のアミノ酸配列に対してアミノ酸残基の変異が導入され、かつ当該アミノ酸残基の変異が置換である場合、アミノ酸残基のこのような置換は、保存的置換であってもよい。用語「保存的置換」とは、所定のアミノ酸残基を、類似の側鎖を有するアミノ酸残基で置換することをいう。類似の側鎖を有するアミノ酸残基のファミリーは、当該分野で周知である。例えば、このようなファミリーとしては、塩基性側鎖を有するアミノ酸(例、リジン、アルギニン、ヒスチジン)、酸性側鎖を有するアミノ酸(例、アスパラギン酸、グルタミン酸)、非荷電性極性側鎖を有するアミノ酸(例、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、システイン)、非極性側鎖を有するアミノ酸(例、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン)、β位分岐側鎖を有するアミノ酸(例、スレオニン、バリン、イソロイシン)、芳香族側鎖を有するアミノ酸(例、チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジン)、ヒドロキシル基(例、アルコール性、フェノール性)含有側鎖を有するアミノ酸(例、セリン、スレオニン、チロシン)、および硫黄含有側鎖を有するアミノ酸(例、システイン、メチオニン)が挙げられる。非荷電性極性側鎖を有するアミノ酸および非極性側鎖を有するアミノ酸を包括的に、中性アミノ酸と呼称することがある。好ましくは、アミノ酸の保存的置換は、アスパラギン酸とグルタミン酸との間での置換、アルギニンとリジンとヒスチジンとの間での置換、トリプトファンとフェニルアラニンとの間での置換、フェニルアラニンとバリンとの間での置換、ロイシンとイソロイシンとアラニンとの間での置換、およびグリシンとアラニンとの間での置換であってもよい。   For the preparation of the proteins of (b) and (c) above, when an amino acid residue mutation is introduced into the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and the amino acid residue mutation is a substitution, Such substitutions may be conservative substitutions. The term “conservative substitution” refers to substitution of a given amino acid residue with an amino acid residue having a similar side chain. Families of amino acid residues with similar side chains are well known in the art. For example, such families include amino acids having basic side chains (eg, lysine, arginine, histidine), amino acids having acidic side chains (eg, aspartic acid, glutamic acid), amino acids having uncharged polar side chains (Eg, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine, cysteine), amino acids with non-polar side chains (eg, glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, methionine, tryptophan), β-branched side chain Amino acids (eg, threonine, valine, isoleucine), amino acids having aromatic side chains (eg, tyrosine, phenylalanine, tryptophan, histidine), amino acids having side groups containing hydroxyl groups (eg, alcoholic, phenolic) ( Example, serine, thread Nin, tyrosine), and amino acids (e.g. having sulfur-containing side chains, cysteine, methionine) and the like. Amino acids having an uncharged polar side chain and amino acids having a nonpolar side chain are sometimes collectively referred to as neutral amino acids. Preferably, the conservative substitution of amino acids is a substitution between aspartic acid and glutamic acid, a substitution between arginine and lysine and histidine, a substitution between tryptophan and phenylalanine, and between phenylalanine and valine. Or a substitution between leucine, isoleucine and alanine, and a substitution between glycine and alanine.

本発明のタンパク質はまた、C末端またはN末端に、他のペプチド成分(例、タグ部分)を有していてもよい。本発明のタンパク質に付加され得る他のペプチド成分としては、例えば、目的タンパク質の精製を容易にするペプチド成分(例、ヒスチジンタグ、Strep−tag II等のタグ部分;グルタチオン−S−トランスフェラーゼ、マルトース結合タンパク質等の目的タンパク質の精製に汎用されるタンパク質)、目的タンパク質の可溶性を向上させるペプチド成分(例、Nus−tag);シャペロンとして働くペプチド成分(例、トリガーファクター);他の機能をもつタンパク質あるいはタンパク質のドメインあるいはそれらとをつなぐリンカーとしてのペプチド成分が挙げられる。   The protein of the present invention may also have other peptide components (eg, tag moiety) at the C-terminus or N-terminus. Other peptide components that can be added to the protein of the present invention include, for example, peptide components that facilitate purification of the target protein (eg, tag portions such as histidine tag, Strep-tag II; glutathione-S-transferase, maltose binding) A protein commonly used for purification of a target protein such as a protein), a peptide component that improves the solubility of the target protein (eg, Nus-tag); a peptide component that acts as a chaperone (eg, a trigger factor); a protein having other functions or Peptide components as protein domains or linkers connecting them may be mentioned.

本発明のタンパク質は、所定の条件(例、30〜37℃、pH7.0〜10.0)下で、配列番号2のアミノ酸配列からなるタンパク質の約50%以上の活性、好ましくは約80%以上の活性、より好ましくは約90%以上の活性、さらにより好ましくは約100%以上の活性を保持していることが望ましい。   The protein of the present invention has an activity of about 50% or more, preferably about 80% of the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 under predetermined conditions (eg, 30 to 37 ° C., pH 7.0 to 10.0). It is desirable to retain the above activity, more preferably about 90% or more activity, and even more preferably about 100% or more activity.

本発明の1,5−PDの製造方法では、上述したようなタンパク質の作用により、L−リジンおよび/またはその塩から1,5−PDが生成される。L−リジンの塩としては、無機酸塩(例、塩酸塩)、無機塩基塩(例、アンモニウム塩)、有機酸塩(例、酢酸塩)、および有機塩基塩(例、トリエチルアミン塩)等の非金属塩、ならびにアルカリ金属塩(例、ナトリウム塩、カリウム塩)、およびアルカリ土類金属塩(例、カルシウム塩、マグネシウム塩)等の金属塩が挙げられる。   In the method for producing 1,5-PD of the present invention, 1,5-PD is produced from L-lysine and / or a salt thereof by the action of the protein as described above. Examples of L-lysine salts include inorganic acid salts (eg, hydrochloride), inorganic base salts (eg, ammonium salt), organic acid salts (eg, acetate), and organic base salts (eg, triethylamine salt). Nonmetal salts, and metal salts such as alkali metal salts (eg, sodium salt, potassium salt) and alkaline earth metal salts (eg, calcium salt, magnesium salt) can be mentioned.

