JP2587764B2 - N−アシルノイラミン酸アルドラーゼの製造法 - Google Patents

N−アシルノイラミン酸アルドラーゼの製造法

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JP2587764B2 JP5018292A JP1829293A JP2587764B2 JP 2587764 B2 JP2587764 B2 JP 2587764B2 JP 5018292 A JP5018292 A JP 5018292A JP 1829293 A JP1829293 A JP 1829293A JP 2587764 B2 JP2587764 B2 JP 2587764B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エシエリヒア属に属す
るN−アシルノイラミン酸アルドラーゼ生産菌由来のN
−アシルノイラミン酸アルドラーゼ遺伝子を含む染色体
DNA断片を組込んでなる新しい組換えプラスミドを導
入して形質転換した微生物よりN−アシルノイラミン酸
アルドラーゼを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】N−アシルノイラミン酸アルドラーゼ
(N−acylneuraminate aldolase)は、別名シアル酸ア
ルジラーゼとも呼ばれ、国際生化学連合酵素委員会の酵
素番号E.C.4.1.3.3.に分類され、系統名で
はN−アシルノイラミン酸:ピリビン酸リアーゼ(N−
acylneuraminate :pyruvate lyase)と呼ばれている酵
素である。本酵素は下記の反応式に示す如く、シアル酸
(N−アシルノイラミン酸)の分解及び合成反応を触媒
する酵素である。
【0003】シアル酸=N−アシルマンノサミン+ピル
ビン酸 本発明者らは、先にエシエリヒア属、その他の数種の属
に属する公知菌を、シアル酸の存在下に培養する時に
は、上記N−アシルノイラミン酸アルドラーゼが工業的
規模で容易に製造できることを見出し、該酵素の製造技
術を確立した(特公昭56−54153号、特許第11
11346号)。しかるに上記確立された方法では、培
地へのシアル酸の添加が必須であり、このシアル酸自体
その調製に繁雑な操作等を要し且つ高価なものである不
利があった。しかもこのシアル酸添加を行なわない限
り、N−アシルノイラミン酸アルドラーゼは生産されな
いかあるいは極微量生産されるのみで、到底工業的実施
はできないものであった。即ち上記方法に利用される微
生物は、それ自体シアル酸の不存在下ではN−アシルノ
イラミン酸生産能を実質的に発現できないものであっ
た。
【0004】
【発明の目的】本発明者らは、上記方法の最大の欠点と
するシアル酸利用を必須とする点を解消し、該シアル酸
を利用せずとも工業的規模で大量のN−アシルノイラミ
ン酸アルドラーゼを製造できる技術を開発するべく鋭意
研究を重ねた。その結果上記確立された方法に利用され
る微生物のうちエシエリヒア属に属するN−アシルノイ
ラミン酸アルドラーゼ生産菌からN−アシルノイラミン
酸アルドラーゼ遺伝子を含む染色体DNA断片を抽出
し、これをベクターに組み込んで組換えプラスミドを作
成し、該プラスミドの導入により形質転換させた微生物
を得るに成功すると共に、該微生物がシアル酸無添加培
地での培養により、目的とする酵素を著量生産できると
いう事実を発見した。本発明はこの新しい知見に基づい
て完成されたものである。
【0005】
【発明の構成】即ち本発明は、エシエリヒア属に属する
N−アシルノイラミン酸アルドラーゼ生産菌由来のN−
アシルノイラミン酸アルドラーゼ遺伝子を含む染色体D
NAのHind III−EcoRI断片であって大きさ約
1.2kbのDNA断片を組込んでなる組換えプラスミ
ドpMK6を上記染色体DNAの供与菌に導入して得ら
れる形質転換株を培養して、培養物からN−アシルノイ
