JP3220471B2 - Recombinant DNA, transformant containing the same, and method for producing glucose dehydrogenase using the same - Google Patents

Recombinant DNA, transformant containing the same, and method for producing glucose dehydrogenase using the same

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JP3220471B2 JP10692791A JP10692791A JP3220471B2 JP 3220471 B2 JP3220471 B2 JP 3220471B2 JP 10692791 A JP10692791 A JP 10692791A JP 10692791 A JP10692791 A JP 10692791A JP 3220471 B2 JP3220471 B2 JP 3220471B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、バチルス・メガテリウ
ム(Bacillus megaterium)由来の
グルコースデヒドロゲナーゼ(以下「GDH」とい
う。)をコードするDNAのアミノ酸配列で示される特
定の位置のアミノ酸を他のアミノ酸で置換することによ
って得られる改良型DNAを大腸菌用DNA導入ベクタ
ーに組み込んだ大腸菌内で複製可能な改良型組換えDN
A、それを含む形質転換体及びそれを用いるGDHの製
造法に関する。
The present invention relates to an amino acid at a specific position represented by the amino acid sequence of DNA encoding glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as "GDH") derived from Bacillus megaterium by other amino acids. An improved recombinant DN capable of replicating in Escherichia coli in which the improved DNA obtained by the substitution is incorporated into a DNA introduction vector for Escherichia coli.
A, a transformant containing the same and a method for producing GDH using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】GDH〔EC 1.1.1.47〕は、
グルコース定量用酵素として臨床検査及び食品工業の分
野において重要な酵素として使用されている。従来、G
DHを生産する微生物としては、バチルス・メガテリウ
ム、バチルス・セレウス(Bacillus cere
us)等のバチルス属菌が知られている(特開昭53−
137199号)。
2. Description of the Related Art GDH [EC 1.1.1.47]
It is used as an important enzyme in the fields of clinical testing and the food industry as an enzyme for quantifying glucose. Conventionally, G
Microorganisms that produce DH include Bacillus megaterium and Bacillus cereus.
bacillus) such as Bacillus sp.
137199).

【0003】バチルス・メガテリウム由来のGDHは分
子量約30,000の同一サブユニットからなる四量体
酵素として知られている。GDHはアルカリ側では可逆
的に解離して失活する性質を有している。しかし、イオ
ン強度が高いときは失活しないことが知られている。
[0003] GDH derived from Bacillus megaterium is known as a tetrameric enzyme consisting of the same subunit having a molecular weight of about 30,000. GDH has the property of being reversibly dissociated and deactivated on the alkaline side. However, it is known that it is not deactivated when the ionic strength is high.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながらグルコー
ス測定用酵素としてGDHを使用するためには、より安
定性に優れた性質を持つことが望まれ、更にイオン強度
が低い場合においてもpHによる影響を受けにくく、熱
に対しても安定性の優れたGDHをより安価に製造する
ことが望まれていた。
However, in order to use GDH as an enzyme for measuring glucose, it is desired to have more stable properties, and even if the ionic strength is low, it is affected by pH. It has been desired to produce GDH which is difficult and has excellent stability against heat at lower cost.

【0005】最近になってバチルス・メガテリウム由来
のGDH遺伝子を大腸菌に組み入れた組換え体を用いた
GDHの生産方法が開示された〔ヨーロピアン・ジャー
ナル・オブ・バイオケミストリー(Eur.J.Bio
chem.)174巻、485〜490、(198
8)〕。
[0005] Recently, a method for producing GDH using a recombinant obtained by incorporating a GDH gene derived from Bacillus megaterium into Escherichia coli has been disclosed [European Journal of Biochemistry (Eur. J. Bio).
chem. 174, 485-490, (198)
8)].

【0006】しかし、バチルス・メガテリウム由来のG
DH遺伝子は複数個存在することが示され、それらを用
いて形質転換体を得、GDHを生産しているが、使用し
ているベクターはGDHの大量生産には向かないもので
あり、かつGDHをより安定化するための改良は何らな
されていないのであった。
However, G derived from Bacillus megaterium
It was shown that a plurality of DH genes were present, and transformants were used to produce GDH using them. However, the vector used was not suitable for mass production of GDH, and GDH was used. No improvements have been made to further stabilize.