所定のタンパク質の作用により、L−リジンおよび/またはその塩から1,5−ペンタンジアミンを生成することは、例えば、後述するような本発明の形質転換体を用いて、または本発明のタンパク質(例、抽出、粗精製または精製タンパク質)を用いて、行われる。本発明の形質転換体を用いて1,5−PDが生成される場合、1,5−PD生成のための条件は、後述するような形質転換体の培養条件と同様である。本発明の形質転換体を用いて1,5−PDが生成される場合、本発明のタンパク質を形質転換体外に放出させるように処理(例、破砕処理、熱処理)してもよい。タンパク質を用いて1,5−PDが生成される場合、1,5−PD生成のための反応条件は、適切な反応液(例、緩衝液)を用いて行われる。また、本発明のタンパク質を本発明の形質転換体で高発現させた後に微生物を上述のとおり処理し、微生物の処理物をL−リジンおよび/またはその塩を含む反応系に添加して、1,5−PDを生成してもよい。   Production of 1,5-pentanediamine from L-lysine and / or a salt thereof by the action of a predetermined protein can be achieved using, for example, the transformant of the present invention as described later or the protein of the present invention ( Example, extraction, crude or purified protein). When 1,5-PD is produced using the transformant of the present invention, the conditions for producing 1,5-PD are the same as the culture conditions for the transformant as described below. When 1,5-PD is produced using the transformant of the present invention, the protein of the present invention may be treated (eg, crushing treatment, heat treatment) so as to be released from the transformant. When 1,5-PD is produced using protein, the reaction conditions for producing 1,5-PD are performed using an appropriate reaction solution (eg, buffer solution). Further, after the protein of the present invention is highly expressed in the transformant of the present invention, the microorganism is treated as described above, and the treated product of the microorganism is added to a reaction system containing L-lysine and / or a salt thereof. , 5-PD may be generated.

本発明の1,5−PDの製造方法は、1,5−PDを生成し得る限り任意のpH条件で行うことができるが、中性またはアルカリ条件下で行われてもよい。本発明のタンパク質は、このような条件下で安定性が高いという特性を有し得る。したがって、本発明の1,5−PDの製造方法は、pH7.0〜10.0の条件下で好適に行うことができる。本発明の製造方法はまた、1,5−PDの収量を向上させるため、反応系中にL−リジンおよび/またはその塩を追加することをさらに含んでいてもよい。   The method for producing 1,5-PD of the present invention can be carried out under any pH condition as long as 1,5-PD can be produced, but may be carried out under neutral or alkaline conditions. The protein of the present invention may have the property of being highly stable under such conditions. Therefore, the method for producing 1,5-PD of the present invention can be suitably carried out under the condition of pH 7.0 to 10.0. The production method of the present invention may further include adding L-lysine and / or a salt thereof to the reaction system in order to improve the yield of 1,5-PD.

1,5−PDの回収および精製は、当該分野で知られている任意の方法により行うことができる(例、背景技術で挙げた先行文献、および国際公開第2013/108859号を参照)。例えば、抽出、沈澱、濾過、カラムクロマトグラフィー等の慣用手法を利用できる。   The recovery and purification of 1,5-PD can be carried out by any method known in the art (see, for example, the prior art cited in the background art and WO2013 / 1088859). For example, conventional techniques such as extraction, precipitation, filtration, and column chromatography can be used.

本発明のポリヌクレオチドは、下記(A)〜(D)からなる群より選ばれる:
(A)配列番号1のヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド;
(B)配列番号1のヌクレオチド配列に対して少なくとも90%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ、リジン脱炭酸活性を有するタンパク質をコードする、ポリヌクレオチド;
(C)配列番号1のヌクレオチド配列に対して相補的なヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェント条件下でハイブリダイズし、かつ、リジン脱炭酸活性を有するタンパク質をコードする、ポリヌクレオチド;および
(D)本発明のタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
The polynucleotide of the present invention is selected from the group consisting of the following (A) to (D):
(A) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1;
(B) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence having at least 90% identity to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and encoding a protein having lysine decarboxylation activity;
(C) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and encodes a protein having lysine decarboxylation activity; and (D ) A polynucleotide encoding the protein of the present invention.

本発明のポリヌクレオチドは、DNAであってもRNAであってもよいが、DNAであることが好ましい。本発明のポリヌクレオチドは、本発明のタンパク質をコードし得る。本発明のポリヌクレオチドはまた、本発明のタンパク質と同様の微生物に由来し得る。   The polynucleotide of the present invention may be DNA or RNA, but is preferably DNA. The polynucleotide of the present invention may encode the protein of the present invention. The polynucleotide of the present invention can also be derived from the same microorganism as the protein of the present invention.