ラミン酸アルドラーゼを採取することを特徴とするN−
アシルノイラミン酸アルドラーゼの製造法に係わる。
【0006】本発明の上記組換えプラスミド及びこれを
導入した形質転換株の利用によれば、調製が面倒なシア
ル酸、その類縁体等のN−アシルノイラミン酸アルドラ
ーゼの誘導物質を培地に添加せずとも、通常の微生物の
培養用培地を用いて工業的規模で大量の目的酵素を容易
に製造採取することができる。
【0007】以下、上記組換えプラスミド及びこれを導
入した形質転換株の製造法につき詳述する。
【0008】本発明に利用するプラスミドは、エシエリ
ヒア属に属するN−アシルノイラミン酸アルドラーゼ生
産菌由来のN−アシルノイラミン酸アルドラーゼ遺伝子
を含む染色体DNA断片をベクターに組込むことにより
製造される。ここで染色体DNA供与菌として用いるエ
シエリヒア属細菌は、例えばエシエリヒア・コリー
(E.coli)のようなN−アシルノイラミン酸アルドラ
ーゼ高生産性のものであるのが好ましいが、N−アシル
ノイラミン酸アルドラーゼ産生能を有する限り特に制限
はなく、公知の各種細菌をいずれも使用可能である。
【0009】上記N−アシルノイラミン酸アルドラーゼ
生産菌からの染色体DNAの調製は、通常の方法、例え
ばフエノールを用いる方法〔Saito-Miura 法、Biochim.
Biophys. Acta.,72,619(1963)〕等により
行なわれる。
【0010】調製された染色体DNAは、次いでベクタ
ーと連結するために切断される。この染色体DNAの切
断は、通常の制限エンドヌクレアーゼを用いる方法によ
り行なわれるが、特にこの方法に限定されず、N−アシ
ルノイラミン酸アルドラーゼ遺伝子を切断しない限り例
えば物理的に剪断力を加えて切断する方法によることも
できる。制限エンドヌクレアーゼを用いて染色体DNA
を切断する方法の実施に当り、完全切断を起こす反応条
件を採用する場合には、目的とするN−アシルノイラミ
ン酸アルドラーゼ遺伝子に切断部位を持たない各種の制
限エンドヌクレアーゼを用いることができ、また部分的
にしか切断を起こさない反応条件を採用する場合には、
全ての種類の制限エンドヌクレアーゼを用いることがで
きる。特にベクターとの連結の容易さから該制限エンド
ヌクレアーゼとしては、用いられるベクターに唯一の切
断部位を有するものが好ましい。
【0011】かくして切断された染色体DNA断片を挿
入結合されるベクターDNAとしては、通常用いられる
各種のものをいずれも利用することができ、特にエシエ
リヒア・コリー系ベクターが好適である。上記ベクター
の例としては、例えばCol E1の系統、pSC101の
系統、pBR322の系統、pACYC177の系統、
pCR1の系統、R6Kの系統、ラムダファージの系統
等を例示できる。
【0012】上記染色体DNAとベクターDNAとの結
合は、一般的に行なわれている方法、例えば供与染色体
とベクターとを同一の制限エンドヌクレアーゼで切断
し、しかる後に之等をDNAリガーゼを用いて結合させ
る方法により行なわれるが、この方法に限定されること
なく、他の如何なる方法によってもよい。かくして目的
とする組換えプラスミド(組換え体DNA分子、即ち供
与染色体DNA断片とベクターとの結合体)を得る。
【0013】本発明は、また上記プラスミドを導入して
形質転換させた微生物をも提供するものである。該組換
えプラスミドを導入して形質転換される宿主としての受
容菌としては、エシエリヒア属細菌、特に上記染色体D
NA供与菌又はこれより誘導したN−アシルノイラミン
酸アルドラーゼ欠損株が使用される。これらの内で特に
N−アシルノイラミン酸アルドラーゼ欠損株は、目的プ
ラスミドを保有する形質転換株の選択の際に好適であ
る。
【0014】宿主菌としてのエシエリヒア属細菌に目的
プラスミドを導入して形質転換を行なわせる方法は、公
知の方法、例えば代表的にはコンピテント細胞を用いる
形質転換法〔Mol. Gen. Genet., 167,251(19
