JP2023046320A - 糖化酵素の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】バイオマスの糖化処理工程において、ペクチンに起因する高粘度化を抑制する糖化酵素の製造方法を提供する。【解決手段】下記の(a)で示される遺伝子群から選択されるポリガラクツロナーゼ遺伝子、及び(b)で示される遺伝子群から選択されるペクチンリアーゼ遺伝子のいずれか一方又は両方を導入した組み換え糸状菌を培養することを含む、バイオマス糖化酵素の製造方法。(a)PgaB遺伝子、PgaI遺伝子、PgaII遺伝子(b)PelD遺伝子、PelF遺伝子【選択図】なし

Description

本発明は、バイオマス糖化酵素の製造方法に関する。
エネルギーや素材に用いられる化石資源の枯渇、及び地球温暖化等の環境問題から、化石資源を再生可能な資源へ代替する技術開発が世界中で行われている。その中でも、カーボンニュートラルの観点からセルロース系バイオマスの高度利用が求められており、産業廃棄物の活用が期待されている。
アフリカ、アジアで生産させるキャッサバは、主にアジアではでんぷんを抽出し、タピオカでんぷんとして利用されている。タピオカでんぷんを抽出した後のキャッサバ残渣は、含水率が70~90%であり、乾燥させた後に家畜の飼料として使用されるが、全ての残渣を使用することはできておらず残りは廃棄されている。しかし、キャッサバ残渣には、でんぷん、セルロースが多く含まれ、グルコース量が豊富なバイオマスであることから、糖に変換することで高度利用が期待されている。一方、キャッサバ残渣にはでんぷん、セルロース以外にもペクチンが多く含まれることが知られている。ペクチンは天然の多糖類であり、主に細胞壁に存在する高分子であることから、高粘度となる性質を持つ。
キャッサバ残渣中のセルロースなどを糖に変換するためには、セルラーゼなどで構成されるバイオマス糖化酵素にて処理する糖化工程が必要となるが、ペクチンによる高粘度化が糖への変換効率に影響を及ぼすことが課題となっている。また、キャッサバ残渣にはでんぷん、セルロース、ペクチンの他にヘミセルロース、リグニンが含まれており、糖化にはアミラーゼ、セルラーゼ、ペクチナーゼ、ヘミセルラーゼ等複数の酵素が必要不可欠となる。
非特許文献1には、Aspergillus aculeatus由来のセルラーゼ、ヘミセルラーゼ及びペクチナーゼを含む酵素混合物が、キャッサバの根、チップ及びパルプの粘度を低下させることが開示され、また、特許文献1には、セルラーゼ及びペクチナーゼを含む酵素調製物がキャッサバ残留物中の水分含量及び材料粘度を低減し、デンプンの収量を増加できることが開示されている。
しかしながら、多種の酵素混合物を使用してバイオマスを糖化するには非常にコストがかかることから、大規模でのキャッサバ残渣の糖化の実施にはこれらの技術は実用的ではなく、糖化酵素を安価に製造できる技術が求められている。
中国特許出願公開第101285058号明細書
Aphisit Poonsrisawat et al., Process Biochemistry 49(2014)1950-1957
本発明は、バイオマスの糖化処理工程において、ペクチンに起因する高粘度化を抑制する糖化酵素の製造方法を提供することに関する。
本発明者らは、特定のペクチン分解酵素(ペクチナーゼ)の遺伝子を導入した組み換え糸状菌を培養することにより、ペクチンに起因するバイオマスの高粘度化に対して優れた抑制効果を発揮する糖化酵素を効率よく製造できることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の1)~2)に係るものである。
1)下記の(a)で示される遺伝子群から選択されるポリガラクツロナーゼ遺伝子、及び(b)で示される遺伝子群から選択されるペクチンリアーゼ遺伝子のいずれか一方又は両方を導入した組み換え糸状菌を培養することを含む、バイオマス糖化酵素の製造方法。
(a)PgaB遺伝子、PgaI遺伝子、PgaII遺伝子
(b)PelD遺伝子、PelF遺伝子、
2)下記の(a)で示される遺伝子群から選択されるポリガラクツロナーゼ遺伝子、及び(b)で示される遺伝子群から選択されるペクチンリアーゼ遺伝子のいずれか一方又は両方を導入した組み換え糸状菌を培養して得られる培養物をバイオマス糖化剤として用いる、バイオマスの糖化方法。
(a)PgaB遺伝子、PgaI遺伝子、PgaII遺伝子
(b)PelD遺伝子、PelF遺伝子、
本発明によれば、ペクチン質を含むバイオマスの糖化処理工程におけるスラリーの高粘度化を抑制し、効率的な糖化処理を可能とする糖化酵素を安価に製造することができる。
(1.定義)
本発明において、アミノ酸配列又はヌクレオチド配列の同一性は、Lipman-Pearson法(Science,1985,227:1435-1441)によって計算される。具体的には、遺伝情報処理ソフトウェアGENETYCS Ver.12のホモロジー解析(Search homology)プログラムを用いて、Unit size to compare(ktup)を2として解析を行うことにより算出される。
本発明において、アミノ酸配列又はヌクレオチド配列に関する「少なくとも90%の同一性」とは、90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは96%以上、さらに好ましくは97%以上、さらにより好ましくは98%以上、なお好ましくは99%以上の同一性をいう。
あるアミノ酸配列又はヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列又はヌクレオチド配列の例としては、1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列、1又は複数個のヌクレオチドが欠失、置換、付加、又は挿入されたヌクレオチド配列が挙げられる。
ここで、「1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列」とは、1個以上10個以下、好ましくは1個以上8個以下、より好ましくは1個以上5個以下、さらに好ましくは1個以上3個以下のアミノ酸が欠失、置換、付加、又は挿入されたアミノ酸配列をいう。また、「1又は複数個のヌクレオチドが欠失、置換、付加、又は挿入されたヌクレオチド配列」とは、1個以上30個以下、好ましくは1個以上24個以下、より好ましくは1個以上15個以下、さらにより好ましくは1個以上9個以下のヌクレオチドが欠失、置換、付加、又は挿入されたヌクレオチド配列をいう。本明細書において、アミノ酸又はヌクレオチドの「付加」には、配列の一末端及び両末端へのアミノ酸又はヌクレオチドの付加が含まれる。
本発明において、遺伝子に関する「上流」及び「下流」とは、該遺伝子の転写方向の上流及び下流をいう。例えば、「プロモーターの下流に配置された遺伝子」とは、DNAセ
ンス鎖においてプロモーターの3’側に遺伝子が存在することを意味し、遺伝子の上流とは、DNAセンス鎖における該遺伝子の5’側の領域を意味する。
本発明において、制御領域と遺伝子との「作動可能な連結」とは、遺伝子と制御領域とが、該遺伝子が該制御領域の制御の下で発現し得るように連結されていることをいう。遺伝子と制御領域との「作動可能な連結」の手順は当業者に周知である。
本発明において、「相当する遺伝子」とは、ある微生物において所定の反応を触媒する酵素をコードする遺伝子に対して、別の微生物において当該酵素と同じまたは類似の反応を触媒する酵素をコードする遺伝子をいう。ある遺伝子と、それに相当する遺伝子が同じヌクレオチド配列を有していてもよく、異なるヌクレオチド配列を有していてもよいが、ある遺伝子とある遺伝子に相当する遺伝子のヌクレオチド配列の同一性は少なくとも90%であるのが好ましい。