(B)において、ヌクレオチド配列の「同一性」は、アミノ酸配列について上述した方法と同様に決定することができる。ヌクレオチド配列の同一性パーセントは、好ましくは92%以上、より好ましくは95%以上、さらにより好ましくは97%以上、最も好ましくは98%以上または99%以上であってもよい。(C)において、「ストリンジェント条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。このような条件を明確に数値化することは困難であるが、一例を示せば、高い同一性%を示す実質的に同一のポリヌクレオチド同士、例えば上述した同一性%を有するポリヌクレオチド同士がハイブリダイズし、それより低い同一性%を示すポリヌクレオチド同士がハイブリダイズしない条件である。具体的には、このような条件としては、6×SSC(塩化ナトリウム/クエン酸ナトリウム)中、約45℃でのハイブリダイゼーション、続いて、0.2×SSC、0.1%SDS中、50〜65℃での1または2回以上の洗浄が挙げられる。(B)および(C)のポリヌクレオチドによりコードされるタンパク質は、所定の条件(例、30〜37℃、pH7.0〜10.0)下で、配列番号2のアミノ酸配列からなるタンパク質の約50%以上の活性、好ましくは約80%以上の活性、より好ましくは約90%以上の活性、さらにより好ましくは約100%以上の活性を保持していることが望ましい。本発明のポリヌクレオチドはまた、5’末端または3’末端に、上述したような他のペプチド成分(例、タグ部分)をコードするポリヌクレオチドを有していてもよい。   In (B), the “identity” of the nucleotide sequence can be determined in the same manner as described above for the amino acid sequence. The percent nucleotide sequence identity may preferably be 92% or more, more preferably 95% or more, even more preferably 97% or more, and most preferably 98% or more or 99% or more. In (C), “stringent conditions” refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. Although it is difficult to clearly quantify such conditions, for example, substantially identical polynucleotides exhibiting high% identity, for example, polynucleotides having the above-mentioned% identity are hybridized. This is a condition in which polynucleotides that are soybeans and have a lower percent identity do not hybridize. Specifically, such conditions include hybridization at about 45 ° C. in 6 × SSC (sodium chloride / sodium citrate), followed by 50 × 0.2 × SSC in 0.1% SDS. One or more washings at ˜65 ° C. may be mentioned. The protein encoded by the polynucleotides (B) and (C) is approximately about the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 under predetermined conditions (eg, 30 to 37 ° C., pH 7.0 to 10.0). It is desirable to retain at least 50% activity, preferably at least about 80% activity, more preferably at least about 90% activity, even more preferably at least about 100% activity. The polynucleotide of the present invention may also have a polynucleotide encoding another peptide component (eg, tag portion) as described above at the 5 'end or 3' end.

本発明のタンパク質は、本発明の形質転換体を用いて、または無細胞系等を用いて、調製することができる。本発明の形質転換体は、例えば、本発明の発現ベクターを作製し、次いで、この発現ベクターを微生物(宿主)に導入することにより作製できる。   The protein of the present invention can be prepared using the transformant of the present invention or using a cell-free system or the like. The transformant of the present invention can be prepared, for example, by preparing the expression vector of the present invention and then introducing this expression vector into a microorganism (host).

本発明の発現ベクターは、本発明のポリヌクレオチドを含む。本発明の発現ベクターはまた、本発明のポリヌクレオチドに加えて、プロモーター、ターミネーターおよび薬剤(例、テトラサイクリン、アンピシリン、カナマイシン、ハイグロマイシン、ホスフィノスリシン)耐性遺伝子をコードする領域等の領域をさらに含むことができる。本発明の発現ベクターは、プラスミドであっても組込み型(integrative)ベクターであってもよい。本発明の発現ベクターはまた、ウイルスベクターであっても無細胞系用ベクターであってもよい。本発明の発現ベクターはさらに、本発明のポリヌクレオチドに対して3’または5’末端側に、本発明のタンパク質に付加され得る他のペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含んでいてもよい。他のペプチド成分をコードするポリヌクレオチドとしては、例えば、上述したような目的タンパク質の精製を容易にするペプチド成分をコードするポリヌクレオチド、上述したような目的タンパク質の可溶性を向上させるペプチド成分をコードするポリヌクレオチド、シャペロンとして働くペプチド成分をコードするポリヌクレオチド、他の機能をもつタンパク質あるいはタンパク質のドメインあるいはそれらとをつなぐリンカーとしてのペプチド成分をコードするポリヌクレオチドが挙げられる。他のペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む種々の発現ベクターが利用可能である。したがって、本発明の発現ベクターの作製のため、このような発現ベクターを利用してもよい。例えば、目的タンパク質の精製を容易にするペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクター(例、pET−15b、pET−51b、pET−41a、pMAL−p5G)、目的タンパク質の可溶性を向上させるペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクター(例、pET−50b)、シャペロンとして働くペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクター(例、pCold TF)、他の機能をもつタンパク質あるいはタンパク質のドメインあるいはそれらとをつなぐリンカーとしてのペプチド成分をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを利用することができる。本発明のタンパク質とそれに付加された他のペプチド成分との切断をタンパク質発現後に可能にするため、本発明の発現ベクターは、プロテアーゼによる切断部位をコードする領域を、本発明のタンパク質をコードするポリヌクレオチドと他のペプチド成分をコードするポリヌクレオチドとの間に含んでいてもよい。   The expression vector of the present invention contains the polynucleotide of the present invention. In addition to the polynucleotide of the present invention, the expression vector of the present invention further comprises a region such as a region encoding a promoter, terminator and drug (eg, tetracycline, ampicillin, kanamycin, hygromycin, phosphinothricin) resistance gene. Can be included. The expression vector of the present invention may be a plasmid or an integrative vector. The expression vector of the present invention may be a viral vector or a cell-free vector. The expression vector of the present invention may further contain a polynucleotide encoding another peptide component that can be added to the protein of the present invention at the 3 'or 5' terminal side of the polynucleotide of the present invention. Examples of the polynucleotide encoding another peptide component include a polynucleotide encoding a peptide component that facilitates purification of the target protein as described above, and a peptide component that improves the solubility of the target protein as described above. Examples of the polynucleotide include a polynucleotide encoding a peptide component that functions as a chaperone, and a polynucleotide encoding a protein component having another function, a domain of the protein, or a peptide component as a linker connecting them. Various expression vectors containing polynucleotides encoding other peptide components are available. Therefore, such an expression vector may be used for preparing the expression vector of the present invention. For example, an expression vector (eg, pET-15b, pET-51b, pET-41a, pMAL-p5G) containing a polynucleotide encoding a peptide component that facilitates purification of the target protein, and a peptide component that improves the solubility of the target protein Expression vector (eg, pET-50b) containing a polynucleotide encoding a protein, an expression vector (eg, pCold TF) containing a polynucleotide encoding a peptide component that acts as a chaperone, a protein having a different function or a protein domain, or An expression vector containing a polynucleotide that encodes a peptide component as a linker for linking can be used. In order to enable cleavage of the protein of the present invention and other peptide components added thereto after protein expression, the expression vector of the present invention comprises a region encoding a protease cleavage site in a region encoding a protein encoding the protein of the present invention. It may be contained between the nucleotide and a polynucleotide encoding another peptide component.

