JP2590462B2 - Method for producing thermostable protease - Google Patents

Method for producing thermostable protease

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JP2590462B2
JP2590462B2 JP61233731A JP23373186A JP2590462B2 JP 2590462 B2 JP2590462 B2 JP 2590462B2 JP 61233731 A JP61233731 A JP 61233731A JP 23373186 A JP23373186 A JP 23373186A JP 2590462 B2 JP2590462 B2 JP 2590462B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、Bacillus stearothermophilusから得た耐
熱性中性プロテアーゼ遺伝子を遺伝子工学的手法を用い
別種の枯草菌へ導入して形質転換を行い、該形質転換株
を用い、培養液を加熱し宿主菌由来タンパクを熱変性
選択的に耐熱性プロテアーゼのみを採取する耐熱性プロ
テアーゼの大量生産に適する製造法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a thermostable neutral protease gene obtained from Bacillus stearothermophilus, which is introduced into another species of Bacillus subtilis using genetic engineering techniques to perform transformation. The present invention relates to a production method suitable for mass production of a heat-resistant protease, in which a transformant is used, a culture solution is heated, and a protein derived from a host bacterium is heat-denatured and heat-selective protease is selectively collected.

[従来の技術] バチルス属細菌のプロテアーゼは工業用途に広く使用
されており、有用なプロテアーゼ及びプロテアーゼ製造
法の開発は産業上重要な意義をもつ。また好熱性細菌の
産する耐熱性中性プロテアーゼは熱に対してのみならず
各種の化学薬品に対しても安定であるし、長期間の使用
にも比較的活性が低下しない。そのため研究用試薬とし
てのみでなく、例えば洗剤の中に入れ洗浄力を高める洗
浄用プロテアーゼ、食品加工においてはチーズの製造,
ダイズタンパクの分解など、また皮革のなめし用として
広い分野に亘って使用される。
[Prior Art] Proteases of Bacillus bacteria are widely used for industrial applications, and the development of useful proteases and protease production methods has industrial significance. The thermostable neutral protease produced by the thermophilic bacterium is stable not only against heat but also against various chemicals, and its activity does not relatively decrease even after long-term use. Therefore, it is not only used as a research reagent, but also as a detergent protease that can be placed in detergent to increase detergency.
It is used over a wide range of fields, such as for decomposing soy protein and for tanning leather.

[発明が解決しようとする問題点] 従来、耐熱性プロテアーゼはその生産菌(好熱菌の染
色体DNAに含まれている構造遺伝子(通常1ケ))に基
いて生産される為、該酵素の生産性が低いのが普通であ
る。その欠点を補うため変異操作により高生産株の取得
が試みられたがせいぜい2〜5倍程度の上昇が限界であ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventionally, a thermostable protease is produced based on a bacterium producing the same (a structural gene (usually one gene) contained in chromosomal DNA of a thermophilic bacterium). Usually, productivity is low. Attempts have been made to obtain high-producing strains by mutagenesis in order to compensate for the drawbacks, but at most a 2- to 5-fold increase is the limit.

[問題点を解決するための手段及び作用] 本発明者らは、耐熱性プロテアーゼの生産法を上昇さ
せるべく研究の結果、Bacillus stearothermophilus由
来の耐熱性プロテアーゼ構造遺伝子を枯草菌を宿主とし
てクローン化すると遺伝子が増幅され、該酵素の生産性
を向上するともに、枯草菌で耐熱性プロテアーゼを生産
することにより枯草菌由来タンパク質を熱失活させBaci
llus stearothermophilus由来耐熱性プロテアーゼのみ
を選択的にとり出すことを見出し本発明を完成した。
[Means and Actions for Solving the Problems] The present inventors have conducted studies to increase the method for producing a thermostable protease. As a result, when the Bacillus stearothermophilus-derived thermostable protease structural gene was cloned using Bacillus subtilis as a host, The gene is amplified and the productivity of the enzyme is improved, and the Bacillus subtilis-derived protein is heat-inactivated by producing a thermostable protease to produce Bacillus subtilis.
The present inventors have found that only a heat-resistant protease derived from llus stearothermophilus is selectively extracted and completed the present invention.

本発明はBacillus stearothermophilus由来耐熱性プ
ロテアーゼ構造遺伝子を枯草菌を宿主としてクローン化
し遺伝子増幅効果により耐熱性プロテアーゼの生産性を
向上させ熱処理により選択的にBacillus stearothermop
hilus由来耐熱性プロテアーゼのみを回収することを特
徴とする耐熱性プロテアーゼの製造法である。
The present invention provides a heat-resistant protease structural gene derived from Bacillus stearothermophilus cloned using Bacillus subtilis as a host, improves the heat-resistant protease productivity by the gene amplification effect, and selectively heat-treats Bacillus stearothermopus.
A method for producing a heat-resistant protease, comprising recovering only a heat-resistant protease derived from hilus.

本発明において用いられる染色体DNA供与菌として用
いるバチルス属細菌は、バチルス・ステアロサーモフィ
ルスMK−232(Bacillus stearothermophilus),バチル
ス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermop
hilus)NCA1503(微工研菌寄第8978号)第を例示するこ
とができる。
Bacteria belonging to the genus Bacillus used as the chromosome DNA donor used in the present invention include Bacillus stearothermophilus MK-232 (Bacillus stearothermophilus) and Bacillus stearothermophilus (Bacillus stearothermophilus).
hilus) NCA1503 (Microtechnical Laboratory No. 8978).