【0007】本発明者らは、既にGDHをより安価に製
造するため、バチルス・メガテリウム由来のGDH遺伝
子を高発現ベクターpKK223−3に組み入れて形質
転換体を得、該形質転換体を栄養培地で培養することに
よってGDHを高生産することに成功し、さらに検討し
てバチルス・メガテリウム由来のGDHをコードするD
NAのアミノ酸配列で示される特定の位置のアミノ酸を
他のアミノ酸で置換して得られる改良型DNAを大腸菌
に組み入れた形質転換体を栄養培地で培養したところ、
培養物中に従来のGDHより熱安定性に優れたGDHを
大量に製造せしめることに成功している(特開平2−8
6779)。
[0007] In order to produce GDH at a lower cost, the present inventors have already incorporated a GDH gene derived from Bacillus megaterium into a high expression vector pKK223-3 to obtain a transformant, and obtained the transformant in a nutrient medium. GDH was successfully produced by culturing, and further studied, and the DDH encoding GDH derived from Bacillus megaterium was
When a transformant obtained by substituting an amino acid at a specific position represented by the amino acid sequence of NA with another amino acid and incorporating the improved DNA into Escherichia coli was cultured in a nutrient medium,
It has succeeded in producing a large amount of GDH having higher thermal stability than conventional GDH in a culture (Japanese Patent Laid-Open No. 2-8).
6779).

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段・作用】本発明は前記発明
について更に検討を重ね、一組の特定のアミノ酸を他の
一組の特定のアミノ酸に置換することによって得られる
DNAを大腸菌に組み入れた形質転換体を栄養培地で培
養したところ、熱安定性に優れたGDHを製造すること
ができること、更にどのpHにおいても四量体の形で存
在し、熱にも安定なGDHを製造することができること
を見いだして本発明を完成した。
In the present invention, the above-mentioned invention was further studied, and DNA obtained by substituting one set of specific amino acids with another set of specific amino acids was incorporated into Escherichia coli. When the transformant was cultured in a nutrient medium, it was possible to produce GDH having excellent thermostability. Furthermore, it was possible to produce GDH which exists in the form of a tetramer at any pH and is thermostable. The inventors have found what can be done and completed the present invention.

【0009】バチルス・メガテリウム由来のGDH組換
えDNAを調製するためには、まずGDHをコードする
組換えDNAを調製する必要がある。そのために使用す
る菌株としては、GDH生産能を有するバチルス・メガ
テリウムであればいずれのものも使用できるが、好まし
くはバチルス・メガテリウムIAM1030及び土壌か
ら分離されたバチルス・メガテリウムIWG3を用いる
のがよい。
In order to prepare a GDH recombinant DNA derived from Bacillus megaterium, it is first necessary to prepare a recombinant DNA encoding GDH. As the strain to be used therefor, any Bacillus megaterium having GDH-producing ability can be used, but Bacillus megaterium IAM1030 and Bacillus megaterium IWG3 isolated from soil are preferably used.

【0010】このうち土壌から得られた菌株のバチルス
・メガテリウムIWG3は以下のようにして同定された
ものである。
Among them, a strain of Bacillus megaterium IWG3 obtained from soil was identified as follows.

【0011】菌学的諸性質の試験は、ルース・イー・ゴ
ードン著,ザ・ジーナス・バチルス(Ruth E.G
ordon:The Genus Bacillus
(1973)〕に準拠し、分類方法はバージェイス・マ
ニュアル・オブ・ディタミネイティブ・バクテリオロジ
ー (Bergey’s Manual of Deter
minative Bacteriology)(第8
版)及び前記のThe Genus Bacillus
によった。
Tests of mycological properties are described in Ruth E. Gordon, Ruth EG
ordon: The Genus Bacillus
(1973)], and the classification method was Bergey's Manual of Deterinary Bacteriology.
minative Bacteriology) (No. 8
Edition) and the aforementioned Genus Bacillus
According to

【0012】A.形態 (1) 細胞の大きさは1.1〜1.6μ×3.0〜
5.0μで桿菌である。またグルコース栄養培地(gl
ucosenutrient agar)で生育した細
胞をフクシンで染めると細胞内は粒状である。 (2) 運動性はない。 (3) 胞子を形成し、大きさは1.0〜1.3μ×
2.0〜2.5μで、卵形ないしは円柱形である。胞子
のうは膨らまない。中立ないしは準端立である。 (4) グラム染色性は陽性である。
A. Form (1) The size of the cells is 1.1 to 1.6 μ × 3.0 to
It is a bacillus at 5.0μ. Glucose nutrient medium (gl
When cells grown on euconusentient agar are stained with fuchsin, the cells are granular. (2) There is no mobility. (3) Spores are formed, and the size is 1.0 to 1.3 μ ×
2.0-2.5μ, oval or cylindrical. Spores do not swell. Neutral or semi-fine. (4) Gram stainability is positive.