本発明のタンパク質を発現させるための微生物としては、例えばエシェリヒア・コリ(Escherichia coli)等のエシェリヒア属細菌、コリネバクテリウム属細菌〔例、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)〕、パントエア・アナナティス(Pantoea ananatis)等のパントエア属細菌、およびバチルス属細菌〔例、バチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)〕をはじめとする種々の原核細胞、サッカロマイセス属細菌〔例、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)〕、ピヒア属細菌〔例、ピヒア・スティピティス(Pichia stipitis)〕、アスペルギルス属細菌〔例、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)〕をはじめとする種々の真核細胞を用いることができる。微生物としては、所定の遺伝子を欠損する株を用いてもよい。形質転換体としては、例えば、細胞質中に発現ベクターを保有する形質転換体、およびゲノム上に目的遺伝子が導入された形質転換体が挙げられる。   Examples of microorganisms for expressing the protein of the present invention include bacteria belonging to the genus Escherichia such as Escherichia coli, bacteria belonging to the genus Corynebacterium (eg, Corynebacterium glutamicum), Pantoea ananatis ( Pantoea bacteria such as Pantoea ananatis, and various prokaryotic cells such as Bacillus subtilis, eg, Bacillus subtilis, eg, Saccharomyces cerevisiae, eg, Saccharomyces cerevisiae, Bacteria [eg, Pichia stipitis], Aspergillus bacteria [eg It is possible to use various eukaryotic cells including Aspergillus oryzae (Aspergillus oryzae)]. As the microorganism, a strain lacking a predetermined gene may be used. Examples of the transformant include a transformant having an expression vector in the cytoplasm, and a transformant having a target gene introduced on the genome.

本発明の形質転換体は、所定の培養装置(例、試験管、フラスコ、ジャーファーメンター)を用いて、例えば後述の組成を有する培地において培養することができる。培養条件は適宜設定することができる。具体的には、培養温度は10℃〜37℃であってもよく、pHは6.5〜7.5であってもよく、培養時間は1h〜100hであってもよい。また、溶存酸素濃度を管理しつつ培養を行っても良い。この場合、培養液中の溶存酸素濃度(DO値)を制御の指標として用いることがある。大気中の酸素濃度を21%とした場合の相対的な溶存酸素濃度DO値が、例えば1〜10%を、好ましくは3%〜8%を下回らない様に、通気・攪拌条件を制御することが出来る。また、培養はバッチ培養であっても、フェドバッチ培養であっても良い。フェドバッチ培養の場合は糖源となる溶液やリン酸を含む溶液を培養液に連続的あるいは不連続的に逐次添加して、培養を継続することも出来る。   The transformant of the present invention can be cultured in a medium having the composition described below, for example, using a predetermined culture apparatus (eg, test tube, flask, jar fermenter). The culture conditions can be set as appropriate. Specifically, the culture temperature may be 10 ° C. to 37 ° C., the pH may be 6.5 to 7.5, and the culture time may be 1 h to 100 h. Moreover, you may culture | cultivate, managing a dissolved oxygen concentration. In this case, the dissolved oxygen concentration (DO value) in the culture solution may be used as a control index. Control the aeration / stirring conditions so that the relative dissolved oxygen concentration DO value when the atmospheric oxygen concentration is 21%, for example, does not fall below 1-10%, preferably below 3% -8%. I can do it. Further, the culture may be batch culture or fed-batch culture. In the case of fed-batch culture, a solution serving as a sugar source or a solution containing phosphoric acid can be added continuously or discontinuously to the culture solution to continue the culture.

形質転換される微生物は、上述したとおりであるが、エシェリヒア・コリについて詳述すると、エシェリヒア・コリK12株亜種のエシェリヒア・コリ JM109株、DH5α株、HB101株、BL21(DE3)株などから選択することが出来る。形質転換を行う方法、および形質転換体を選別する方法は、Molecular Cloning: A Laboratory Manual,3rd edition,Cold Spring Harbor press(2001/01/15)などにも記載されている。以下、形質転換されたエシェリヒア・コリを作製し、これを用いて所定の酵素を製造する方法を、一例としてより具体的に説明する。   The microorganism to be transformed is as described above, but when Escherichia coli is described in detail, Escherichia coli K12 strain subspecies Escherichia coli JM109 strain, DH5α strain, HB101 strain, BL21 (DE3) strain and the like are selected. I can do it. Methods for performing transformation and methods for selecting transformants are also described in Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd edition, Cold Spring Harbor press (2001/01/15) and the like. Hereinafter, a method for producing transformed Escherichia coli and producing a predetermined enzyme using the transformed Escherichia coli will be described more specifically as an example.