バチルス・ステアロサーモフィルスMK−232は以下の
様な菌学的性質を有する。
Bacillus stearothermophilus MK-232 has the following mycological properties.

形態 細胞の形 杵菌 細胞の大きさ 1.0× 1.2μ× 3.0〜 5.0μ 多形性 なし 運動性 あり 胞子 形成する 胞子の形 円形 胞子の大きさ 0.8〜 1.0μ× 1.2μ 抗酸性 なし グラム染色 + 生育状態 肉汁塞天平板培養 生育の良否 良好 コロニーの形 円形 コロニーの表面形状 平滑・重輪 コロニーの隆起状態 扁平 コロニーの周縁 全縁 コロニーの内容 均一 コロニーの色調 クリーム色 コロニーの透明度 不透明 肉汁塞天斜面培養 生育の良否 良好 コロニーの形 糸状 コロニーの表面形状 平滑 コロニーの透明度 不透明 コロニーの色調 クリーム色 肉汁液体培養 表面の生育 なし 濁度 やや濁る 沈澱 粘調 肉汁ゼラチン穿刺培養 ゼラチン液化 有り、50℃、5日 リトマスミルク 液化凝固せず 生理的性質 硝酸塩の還元 陰性 脱窒反応 陰性 MRテスト 陽性 VPテスト 陰性 インドールの生成 陰性 硫化水素の生成 陽性 デンプンの加水分解 陽性 クエン酸の利用 陰性 無機窒素源の利用 色素の生成 なし ウレアーゼ 陰性 オキシダーゼ 陰性 カタラーゼ 陰性 生育の範囲 至適pH7.0付近50℃付近が最適 酸素に対する態度 陰性 O−Fテスト 糖類から酸及びガスの生成の有無 アラビノース,キシ
ロース,マンノース,フラクトース,ガラクトースから
酸を生成するがガスは生成しない。麦芽糖,ショ糖,ト
レハロース,ソルビット,マンニット,イノシット,グ
リセリン,デンプンから酸もガスを生成しない。
Morphology Cell shape Haemophilus fungus Cell size 1.0 × 1.2μ × 3.0〜5.0μ Polymorphism No Mobility Yes Spores forming Spore shape Circular Spore size 0.8〜1.0μ × 1.2μ Antiacid None Gram staining + Growing condition Broth cultivation plate culture Good or bad growth Good colony shape Circular colony surface shape Smooth / ring ring Colony uplifting Flat colony rim Whole margin Colony content Uniform colony color Cream color Colony transparency Opacity Culture Good growth Good colony shape Filamentous colony surface shape Smooth colony transparency Opaque colony color Cream color juice liquid culture Surface growth None Turbidity Slightly turbid sedimentation Viscosity Gelatin puncture culture Gelatin liquefaction Yes, 50 ° C, 5 days Litmus milk No liquefaction coagulation Physiological properties Nitrate reduction Negative Denitrification negative MR test Positive VP test Negative Dole formation Negative hydrogen sulfide formation Positive starch hydrolysis Positive use of citric acid Negative Use of inorganic nitrogen source Pigment formation None Urease negative Negative oxidase Negative Catalase Negative Growth range Optimum around pH 7.0 50 ° C is optimal for oxygen Attitude Negative OF test Whether or not acid and gas are generated from saccharides. Acid is generated from arabinose, xylose, mannose, fructose, and galactose, but no gas is generated. Acid does not produce gas from maltose, sucrose, trehalose, sorbitol, mannitol, inosit, glycerin, or starch.

7%塩化ナトリウム 添加培地での生育 生成しない。Growth on medium supplemented with 7% sodium chloride No growth.

フェニルアラニンデアミナーゼチロシンの分解 陰性 カゼインの分解 陽性 0.02%アシ化ナトリウム添加培地での生育 生育しな
い。
Decomposition of phenylalanine deaminase tyrosine negative Decomposition of casein Positive Growth on medium supplemented with 0.02% sodium asiate Does not grow.

バチルス・ステアロサーモフィルスMK−232は耐熱性
プロテアーゼを産生するが、その性質は以下の通りであ
る。
Bacillus stearothermophilus MK-232 produces a thermostable protease, the properties of which are as follows.

(1)分子量 37,000(ゲル過による) (2)作用温度 カゼインを基質とした活性測定法(10分間反応後遊離
したチロシン残基量で活性を表示)によると5〜90℃の
範囲で活性を有する。至適温度は70〜75℃である。
(1) Molecular weight 37,000 (due to gel filtration) (2) Action temperature According to the activity measurement method using casein as a substrate (the activity is indicated by the amount of tyrosine residue released after 10 minutes of reaction), the activity is in the range of 5 to 90 ° C. Have. The optimal temperature is 70-75 ° C.

(3)作用pH 好適なpHは5〜10であるが、pH7〜8に至適pHを有す
る中性プロテアーゼである。
(3) Working pH The preferred pH is 5 to 10, but it is a neutral protease having an optimum pH of pH 7 to 8.

(4)熱安定性 75℃、30分(pH7.5)で90%以上の活性が残存する(C
aCl210mM存在)。
(4) Thermal stability 90% or more of the activity remains at 75 ° C for 30 minutes (pH 7.5) (C
aCl 2 10mM present).