(2.組み換え糸状菌及びその製造)
本発明の組換え糸状菌は、特定のペクチナーゼの遺伝子が導入された糸状菌である。具体的には、下記の(a)で示される遺伝子群から選択されるポリガラクツロナーゼ遺伝子、及び(b)で示される遺伝子群から選択されるペクチンリアーゼ遺伝子のいずれか一方又は両方を導入した糸状菌である。
(a)PgaB遺伝子、PgaI遺伝子、PgaII遺伝子
(b)PelD遺伝子、PelF遺伝子
「ポリガラクツロナーゼ」とは、ペクチン酸を構成するD-ガラクツロン酸のα-1,4-グリコシド結合を加水分解する酵素(EC3.2.1.15)であり、本発明のポリガラクツロナーゼ遺伝子としては、PgaB遺伝子、PgaI遺伝子及びPgaII遺伝子から選ばれる1又は2種以上の遺伝子が挙げられる。
斯かるポリガラクツロナーゼ遺伝子は、糸状菌に由来するものが好ましく、例えば、アスペルギルス(Aspergillus)属微生物(例えば、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)、アスペルギルス・アクリータス(Aspergillus aculeatus))、リゾプス(Rhizopus)属微生物(例えば、リゾプス・オリゼ(Rhizopus oryzae)、リゾプス・デレマ(Rhizopus delemar))、タラロマイセス(Talaromyces)属微生物(例えば、タラロマイセス・セルロリティカス(Talaromyces cellulolyticus))、ペニシリウム(Penicillium)属微生物(例えば、ペニシリウム・ロッケフォーティ(Penicillium roqueforti))等に由来するものが好適に挙げられる。
このうち、アスペルギルス・ニガーのPgaB遺伝子又は当該PgaB遺伝子に相当する遺伝子、PgaI遺伝子又は当該PgaI遺伝子に相当する遺伝子、PgaII遺伝子又は当該PgaII遺伝子に相当する遺伝子等がより好ましい。
アスペルギルス・ニガーのPgaB遺伝子は、NCBIの公開データベースにアクセッション番号XM_025597756として登録されている遺伝子である。アスペルギルス・ニガーのPgaB遺伝子又は当該PgaB遺伝子に相当する遺伝子としては、具体的には以下の1)~3)が挙げられる。
1)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
2)配列番号1に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
3)配列番号2に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列
からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
アスペルギルス・ニガーのPgaB遺伝子に相当する遺伝子としては、ポリガラクツロナーゼをコードする他の糸状菌由来の遺伝子であるのが好ましく、例えば、アスペルギルス・アクリータスのglycoside hydrolase family 28 protein[Aspergillus aculeatus ATCC 16872](アクセッション番号XM_020201835)、アスペルギルス・ジャポニクスのputative extracellular endo-polygalacturonase[Aspergillus japonicus CBS 114.51](アクセッション番号XM_025671777)、ペニシリウム・ロッケフォーティのCAZyme family GH28[Penicillium roqueforti](アクセッション番号XM_039076692)等が該当する。
アスペルギルス・ニガーのPgaI遺伝子は、NCBIの公開データベースにアクセッション番号XM_025596768として登録されている遺伝子である。アスペルギルス・ニガーのPgaI遺伝子又は当該PgaI遺伝子に相当する遺伝子としては、具体的には以下の4)~6)が挙げられる。
4)配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
5)配列番号3に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
6)配列番号4に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり且つポリガラクツロナーゼ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
アスペルギルス・ニガーのPgaI遺伝子に相当する遺伝子としては、ポリガラクツロナーゼをコードする他の糸状菌由来の遺伝子であるのが好ましく、例えば、アスペルギルス・アクリータスのputative endopolygalacturonase II[Aspergillus aculeatinus CBS 121060](アクセッション番号XM_025643861)、アスペルギルス・ジャポニクスのputative endopolygalacturonase II[Aspergillus japonicus CBS 114.51](アクセッション番号XM_025668037)等が該当する。
アスペルギルス・ニガーのPgaII遺伝子は、NCBIの公開データベースにアクセッション番号XM_025602343.1として登録されている遺伝子である。アスペルギルス・ニガーのPgaII遺伝子又は当該PgaII遺伝子に相当する遺伝子としては、具体的には以下の7)~9)が挙げられる。
7)配列番号5示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
8)配列番号5に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
9)配列番号6に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
アスペルギルス・ニガーのPgaII遺伝子に相当する遺伝子としては、ポリガラクツロナーゼをコードする他の糸状菌由来の遺伝子であるのが好ましく、例えば、アスペルギルス・アクリータスの Aspergillus aculeatus ATCC 16
872 uncharacterized protein(ASPACDRAFT_41690)(アクセッション番号XM_020200977.1)、Aspergillus japonicus CBS 114.51 putative endopolygalacturonase II(BO86DRAFT_431298)(アクセッション番号XM_025675761.1)等が該当する。
「ペクチンリアーゼ」とは、ペクチンを末端残基のC-4、C-5間に不飽和結合をもつオリゴ糖に変換する反応を触媒する酵素(EC4.2.2.10)であり、本発明のペクチンリアーゼ遺伝子としては、PelD遺伝子及びPelF遺伝子から選ばれる1又は2種以上の遺伝子が挙げられる。
斯かるペクチンリアーゼ遺伝子は、糸状菌に由来するものが好ましく、例えば、アスペルギルス属微生物(例えば、アスペルギルス・ニガー、アスペルギルス・ジャポニクス、アスペルギルス・ルチュエンシス(Aspergillus ludhuensis))、ペニシリウム属微生物(例えば、ペニシリウム・ディギタータム(Penicillium digitatum)、ペニシリウム・ソリタム(Penicillium solitum))、タラロマイセス属微生物(例えば、タラロマイセス・ルガロサス(Talaromyces rugulosus)、タラロマイセス・セルロリティカス)等に由来するものが挙げられる。