79)〕等に従うことができる。本発明では特にこの方
法に限定されることなく他の公知の各種の方法をいずれ
も採用することができる。
【0015】上記方法により得られる形質転換株から目
的とするN−アシルノイラミン酸アルドラーゼ遺伝子を
含む供与染色体DNA断片を保有し、該酵素をシアル酸
等の誘導物質の不存在下に生産する能力を有する微生物
の選択分離は、何ら特殊な方法を採用することなく、所
望の染色体上の遺伝形質もしくはベクターの持つ形質又
はこれらの両者を合せ持つ菌のクローンを選択的に生育
させ得る培地を利用して容易に実施できる。
【0016】かくして抗生物質耐性を有し、シアル酸最
小培地に生育し、シアル酸等の誘導物質の無添加培地で
著量のN−アシルノイラミン酸アルドラーゼ生産能を有
する目的とする形質転換株を取得できる。
【0017】従来かかる顕著に向上された酵素生産能を
有するエシエリヒア属細菌は全く知られておらず、勿論
公知のエシエリヒア属細菌が遺伝子組換え法によりかか
る酵素生産能を発現させ得るという事実、更にシアル酸
無添加培地で著量のN−アシルノイラミン酸アルドラー
ゼ生産能を有する形質転換株を育種するという事実も知
られていない。
【0018】本発明は、上記のごとくして得られる形質
転換株を培養してN−アシルノイラミン酸アルドラーゼ
を採取する方法を提供するものである。
【0019】上記形質転換株の培養のための培地として
は炭素源、窒素源、無機化合物その他の栄養素を含み、
細菌の培養に一般に用いられている合成培地、半合成培
地或いは天然培地のいずれをも使用することができる。
上記各培地に利用される炭素源としては、例えばブドウ
糖、果糖、転化糖、澱粉糖化液、ソルビトール、グリセ
ロール等の糖質液、ピルビン酸、リンゴ酸、コハク酸等
の有機酸類等を例示できる。窒素源としては、例えば硫
酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウ
ム、リン酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、酒石酸
アンモニウム、酢酸アンモニウム、尿素等を例示でき
る。炭素源としても窒素源としても利用できるものとし
ては、例えばペプトン、肉エキス、コーンスティープリ
カー等を例示できる。無機化合物としては、例えばリン
酸一カリウム、リン酸二カリウム、リン酸一ナトリウ
ム、リン酸二ナトリウム、硫酸マグネシウム、塩化マグ
ネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、硫酸第一
鉄、塩化第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、硫酸マンガ
ン、塩化マンガン等を例示できる。その他の栄養素とし
ては、例えば酵母エキス、ビタミン等を例示できる。
【0020】培養は、液体培地又は固体培地のいずれで
も行なうことができるが、通常液体培地の方が有利であ
って、特に振盪培養又は通気撹拌培養を行なうのが量産
上有利である。培養温度は20〜45℃、好ましくは2
8〜37℃とするのが好適である。培養中は適当な中和
剤を用いてpHを6〜9に調整するのが好ましい。上記
培養を通常10〜50時間行なうことにより、目的とす
るN−アシルノイラミン酸アルドラーゼの活性は最高に
達する。本酵素は一般に菌体内酵素であるので、培養物
からの本酵素の採取、精製に当っては、上記培養液から
遠心分離等の方法で菌体を集め、得られた菌体を超音波
処理、ガラスビーズを用いる磨砕処理、或いはフレンチ
プレス処理等によって破砕し、酵素を抽出するのが好ま
しい。抽出液はこれを硫安塩析法、イオン交換クロマト
グラフイー、ゲル濾過法等の常法により処理して精製N
−アシルノイラミン酸アルドラーゼとすることができ
る。
【0021】
【実施例】以下、実施例を挙げ本発明を更に詳しく説明
する。
【0022】実施例1 (1)N−アシルノイラミン酸アルドラーゼ生産株E.