100℃、30分(pH7.5)では活性は残存しない。 No activity remains at 100 ° C for 30 minutes (pH 7.5).

(5)pH安定性25℃24時間の条件ではpH5〜10の範囲で
ほぼ100%の活性が残存する。
(5) pH stability Under the condition of 25 ° C. for 24 hours, almost 100% activity remains in the pH range of 5 to 10.

(6)阻割剤5mM EDTAにより失活する。(6) Inactivated by 5 mM EDTA as a blocking agent.

バチルス・ステアロサーモフィルスNCA1503は公知の
菌株であり、その菌学的性質等はジャーナル オブ ゼ
アプライド バクテリオロジー(J.Appl.Bact.)38
巻、301〜304頁(1975)に記載されている。
Bacillus stearothermophilus NCA1503 is a known strain, and its bacteriological properties are described in Journal of the Applied Bacteriology (J. Appl. Bact.) 38
Vol., Pp. 301-304 (1975).

バチルス・ステアロサーモフィルスNCA1503は昭和61
年9月27日付で通商産業省工業技術院微生物工業技術研
究所に寄託され微工研菌寄第8978号が与えられている。
Bacillus stearothermophilus NCA1503 is Showa 61
It was deposited with the Research Institute of Microbial Industry and Technology of the Ministry of International Trade and Industry on September 27, 2000, and has been given Microorganisms Bacteria No. 8978.

バチルス・ステアロサーモフィルスNCA1503の産生す
る酵素は下記の様な性質を有する。
The enzyme produced by Bacillus stearothermophilus NCA1503 has the following properties.

(i)分 子 量:26,000(SDS−PAGE) (ii)熱安定性:80℃,30分の処理では100%の残存活性
を示す。
(I) Molecular weight: 26,000 (SDS-PAGE) (ii) Thermal stability: treatment at 80 ° C. for 30 minutes shows 100% residual activity.

90℃で,30分の処理では100%の残存活性を示す。 Treatment at 90 ° C for 30 minutes shows 100% residual activity.

100℃,30分の処理では約30%の残存活性を示す。 A treatment at 100 ° C for 30 minutes shows about 30% residual activity.

(iii)pH作用性:カゼインを基質として使用した蛋白
質分解活性の好適pHは6〜7であり、pH7.0〜7.5に至適
pHを有する。
(Iii) pH action: The preferred pH of the proteolytic activity using casein as a substrate is 6-7, optimally pH 7.0-7.5
Has a pH.

(iv)pH安定性:37℃,30分の処理ではpH4〜9の範囲で7
0%以上の活性を有し安定である。
(Iv) pH stability: 7 hours at 37 ° C. for 30 minutes
Stable with 0% or more activity.

(v)至適温度:カゼインを基質として使用した蛋白質
分解活性の適温は35℃〜80℃であり、至適温度は35〜80
℃であり、至適温度は約70℃である。
(V) Optimal temperature: The optimal temperature for proteolytic activity using casein as a substrate is 35 ° C to 80 ° C, and the optimal temperature is 35 to 80 ° C.
° C, and the optimal temperature is about 70 ° C.

(iv)阻 害:EDTAによって阻害される。(Iv) Inhibition: Inhibited by EDTA.

一方PMSF(pheny1−methy1−sulfony1−fluoride)に
よってはほとんど阻害を受けない。
On the other hand, it is hardly inhibited by PMSF (pheny1-methy1-sulfony1-fluoride).

(vii)基質特異性 なお、力価及び基質特異性は以下の様にして測定し
た。
(Vii) Substrate specificity In addition, titer and substrate specificity were measured as follows.

力価の測定法 1mlの2%カゼイン溶液(50mMトリス−1mM CaCl2
に1mlの各試料を加え、一定時間後に反応停止液(0.33M
酢酸,0.22M酢酸ナトリウム,0.1Mトリクロロ酢酸)を2ml
加え室温で30分間放置した。これをワットマンNo.1紙
で過した。
Measurement method of titer 1 ml of 2% casein solution (50 mM Tris-1 mM CaCl 2 )
1 ml of each sample, and after a certain period of time, stop reaction solution (0.33 M
Acetic acid, 0.22M sodium acetate, 0.1M trichloroacetic acid) 2ml
The mixture was left at room temperature for 30 minutes. I spent this on Whatman No. 1 paper.

これとは別にカゼイン溶液に反応停止後を入れ、試料
を加え過したものを基準としてA275nmを測定し、チロ
シン溶液を基準としたA275の検量線を作成してプロテア
ーゼ活性を測定した。1単位は37℃で1分間1μgのチ
ロシン相当物質をトリクロロ酢酸可溶性区分に遊離させ
る酵素量とした。
Separately, the reaction was stopped in a casein solution, A 275 nm was measured based on the excess of the sample, and a calibration curve of A 275 was prepared based on the tyrosine solution to measure protease activity. One unit was the amount of the enzyme that released 1 μg of the tyrosine-equivalent substance to the trichloroacetic acid-soluble fraction at 37 ° C. for 1 minute.

基質反応性 各種蛋白質に対する各プロテアーゼの分解能力をカゼ
インを100%として示した。酵素反応の活性測定は2%
基質を用い一定時間反応後トリクロロ酢酸で反応を停止
し遊離のチロシン量を測定した。
Substrate reactivity The ability of each protease to degrade various proteins was shown as casein as 100%. 2% enzyme activity measurement
After a certain period of reaction using the substrate, the reaction was stopped with trichloroacetic acid, and the amount of free tyrosine was measured.