このうち、好ましくは、アスペルギルス・ニガーのPelD遺伝子又は当該PelD遺伝子に相当する遺伝子、がより好ましい。
上記アスペルギルス・ニガーのPelD遺伝子は、NCBIデータベースにアクセッション番号XM_025604039.1として登録されている遺伝子である。アスペルギルス・ニガーのPelD遺伝子又は当該PelD遺伝子に相当する遺伝子としては、以下の10)~12)が挙げられる。
10)配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
11)配列番号7に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つペクチンリアーゼ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
12)配列番号8に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり且つペクチンリアーゼ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
アスペルギルス・ニガーのPelD遺伝子に相当する遺伝子としては、ペクチンリアーゼをコードする他の糸状菌由来の遺伝子であるのが好ましく、例えば、アスペルギルス・ルチュエンシスのAspergillus luchuensis uncharacterized protein(AKAW2_50059S)(アクセッション番号XM_041689835.1)、アスペルギルス・ジャポニクスのAspergillus
japonicus CBS 114.51 pectin lyase pelD (BO86DRAFT_402188)(アクセッション番号XM_025673839.1)、ペニシリウム・ディギタータムのPenicillium digitatum
strain Pd01 PL1 mRNA,complete cds(アクセッション番号JX298853.1)等が該当する。
上記アスペルギルス・ニガーのPelF遺伝子は、NCBIデータベースにアクセッション番号:XM_001401024.2として登録されている遺伝子である。アスペルギルス・ニガーのPelF遺伝子又は当該PelF遺伝子に相当する遺伝子としては、以下の13)~15)が挙げられる。
13)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
14)配列番号9に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレ
オチド配列からなり、且つペクチンリアーゼ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
15)配列番号10に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つペクチンリアーゼ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
アスペルギルス・ニガーのPelF遺伝子に相当する遺伝子としては、ペクチンリアーゼをコードする他の糸状菌由来の遺伝子であるのが好ましく、例えば、アスペルギルス・コスタリカエンシス(Aspergillus costaricaensis)のAspergillus costaricaensis CBS 115574 pectin lyase A(BO79DRAFT_237612)(アクセッション番号XM_025684723.1)、アスペルギルス・ジャポニクスのAspergillus
japonicus CBS 114.51 pectin lyase 1(BO86DRAFT_306335)(XM_025667691.1)(アクセッション番号XM_025673839.1)、ペニシリウム・グリセオフルバム (Penicillium griseofulvum)のPenicillium griseofulvum Pectin lyase fold/virulence factor(PGRI_010780)(アクセッション番号XM_040788791.1)等が該当する。
導入されるペクチナーゼ遺伝子は、上記のポリガラクツロナーゼ遺伝子及びペクチンリアーゼ遺伝子のいずれか一方又は両方でも良いが、ポリガラクツロナーゼ遺伝子とペクチンリアーゼ遺伝子の両方を導入するのが、バイオマスに対する粘度低下効果の点から好ましい。
本発明のポリガラクツロナーゼ遺伝子及び/又はペクチンリアーゼ遺伝子を糸状菌に導入する手段としては、例えば、上記のポリヌクレオチドを含有するベクター又はDNA断片を宿主糸状菌(親株)に導入することが挙げられる。
ここで、本発明のポリヌクレオチドを含有するベクターは発現ベクターであり、好ましくは該ポリヌクレオチドを宿主糸状菌に導入することができ、かつ宿主内で該ポリヌクレオチドを発現することができる発現ベクターである。また、該ベクターは、好ましくは本発明のポリヌクレオチド、及びこれと作動可能に連結された制御領域を含む。該ベクターは、プラスミド等の染色体外で自立増殖及び複製可能なベクターであってもよく、又は染色体内に組み込まれるベクターであってもよい。
具体的なベクターの例としては、例えば、pBluescript II SK(-)(Stratagene)、pUC18/19、pUC118/119等のpUC系ベクター(タカラバイオ)、pET系ベクター(タカラバイオ)、pGEX系ベクター(GEヘルスケア)、pCold系ベクター(タカラバイオ)、pHY300PLK(タカラバイオ)、pUB110(Mckenzie,T.et al.,1986,Plasmid
15(2):93-103)、pBR322(タカラバイオ)、pRS403(Stratagene)、pMW218/219(ニッポンジーン)、pRI909/910等のpRI系ベクター(タカラバイオ)、pBI系ベクター(クロンテック)、IN3系ベクター(インプランタイノベーションズ)、pPTR1/2(タカラバイオ)、pDJB2(D.J.Ballance et al.,Gene,36,321-331,1985)、pAB4-1(van Hartingsveldt W et al.,Mol Gen Genet,206,71-75,1987)、pLeu4(M.I.G.Roncero et al.,Gene,84,335-343,1989)、pPyr225(C.D.Skory et al.,Mol Genet Genomics,268,397-406,2002)、pFG1(Gruber,F.et al.,Curr Ge
net,18,447-451,1990)等が挙げられる。
本発明のポリヌクレオチドを含有するDNA断片の例としては、例えば、PCR増幅DNA断片及び制限酵素切断DNA断片が挙げられる。好ましくは、該DNA断片は、本発明のポリヌクレオチド、及びこれと作動可能に連結された制御領域を含む発現カセットであり得る。
上記ベクター又はDNA断片に含まれる制御領域は、該ベクター又はDNA断片が導入された宿主内で、本発明の遺伝子を発現させるための配列であり、例えばプロモーターやターミネーター等の発現調節領域、複製開始点等が挙げられる。該制御領域の種類は、ベクター又はDNA断片を導入する宿主細胞の種類に応じて適宜選択することができる。必要に応じて、該ベクター又はDNA断片はさらに、抗生物質耐性遺伝子、アミノ酸合成関連遺伝子等の選択マーカーを有していてもよい。