本発明のポリヌクレオチドを発現させるプロモーターとしては、通常エシェリヒア・コリにおける異種タンパク質生産に用いられるプロモーターを使用することができ、例えば、PhoA、PhoC、T7プロモーター、lacプロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター、tacプロモーター、ラムダファージのPRプロモーター、PLプロモーター、T5プロモーター等の強力なプロモーターが挙げられ、PhoA、PhoC、lacが好ましい。また、ベクターとしては、例えば、pUC(例、pUC19、pUC18)、pSTV、pBR(例、pBR322)、pHSG(例、pHSG299、pHSG298、pHSG399、pHSG398)、RSF(例、RSF1010)、pACYC(例、pACYC177、pACYC184)、pMW(例、pMW119、pMW118、pMW219、pMW218)、pQE(例、pQE30)、およびその誘導体等を用いてもよい。他のベクターとしては、ファージDNAのベクターを利用してもよい。さらに、プロモーターを含み、挿入DNA配列を発現させることができる発現ベクターを使用してもよい。好ましくは、ベクターは、pUC、pSTV、pMWであってもよい。   As the promoter for expressing the polynucleotide of the present invention, a promoter usually used for heterologous protein production in Escherichia coli can be used. For example, PhoA, PhoC, T7 promoter, lac promoter, trp promoter, trc promoter, tac Strong promoters such as a promoter, lambda phage PR promoter, PL promoter, T5 promoter and the like can be mentioned, and PhoA, PhoC, and lac are preferable. Examples of the vector include pUC (eg, pUC19, pUC18), pSTV, pBR (eg, pBR322), pHSG (eg, pHSG299, pHSG298, pHSG399, pHSG398), RSF (eg, RSF1010), pACYC (eg, pACYC177, pACYC184), pMW (eg, pMW119, pMW118, pMW219, pMW218), pQE (eg, pQE30), and derivatives thereof may be used. As other vectors, phage DNA vectors may be used. Furthermore, an expression vector containing a promoter and capable of expressing the inserted DNA sequence may be used. Preferably, the vector may be pUC, pSTV, pMW.

また、本発明のポリヌクレオチドの下流に転写終結配列であるターミネーターを連結してもよい。このようなターミネーターとしては、例えば、T7ターミネーター、fdファージターミネーター、T4ターミネーター、テトラサイクリン耐性遺伝子のターミネーター、trpA遺伝子のターミネーターが挙げられる。   Further, a terminator that is a transcription termination sequence may be linked downstream of the polynucleotide of the present invention. Examples of such terminators include T7 terminator, fd phage terminator, T4 terminator, tetracycline resistance gene terminator, and trpA gene terminator.

本発明のポリヌクレオチドをエシェリヒア・コリに導入するためのベクターとしては、いわゆるマルチコピー型のものが好ましく、ColE1由来の複製開始点を有するプラスミド、例えばpUC系のプラスミドやpBR322系のプラスミドあるいはその誘導体が挙げられる。ここで、「誘導体」とは、塩基の置換、欠失、挿入および/または付加などによってプラスミドに改変を施したものを意味する。   As a vector for introducing the polynucleotide of the present invention into Escherichia coli, a so-called multicopy type is preferable, and a plasmid having a replication origin derived from ColE1, such as a pUC series plasmid, a pBR322 series plasmid or a derivative thereof. Is mentioned. Here, the “derivative” means one obtained by modifying a plasmid by base substitution, deletion, insertion and / or addition.

また、形質転換体を選別するために、ベクターがアンピシリン耐性遺伝子等のマーカーを有することが好ましい。このようなプラスミドとして、強力なプロモーターを持つ発現ベクターが市販されている〔例、pUC系(タカラバイオ社製)、pPROK系(クローンテック社製)、pKK233−2(クローンテック社製)〕。   In order to select transformants, the vector preferably has a marker such as an ampicillin resistance gene. As such a plasmid, an expression vector having a strong promoter is commercially available [eg, pUC system (manufactured by Takara Bio Inc.), pPROK system (manufactured by Clontech), pKK233-2 (manufactured by Clontech)].

得られた本発明の発現ベクターを用いてエシェリヒア・コリを形質転換し、このエシェリヒア・コリを培養することにより、本発明のタンパク質を得ることができる。   The protein of the present invention can be obtained by transforming Escherichia coli using the obtained expression vector of the present invention and culturing the Escherichia coli.

培地としては、M9−カザミノ酸培地、LB培地など、エシェリヒア・コリを培養するために通常用いる培地を用いてもよい。培地は、所定の炭素源、窒素源、補酵素(例、塩酸ピリドキシン)を含有していてもよい。具体的には、ペプトン、酵母エキス、NaCl、グルコース、MgSO、硫酸アンモニウム、リン酸二水素カリウム、硫酸第二鉄、硫酸マンガン、などを用いても良い。また、培養条件、生産誘導条件は、用いたベクターのマーカー、プロモーター、微生物等の種類に応じて適宜選択される。 As the medium, a medium usually used for culturing Escherichia coli such as M9-casamino acid medium and LB medium may be used. The culture medium may contain a predetermined carbon source, nitrogen source, and coenzyme (eg, pyridoxine hydrochloride). Specifically, peptone, yeast extract, NaCl, glucose, MgSO 4 , ammonium sulfate, potassium dihydrogen phosphate, ferric sulfate, manganese sulfate, and the like may be used. Culture conditions and production induction conditions are appropriately selected according to the types of markers, promoters, microorganisms and the like of the vector used.

本発明のタンパク質を回収するには、以下の方法などがある。本発明のタンパク質は、本発明の形質転換体を回収した後、菌体を破砕(例、ソニケーション、ホモジナイゼーション)または溶解(例、リゾチーム処理)することにより、破砕物または溶解物として得ることができる。このような破砕物または溶解物を、抽出、沈澱、濾過、カラムクロマトグラフィー等の手法に供することにより、本発明のタンパク質を得ることができる。あるいは、本発明のタンパク質の回収は、本発明の形質転換体を、上述したような処理に付した後に行うことができる。   In order to recover the protein of the present invention, there are the following methods. The protein of the present invention is obtained as a crushed material or lysate by recovering the transformant of the present invention and then crushing (eg, sonication, homogenization) or lysing (eg, lysozyme treatment) be able to. The protein of the present invention can be obtained by subjecting such crushed material or lysate to techniques such as extraction, precipitation, filtration, and column chromatography. Alternatively, the protein of the present invention can be recovered after subjecting the transformant of the present invention to the treatment as described above.