また、宿主の枯草菌としてはバチルス・ズブチリス
(Bacillus subtilis)MT−2などが挙げられる。
In addition, Bacillus subtilis (Bacillus subtilis) MT-2 and the like are examples of the host Bacillus subtilis.

耐熱性プロテアーゼ構造遺伝子をクローン化する方法
としては、ショット・ガン法により、また枯草菌の形質
転換はコンピテントセル法により行うことができる。
As a method for cloning a thermostable protease structural gene, a shot gun method can be used, and transformation of Bacillus subtilis can be performed by a competent cell method.

本発明の方法によると、例えばバチルス・ステアロサ
ーモフィルス(Bacillus stearothermo−philus)の耐
熱性のプロテアーゼ構造遺伝子をショット・ガン法によ
りベクター・プラスミドであるpTB53(カナマイシン耐
性及びテトラサイクリン耐性)に組込んだ後、得られた
組換えプラスミドを用いてコンピテント・セル法により
枯草菌に形質転換することにより耐熱性プロテアーゼ高
生産株を得ることができる。
According to the method of the present invention, for example, the heat-resistant protease structural gene of Bacillus stearothermo-philus was incorporated into the vector plasmid pTB53 (kanamycin resistance and tetracycline resistance) by the shotgun method. Thereafter, the resulting recombinant plasmid is used to transform Bacillus subtilis by a competent cell method, whereby a high heat-stable protease-producing strain can be obtained.

耐熱性中性プロテアーゼ生産菌からの染色体DNAの調
整はフェノールを用いるSaito−Miura法(Biochim.Biop
tys.Acta.72 619.'63)あるいはクロロホルム・イソア
ミルアルコールを用いるMarmur法(J.Mo1.Biol. 3 20
8.'61)あるいは密度傾ばいにより分離するWarrick法
(Proc.Nat.Acad.Scl.USA 72.6′ 75)等の通常用い
られる方法で実施可能である。
Preparation of chromosomal DNA from a thermostable neutral protease-producing bacterium was performed using the Saito-Miura method using phenol (Biochim. Biop.
tys.Acta. 72 619.'63) or Marmur method using a chloroform-isoamyl alcohol (J.Mo1.Biol. 3 20
8.'61) or Warrick method (Proc.Nat.Acad.Scl.USA 72 .6 separated by density inclination bye '75) can be carried out in a generally used method such as.

調製された供与染色体DNAは次いでベクターと連結す
る為に切断される。供与染色体DNAの切断は通常制限エ
ンドヌクレアーゼを用いる方法により実施される。この
場合耐熱性プロテアーゼ遺伝子に切断部位をもたない制
限エンドヌクレアーゼであれば如何るものも使用可能で
あり、また部分的にしか切断を起こさない反応条件を用
いるならば全ての種類の制限エンドヌクレアーゼが使用
可能である。このように制限エンドヌクレアーゼは用い
る条件に応じて種々のものが選択可能であるがベクター
との連結の容易さからは用いようとするベクターに唯一
切断部位を有するものが望ましい。ベクターとしては宿
主として用いるバチルス属細菌中で複製可能なものであ
ればプラスミドあるいはファージの区別なく使用可能で
ある。特に特定の制限エンドヌクレアーゼによる唯一の
切断部位を有し、抗生物質耐性等のマーカーを有するも
のが、供与染色体DNAとの結合および形質転換株選択の
判断の容易さから望ましい。このようなプラスミドの例
としてはバチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus
sterothermophilus)由来のカナマイシン耐性,テトラ
サイクリン耐性マーカーを有するpTB19,pTB53(J.Bacte
riol. 146 1091(1981))スタフィロコッカス(Staphy
lococcus)由来のクロラムフェニコール耐性マーカーを
有するpC194,pC221,pC232(Proc.Nat1.Acad,Scl USA74
1680(1977))カナマイシン耐性マーカーを有するpUB1
10(J.Bacteriol 134 318(1978))等を挙げることが
できる。特に低コピー・プラスミドベクターであるpTB1
9,pTB53は枯草菌中で安定に保持される為、好適なベク
ターとなり得る。
The prepared donor chromosomal DNA is then cut for ligation with the vector. Cleavage of the donor chromosomal DNA is usually performed by a method using a restriction endonuclease. In this case, any restriction endonuclease having no cleavage site in the thermostable protease gene can be used, and all kinds of restriction endonucleases can be used if reaction conditions that cause only partial cleavage are used. Can be used. As described above, various restriction endonucleases can be selected depending on the conditions to be used. However, it is preferable that the vector to be used has only one cleavage site from the viewpoint of easy connection with the vector. As a vector, any plasmid or phage can be used as long as it can replicate in Bacillus bacteria used as a host. In particular, those having a unique cleavage site by a specific restriction endonuclease and having a marker such as antibiotic resistance are preferable from the viewpoint of binding to a donor chromosomal DNA and ease of selection of a transformant. Examples of such plasmids include Bacillus stearothermophilus (Bacillus
pTB19 and pTB53 (J. Bacte) with kanamycin resistance and tetracycline resistance markers derived from sterothermophilus
riol. 146 1091 (1981)) Staphylococcus
pC194, pC221, pC232 (Proc. Nat1. Acad, Scl USA74) having a chloramphenicol resistance marker derived from P. lococcus)
1680 (1977)) pUB1 with a kanamycin resistance marker
10 (J. Bacteriol 134 318 (1978)) and the like. In particular, pTB1, a low-copy plasmid vector
9, pTB53 is stably maintained in Bacillus subtilis and can be a suitable vector.