好ましくは、上記ベクター又はDNA断片に含まれる制御領域は、ポリガラクツロナーゼ遺伝子及び/又はペクチンリアーゼ遺伝子の上流に作動可能に連結され、下流遺伝子を構成的に発現又は高発現させる機能を有する制御領域(いわゆる強制御領域)である。当該強制御領域の例としては、例えば、トリコデルマ・リーセイのcbh1プロモーター、cbh2プロモーター、egl1プロモーター、xyn1プロモーター、xyn2プロモーター、xyn3プロモーター等が挙げられる。
強制御領域のさらなる例としては、これらに限定されないが、rRNAオペロンの制御領域、リボソームタンパク質をコードする遺伝子の制御領域等が挙げられる。
上記ベクター又はDNA断片に含まれる目的のポリヌクレオチド及び制御領域は、宿主の核に導入されてもよいが、宿主ゲノムに導入されてもよい。あるいは、上記ベクター又はDNA断片に含まれる目的のポリヌクレオチドを、宿主ゲノムに直接導入して、該ゲノム上の高発現プロモーターと作動可能に連結させてもよい。ポリヌクレオチドをゲノムに導入する手段としては、相同組換え法が挙げられる。
上記宿主細胞へのベクター又はDNA断片の導入には、一般的な形質転換法、例えばエレクトロポレーション法、トランスフォーメーション法、トランスフェクション法、接合法、プロトプラスト法、パーティクル・ガン法、アグロバクテリウム法等を用いることができる。
目的のベクター又はDNA断片が導入された組み換え糸状菌は、選択マーカーを利用して選択することができる。例えば、選択マーカーが抗生物質耐性遺伝子である場合、該抗生物質添加培地で細胞を培養することで、目的のベクター又はDNA断片が導入された形質転換細胞を選択することができる。また例えば、選択マーカーがアミノ酸合成関連遺伝子である場合、該アミノ酸要求性の糸状菌株に遺伝子導入した後、該アミノ酸要求性の有無を指標に、目的のベクター又はDNA断片が導入された糸状菌株を選択することができる。あるいは、PCR等によって組み換え株のDNA配列を調べることで目的のベクター又はDNA断片の導入を確認することもできる。
以上の手順で、糸状菌株に、本発明のポリガラクツロナーゼ遺伝子及び/又はペクチンリアーゼ遺伝子とが導入された組換え糸状菌を作製することができる。本発明の組換え糸状菌はセルラーゼ及びペクチナーゼ生産能を有している。
本発明における親株として用いる糸状菌は、バイオマス糖化酵素としてセルラーゼを生産する菌であって、導入するポリガラクツロナーゼ遺伝子又はペクチンリアーゼ遺伝子と異なる属又は種の糸状菌であれば、限定されず、真菌門(Eumycota)及び卵菌門
(Oomycota)に属する糸状菌が挙げられる。具体的には、上記糸状菌としては、トリコデルマ(Trichoderma)属、アルペルギルス(Aspergillus)属、ペニシリウム(Penicillium)属、ニューロスポラ(Neurospora)属、フサリウム(Fusarium)属、クリソスポリウム(Chrysosporium)属、フミコーラ(Humicola)属、エメリセラ(Emericella)属、ハイポクレア(Hypocrea)属、アクレモニウム(Acremonium)属、クリソスポリウム(Chrysosporium)属、ミセリオフトラ(Myceliophthora)属、ピロマイセス(Piromyces)属、タラロマイセス(Talaromyces)属、サーモアスカス(Thermoascus)属、チエラビア(Thielavia)属等の糸状菌が挙げられるが、好ましくはトリコデルマ属の糸状菌である。
前記トリコデルマ属の糸状菌としては、トリコデルマ・リーセイ、トリコデルマ・ロンジブラキアタム(Trichoderma longibrachiatum)、トリコデルマ・ハリジアウム(Trichoderma harzianum)、トリコデルマ・コニンギ(Trichoderma koningii)及びトリコデルマ・ヴィリデ(Trichoderma viride)等が挙げられるが、好ましくはトリコデルマ・リーセイであり、より好ましくはトリコデルマ・リーセイPCD-10株(FERM P-8172)及びトリコデルマ・リーセイPC-3-7株(ATCC66589)である。
親株である糸状菌は、野生型株であってもよく、当該野生型株から人工的に育種された株でもよく、そのゲノム中のヌクレオチド配列が置換、付加、欠失又は修飾された変異型株(変異体)又は突然変異体であってもよい。
本発明の組み換え糸状菌の好適な例としては、トリコデルマ・リーセイ PC-3-7株(ATCC66589)やその変異体にアスペルギルス・ニガーのPgaB遺伝子又は当該PgaB遺伝子に相当する遺伝子、又はアスペルギルス・ニガーのPelD遺伝子又は当該PelD遺伝子に相当する遺伝子を導入した組み換え糸状菌、アスペルギルス・ニガーのPgaB遺伝子又は当該PgaB遺伝子に相当する遺伝子とアスペルギルス・ニガーのPelD遺伝子又は当該PelD遺伝子に相当する遺伝子を伴に導入した組み換え糸状菌が挙げられ、具体的には、後述する実施例に開示した株を挙げることができる。
斯くして構築された本発明の組み換え糸状菌株は、菌体内のペクチナーゼの発現が親株と比べて増加していることから、これを用いてセルロース及びペクチンを含有するバイオマスを糖化処理した場合に、ペクチンにより生じるスラリーの高粘度化が親株を用いて糖化した場合に比べて低減される。具体的には、本発明の組み換え糸状菌株を用いてキャッサバ残渣を糖化処理したスラリーの粘度を、親株を用いて糖化処理した場合に比べて、50%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上低下することが可能となる。
尚、粘度としては、例えば、B型粘度計で、固形分濃度10-20質量%及び50℃にて測定される粘度が挙げられる。
したがって、本発明の組み換え糸状菌を用いれば、ペクチン質を多く含むキャッサバ等のバイオマスの糖化処理において、高粘度化を抑制し、糖化効率を高めることができる。
(3.バイオマス糖化酵素の製造)
上記の組み換え糸状菌をセルラーゼ誘導物質の存在下で培養し、培養物中にセルラーゼ及びペクチナーゼを含む酵素を生成、蓄積させ、当該培養物から当該酵素を採取することにより、バイオマス糖化酵素を製造することができる。
ここで、「セルラーゼ誘導物質」としては、セルラーゼ生産性糸状菌のセルラーゼ生産を誘導する物質であれば制限はないが、例えばセルロース;ソホロース;並びにセロビオース、セロトリオース、セロテトラオース、セロペンタオース及びセロヘキサオース等のセロオリゴ糖から選ばれる化合物を挙げることができる。
ここで、セルロースには、グルコースがβ-1,4-グルコシド結合により重合した重合体及びその誘導体が包含される。グルコースの重合度は特に限定されない。また、誘導体としては、カルボキシメチル化、アルデヒド化、又はエステル化等の誘導体が挙げられる。さらに、セルロースは、配糖体であるβグルコシド、リグニン及び/又はヘミセルロースとの複合体であるリグノセルロース、さらにペクチン等との複合体であってもよい。セルロースは、結晶性セルロースであってもよいし、非結晶性セルロースであってもよい。
セルラーゼ誘導物質は、一括(バッチ法)、分割添加(フェドバッチ法)あるいは連続添加(フィード法)等の任意の方法で添加することができる。培地中に添加するセルラーゼ誘導物質の量は、本発明の糸状菌がセルラーゼ及びペクチナーゼ産生を誘導できる量であればよく、添加法によっても異なるが、培地に対して、総量で、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、かつ好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下、より好ましくは30質量%以下である。また、好ましくは0.1~40質量%、より好ましくは0.5~35質量%、より好ましくは1~30質量%である。
