JP2016034273A - 改良型β−フルクトフラノシダーゼ - Google Patents
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Abstract
Description
(a)配列番号2に示す野生型β−フルクトフラノシダーゼのアミノ酸配列に対して、N末端(アミノ末端)から105番目のアスパラギン(N)をアスパラギン酸(D)に置換するアミノ酸変異を導入したアミノ酸配列、
(b)アミノ酸配列(a)において、アミノ酸変異が導入されたアミノ酸を除く1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつスクロース分解活性を有するアミノ酸配列。
(c)配列番号2に示す野生型β−フルクトフラノシダーゼのアミノ酸配列に対して、以下のi)およびii)のアミノ酸変異を導入したアミノ酸配列;
i)N末端(アミノ末端)から105番目のアスパラギン(N)をアスパラギン酸(D)またはセリン(S)に置換するアミノ酸変異、
ii)N末端(アミノ末端)から321番目のヒスチジン(H)をアルギニン(R)またはリシン(K)に置換するアミノ酸変異、
(d)アミノ酸配列(c)において、アミノ酸変異が導入されたアミノ酸を除く1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつスクロース分解活性を有するアミノ酸配列。
(ア)本発明に係る改良型β−フルクトフラノシダーゼ、本発明に係る形質転換体または本発明に係る形質転換体を培養して得られる培養物とスクロースとを接触させて、前記スクロースを単糖に分解する工程
を有する。なお、本発明に係る糖アルコールの製造方法において、上述した本発明に係る改良型β−フルクトフラノシダーゼ、ポリペプチド、DNA、組換えベクターおよび形質転換体と同じまたは相当する構成については、再度の説明を省略する。
(カ)本発明に係る改良型β−フルクトフラノシダーゼ、本発明に係る形質転換体または本発明に係る形質転換体を培養して得られる培養物とフラクトオリゴ糖溶液に含有されるスクロースとを接触させて、前記スクロースを単糖に分解する工程
を有する。なお、本発明に係るフラクトオリゴ糖高純度液の製造方法において、上述した本発明に係る改良型β−フルクトフラノシダーゼ、ポリペプチド、DNA、組換えベクター、形質転換体および糖アルコールの製造方法と同じまたは相当する構成については、再度の説明を省略する。
Gluconobacter thailandicus NBRC3255(以下、「G.thai」と略記する。)の野生型β−フルクトフラノシダーゼのアミノ酸配列(NCBI WP_007281774;配列番号2)に対して、N末から105番目のアスパラギン(N)を、アスパラギン酸(D)に置換するアミノ酸変異(以下、「N105D」と略記する。)を導入したアミノ酸配列からなる変異体のβ−フルクトフラノシダーゼを作成し、これをG.thai由来(N105D)改良型β−フルクトフラノシダーゼとした。具体的な手順を以下に示す。
まず、G.thaiのゲノムDNAを常法に従って抽出した。続いて、G.thai由来野生型β−フルクトフラノシダーゼをコードするDNAの全長の塩基配列(GI:459018877)(配列番号1)を基に、下記の配列番号3および配列番号4のプライマーを設計し、下記の条件でPCRを行うことにより、G.thai由来野生型β−フルクトフラノシダーゼをコードするDNAを増幅し、これをDNA断片1とした。
鋳型;G.thaiのゲノムDNA
フォワードプライマー;5’−AAATCTAAAAGATCCATGAATGCTATTTCCAGCCG−3’(配列番号3)
リバースプライマー;5’−TTTACCAGACTCGAGTCAGGTGCGAACGTCATAG−3’(配列番号4)
PCR用酵素;KOD−Plus−Neo(東洋紡社)
下記の条件でPCRを行うことにより、Bacillus subtilis(IAM1026、ATCC9466)のPgsAタンパク質(GenBank:AB016245.1)をコードするDNAを増幅した。得られたPCR産物を常法に従って制限酵素NdeIおよびXhoIで消化し、これをDNA断片2とした。また、DNA断片2について、常法に従ってシークエンスを行い、PgsAタンパク質をコードするDNAの塩基配列を確認した。確認したPgsAタンパク質をコードするDNAの塩基配列を配列番号5に、それにコードされるPgsAタンパク質のアミノ酸配列を配列番号6にそれぞれ示す。
鋳型;Bacillus subtilis(IAM1026、ATCC9466)のゲノムDNA
フォワードプライマー(下線はNdeIサイトを示す)5’−AAACATATGAAAAAAGAACTGAGCTTTCATG−3’(配列番号7)
リバースプライマー(下線はXhoIサイトを示す);5’−AAACTCGAGTTTAGATTTTAGTTTGTCACTATG−3’(配列番号8)