ベクターとしてファージを用いる場合もそのファージ
DNAが宿主とするバチルス属細菌で複製可能であれば如
何るものでもよい。このようなファージの例としてφ1,
φ3T,φ150,ρ11等を挙げることができる。
When using a phage as a vector, the phage
Any DNA can be used as long as it can be replicated in Bacillus bacteria as a host. Examples of such phage are φ1,
φ3T, φ150, ρ11 and the like can be mentioned.

切断された供与染色体DNAを上記ベクターに挿入し結
合させる為には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、その後DNAリガーゼを用い
て結合する方法が一般的である。
In order to insert and ligate the cut donor chromosomal DNA to the above-mentioned vector, it is common to cut the donor chromosome and the vector with the same restriction endonuclease, and then ligate them using DNA ligase.

このようにして得られる組換体DNA分子(供与染色体D
NA切断とベクターとの結合体)は次に宿主である枯草菌
に導入される。目的とする耐熱性プロテアーゼを選択的
に多量に培養液中に蓄積せしめるため、菌体外酵素蓄積
量の低い枯草菌を宿主として用いればよい。特に組換体
選択の際、容易に組換体のみ選択できることから宿主菌
のプロテアーゼ欠損株が望ましい。
The recombinant DNA molecule thus obtained (donor chromosome D
The conjugate of the NA cleavage and the vector) is then introduced into the host, Bacillus subtilis. In order to selectively accumulate a large amount of the desired heat-resistant protease in the culture solution, Bacillus subtilis having a low extracellular enzyme accumulation amount may be used as a host. In particular, a protease-deficient strain of a host bacterium is desirable because only a recombinant can be easily selected at the time of selecting a recombinant.

このようにして選ばれた宿主菌である枯草菌への組換
体DNA分子を導入して形質転換を行わせるためには、コ
ンピテント細胞を用いる形質転換法(Mol.Gen.Genet.16
7 251(1979))あるいはプロトプラストを用いる形質
転換法(Mol.Gen.Genet. 168 111(1979))を用いるこ
とで実施可能である。得られる形質転換株から目的とす
る耐熱性中性プロテアーゼ遺伝子を含む供与染色体DNA
切断が導入された微生物を選択分離するには、特定の方
法を必要としないがベクターが有する抗生物質耐性等の
マーカーの発現により一時選択を実施し、更に宿主のプ
ロテアーゼ活性の変化を指標に選択する方法が容易であ
る。
In order to perform the transformation by introducing the recombinant DNA molecule into the Bacillus subtilis which is the host cell selected in this way, a transformation method using competent cells (Mol. Gen. Genet. 16
7 251 (1979)) or transformation method using protoplasts (Mol.Gen.Genet. 168 111 (1979) ) can be carried out by using a. Donor chromosome DNA containing the desired thermostable neutral protease gene from the resulting transformant
No specific method is required for selective isolation of the microorganism into which the cleavage has been introduced, but temporary selection is carried out by expressing a marker such as antibiotic resistance possessed by the vector, and further, selection is made based on changes in the protease activity of the host. Easy to do.

選択された形質転換株を用いて目的とする耐熱性中性
プロテアーゼを培養液中に蓄積せしめるには何ら特定の
方法を要しない。
No specific method is required for accumulating the desired thermostable neutral protease in the culture using the selected transformant.

即ち倍地としては、炭素源,窒素源,無機イオン、更
に必要に応じてビタミン等の微量栄養素を含有する通常
のものを用いることができる。培養は好気的条件で倍地
のpH及び温度を適宜調節しながら耐熱性プロテアーゼが
蓄積するまで実施される。
That is, as the medium, a conventional one containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic ions, and, if necessary, trace nutrients such as vitamins can be used. The cultivation is carried out under aerobic conditions while appropriately adjusting the pH and temperature of the medium until the thermostable protease accumulates.

培養後の培養液からの耐熱性中性プロテアーゼの回収
は60℃以上、好ましくは65℃以上で目的とする耐熱性中
性プロテアーゼが失活を起こさない温度で10〜20分熱処
理を施すことにより宿主である枯れ草菌由来のタンパク
質を熱失活させ遠心で除去することにより特異的に耐熱
性中性プロテアーゼのみ回収することが可能である。
Recovery of the heat-resistant neutral protease from the culture solution after the cultivation is performed at a temperature of 60 ° C. or higher, preferably at 65 ° C. or higher, by subjecting the target heat-resistant neutral protease to a heat treatment at a temperature at which deactivation does not occur for 10 to 20 minutes. It is possible to specifically recover only the thermostable neutral protease by inactivating the protein derived from Bacillus subtilis, which is the host, and removing the protein by centrifugation.