このうち、一括添加する場合の添加量は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、かつ好ましくは16質量%以下、より好ましくは14質量%以下、より好ましくは12質量%以下である。また、好ましくは0.1~16質量%、より好ましくは0.5~14質量%、より好ましくは1~12質量%である。
本発明の方法で用いられる培地は、炭素源、窒素源、無機塩、ビタミン等、本発明の糸状菌の増殖並びにセルラーゼ及びペクチナーゼの生産に必要な栄養素を含む限り、合成培地、天然培地のいずれでもよい。
炭素源としては、本発明の組み換え糸状菌が資化できる炭素源であればいずれでもよく、具体的には、上記したセルラーゼ誘導物質の他、グルコース、フラクトースのような糖質、エタノール、グリセロールのようなアルコール類、酢酸のような有機酸類等を挙げることができる。これらは単独で、又は複数を組み合わせて使用することができる。炭素源としては、グルコース、フラクトースのような糖質が望ましく、グルコースがより好ましい。その際のグルコースの添加量は、培地に対して、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは2.5質量%以上であり、かつ好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。また、好ましくは0.1~15質量%、より好ましくは0.5~10質量%、より好ましくは2.5~5質量%である。また、培地中のセルラーゼ誘導物質とグルコースの量は、質量比で10:1~1:1であるのが好ましく、4:1~2:1であるのがより好ましい。
窒素源としては、アンモニア、硫酸アンモニウム等のアンモニウム塩、アミン等の窒素化合物、ペプトン、大豆加水分解物のような天然窒素源等をあげることができる。
無機塩としては、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、炭酸カリウム等をあげることができる。
ビタミンとしては、ビオチンやチアミン等を挙げることができる。さらに必要に応じて本発明の組み換え糸状菌が生育に要求する物質を添加することができる。
培養は、好ましくは振とう培養や通気攪拌培養のような好気的条件で行う。培養温度は好ましくは10℃以上、より好ましくは20℃以上、より好ましくは25℃以上であり、且つ好ましくは50℃以下、より好ましくは42℃以下、より好ましくは35℃以下である。また、好ましくは10~50℃、より好ましくは20~42℃、より好ましくは25~35℃である。
培養時のpHは3~9、好ましくは4~5である。培養時間は、10時間~10日間、好ましくは2~7日間である。
培養終了後、培養物を回収し、必要に応じて超音波や加圧等による菌体破砕処理を行い、ろ過や遠心分離等によって固液分離した後、限外ろ過、塩析、透析、クロマトグラフィー等を適宜組み合わせることによりセルラーゼ及びペクチナーゼを含む糖化酵素を取得できる。なお、分離精製の程度は特に限定されない。培養上清やその粗分離精製物自体をバイオマス糖化酵素として利用することもできる。
尚、「セルラーゼ」とは、セルロースを分解する酵素の総称であり、セルロースの分子内部から切断するエンドグルカナーゼ(EC 3.2.1.4);セルロースの還元末端又は非還元末端から分解し、セロビオースを遊離するエキソグルカナーゼ(セロビオヒドロラーゼ、EC 3.2.1.91)及びβ-グルコシダーゼ(EC 3.2.1.21)を包含する。
また、「ペクチナーゼ」とは、ペクチン質(D-ガラクチュロン酸のα-1,4結合からなる多糖類)を分解する酵素群の総称であり、ポリガラクツロナーゼ、ペクチンリアーゼ、ペクチンエステラーゼが包含されるが、本発明の糖化酵素としては、好ましくはポリガラクツロナーゼ及びペクチンリアーゼである。
(4.バイオマスの糖化)
本発明の組み換え糸状菌を用いることにより、バイオマスを分解、糖化し、単糖を製造することができるが、斯かる方法は公知の手法を用いて行うことができる。
すなわち、上述した、本発明の組み換え糸状菌をセルラーゼ誘導物質の存在下で培養して得られる培養物をバイオマス糖化剤とし、これとバイオマスを水性媒体中に共存させ、撹拌または振とうしながら加温することにより、バイオマスを糖化し、単糖を製造することができる。
本発明において、バイオマスとしては、セルロース及びペクチン含有物質、例えば、キャッサバ、キャッサバ残渣、コーン、コーンハル、リンゴの残渣、柑橘類の皮等が挙げられ、好ましくはキャッサバ残渣である。
バイオマスの糖化において、反応液のpH及び温度は、セルラーゼ及びペクチナーゼが失活しない範囲内であればよく、一般的に、常圧で反応を行う場合、温度は5~95℃、pHは1~11の範囲で行われる。
バイオマスの糖化の工程は、バッチ式で行っても、連続式で行ってもよい。
本発明はまた、例示的実施形態として以下を包含する。但し、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
<1>下記の(a)で示される遺伝子群から選択されるポリガラクツロナーゼ遺伝子、及び(b)で示される遺伝子群から選択されるペクチンリアーゼ遺伝子のいずれか一方又は両方を導入した組み換え糸状菌を培養することを含む、バイオマス糖化酵素の製造方法。
(a)PgaB遺伝子、PgaI遺伝子、PgaII遺伝子
(b)PelD遺伝子、PelF遺伝子
<2>ポリガラクツロナーゼ遺伝子がアスペルギルス・ニガーのPgaB遺伝子又は当該PgaB遺伝子に相当する遺伝子であり、ペクチンリアーゼ遺伝子がアスペルギルス・ニガーのPelD又は当該PelD遺伝子に相当する遺伝子である、<1>に記載の方法。
<3>バイオマスがセルロース及びペクチンを含むバイオマスである、<1>又は<2>に記載の方法。
<4>バイオマスがキャッサバである、<1>又は<2>に記載の方法。
<5>糸状菌がセルラーゼを生産する糸状菌である<1>~<4>のいずれかに記載の方法。
<6>糸状菌がトリコデルマ属糸状菌である、<1>~<5>のいずれかに記載の方法。
<7>糸状菌がトリコデルマ・リーセイである、<6>に記載の方法。
<8>下記の(a)で示される遺伝子群から選択されるポリガラクツロナーゼ遺伝子、及び(b)で示される遺伝子群から選択されるペクチンリアーゼ遺伝子のいずれか一方又は両方を導入した組み換え糸状菌を培養して得られる培養物をバイオマス糖化剤として用いる、バイオマスの糖化方法。
(a)PgaB遺伝子、PgaI遺伝子、PgaII遺伝子
(b)PelD遺伝子、PelF遺伝子
<9>スラリーの高粘度化を抑制する、<8>に記載の方法。
<10>糸状菌がセルラーゼを生産する糸状菌である<8>又は<9>のいずれかに記載の方法。
<11>糸状菌がトリコデルマ属糸状菌である、<8>~<10>のいずれかに記載の方法。
<12>糸状菌がトリコデルマ・リーセイである、<11>に記載の方法。
<13>アスペルギルス・ニガーのPgaB遺伝子又は当該PgaB遺伝子に相当する遺伝子が、以下の1)~3)のいずれかである、<1>~<12>のいずれかに記載の方法。
1)配列番号1に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
2)配列番号1に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
3)配列番号2に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
<14>アスペルギルス・ニガーのPgaI遺伝子又は当該PgaI遺伝子に相当する遺伝子が、以下の4)~6)のいずれかである、<1>~<12>のいずれかに記載の方法。
4)配列番号3に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