【0013】B・生理学的性質 (1) 硝酸塩の還元:陰性 (2) 脱窒反応 :陰性 (3) VPテスト :陰性。ブロスのpHは7日間
の培養で4.6〜5.0である。 (4) インドールの生成:陰性 (5) デンプンの加水分解:陰性 (6) クエン酸塩の利用:陽性 (7) 無機窒素源の利用:アンモニウム塩と硝酸塩
を共に利用する。 (8) 色素の生成:チロシン培地で茶褐色の水溶性
色素を生成する。 (9) ウレアーゼ:弱陽性 (10) カタラーゼ:陽性 (11) 酸素に対する態度:好気性 (12) 糖類からの酸及びガスの生成:アラビノー
ス,キシロース,グルコース,フラクトース,ガラクト
ース,マルトース,シュクロース,ラクトース,トレハ
ロース,マンニット,イノシット,グリセリン,デンプ
ンから酸を生成するが、ガスは生成しない。マンノー
ス,ソルビットからは酸もガスも生成しない。 (13) 7% NaCl培地での生育:生育しない (14) 45℃における生育:生育する (15) 65℃における生育:生育しない (16) サブロー・デキストローズ(Saboura
ud dextrose)培地における生育:生育する (17) フェニルアラニンのデアミネーション:陽性 (18) ゼラチンの液化性:陽性 (19) カゼインの分解性:陽性 (20) チロシンの分解性:陽性 (21) 卵黄反応:陰性
B. Physiological properties (1) Reduction of nitrate: negative (2) Denitrification: negative (3) VP test: negative. The pH of the broth is 4.6-5.0 after 7 days of culture. (4) Indole formation: negative (5) Starch hydrolysis: negative (6) Use of citrate: positive (7) Use of inorganic nitrogen source: Use both ammonium salt and nitrate. (8) Pigment production: A brown water-soluble pigment is produced in a tyrosine medium. (9) Urease: weakly positive (10) Catalase: positive (11) Attitude to oxygen: aerobic (12) Generation of acid and gas from saccharides: arabinose, xylose, glucose, fructose, galactose, maltose, sucrose, lactose , Trehalose, mannitol, inosit, glycerin, starch, but not gas. No acid or gas is produced from mannose or sorbite. (13) Growth on 7% NaCl medium: does not grow (14) Growth at 45 ° C .: grows (15) Growth at 65 ° C .: does not grow (16) Sabouraud Dextrose (Saboura)
(17) Deamination of phenylalanine: positive (18) Liquefaction of gelatin: positive (19) Degradability of casein: positive (20) Degradability of tyrosine: positive (21) Egg yolk Reaction: negative

【0014】以上の諸性質をバージェイス・マニュアル
・オブ・ディタミネイティブ・バクテリオロジー(第8
版)の分類方法にしたがって検索すると、本菌株はグラ
ム陽性の好気性桿菌で胞子を形成するのでバチルス属に
分類される。
[0014] The above properties are described by the Burgess Manual of Defective Native Bacteriology (No. 8).
When this strain is searched according to the classification method of the above edition, the strain is classified as Bacillus because it forms spores with Gram-positive aerobic bacilli.