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

実施例1:新規リジン脱炭酸酵素(LDC)遺伝子の同定
1−1)新規リジン脱炭酸酵素活性を有する菌の自然界からの分離
各種土壌サンプルをL−リジン塩酸塩10g/l、リン酸二水素カリウム3.56g/l、硫酸マグネシウム七水和物0.1g/l、塩化ナトリウム2g/l、酵母エキス0.2g/l、トリプトン2g/lおよび炭酸ナトリウム0.1g/lを含む培地(LDH培地、pH9.2)3mlを入れた試験官に添加し、37℃で2から7日間振盪培養した。菌の生育の認められた培地を新しい培地に植え継ぎ、同じ条件で振盪培養を行った。これらの培養液を同じ組成の平板寒天培地にプレーティングし、LDH培地培地にて良好に生育する菌397株を単離した。
Example 1: Identification of a novel lysine decarboxylase (LDC) gene 1-1) Separation of bacteria having a novel lysine decarboxylase activity from nature Various soil samples were obtained from L-lysine hydrochloride 10 g / l, dihydrogen phosphate Medium containing LDH 3.56 g / l, magnesium sulfate heptahydrate 0.1 g / l, sodium chloride 2 g / l, yeast extract 0.2 g / l, tryptone 2 g / l and sodium carbonate 0.1 g / l Medium, pH 9.2) was added to the examiner with 3 ml, and cultured with shaking at 37 ° C. for 2 to 7 days. A medium in which the growth of the fungus was observed was transferred to a new medium, and shaking culture was performed under the same conditions. These culture solutions were plated on a plate agar medium having the same composition, and 397 strains of bacteria that grew well on LDH medium were isolated.

次に、平板培地にて培養した単離菌をかきとり、リジンHCl塩 4g/l、N−Cyclohexyl−2−aminoethanesulfonic acid(CHES)20.7g/l(100mM)、Pyridoxal−5’−phosphate(PLP) 26.5mg/lを含む反応液50μl(pH8.4および9.2)に添加し、37℃で16時間反応させ、リジン脱炭酸反応を行った。1,5−PDを生成し、かつpH8.4と9.2での生成量の差が少ない株として日本国内の土壌より単離された一株を選抜した。本株は、16S rDNA解析よりPseudomonas otitidisに近縁のPseudomonas属細菌に帰属されることが判明した。本株をPS2936株と命名した。   Next, the isolated bacteria cultured on a plate medium were scraped, and lysine HCl salt 4 g / l, N-Cyclohexyl-2-aminoethanesulfonic acid (CHES) 20.7 g / l (100 mM), Pyridoxal-5′-phosphate (PLP) ) The reaction solution was added to 50 μl (pH 8.4 and 9.2) containing 26.5 mg / l and reacted at 37 ° C. for 16 hours to carry out lysine decarboxylation. One strain isolated from soil in Japan was selected as a strain producing 1,5-PD and having a small difference in the production amount between pH 8.4 and 9.2. This strain was found to be attributed to Pseudomonas bacteria closely related to Pseudomonas otitidis by 16S rDNA analysis. This strain was named PS2936 strain.

酵素活性はリジンおよび1,5−PDをポストカラムOPA法(S.R.Vale and M.B.Gloria,Journal Of AOAC International(1997) vol.80,p.1006−1012)によりHPLCで定量する方法、もしくは残存するL−リジンをバイオセンサBF−5(王子計測機器株式会社)にて定量する方法で測定した。   Enzymatic activity is determined by HPLC for lysine and 1,5-PD by post-column OPA method (SR Val and MB Gloria, Journal Of AOAC International (1997) vol. 80, p. 1006-1012). This was measured by a method or a method of quantifying the remaining L-lysine with a biosensor BF-5 (Oji Scientific Instruments).

1−2)菌株からの新規リジン脱炭酸酵素(LDC)遺伝子のクローニング
PS2936株からゲノムを調製し、NexteraXT kit(Illumina社)用いて調製したサンプルを、MiSeq II 次世代シーケンサ(Illumina社)を用いてゲノム配列を分析した。E.coliアミノ酸脱炭酸酵素のホモロジーに基づき、得られたゲノム配列からリジン脱炭酸酵素をコードする候補遺伝子を検索した。その結果、配列表1に示す751アミノ酸残基のタンパク質をコードする2,253bpのORFが見出された。配列表2に示すアミノ酸配列のタンパク質はBlast検索した結果、Pseudomonas resinovorans NBRC 106553由来のputative Orn/Arg/Lys脱炭酸酵素と最も高い相同性を示し、本遺伝子配列との相同性は87%(640アミノ酸残基のうち562アミノ酸が相同)であった。
1-2) Cloning of a novel lysine decarboxylase (LDC) gene from a strain Using a MiSeq II next-generation sequencer (Illumina), a genome prepared from the PS2936 strain and prepared using NexteraXT kit (Illumina) The genome sequence was analyzed. E. Based on the homology of E. coli amino acid decarboxylase, a candidate gene encoding lysine decarboxylase was searched from the obtained genome sequence. As a result, a 2,253 bp ORF encoding a protein having 751 amino acid residues shown in Sequence Listing 1 was found. As a result of Blast search, the protein having the amino acid sequence shown in Sequence Listing 2 showed the highest homology with the putative Orn / Arg / Lys decarboxylase derived from Pseudomonas resinovans NBRC 106553, and the homology with this gene sequence was 87% (640 562 of the amino acid residues were homologous).