5)配列番号3に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
6)配列番号4に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり且つポリガラクツロナーゼ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
<15>アスペルギルス・ニガーのPgaII遺伝子又は当該PgaII遺伝子に相当する遺伝子が、以下の7)~9)のいずれかである、<1>~<12>のいずれかに記載の方法。
7)配列番号5示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
8)配列番号5に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
9)配列番号6に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つポリガラクツロナーゼ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
<16>アスペルギルス・ニガーのPelD遺伝子又は当該PelD遺伝子に相当する遺伝子が、以下の10)~12)のいずれかである、<1>~<12>のいずれかに記載の方法。
10)配列番号7に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
11)配列番号7に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つペクチンリアーゼ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
12)配列番号8に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり且つペクチンリアーゼ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
<17>アスペルギルス・ニガーのPelF遺伝子又は当該PelF遺伝子に相当する遺伝子としては、以下の13)~15)のいずれかである、<1>~<12>のいずれかに記載の方法。
13)配列番号9に示すヌクレオチド配列からなるポリヌクレオチド
14)配列番号9に示すヌクレオチド配列と少なくとも90%の同一性を有するヌクレオチド配列からなり、且つペクチンリアーゼ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
15)配列番号10に示すアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つペクチンリアーゼ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
<実施例1 バイオマス糖化酵素の製造>
(1)Aspergillus niger NBRC105649株のcDNA合成
Aspergillus niger NBRC105649株は、製品評価技術基盤機構バイオテクノロジーセンターより購入した。NBRC105649株を、ペクチン培地(1% Pectin, from citrus(和光純薬)、0.14%(NHSO、0.2% KHPO、0.03% CaCl・2HO、0.03%
MgSO・7HO、0.1% Bacto Polypepton、0.05% Bacto Yeast extract、0.1% Tween 80、0.1% Trace element2、50mM 酒石酸バッファー(pH4.0);%はいずれもw/v%)に、植菌した。Trace element2の組成は以下のとおりである:6mg HBO3、26mg(NHMo24・4HO、100mg FeCl・6HO、40mg CuSO・5HO、8mg MnCl・4HO、200mg ZnClを蒸留水にて100mLにメスアップ。28℃にて3日間振とう培養を行い、培養した菌体をMiracloth(ミリポア)を用いて回収後、液体窒素にて凍結し、マルチビーズショッカー(安井器械)を用いて破砕した。この際、粉砕媒体にはメタルコーンを使用し1700rpmにて30秒破砕を行った。破砕した菌体からはRNeasy Mini Kit(キアゲン)を用いプロトコルに従ってRNAを抽出した。その後、RNA溶液はSuperScript III First-Strand Synthesis System for RT-PCR(Thermo Fisher Scientific)に供することで、Aspergillus niger
NBRC105649株のcDNAを合成した。
(2)PgaI、PgaII、PgaB、PelD、PelF発現用ベクターの作製
pUC118(タカラバイオ)のHincII制限酵素切断点にトリコデルマ・リーセイ由来のxyn2遺伝子の上流から下流までの領域(配列番号11)を挿入したプラスミ
ドを鋳型とし、表1に示したFwプライマー1(配列番号12)とRvプライマー1(配列番号13)を用いてPCRすることで断片(A)を増幅した。また、トリコデルマ・リーセイのゲノムDNAを鋳型として表1に示したFwプライマー2(配列番号14)とRvプライマー2(配列番号15)を用いてPCRすることで増幅された断片(B)を増幅した。得られたDNA断片(A)及び(B)はIn-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ)のプロトコルに従って処理し、xyn2の遺伝子にcbh1ターミネーターが連結されたプラスミドpUCf-xyn2を構築した。さらに、このpUCf-xyn2を鋳型とし、表1に示したFwプライマー3(配列番号16)とRvプライマー3(配列番号17)を用いてPCRすることで増幅した断片(C)と、トリコデルマ・リーセイのゲノムDNAを鋳型として表1に示したFwプライマー4(配列番号18)とRvプライマー4(配列番号19)を用いてPCRすることで増幅された断片(D)とを、同様にはIn-Fusion HD Cloning Kitによって処理することで、プラスミドpUCf-xyn2-pyr4を得た。続いて、このpUCf-xyn2-pyr4を鋳型とし、表1に示したFwプライマー5(配列番号20)とRvプライマー5(配列番号21)を用いてPCRすることで増幅した断片(E)と、トリコデルマ・リーセイのゲノムDNAを鋳型として表1に示したFwプライマー6(配列番号22)とRvプライマー6(配列番号23)を用いてPCRすることで増幅された断片(F)とを、同様にはIn-Fusion HD Cloning Kitによって処理することで、プラスミドpUCf-xyn2-pyr4recを得た。
pUCf-xyn2-pyr4recを鋳型とし、表1に示したFwプライマー7(配列番号24)とRvプライマー7(配列番号25)を用いてPCRすることで断片(G)を増幅した。また、Aspergillus niger NBRC105649株のcDNAを鋳型とし、表1に示したFwプライマー8(配列番号26)とRvプライマー8(配列番号27)、Fwプライマー9(配列番号28)とRvプライマー9(配列番号29)、Fwプライマー10(配列番号30)とRvプライマー10(配列番号31)、Fwプライマー11(配列番号32)とRvプライマー11(配列番号33)、Fwプライマー12(配列番号34)とRvプライマー12(配列番号35)を用いてPCRすることで、それぞれ増断片(H)~(L)を増幅した。断片(G)とそれぞれ断片(H)~断片(L)を用い、In-Fusion HD Cloning Kitによって処理することで、それぞれPgaI、PgaII、PgaB、PelD、PelFの発現用ベクターであるpUCf-Pxyn2-pgaI-pyr4rec、pUCf-Pxyn2-pgaII-pyr4rec、pUCf-Pxyn2-pgaB-pyr4rec、pUCf-Pxyn2-pelD-pyr4rec、pUCf-Pxyn2-pelF-pyr4recを得た。