【0015】種については、 (1) 栄養細胞の大きさが1.0〜1.6μ×3.0
〜5.0μであり、グルコース培地で細胞内が粒状であ
る。 (2) 胞子のうが膨らまないこと、胞子形成部位は中
央部ないしはやや末端よりである。 (3) グルコースから酸を生成すること、VPテスト
が陰性である。 (4) 嫌気条件下では生育しない。 (5) サブロー・デキストローズ(Sabourau
d dextrose)培地で生育する。 (6) アラビノース、キシロース、マンニットから酸
を生成する。 (7) 卵黄反応が陰性である。 こと等の性質からバチルス・メガテリウムと同定され、
本発明者らは、本菌株をバチルス・メガテリウムIWG
3と命名した。
Regarding the species, (1) the size of the vegetative cells is 1.0 to 1.6 μ × 3.0
~ 5.0μ, and the inside of cells is granular in a glucose medium. (2) The spore sac does not swell, and the spore formation site is located at the center or slightly from the end. (3) Generating acid from glucose, VP test is negative. (4) Does not grow under anaerobic conditions. (5) Sabouraud Dextrose (Sabourau
d dextrose) medium. (6) An acid is produced from arabinose, xylose and mannitol. (7) The yolk reaction is negative. It was identified as Bacillus megaterium from properties such as
The present inventors have established this strain as Bacillus megaterium IWG.
No. 3.

【0016】以下、実施例を記載しながら本発明を詳述
する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

【実施例】【Example】

【0017】形質転換体Aの調製 (1) GDHの精製 バチルス・メガテリウムIWG3を2XTYブロスに植
菌し、培養後集菌し、菌体破砕後、遠心分離して得られ
る上清液を脱塩濃縮後、凍結乾燥して得られたGDH粗
酵素粉末105μgをグリセロール10%含有イミダゾ
ール緩衝液(20mM、pH6.5)15mlに溶解
し、DEAE−セファデックスA−50に吸着させた
後、食塩濃度勾配(0.1M−0.5M)により溶出さ
せ、活性画分を集め脱塩濃縮する。次にTSK−ゲルD
EAE−3−SWを担体とする高速液体クロマトグラフ
ィーにより分子量分画を行い、さらにTSK−ゲル G
3000−SWを担体とする高速液体クロマトグラフィ
ーにより吸着溶離して電気泳動的に均一な活性画分(蛋
白質量として約5mg)を得た。
Preparation of Transformant A (1) Purification of GDH Bacillus megaterium IWG3 is inoculated into 2XTY broth, collected after culturing, crushed, crushed, and centrifuged to remove the supernatant. After concentration, 105 μg of GDH crude enzyme powder obtained by freeze-drying was dissolved in 15 ml of imidazole buffer (20 mM, pH 6.5) containing 10% of glycerol, adsorbed on DEAE-Sephadex A-50, and then concentrated in sodium chloride. Elution is performed with a gradient (0.1M-0.5M), and the active fraction is collected and desalted and concentrated. Next, TSK-Gel D
Molecular weight fractionation was performed by high performance liquid chromatography using EAE-3-SW as a carrier, and further TSK-gel G
It was adsorbed and eluted by high performance liquid chromatography using 3000-SW as a carrier to obtain an electrophoretically uniform active fraction (about 5 mg in terms of protein mass).

【0018】(2) GDHのアミノ基末端アミノ酸配
列の決定 前記(1)により得た精製酵素蛋白質のアミノ基末端ア
ミノ酸配列をABI〔アプライド・バイオシステム(A
pplied Biosystem)〕社製ペプチドシ
ーケンサーGas Phase 470Aにより分析
し、N末端より29アミノ酸残基の配列(配列番号:
2)を決定した。尚、下線部はプローブ合成に用いられ
た配列を示す。
(2) Determination of amino acid sequence at the amino terminal of GDH The amino acid sequence at the amino terminal of the purified enzyme protein obtained by the above (1) was determined by ABI [Applied Biosystems (A)
[Plied Biosystem]], a peptide sequencer Gas Phase 470A, and a sequence of 29 amino acid residues from the N-terminus (SEQ ID NO:
2) was determined. The underlined portion indicates the sequence used for probe synthesis.

【0019】(3) DNAプローブの合成 前記アミノ酸配列(配列番号:2)から下線で示した1
ヶ所の配列を選択し、これらのアミノ酸配列から推定さ
れる遺伝子上の可能なDNA塩基配列のうち、枯草菌の
コドン利用頻度を参考にしてDNA塩基配列を推定し、
38merの1種のDNAプローブの塩基配列(配列番
号:3)を決定した。DNAの合成はABI社製でシン
セサイザー(Synthesizer)モデル381A
を用いて行った。
(3) Synthesis of DNA probe The amino acid sequence shown in FIG.
Select sequences at several locations, and among the possible DNA base sequences on the gene estimated from these amino acid sequences, estimate the DNA base sequence with reference to the codon usage frequency of Bacillus subtilis,
The base sequence of one 38-mer DNA probe (SEQ ID NO: 3) was determined. DNA synthesis was performed by ABI, using a synthesizer (Synthesizer) model 381A.
This was performed using