PCR用酵素;KOD−Plus−(東洋紡社)
鋳型;pCDF−pgsA組換えベクター
フォワードプライマー;5’−CTCGAGTCTGGTAAAGAAACCGCTGCTGCGAAA−3’(配列番号9)
リバースプライマー;5’− GGATCTTTTAGATTTTAGTTTGTCACTATGATCAA−3‘(配列番号10)
PCR用酵素;KOD−plus−Neo(東洋紡社)
本実施例1(2)のthai組換えベクターを鋳型として、下記の条件でPCRを行うことにより、G.thai由来(N105D)改良型β−フルクトフラノシダーゼをコードするDNAを増幅した。
フォワードプライマー;5’−GATGACCGCGCCTATATCGGCTATTGGTACA−3’(配列番号11)
リバースプライマー;5’−GCGGGAATGCCATTCATCATAAATCTTGGCA−3’(配列番号12)
PCR用酵素;KOD−Plus−NEO
本実施例1(2)のthai組換えベクターおよび本実施例1(3)のthai(N105D)組換えベクターを、E.coli JM109コンピテントセルに導入して、組換え大腸菌を回収した。続いて、組換え大腸菌から組換えベクターを回収し、これを、E.coli BL21(DE3)コンピテントセル(コスモバイオ社)に導入して、形質転換体として組換え大腸菌を得た。これを30℃で一晩プレート培養した後、組換え大腸菌のクローンをピックアップしてM9 SEED培地0.5mLに植菌し、30℃、220rpmで20時間振盪培養した。続いて、培養物のうち5μLをM9 Main培地5mLに植え継ぎ、25℃、200rpmで24時間振盪培養した。その後、培養物を12000rpmで10分間遠心分離することにより組換え大腸菌を集菌した。M9 SEED培地およびM9 Main培地の組成を以下に示す。
M9 Main培地(計100mL);水 67mL、5×M9塩 20mL、20% カザミノ酸 5mL、2mg/mL チミン 1mL、50mM CaCl2 0.2mL、100mg/mL FeSO4 28μL、Overnight Express Autoinduction System 1(O.N.E.;Merck社)Sol.1 2mL、O.N.E.Sol.2 5mL、O.N.E.Sol.3 100μL、抗生物質(終濃度50μg/mL ストレプトマイシン)。
(1)β−フルクトフラノシダーゼの酵素反応
実施例1(4)の組換え大腸菌の培養液0.5mLの集菌体、および、市販の酵母(Saccharomyces cerevisiae)由来インベルターゼ各450U(日本バイオコン社;1.62mg、三菱フードケミカル社;72mg)のそれぞれに、60(w/w)%のスクロース水溶液およびケストース水溶液各350μLならびにフラクトオリゴ糖水溶液500μLを加えて懸濁した。これらを30℃(組換え大腸菌の場合)または60℃(市販の酵母由来インベルターゼの場合)にて、200rpmで3〜24時間振盪することにより、スクロース、ケストースおよびフラクトオリゴ糖のそれぞれを基質としたβ−フルクトフラノシダーゼの酵素反応を行い、反応液を得た。すなわち、thai組換えベクターを導入した組換え大腸菌の反応液においては、G.thai由来野生型β−フルクトフラノシダーゼにより、thai(N105D)組換えベクターを導入した組換え大腸菌の反応液においては、G.thai由来(N105D)改良型β−フルクトフラノシダーゼにより、酵素反応を行った。
本実施例2(1)の反応液50μLに水950μLを加えることにより希釈し、100℃で10分間加熱した。これを4℃、15000×gで10分間遠心分離に供して上清を回収した後、0.45μm孔フィルターで濾過して、得られた濾液をHPLCサンプルとした。HPLCサンプルを下記の条件で高速液体クロマトグラフィー(HPLC)に供して、反応液に含まれる単糖(フルクトース、グルコース)、スクロース(2糖)およびフラクトオリゴ糖(3糖;ケストース、4糖;ニストース、5糖:フラクトシルニストース)の割合を確認した。各糖の割合は、検出された全ピークの面積の総和に対する各ピークの面積の割合として、面積百分率で算出した。スクロースを基質とした反応液の結果を表1に、ケストースを基質とした反応液の結果を表2に、フラクトオリゴ糖を基質とした反応液の結果を表3に、それぞれ示す。
カラム;SHODEX KS 802(8.0φ×300mm) 2本
移動相;水
流速 ;1.0mL/分
注入量;20μL
温度 ;50℃
検出 ;示差屈折率検出器(RID;昭和電工社)(ピーク面積を用いた面積百分率)
G.thai由来野生型β−フルクトフラノシダーゼのアミノ酸配列(配列番号2)に対して、N末から105番目のアスパラギン(N)を、アスパラギン酸(D)、セリン(S)またはヒスチジン(H)に置換するアミノ酸変異(以下、「N105D」、「N105S」、「N105H」と略記する。)と、N末から321番目のヒスチジン(H)を、アルギニン(R)またはリシン(K)に置換するアミノ酸変異(以下、「H321R」、「H321K」と略記する。)とを導入したアミノ酸配列からなる二重変異体のβ−フルクトフラノシダーゼを作成し、その酵素活性を評価した。具体的な手順を以下に示す。