以上詳述したように本発明においては、任意の好熱性
細菌染色体DNA供与菌とし、該供与菌の生産する菌体外
耐熱性中性プロテアーゼを任意に選んだ宿主菌である枯
草菌を用いて耐熱性中性プロテアーゼのみを製造し得る
利点を有する。従って本発明においては染色体DNA供与
菌として耐熱性中性プロテアーゼ高生産性の好熱性細菌
を選び、また宿主菌の枯草菌として菌体外酵素をほとん
ど蓄積しないバチルス属細菌を選ぶことにより目的とす
る耐熱性中性プロテアーゼを多量に且つ混在酵素の混入
を低く押えて製造することが可能となる。
As described in detail above, in the present invention, any thermophilic bacterium chromosomal DNA donor is used, and Bacillus subtilis, a host bacterium arbitrarily selected from extracellular heat-stable neutral proteases produced by the donor, is used. This has the advantage that only a thermostable neutral protease can be produced. Therefore, in the present invention, the objective is to select a thermophilic bacterium having high heat-resistant neutral protease high productivity as a chromosome DNA donor, and a Bacillus bacterium which hardly accumulates extracellular enzymes as a host Bacillus subtilis. This makes it possible to produce a large amount of heat-resistant neutral protease with a low level of mixed enzyme.

以上のように耐熱性中性プロテアーゼの生産性の改良
および精製工程の簡略化によるプロテアーゼの製造に及
ぼす寄与は大きい。
As described above, the contribution to the production of the protease by improving the productivity of the thermostable neutral protease and simplifying the purification process is large.

[実施例] 以下により、実施例に本発明を更に説明する。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be further described with reference to Examples.

実施例1 (1)MK−232株染色体DNAの調製 バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stear
othermophilus)MK−232株を100mlL倍地を含む500ml容
量フラスコ中で1夜55℃で培養した。遠心集菌後約20ml
のTE緩衝液(10mMトリス,1mMEDTA,pH8.5)で洗浄し、次
いで6mlの15%ショ糖−50mMトリス(pH8.5)−50mM ED
TA−1mg/mlリゾチームに懸濁し、水中で30分間静置し
た。これに6mlの2%ザルコシル−50mMトリス(pH8.5)
−50mM EDTAを添加し、室温で約15分間放置して完全に
溶菌させた。次いで、50ml容量フラスコにCsCl11.0g入
れ、更に前記溶菌液12mlを加えた。その後10mg/mlのエ
チジウムブロマイド液0.6mlを加えた。この液を2本の
遠心管に分注し、RP65Tローター(日立製作所製)で超
遠心場で分離した。超遠心終了後、DNA区分を注射針で
抜き取り、n−ブタノールで3回抽出を繰り返してエチ
ジウムブロマイドを除去した。このDNA試料10mMトリス
(pH7.5)−0.1mM EDTA中で透析し4℃で保存した。
Example 1 (1) Preparation of chromosomal DNA of MK-232 strain Bacillus stearothermophilus (Bacillus stear)
Othermophilus strain MK-232 was cultured overnight at 55 ° C. in a 500 ml volumetric flask containing 100 ml medium. About 20 ml after centrifugation
Of TE buffer (10 mM Tris, 1 mM EDTA, pH 8.5), and then 6 ml of 15% sucrose-50 mM Tris (pH 8.5) -50 mM ED.
The suspension was suspended in TA-1 mg / ml lysozyme and allowed to stand in water for 30 minutes. 6 ml of 2% sarkosyl-50 mM Tris (pH 8.5)
-50 mM EDTA was added and left at room temperature for about 15 minutes to completely lyse the cells. Next, 11.0 g of CsCl was placed in a 50 ml volumetric flask, and further 12 ml of the lysate was added. Thereafter, 0.6 ml of a 10 mg / ml ethidium bromide solution was added. This solution was dispensed into two centrifuge tubes, and separated in an ultracentrifuge using an RP65T rotor (manufactured by Hitachi, Ltd.). After the ultracentrifugation, the DNA section was extracted with a syringe needle, and extraction was repeated three times with n-butanol to remove ethidium bromide. This DNA sample was dialyzed against 10 mM Tris (pH 7.5) -0.1 mM EDTA and stored at 4 ° C.

(2)制限酵素処理・リガーゼ処理 枯草菌を宿主として、複製維持できるベクター・プラ
スミドpTB53(前述)を常法により調整した。このpTB53
及び別途調整したMK−232株染色体DNAを制限酵素Pst I
でそれぞれ完全分解した。反応条件は次の通りであっ
た。
(2) Restriction enzyme treatment / ligase treatment Using Bacillus subtilis as a host, a vector / plasmid pTB53 capable of maintaining replication (described above) was prepared by a conventional method. This pTB53
And separately prepared MK-232 strain chromosomal DNA with restriction enzyme Pst I
Was completely decomposed. The reaction conditions were as follows.

Pst I緩衝液(10mMトリス(pH7.4)−10mM MgCl2−5
0mM NaCl−1mMジチオスレイトール)の10倍濃縮液を使
用する(10×PstI緩衝液) MK−232DNA 30μ 10×Pst I緩衝液 10μ 牛血清アルブミン(5mg/ml) 2μ 蒸留水 56μ Pst I 2μ pTB53 20μ 10×Pst I緩衝液 10μ 牛血清アルブミン(5mg/ml) 2μ 蒸留水 66μ Pst I 2μ で37℃,1〜2時間反応させた。
Pst I buffer (10 mM Tris (pH 7.4) -10 mM MgCl 2 -5
Use a 10-fold concentrated solution of 0 mM NaCl-1 mM dithiothreitol (10 × PstI buffer) MK-232 DNA 30 μ 10 × Pst I buffer 10 μ bovine serum albumin (5 mg / ml) 2 μ distilled water 56 μ Pst I 2 μ pTB53 20 μ 10 × Pst I buffer 10 μ bovine serum albumin (5 mg / ml) 2 μ distilled water 66 μ Pst I 2 μ was reacted at 37 ° C. for 1-2 hours.