Figure 2023046320000001
(3)形質転換体の作製
トリコデルマ・リーセイE1AB1株(Enzyme and Microbial Technology Volume 82,
January 2016, Pages 89-95)のウラシル要求性株に対して上記(1)で構築したベクターの形質転換を行った。導入はプロトプラストPEG法で行った。形質転換体は選択培地(2% グルコース、1.1M ソルビトール、2% アガー、0.2% KHPO(pH5.5)、0.06% CaCl・2HO、0.06% CsCl、0.06% MgSO・7HO、0.5% (NHSO、0.1% Trace element1;%はいずれもw/v%)にて選抜した。Trace element1の組成は以下のとおりである:0.5g FeSO・7HO、0.2g CoCl、0.16g MnSO・HO、0.14g ZnSO・7HOを蒸留水にて100mLにメスアップ。選抜した形質転換体を植え継ぎにより安定化した後、コロニーPCRにより目的の遺伝子が安定に保持された菌株をさらに選別した。
(4)形質転換体の培養
アビセル培地(1% アビセル(シグマアルドリッチ)、0.14%(NHSO、0.2% KHPO、0.03% CaCl・2HO、0.03% MgSO
・7HO、0.1% Bacto Polypepton、0.05% Bacto Yeast extract、0.1% Tween 80、0.1% Trace element2、50mM 酒石酸バッファー(pH4.0);%はいずれもw/v%)に、上記(3)で選択した菌株の胞子を2×10個/mLとなるよう植菌し、28℃にて5日間振とう培養を行った。Trace element2の組成は以下のとおりである:6mg H3BO3、26mg(NHMo24・4HO、100mg FeCl・6HO、40mg CuSO・5HO、8mg MnCl・4HO、200mg ZnClを蒸留水にて100mLにメスアップ。得られた培養物を遠心分離した後フィルターろ過することで、各培養上清を取得した。得られた培養上清は糖化酵素溶液として検討に使用した。
<実施例2 バイオマスの糖化>
(1)糖化酵素溶液のタンパク質濃度の定量は、bradford法にて測定した。bradford法に基づくQuick Startプロテインアッセイ(BioRad)を使用し、ウシγグロブリンを標準タンパク質とした検量線をもとに上清のタンパク質濃度を計算した。
(2)バイオマスにはキャッサバ残渣を使用した。乾燥させたキャッサバ残渣をアブソルートミル(ABS-W、大阪ケミカル株式会社製)を使用しスピードコントロール10、粉砕時間30秒で100gずつ粉砕した。キャッサバ残渣の組成分析は株式会社東海テクノ及び日本食品分析センターで行った。組成分析結果(wt%)は、下記の通りであった。
グルコース 63.1%
キシロース 5.2%
アラビノース 2.2%
ガラクトース 6.5%
リグニン 7.4%
ガラクツロン酸 7.0%
ラムノース 0.7%
(3)実施例1で得られた6種のペクチナーゼを発現させた糖化酵素溶液を用い、粉砕したキャッサバ残渣を基質として糖化試験を実施した。粉砕したキャッサバ残渣を500mLバッフルフラスコに40g-dry量りとり、α-アミラーゼ(シグマアルドリッチ社製、α-Amylase from Bacillus licheniformis Type XII-A)を0.07mg-proteinとmilli-Q水を基質濃度が15wt%となるように加えた。その後、手でフラスコを十分に振盪させた。バッフルフラスコは綿栓で密閉し、アルミホイルを被せて、90℃、2hでオートクレーブ(TOMY社製LSX-700)処理を行った(糊化)。その後、室温で60℃前後になるまで放置し、50℃に設定した振盪機(PRECI社製PRXY-30-R-3F)で210rpm、1h振盪した。その後、キャッサバ残渣スラリーに、グルコアミラーゼ(シグマアルドリッチ社製、Amyloglucosidase from Aspergillus niger)を2.0mg-proteinと、ペクチナーゼ発現酵素を8mg-protein添加し、50℃、200rpmで24h反応させた。
(4)スラリー粘度の測定
キャッサバ残渣を糖化酵素処理した後のスラリー粘度を、B型粘度計VISCOMETER TVB-10(東機産業株式会社製)を用いて、回転速度 60rpm、回転時間
180sec、温度 50℃の条件にて測定し、ペクチナーゼ発現酵素6種と、ペクチナーゼを発現させていない酵素で、得られた粘度の値をそれぞれ比較した。結果、ペクチナーゼを発現させていない酵素に対し、ペクチナーゼを発現させた酵素では総じて粘度が
低下し、異種のペクチナーゼを共発現させた酵素では最も粘度が低下した。
Figure 2023046320000002
<比較例 ペクチナーゼの調製>
(1)Aspergillus niger NBRC105649株のcDNA合成
A.niger NBRC105649株は、製品評価技術基盤機構バイオテクノロジーセンターより購入した。NBRC105649株を、ペクチン培地(1% Pectin, from citrus(和光純薬)、0.14% (NHSO、0.2% KHPO、0.03% Cacl・2HO、0.03% MgSO・7HO、0.1% Bacto Peptone、0.05% Bacto Yeast Extract、0.1% Trace element、50mM 酒石酸バッファー(pH4.0)に植菌した。28℃にて3日間振とう培養を行い、培養した菌体をMiracloth(ミリポア)を用いて回収後、液体窒素にて凍結し、マルチビーズショッカー(安井器械)を用いて破砕した。この際、粉砕媒体にはメタルコーンを使用し1700rpmにて30秒破砕を行った。破砕した菌体からはRNeasy Mini Kit(キアゲン)を用いプロトコルに従ってRNAを抽出した。その後、RNA溶液はSuperScript III First-Strand Synthesis System for RT-PCR(Thermo Fisher Scientific)に供することで、NBRC105649株のcDNAを合成した。
(2)Fusarium oxysporum由来DNAの人工合成
公開されているDNA情報をもとに、F.oxysporum由来のpgx1遺伝子を人工合成した。
Pgx1はペクチナーゼの一種であるエキソポリガラクチュロナーゼであり、そのアミノ酸配列は配列番号41で示され、Pgx1遺伝子は配列番号40で示されるヌクレオチド配列からなる。
(3)PgxC、RgxC、Pgx1、PgaB、PelD発現用ベクターの作製
ピキア発現ベクターpD912(ATUM社)を鋳型とし、表3に示したFwプライマー13(配列番号42)とRvプライマー13(配列番号43)を用いてPCRすることで断片(A)を増幅した。NBRC105649株のcDNAを鋳型として表1に示したFwプライマー14(配列番号44)とRvプライマー14(配列番号45)を用いてPCRすることで増幅された断片(B)を増幅した。得られたDNA断片(A)及び(B)はIn-Fusion HD Cloning Kit(タカラバイオ)のプロトコルに従って処理し、連結されたプラスミドpD912-PgxCを構築した。