まず、実施例1(2)のthai組換えベクターを鋳型として、下記の条件でPCRを行うことにより、「H321R」および「H321K」をそれぞれ導入したアミノ酸配列からなる変異体のβ−フルクトフラノシダーゼ(G.thai由来(H321R)改良型β−フルクトフラノシダーゼおよびG.thai由来(H321K)改良型β−フルクトフラノシダーゼ)をコードするDNAを増幅した。
「H321R」
フォワードプライマー;5’−CGTCATTCCACCTATACGGGCAAGAGCAC−3’(配列番号13)
リバースプライマー;5’−GCTGATGGTGAACAGATAGGTCAGAC−3’(配列番号14)
PCR用酵素;KOD−Plus−NEO
「H321K」
フォワードプライマー;5’−AAACATTCCACCTATACGGGCAAGAGCAC−3’(配列番号15)
リバースプライマー;5’−GCTGATGGTGAACAGATAGGTCAGAC−3’(配列番号14)
PCR用酵素;KAPA HiFi Hotstart ready Mix
「N105D/H321R」
鋳型;thai(H321R)組換えベクター
フォワードプライマー;5’−GATGACCGCGCCTATATCGGCTATTGGTACA−3’(配列番号11)
「N105S/H321R」
鋳型;thai(H321R)組換えベクター
フォワードプライマー;5’−TCTGACCGCGCCTATATCGGCTATTGGTACA−3’(配列番号17)
「N105H/H321K」
鋳型;thai(H321K)組換えベクター
フォワードプライマー;5’−CATGACCGCGCCTATATCGGCTATTGGTACA−3’(配列番号18)
「N105S/H321K」
鋳型;thai(H321K)組換えベクター
フォワードプライマー;5’−TCTGACCGCGCCTATATCGGCTATTGGTACA−3’(配列番号17)
本実施例3(1)の組換え大腸菌の集菌体について、実施例2に記載の方法により酵素反応を行った後、反応液に含まれる各糖の割合を確認した。スクロースを基質とした反応液の結果を表4に、ケストースを基質とした反応液の結果を表5に、フラクトオリゴ糖を基質とした反応液の結果を表6に、それぞれ示す。
Claims (8)
- 下記(a)または(b)のアミノ酸配列からなる改良型β−フルクトフラノシダーゼ;
(a)配列番号2に示す野生型β−フルクトフラノシダーゼのアミノ酸配列に対して、N末端から105番目のアスパラギン(N)をアスパラギン酸(D)に置換するアミノ酸変異を導入したアミノ酸配列、
(b)アミノ酸配列(a)において、アミノ酸変異が導入されたアミノ酸を除く1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつスクロース分解活性を有するアミノ酸配列。 - 下記(c)または(d)のアミノ酸配列からなる改良型β−フルクトフラノシダーゼ;
(c)配列番号2に示す野生型β−フルクトフラノシダーゼのアミノ酸配列に対して、以下のi)およびii)のアミノ酸変異を導入したアミノ酸配列;
i)N末端から105番目のアスパラギン(N)をアスパラギン酸(D)またはセリン(S)に置換するアミノ酸変異、
ii)N末端から321番目のヒスチジン(H)をアルギニン(R)またはリシン(K)に置換するアミノ酸変異、
(d)アミノ酸配列(c)において、アミノ酸変異が導入されたアミノ酸を除く1もしくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつスクロース分解活性を有するアミノ酸配列。 - 請求項1または請求項2に記載の改良型β−フルクトフラノシダーゼのアミノ酸配列を含むポリペプチド。
- 請求項1または請求項2に記載の改良型β−フルクトフラノシダーゼをコードするDNA。
- 請求項4に記載のDNAを含む組換えベクター。
- 請求項4に記載のDNAまたは請求項5に記載の組換えベクターを宿主に導入して得られる、形質転換体。
- 請求項1もしくは請求項2に記載の改良型β−フルクトフラノシダーゼ、請求項6に記載の形質転換体または請求項6に記載の形質転換体を培養して得られる培養物とスクロースとを接触させて、前記スクロースを単糖に分解する工程を有する糖アルコールの製造方法。
- 請求項1もしくは請求項2に記載の改良型β−フルクトフラノシダーゼ、請求項6に記載の形質転換体または請求項6に記載の形質転換体を培養して得られる培養物とフラクトオリゴ糖溶液に含有されるスクロースとを接触させて、前記スクロースを単糖に分解する工程を有するフラクトオリゴ糖高純度液の製造方法。
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