本アミノ酸配列に基づいて設計されたプライマーセット(PSLDCFおよびPSLDCR)で、K2936株の染色体を鋳型として、PCR法により本候補酵素遺伝子(LDC)を含むDNA断片を増幅した。これをプラスミドpET28a(+)(Novagen)のNdeI−EcoRIサイトに連結した発現プラスミドを構築し、pSP410と命名した。
PSLDCF:5’−cgcgcggcagccatatgtacaaagacctgaagttcc(配列番号3)
PSLDCR:5’−gcaggagctcgaatttcactccttgatgcaatcaac(配列番号4)
Using a primer set (PSLDCF and PSLDCR) designed based on this amino acid sequence, a DNA fragment containing the candidate enzyme gene (LDC) was amplified by PCR using the chromosome of K2936 strain as a template. An expression plasmid was constructed by ligating this to the NdeI-EcoRI site of plasmid pET28a (+) (Novagen), and was designated pSP410.
PSLDCF: 5′-cgcgcggcaggccatgtcaaaaagacctgaagttcc (SEQ ID NO: 3)
PSLDCR: 5'-gcaggagctcgaattttactctttgtatgcaatcaac (SEQ ID NO: 4)

実施例2:新規リジン脱炭酸酵素遺伝子の活性確認と性質検討
実施例1にて構築した発現プラスミドpSP410でE.coli BL21株を形質転換し、本形質転換体をアンピシリン100μg/mlとIPTG 1mMを含むLB培地50mlに接種し、37℃で24時間培養した。該培養液から遠心分離により菌体を集め、生理食塩水で1回洗浄した後、菌体を5mlの100mMリン酸カリウムバッファー(pH7.0)に懸濁し、4℃で20分間超音波処理を行い破砕した。処理液を8,000r.p.m.で10分間遠心分離して不溶性画分を除き、無細胞抽出液を調製した。
Example 2: Confirmation of activity and characterization of novel lysine decarboxylase gene E. coli expressed in expression plasmid pSP410 constructed in Example 1 E. coli BL21 strain was transformed, and this transformant was inoculated into 50 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin and 1 mM of IPTG and cultured at 37 ° C. for 24 hours. The cells are collected from the culture by centrifugation, washed once with physiological saline, suspended in 5 ml of 100 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), and sonicated at 4 ° C. for 20 minutes. And then crushed. The processing solution was 8,000 r. p. m. The mixture was centrifuged for 10 minutes to remove the insoluble fraction, and a cell-free extract was prepared.

リジンベース 8g/l、Pyridoxal−5’−phosphate(PLP) 26.5mg/l、および各種緩衝液100mMでpHを6から10までに調整した反応液1mlに菌体処理物0.1mlを添加して37℃で一時間反応した。緩衝液成分としてTris(hydroxymethyl)aminomethane(Tris)12.1g/l(pH7,7.5,8,8.5)、N−Cyclohexyl−2−aminoethanesulfonic acid(CHES)20.7g/l(pH8.6,9、9.)、N−cyclohexyl−3−aminopropanesulfonic acid(CAPS)22.1g/l(pH9.7,10)を用いた。反応液0.1mlを採取して1mlの1%(v/v)リン酸に添加し、反応を停止し、生成する1,5−PDを定量した。   Add 0.1 ml of bacterial cell treatment product to 1 ml of lysine base 8 g / l, Pyridoxal-5′-phosphate (PLP) 26.5 mg / l, and 1 ml of reaction solution adjusted to pH 6 to 10 with various buffer solutions 100 mM. And reacted at 37 ° C. for 1 hour. Tris (hydroxymethyl) aminomethane (Tris) 12.1 g / l (pH 7, 7.5, 8, 8.5), N-Cyclohexyl-2-aminoethanesulfonic acid (CHES) 20.7 g / l (pH 8. 6,9,9.), N-cyclohexyl-3-aminopropanesulfonic acid (CAPS) 22.1 g / l (pH 9.7, 10) was used. 0.1 ml of the reaction solution was collected and added to 1 ml of 1% (v / v) phosphoric acid to stop the reaction, and 1,5-PD produced was quantified.

各pHにて活性を測定した結果を図1に示す。E.coli由来リジン脱炭酸酵素(CadA)の至適pHは6.2と報告されているが(参考文献:J Bacteriol.(1997)179,4486−92)、本酵素はpH7.5〜8.0で最大活性を示し、1,5−PD生産に適した性質であると考えられた。   The results of measuring the activity at each pH are shown in FIG. E. Although the optimal pH of E. coli-derived lysine decarboxylase (CadA) has been reported to be 6.2 (reference: J Bacteriol. (1997) 179, 4486-92), the enzyme has a pH of 7.5 to 8.0. It was considered that this was a property suitable for 1,5-PD production.

また、本LDCはpH8で最大活性を示したため、以降の実験では酵素活性測定はTris緩衝液を用いて、pH8.0、30℃の条件で1分間に1μmolの1,5−PDを生成する活性を1unitと定めた。   In addition, since this LDC showed the maximum activity at pH 8, in the subsequent experiments, enzyme activity measurement uses Tris buffer to produce 1 μmol of 1,5-PD per minute under the conditions of pH 8.0 and 30 ° C. The activity was defined as 1 unit.