2種のDNAを混合し、5M酢酸ナトリウムを加え、その
後エタノールを0.45ml加えて10〜15分−20℃放置後遠心
して上澄を捨てた。沈澱をエタノールで洗って脱水,脱
塩し、デシケータで乾燥した。乾燥物に10×リガーゼ・
バッファ(660mMトリス(pH7.5)66mM MgCl)5μ,1
00mMジチオスレイトール5μ,10mM ATP5μ,蒸留
水34μを加えて混合した後、DNAリガーゼ1μを加
えて4℃,16時間保った。これを次の形質転換に用い
た。
The two DNAs were mixed, 5M sodium acetate was added, and then 0.45 ml of ethanol was added. The mixture was left at -20 ° C for 10 to 15 minutes, centrifuged, and the supernatant was discarded. The precipitate was washed with ethanol, dehydrated and desalted, and dried in a desiccator. 10 x ligase for dry matter
Buffer (660 mM Tris (pH7.5) 66 mM MgCl) 5μ, 1
After adding and mixing 5 μm of 00 mM dithiothreitol, 5 μm of 10 mM ATP, and 34 μm of distilled water, 1 μm of DNA ligase was added and kept at 4 ° C. for 16 hours. This was used for the next transformation.

(3)コンピテント・セルの調製 L培養地で37℃一夜培養した培養液をTF I(Spizige
n's Salt ×10(NH42SO42%,K2HPO414%, KH2PO46
%,Na−citrate1%)2ml,2%カザミノ酸0.2ml,1mg/mlア
ミノ酸液1ml,蒸留水14.8ml,5%グルコース+0.2%MgSO4
2ml)に植え3時間45分振とう培養し、TF II(Spizige
n's Salt×103.6ml,2%カザミノ酸0.18ml,1mg/mlアミノ
酸液0.18ml,蒸留水28.44ml,5%グルコース+0.2%MgSO4
3.6ml)に植え1時間30分振とう培養しコンペテントセ
ルを得た。
(3) Preparation of competent cells The culture solution cultured overnight at 37 ° C in an L culture medium was subjected to TFI (Spizige
n's Salt × 10 (NH 4 ) 2 SO 4 2%, K 2 HPO 4 14%, KH 2 PO 4 6
%, Na-citrate 1%) 2 ml, 2% casamino acid 0.2 ml, 1 mg / ml amino acid solution 1 ml, distilled water 14.8 ml, 5% glucose + 0.2% MgSO 4
2 ml) and shake culture for 3 hours and 45 minutes. TF II (Spizige
n's Salt × 103.6ml, 2% casamino acid 0.18ml, 1mg / ml amino acid solution 0.18ml, distilled water 28.44ml, 5% glucose + 0.2% MgSO 4
3.6 ml) and cultured with shaking for 1 hour and 30 minutes to obtain competent cells.

(4)耐熱性中性プロテアーゼのクローニング 前記(2)のDNA溶液40μと1mlのコンピテント・セ
ルを混合し、37℃,30分激しく撹拌した。これを遠心
後、3mlL倍地を加え37℃2時間ゆるやかに撹拌した。そ
の0.1mlを1%カゼインと共にテトラサイクリン(5μg
/ml)またはカナマイシン(5μg/ml)を含むLAプレー
トにまいた。このプレートを16時間,37℃に保ち、ハロ
ーを形成するコロニーを取得した。こうして得られた形
質転換株をバチルス ズブチルス MT−2/PTZ−232と命
名した。
(4) Cloning of Heat-Stable Neutral Protease 40 μl of the DNA solution of the above (2) and 1 ml of competent cells were mixed and vigorously stirred at 37 ° C. for 30 minutes. After centrifugation, 3 ml of medium was added, and the mixture was gently stirred at 37 ° C. for 2 hours. 0.1 ml thereof is mixed with 1% casein in tetracycline (5 μg
/ ml) or kanamycin (5 μg / ml). The plate was kept at 37 ° C. for 16 hours, and colonies forming halos were obtained. The transformant thus obtained was named Bacillus subtilis MT-2 / PTZ-232.

バチルス ズブチルス MT−2/PTZ−232は昭和61年9
月30日付で通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所
に微工研菌寄第8982号として寄託されている。
Bacillus subtilis MT-2 / PTZ-232 was sold in September 1986
It was deposited with the Institute of Microbial Industry and Technology of the Ministry of International Trade and Industry on March 30 as Microorganism Research Bacteria No. 8982.

バチルス ズブチルス MT−2/PTZ−232を培養して常
法によりプラスミドDNA,PTZ−232を得た。このプラスミ
ドのバチルス ステアロサーモフィルスMK−232由来の
耐熱性プロテアーゼ構造遺伝子及びその近傍の制限酵素
開裂部位を第1図に示す。
Bacillus subtilis MT-2 / PTZ-232 was cultured to obtain a plasmid DNA, PTZ-232, by a conventional method. FIG. 1 shows the thermostable protease structural gene derived from Bacillus stearothermophilus MK-232 of this plasmid and the restriction enzyme cleavage site in the vicinity thereof.