【0020】(4) バチルス・メガテリウムからの全
DNAの抽出と切断 斉藤、三浦らの方法〔バイオキミカ・バイオフィジカ・
アクタ(Biochim.Biophys.Act
a)、72巻、619頁(1963)]に従ってバチル
ス・メガテリウムIWG3から全DNAを抽出精製し
た。このDNA240μgをとり、制限酵素EcoR
I、BglIIそれぞれ150単位と37℃、3時間反
応させた。反応液の全量を1%アガロースゲル電気泳動
に供し、3〜4Kbの大きさに相当するDNAを含む部
分を切出して、電気抽出法によりゲルからDNA断片を
溶出させた。次いで溶出液を当量のフェノール及びフェ
ノール・クロロホルムで順次抽出し、得られた水層にエ
タノールを添加してDNAを沈澱させた後、TE緩衝液
100μlに溶かした。
(4) Extraction and cleavage of total DNA from Bacillus megaterium The method of Saito, Miura et al.
Actor (Biochim. Biophys. Act)
a), Vol. 72, p. 619 (1963)], and total DNA was extracted and purified from Bacillus megaterium IWG3. Take 240 μg of this DNA, and use the restriction enzyme EcoR
The reaction was carried out with 150 units of I and BglII at 37 ° C. for 3 hours. The entire amount of the reaction solution was subjected to 1% agarose gel electrophoresis, a portion containing DNA corresponding to a size of 3 to 4 Kb was cut out, and a DNA fragment was eluted from the gel by an electric extraction method. Next, the eluate was sequentially extracted with an equivalent amount of phenol and phenol / chloroform. Ethanol was added to the obtained aqueous layer to precipitate DNA, which was then dissolved in 100 μl of TE buffer.

【0021】(5) ベクターへのDNA断片の挿入 ベクターとしてはpBR322を用いたが、DNA断片
挿入のためには、pBR322 20μgをEcoRI
−BamHIで完全分解して得られた直鎖状ベクターD
NAをTE緩衝液200μlに溶解して使用した。上記
工程(4)で得られたDNA断片との結合は、工程
(4)で得られた溶液と直鎖状ベクターDNA溶液を1
0:1の割合に混合し、T4DNAリガーゼを14℃で
一夜反応させることにより行った。
(5) Insertion of DNA Fragment into Vector Although pBR322 was used as a vector, 20 μg of pBR322 was used for insertion of a DNA fragment.
-Linear vector D obtained by complete digestion with BamHI
NA was dissolved in 200 μl of TE buffer and used. The binding to the DNA fragment obtained in the above step (4) was carried out by combining the solution obtained in the step (4) with the linear vector DNA solution.
This was performed by mixing at a ratio of 0: 1 and allowing T4 DNA ligase to react at 14 ° C. overnight.

【0022】(6) バチルス・メガテリウムのDNA
ライブラリーの作成 上記工程(5)で得られた組換えDNAを形質転換によ
り宿主大腸菌エシエリヒア・コリ(Escherich
ia coli)C600に導入し、アンピシリン50
μg/mlを含むL−ブロス寒天培地上で生育してきた
コロニーを集めてバチルス・メガテリウムIWG3のD
NAライブラリーと称した。
(6) Bacillus megaterium DNA
Preparation of library The recombinant DNA obtained in the above step (5) was transformed into host Escherichia coli (Escherichia).
ia coli) introduced into C600, and ampicillin 50
Colonies that had grown on L-broth agar containing μg / ml were collected and the B. megaterium IWG3 D
It was called NA library.

【0023】(7) DNAライブラリーからGDHク
ローンの選択・分離 上記工程(3)で得られたDNAプローブを各々イング
リア(Inglia)らの方法〔ヌクレイック・アシッ
ド・リサーチ(Nucleic AcidsRe
s.)、9巻、1627〜1642頁(1982)〕に
従ってT4ポリヌクレオチドキナーゼとγ−32P−A
TPを用いてラベルした。
(7) Selection and Separation of GDH Clone from DNA Library The DNA probes obtained in the above step (3) were each isolated by the method of Inglia et al. [Nucleic Acids Research (Nucleic Acids Research).
s. ), Vol. 9, and T4 polynucleotide kinase according to pages from 1627 to 1642 (1982)] γ- 32 P-A
Labeled with TP.