NBRC105649株のcDNAを鋳型として表3に示したFwプライマー15(配列番号46)とRvプライマー15(配列番号47)を用いてPCRすることで増幅された断片(C)を増幅した。得られたDNA断片(A)及び(C)はIn-Fusion HD Cloning Kitのプロトコルに従って処理し、連結されたプラスミドpD912-RgxCを構築した。
人工合成したF.oxysporum由来のpgx1遺伝子を鋳型として表3に示したFwプライマー16(配列番号48)とRvプライマー16(配列番号49)を用いてP
CRすることで増幅された断片(D)を増幅した。得られたDNA断片(A)及び(D)はIn-Fusion HD Cloning Kitのプロトコルに従って処理し、連結されたプラスミドpD912-Pgx1を構築した。
NBRC105649株のcDNAを鋳型として表3に示したFwプライマー17(配列番号50)とRvプライマー18(配列番号51)を用いてPCRすることで増幅された断片(E)を増幅した。得られたDNA断片(A)及び(E)はIn-Fusion HD Cloning Kitのプロトコルに従って処理し、連結されたプラスミドpD912-PgaBを構築した。
NBRC105649株のcDNAを鋳型として表3に示したFwプライマー18(配列番号52)とRvプライマー18(配列番号53)を用いてPCRすることで増幅された断片(D)を増幅した。得られたDNA断片(A)及び(D)はIn-Fusion HD Cloning Kitのプロトコルに従って処理し、連結されたプラスミドpD912-PelDを構築した。
なお、上記PgxCはペクチナーゼの一種であるエキソポリガラクチュロナーゼであり、そのアミノ酸配列は配列番号37で示され、PgxC遺伝子は配列番号36で示されるヌクレオチド配列からなる。
また、RgxCはペクチナーゼの一種であるエキソラムノガラクチュロナンハイドロラーゼであり、そのアミノ酸配列は配列番号39で示され、RgxC遺伝子は配列番号38で示されるヌクレオチド配列からなる。
Figure 2023046320000003
(4)形質転換体の作製
(3)で作製した各目的遺伝子発現ベクターをPichia pastoris PPS-90102(ATUM社)に対して、ATUM社のプロトコルに従って形質転換を行
った。
(5)形質転換体の培養
P.pastorisの培養は以下のように行った。BMD1%培地(0.2M リン酸カリウム(pH6.0)、13.4g/L Yeast Nitrogen Base、0.4mg/L Biotin、1.1% グルコース)に各形質転換体を植菌し、28℃で振とう培養し、菌体が一定量に増えたらメタノールを添加し、発現誘導を行い、3-5日後に得られた各培養物はSDS-PAGEで酵素発現量を確認した後、各培養物を遠心分離した後フィルターろ過することで、各培養上清を取得した。得られた培養上清を濃縮し、各種ペクチナーゼ(PgxC、RgxC、Pgx1、PgaB、PelD)の酵素液として使用した。
<比較試験例1>
キャッサバ残渣を100mL容バッフル付き三角フラスコに乾燥重量として4gとなるよう量りとり、α-アミラーゼ(シグマアルドリッチ社製、α-Amylase from Bacillus licheniformis Type XII-A)を0.002mg-protein/g-基質、milli-Q水を基質濃度が15wt%となるように加えた。その後、バッフルフラスコを十分に混和し、綿栓で封をした上にアルミホイルを被せ、90℃、2h(オートクレーブ、TOMY社製LSX-700)の糊化処理を行った。その後、50℃に設定した振盪機(PRECI社製PRXY-30-R-3F)にて50℃になるまで冷却した後、グルコアミラーゼ(シグマアルドリッチ社製、Amyloglucosidase from Aspergillus niger)を0.05mg-protein/g-基質で、実施例1に従ってE1AB1株を培養して得られた糖化酵素を計0.2mg―protein/g-基質となるように添加し、50℃、200rpmで18時間反応させた。その後、音叉振動式粘度計(株式会社エー・アンド・デイ社製SV-10H)を用いて粘度を測定した。糖化後のスラリーは液体の状態とならず、粘度は測定不可であった。
<比較試験例2>
糊化処理後の基質に、E1AB1株由来糖化酵素を0.14mg-protein/g-基質、PgxCを0.06mg-protein/g-基質で添加した以外は、試験例1と同様の検討を行った。糖化後のスラリーは液体の状態とならず、粘度は測定不可であった。
<比較試験例3>
糊化処理後の基質に、E1AB1株由来糖化酵素を0.14mg-protein/g-基質、RgxCを0.06mg-protein/g-基質で添加した以外は、試験例1と同様の検討を行った。糖化後のスラリーは液体の状態とならず、粘度は測定不可であった。
<比較試験例4>
糊化処理後の基質に、E1AB1株由来糖化酵素を0.14mg-protein/g-基質、Pgx1を0.06mg-protein/g-基質で添加した以外は、試験例1と同様の検討を行った。糖化後のスラリーは液体の状態とならず、粘度は測定不可であった。
<参考試験例1>
糊化処理後の基質に、E1AB1株由来糖化酵素を0.18mg-protein/g-基質、PgaBを0.02mg-protein/g-基質で添加した以外は、試験例1と同様の検討を行った。糖化後のスラリーの粘度は84mPa・sであった。
<参考試験例2>
糊化処理後の基質に、E1AB1株由来糖化酵素を0.14mg-protein/g-基質、PelDを0.06mg-protein/g-基質で添加した以外は、試験例1と同様の検討を行った。糖化後のスラリーの粘度は459mPa・sであった。以上から粘度低減にはPgaBやPelDなどが有効であると考えられた。

Claims (9)

  1. 下記の(a)で示される遺伝子群から選択されるポリガラクツロナーゼ遺伝子、及び(b)で示される遺伝子群から選択されるペクチンリアーゼ遺伝子のいずれか一方又は両方を導入した組み換え糸状菌を培養することを含む、バイオマス糖化酵素の製造方法。
    (a)PgaB遺伝子、PgaI遺伝子、PgaII遺伝子
    (b)PelD遺伝子、PelF遺伝子
  2. ポリガラクツロナーゼ遺伝子がアスペルギルス・ニガーのPgaB遺伝子又は当該PgaB遺伝子に相当する遺伝子であり、ペクチンリアーゼ遺伝子がアスペルギルス・ニガーのPelD又は当該PelD遺伝子に相当する遺伝子である、請求項1に記載の方法。
  3. バイオマスがセルロース及びペクチンを含むバイオマスである、請求項1又は2に記載の方法。
  4. バイオマスがキャッサバである、請求項1又は2に記載の方法。
  5. 糸状菌がセルラーゼを生産する糸状菌である、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 糸状菌がトリコデルマ・リーセイである、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 下記の(a)で示される遺伝子群から選択されるポリガラクツロナーゼ遺伝子、及び(b)で示される遺伝子群から選択されるペクチンリアーゼ遺伝子のいずれか一方又は両方を導入した組み換え糸状菌を培養して得られる培養物をバイオマス糖化剤として用いる、バイオマスの糖化方法。
    (a)PgaB遺伝子、PgaI遺伝子、PgaII遺伝子
    (b)PelD遺伝子、PelF遺伝子
  8. スラリーの高粘度化を抑制する、請求項7に記載の方法。
  9. 糸状菌がセルラーゼを生産する糸状菌である請求項7又は8に記載の方法。
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