coli K12C600株からの染色体DNAの調製 下記組成のL培地1l中でエシエシヒア・コリー(E.
coli)K12C600株を37℃で約3時間振盪培養
し、対数増殖期の菌体を集めた。
【0023】〈L培地組成〉 ペプトン 1g/dl 酵母エキス 0.5g/dl グルコース 0.1g/dl NaCl 0.5g/dl pH 7.2に調整 上記菌体につきフエノール法によるDNA抽出操作を行
なって、最終3.8mgの染色体DNAを抽出精製した。
【0024】(2)ベクターDNAの調製と制限酵素に
よる切断 ベクターとしてのプラスミドpBR322のDNAを以
下の通り調製した。即ち、まずpBR322をプラスミ
ドとして保有するエシエリヒア・コリーK12株の一種
を下記組成のGPM培地に接種し、37℃で対数期中期
まで培養した後、最終濃度100μg/mlのクロラムフ
ェニコールを添加し、更に一夜培養した 。〈GPM組成〉 グルコース 10g ペプトン 10g NH4 Cl 1g Na2 HPO4 ・12H2 O 15.2g KH2 PO4 3g NaCl 3g Na2 SO4 0.115g MgCl2 ・6H2 O 0.083g 酵母エキス 1g 脱塩水 全体を1lとする量 上記操作により、細胞内にプラスミドDNAを多量に生
産させた。クロラムフエニコール添加の16時間目に菌
体を集め、リゾチーム・SDS処理して溶菌させ、30
000×g、1時間の超遠心により上清を得た。これよ
りプラスミドDNAを濃縮し、セシウムクロライド−エ
チジウムブロマイド平衡密度勾配遠心法によって最終7
00μgのpBR322のプラスミドDNAを分画採取
した。
【0025】(3)染色体DNA断片のベクターへの導
入 上記(1)で得た染色体DNA10μgを取り、制限エ
ンドヌクレアーゼHind IIIを37℃で30分間、6
0分間又は120分間それぞれ反応させ、DNAの部分
的切断を行なった後、65℃で10分間熱処理して反応
を停止させた。他方、ベクターpBR322につき制限
エンドヌクレアーゼHind IIIを用いて完全に切断
後、アルカリフォスフアーゼで処理してpBR322の
DNA断片を調製した。
【0026】上記染色体DNA断片とpBR322のD
NA断片5μgとを混合し、ATP及びジチオスレイト
ールの存在下に、T4 ファージ由来のDNAリガーゼを
用いて、10℃で16時間を要してDNA鎖の連結反応
を行なった。65℃で10分間の熱処理後、反応液に2
倍容のエタノールを加えて連結反応終了後のDNAを沈
殿させ、採取した。
【0027】(4)組換えプラスミドDNAによる形質
転換 エシエリヒア・コリーK12C600株から、ニトロソ
グアニジン変異処理によって誘導したN−アシルノイラ
ミン酸アルドラーゼ欠損株を、L培地10mlにて対数増
殖中期まで生育させた後、塩化カルシウム50mMを含
むトリス緩衝液(50mM、pH7.0)で2回洗浄す
ることにより、コンピテントな(DNA取り込み能を有
する)細胞を調製した。このコンピテント細胞懸濁液
0.4mlに上記(3)で得たDNA溶液0.1mlを加え
て、0℃で30分間保持した後、直ちに42℃、2分間
の熱パルスを与え、DNAを細胞内に取込ませた。
【0028】次にこの細胞懸濁液をL培地に接種し、3
7℃で2時間静置培養を行なって形質転換反応を完了さ
せた後、集菌し、洗浄し、再懸濁液を最小培地プレート
に塗沫し、37℃で2日間培養した。
【0029】尚、上記最小培地プレートは、シアル酸の
2g、(NH4 2 SO4 の1g、K2 HPO4 の7
g、KH2 PO4 の2g、MgSO4 ・7H2 Oの0.