実施例3:新規リジンの脱炭酸酵素を用いた反応
さらに実施例2で調製した粗酵素液を用い、アルカリ性の反応液でリジンから1,5−PD生産反応を試みた。リジンベース 50g/l(pH8.5)、PLP 2.63mg/lに粗酵素液を終濃度で6.3U/mlとなるように添加し、30℃で反応中のpHは調整せず、反応させた。対照として特開第2008−193899号公報の実施例1に記載の方法に従いE.coli W3110(ATCC39936)由来リジン脱炭酸酵素(CadA)発現株を構築し、本菌から粗酵素液を調製し、7.0U/ml(CadA活性はpH6測定)の活性量を添加して反応を行った。
Example 3: Reaction of novel lysine using decarboxylase Further, the crude enzyme solution prepared in Example 2 was used to try 1,5-PD production reaction from lysine with an alkaline reaction solution. The crude enzyme solution was added to lysine base 50 g / l (pH 8.5) and PLP 2.63 mg / l so that the final concentration was 6.3 U / ml, and the pH during the reaction was not adjusted at 30 ° C. I let you. As a control, E. coli was prepared according to the method described in Example 1 of JP-A-2008-193899. E. coli W3110 (ATCC 39936) -derived lysine decarboxylase (CadA) expression strain is prepared, a crude enzyme solution is prepared from this bacterium, and the reaction is carried out with an amount of 7.0 U / ml (CadA activity measured at pH 6). went.

リジン消費に関する反応の経時的変化を図2に示す。E.coli由来リジン脱炭酸酵素を用いた反応はこの条件で停止したが、PS2936株由来のリジン脱炭酸酵素を用いた反応ではリジンが消費された。これより、本酵素を高pHの反応で用いることで、酸の添加量を大きく削減できることが示された。   The time course of the reaction for lysine consumption is shown in FIG. E. Although the reaction using E. coli-derived lysine decarboxylase was stopped under these conditions, lysine was consumed in the reaction using the lysine decarboxylase derived from PS2936 strain. From this, it was shown that the amount of acid added can be greatly reduced by using this enzyme in a high pH reaction.

本発明は、ポリアミド樹脂などの樹脂原料として、あるいは医薬中間体として利用できる1,5−PDの製造に有用である。   The present invention is useful for the production of 1,5-PD that can be used as a resin raw material such as a polyamide resin or as a pharmaceutical intermediate.

Claims (10)

下記からなる群より選ばれるタンパク質の作用により、L−リジンおよび/またはその塩から1,5−ペンタンジアミンを生成することを含む、1,5−ペンタンジアミンの製造方法:
(a)配列番号2のアミノ酸配列を含むタンパク質;
(b)配列番号2のアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質;および
(c)配列番号2のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質。
A method for producing 1,5-pentanediamine, which comprises producing 1,5-pentanediamine from L-lysine and / or a salt thereof by the action of a protein selected from the group consisting of:
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
(B) a protein comprising an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having lysine decarboxylation activity; and (c) a sequence A protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity to the amino acid sequence of No. 2 and having lysine decarboxylation activity.
前記反応がpH7.0〜10.0の条件下で行われる、請求項1記載の方法。   The process according to claim 1, wherein the reaction is carried out under conditions of pH 7.0 to 10.0. 前記タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターで形質転換された微生物を用いて、L−リジンおよび/またはその塩から1,5−ペンタンジアミンを生成することを含む、請求項1または2記載の方法。   The method according to claim 1, comprising producing 1,5-pentanediamine from L-lysine and / or a salt thereof using a microorganism transformed with an expression vector comprising a polynucleotide encoding the protein. Method. 前記微生物がエシェリヒア・コリである、請求項1〜3のいずれか一項記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the microorganism is Escherichia coli. 下記(a)〜(c)からなる群より選ばれるタンパク質:
(a)配列番号2のアミノ酸配列を含むタンパク質;
(b)配列番号2のアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質;および
(c)配列番号2のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質。
A protein selected from the group consisting of the following (a) to (c):
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
(B) a protein comprising an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having lysine decarboxylation activity; and (c) a sequence A protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity to the amino acid sequence of No. 2 and having lysine decarboxylation activity.
H7.0〜10.0の条件下でリジン脱炭酸活性を有する、請求項5記載のタンパク質。   The protein according to claim 5, which has lysine decarboxylation activity under conditions of H7.0 to 10.0. 下記からなる群より選ばれるポリヌクレオチド:
(A)配列番号1のヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド;
(B)配列番号1のヌクレオチド配列に対して少なくとも90%以上の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ、リジン脱炭酸活性を有するタンパク質をコードする、ポリヌクレオチド;
(C)配列番号1のヌクレオチド配列に対して相補的なヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェント条件下でハイブリダイズし、かつ、リジン脱炭酸活性を有するタンパク質をコードする、ポリヌクレオチド;および
(D)請求項5または6記載のタンパク質をコードするポリヌクレオチド。
A polynucleotide selected from the group consisting of:
(A) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1;
(B) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence having at least 90% identity to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and encoding a protein having lysine decarboxylation activity;
(C) a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and encodes a protein having lysine decarboxylation activity; and (D A polynucleotide encoding the protein according to claim 5 or 6.
請求項7記載のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。   An expression vector comprising the polynucleotide according to claim 7. 請求項8記載の発現ベクターを含む微生物。   A microorganism comprising the expression vector according to claim 8. 請求項9記載の微生物を用いて、下記(a)〜(c)からなる群より選ばれるタンパク質を生成することを含む、タンパク質の製造方法:
(a)配列番号2のアミノ酸配列を含むタンパク質;
(b)配列番号2のアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸残基の置換、欠失、挿入、または付加を含むアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質;および
(c)配列番号2のアミノ酸配列に対して90%以上の同一性を有するアミノ酸配列を含み、かつリジン脱炭酸活性を有するタンパク質。
A method for producing a protein comprising producing a protein selected from the group consisting of the following (a) to (c) using the microorganism according to claim 9:
(A) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2;
(B) a protein comprising an amino acid sequence comprising substitution, deletion, insertion, or addition of one or several amino acid residues in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having lysine decarboxylation activity; and (c) a sequence A protein comprising an amino acid sequence having 90% or more identity to the amino acid sequence of No. 2 and having lysine decarboxylation activity.
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