(5)耐熱性プロテアーゼの調製 1L培地に前記(4)より取得したコロニーを植菌
し、37℃,16時間振とう培養した。その培養液を遠心し
上清を70%飽和硫安を用いて塩析した。遠心後、沈澱物
を10mlの50mlMトリス(pH7.5)−1mM CaCl2を加えた
後、65℃,15分熱処理を行った。それを遠心後、上澄を5
0mMトリス(pH7.0)−1mM CaCl2に対して透析した。
(5) Preparation of heat-resistant protease The colony obtained from the above (4) was inoculated into a 1 L medium, and cultured with shaking at 37 ° C for 16 hours. The culture was centrifuged, and the supernatant was salted out using 70% saturated ammonium sulfate. After centrifugation, the precipitate was added with 10 ml of 50 ml M Tris (pH 7.5) -1 mM CaCl 2 and then heat-treated at 65 ° C. for 15 minutes. After centrifugation, remove the supernatant for 5 minutes.
Dialysis was performed against 0 mM Tris (pH 7.0) -1 mM CaCl 2 .

得られた酵素液についてその酵素活性を測定した。比
較としてバチルス ステアロサーモフィルスMK−232株
及びバチルス ズブチルスMT−2について同様に培養
し、培養液を処理して酵素活性を測定した。結果を第1
表に示す。
The enzyme activity of the obtained enzyme solution was measured. For comparison, Bacillus stearothermophilus MK-232 strain and Bacillus subtilis MT-2 were similarly cultured, and the culture solution was treated to measure the enzyme activity. First result
It is shown in the table.

実施例2 バチルス ステアロサーモフィルスMK−232に代えて
染色体DNA供与菌としてバチルス ステアロサーモフィ
ルスNCA1503を用いて実施例1をくりかえし中性プロテ
アーゼNCA1503を効率よく得た。第2図形質転換したプ
ラスミドのNCA1505構造遺伝子及びその近傍の制限酵素
開裂部位を示す。
Example 2 Example 1 was repeated using Bacillus stearothermophilus NCA1503 as a chromosomal DNA donor in place of Bacillus stearothermophilus MK-232 to obtain the neutral protease NCA1503 efficiently. FIG. 2 shows the NCA1505 structural gene of the transformed plasmid and restriction enzyme cleavage sites in the vicinity thereof.

[発明の効果] 本発明による耐熱性プロテアーゼの製造法によれば、
従来の方法で染色体DNA供与菌における生産と比べて高
々2〜5倍程度しかあげることのできなかった耐熱性酵
素の生産量を10倍以上とすることができるとともに、そ
の精製を極めて効率的に行うことができる。
[Effect of the Invention] According to the method for producing a thermostable protease according to the present invention,
The production amount of the thermostable enzyme, which could only be raised at most about 2 to 5 times compared to the production in the chromosome DNA donor by the conventional method, can be increased to 10 times or more, and the purification thereof can be performed very efficiently. It can be carried out.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図及び第2図は本発明で用いることのできる形質転
換体のプラスミドの耐熱性プロテアーゼ構造遺伝子を説
明する図である。
FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams illustrating the heat-resistant protease structural gene of the plasmid of the transformant which can be used in the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── 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 C12R 1:07) (56)参考文献 特開 昭63−502959(JP,A) 特開 昭58−162291(JP,A) 特開 昭59−159778(JP,A) Prcc.Natl.Acad.So i.VSA.,83,(1986)P.576− 580────────────────────────────────────────────────── (5) Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Agency reference number FI Technical indication location C12R 1:07) (56) References JP-A-63-502959 (JP, A) JP-A-58 -162291 (JP, A) JP-A-59-159778 (JP, A) Prcc. Natl. Acad. So i. VSA. , 83, (1986) p. 576- 580

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】Bacillus stearothermophilus由来の耐熱
性菌体外中性プロテアーゼ構造遺伝子を切断し、得られ
たDNA断片をベクターを用いる方法で別種の枯草菌(37
℃至適成育温度)を宿主として形質転換を行い、該形質
転換株から目的とする耐熱性菌体外中性プロテアーゼ構
造遺伝子断片が導入させた菌株を選択し遺伝子を増幅さ
せて耐熱性菌体外中性プロテアーゼを生産させて宿主外
に放出させ、培養液を加熱することにより熱変性する枯
草菌由来のタンパク質を沈殿として除去し、Bacillus s
tearothermophilus由来の耐熱性菌体外中性プロテアー
ゼのみを選択的に採取することを特徴とする耐熱性プロ
テアーゼの製造法。
[Claim 1] A thermostable extracellular neutral protease structural gene derived from Bacillus stearothermophilus is cleaved, and the obtained DNA fragment is treated with a vector to obtain another Bacillus subtilis (37).
(Optimum growth temperature of 100 ° C.) as a host, selecting a strain into which the desired heat-resistant extracellular neutral protease structural gene fragment was introduced from the transformed strain, amplifying the gene, and amplifying the gene. Bacillus s is produced by releasing extraneous proteases, releasing them out of the host, and removing the Bacillus subtilis-derived proteins that are thermally denatured by heating the culture broth.
A method for producing a thermostable protease, comprising selectively collecting only a thermostable extracellular neutral protease derived from tearothermophilus.
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