1g、ロイシンの20mg、スレオニンの20mg及びチア
ミンの1mgを1lの純水に溶解し、pHを7.0に調整
したものに寒天20gを加えて殺菌した固形培地にアン
ピシリンを10μg/mlとなるように加えることにより
調製したものである。
【0030】上記により生じたコロニーを釣菌し、アン
ピシリン耐性と菌体内のN−アシルノイラミン酸アルド
ラーゼ活性とを検討し、形質転換株RC−H1/pMK
2(約14.2kb)を収得した。
【0031】(5)N−アシルノイラミン酸アルドラー
ゼの遺伝情報を担うプラスミドのセルフクローニング 上記(4)で得た形質転換株をL培地100ml中で培養
し、上記(2)と同様にしてクロラムフェニコール処理
を行なった。菌体を集菌、洗浄後、ビルンボイム及びド
リー(Birnboim and Doly )の方法(Nucleie Acids Re
search, ,1513〜1523(1979)〕によ
り、N−アシルノイラミン酸アルドラーゼの遺伝情報を
担う組換えプラスミド(以下「pMK2」と称する)を
含む液を調製した。
【0032】この溶液をアガロースゲル電気泳動(アガ
ロース0.7%、90V)にかけ、pMK2のバンドを
紫外線照射下で切り出し、これを透析チューブに入れ、
再度電気泳動を行ない、ゲルよりDNAを抽出した。エ
チジウムブロマイドの除去を行なった後、2倍容のエタ
ノールを加えて沈殿させ、得られたpMK2の90μg
を5mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5)に溶解した。
【0033】次いで上記(4)と同様にして、エシエリ
ヒア・コリーK12C600株にDNA取り込み能を持
たせた後、上記pMK2を取り込ませた。かくして得ら
れる菌株をアンピシリン10μg/mlを含む最小培地プ
レートに培養し、生じてくるコロニーを分離し、アンピ
シリン耐性と菌体内のN−アシルノイラミン酸アルドラ
ーゼ活性を検討して、形質転換株RC−K12C600
/pMK2を収得した。
【0034】(6)N−アシルノイラミン酸アルドラー
ゼ遺伝子のサブクローニング 上記(5)で得た形質転換株から、該(5)と同様の方
法によりプラスミドpMK2の10μgを取り、これに
2種の制限エンドヌクレアーゼEcoRI及びHind
IIIを同時に作用させて37℃で1時間部分的に切断反
応を行なった。
【0035】予め65℃で10時間加熱処理し、制限エ
ンドヌクレアーゼEcoRI及びHind IIIを同時に
用いて完全に切断後、アルカリフォスターゼで処理して
pBR322のDNA断片を調製した。
【0036】上記pMK2のDNA断片とpBR322
のDNA断片5μgとを混合し、ATP及びジチオスレ
イトールの存在下に、T4 ファージ由来のDNAリガー
ゼを用いて、10℃で16時間を要してDNA鎖の連結
反応を行なって組換えプラスミドを調製した。
【0037】次いで上記(4)と同様にしてエシエリヒ
ア・コリーK12C600株にDNA取り込み能を持た
せた後、上記で調製した組換えプラスミドを取り込ませ
た。
【0038】かくして得られる菌体をアンピシリン10
μg/mlを含む最小培地プレートに培養し、生じてくる
コロニーを分離し、アンピシリン耐性及び菌体内のN−
アシルノイラミン酸アルドラーゼ活性を検討して、形質
転換株RC−K12C600/pMK6を得た。
【0039】この形質転換株は、目的のN−アシルノイ
ラミン酸アルドラーゼ遺伝子を含む染色体DNA断片を
組込んだ組換えプラスミドを保有するものであり、該プ
ラスミドを以下「pMK6」と称する。
【0040】pMK6の制限酵素切断地図は図1に示す
通りである。これはpBR322に由来しPstI、P
vuII、SalI及びBamHIで各々切断される切
断部位を有するDNA断片(Hind III−EcoRI
断片、4321bp)と、N−アシルノイラミン酸アル
ドラーゼ生産菌由来の染色体DNA断片(Hind III
−EcoRI断片、約1.2kb)とが、EcoRI及
びHind IIIの切断部位で連結されてなり、約5.5
kbの大きさを有するものである。
【0041】また上記プラスミドpMK6を保有する形
質転換株は、工業技術院微生物工業技術研究所にエシエ
リヒア・コリーK12C600/pMK6なる名称にて
寄託されており、その寄託番号は微工研菌寄第7797
号(微工研条寄第833号)である。
【0042】(7)形質転換株によるN−アシルノイラ
ミン酸アルドラーゼの生産 上記(6)で得た形質転換株につき、DNA供与菌であ
るエシエリヒア・コリーK12C600株と対比して、
それらのシアル酸添加培地及びシアル酸無添加培地(酵
母エキス培地)の各々におけるN−アシルノイラミン酸
アルドラーゼ生産性を検討した。
【0043】各微生物の培養培地としては、以下の組成
の培地をそれぞれ利用した。
【0044】〈シアル酸添加培地組成〉 シアル酸 5g (NH4 )2 SO4 1g K2 HPO4 7g KH2 PO4 2g MgSO4 ・7H2 O 0.1g 酵母エキス 0.5g 純水 全体を1lとする量(pH6.0) 〈酵母エキス培地組成〉 酵母エキス 20g コハク酸 10g 純水 全体を1lとする量(pH6.0) 上記各培地に各微生物を接種し、30℃で24時間振盪
培養を行なった。その後、培養液から遠心分離法により
菌体を集め、25mMリン酸緩衝液(pH7.5)10
0mlに懸濁させて超音波処理を行ない細胞を破砕し、菌
体内の酵素を抽出し、遠心分離により沈渣と上澄とを分
離した後、抽出液(上澄)として粗酵素液を得た。
【0045】得られた酵素液の活性を、バーネットらの
方法〔J.E.G.Barnett,D.L.Corina,and G.Rasool, Bioch
emical Journal, 125,275(1971)〕に従い
測定した。
【0046】N−アシルノイラミン酸アルドラーゼ活性
は、上記方法により測定されるものであり、その酵素活
性の1単位とは、反応温度37℃において1分間に1マ
イクロモルのN−アセチルノイラミン酸を分解する活性
をいう。
【0047】得られた結果を下記表1に示す。
【0048】
【表1】
【0049】上記表1より、本発明によれば、シアル酸
無添加培地において著量のN−アシルノイラミン酸アル
ドラーゼを収得できることが明らかである。
【0050】なお、上記粗酵素液は、これを常法に従い
硫安で塩析し、遠心分離し、透析後、凍結乾燥すること
により粗酵素粉末とすることができる。また該酵素粉末
は、これをイオン交換クロマトグラフィ、ゲル濾過等の
手段により精製して更に純化された酵素標品とすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】組換えプラスミドpMK6の制限酵素切断地図
を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 9/88 C12R 1:19) (C12N 15/09 C12R 1:19)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エシエリヒア属に属するN−アシルノイラ
    ミン酸アルドラーゼ生産菌由来のN−アシルノイラミン
    酸アルドラーゼ遺伝子を含む染色体DNAのHind I
    II−EcoRI断片であって大きさ約1.2kbのDN
    A断片を組込んでなる組換えプラスミドpMK6を上記
    染色体DNAの供与菌に導入して得られる形質転換株を
    培養して、培養物からN−アシルノイラミン酸アルドラ
    ーゼを採取することを特徴とするN−アシルノイラミン
    酸アルドラーゼの製造法。
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