【0024】次に前記工程(6)で得られた大腸菌をア
ンピシリン50μg/mlを含むL−ブロス寒天培地上
でコロニーとして生育させ、これをレプリカ法によっ
て、アマーシャム(Amersham)ナイロンメンブ
ランへ移し、リゾチーム溶菌し、アルカリでDNA変性
させ、塩酸による中和処理を行った後、前記プローブと
ハイブリダイゼーションさせた。ハイブリダイゼーショ
ンは6倍濃度のSSC(0.15M NaCl、0.0
15Mクエン酸ナトリウム、pH7.0)、5倍濃度の
デンハルト(Denhardt)液(0.02%フィコ
ール,0.02%ポリビニルピロリドン,0.02%牛
血清アルブミン)、0.5%SDS、牛胸腺DNA20
μg/ml(終濃度)及びラベルしたDNAプローブ約
5×10cpm/mlを用いてプレハイブリダイゼー
ションを45℃、3時間行った後、45℃、一夜のハイ
ブリダイゼーションを行った。
Next, the Escherichia coli obtained in the above step (6) was grown as a colony on an L-broth agar medium containing 50 μg / ml of ampicillin, and transferred to an Amersham nylon membrane by a replica method. The cells were lysed, denatured with alkali DNA, neutralized with hydrochloric acid, and then hybridized with the probe. Hybridization was performed at a 6-fold concentration of SSC (0.15 M NaCl, 0.0
15M sodium citrate, pH 7.0), 5 times concentration of Denhardt solution (0.02% ficoll, 0.02% polyvinylpyrrolidone, 0.02% bovine serum albumin), 0.5% SDS, bovine thymus DNA20
Prehybridization was performed at 45 ° C. for 3 hours using μg / ml (final concentration) and about 5 × 10 5 cpm / ml of the labeled DNA probe, followed by overnight hybridization at 45 ° C.

【0025】この後、5倍濃度のSSCを用いて45℃
で2回、つづいて5倍濃度のSSC(0.1%SDSを
含む)を用いて45℃で2回、4倍濃度のSSCで2回
ナイロンメンブランを洗浄した。この後ナイロンメンブ
ランを乾燥させ、オートラジオグラフィー(条件:−8
0℃、一夜)に供した。その結果、ハイブリダイゼーシ
ョン陽性のコロニーが3つ見出された。そこで陽性のコ
ロニーについて液体培養をした後、バーンボイム(Bi
rnboim)らの方法〔ヌクレイック・アシッド・リ
サーチ(Nucleic Acids Res.)、7
巻、1513〜1523頁(1979)〕によりプラス
ミドDNAを調製した。
Thereafter, using a 5-fold concentration SSC at 45 ° C.
The membrane was washed twice with SSC at a concentration of 5 times (including 0.1% SDS) twice at 45 ° C. and twice with SSC at a concentration of 4 times. Thereafter, the nylon membrane is dried and subjected to autoradiography (condition: -8
0 ° C, overnight). As a result, three hybridization-positive colonies were found. Therefore, after performing liquid culture on the positive colonies, the burnboim (Bi
rnboim) et al. [Nucleic Acids Res., 7
Volume, pp. 1513 to 1523 (1979)].

【0026】得られたプラスミドDNAを制限酵素Ec
oRI、SalIで切断し、アガロースゲル電気泳動を
行った後、ラベルしたDNAプローブとサザン(Son
thern)ハイブリダイゼーション〔ジャーナル・オ
ブ・モレキュラー・バイオロジー (J.Mol.Bi
ol)、98巻、503〜517頁(1975)〕を行
った。その結果、EcoRI、SalI切断で生成する
約3.6KbのDNA断片にDNAプローブが強くハイ
ブリダイズすることが見出された。なお分離された3株
は同一のプラスミドを有することが示され、GDHクロ
ーンの候補としてこのプラスミドをpGDA1と命名し
た。
The obtained plasmid DNA was digested with the restriction enzyme Ec.
After cutting with oRI and SalI and performing agarose gel electrophoresis, labeled DNA probe and Southern (Son
then) hybridization [Journal of Molecular Biology (J. Mol. Bi)
ol), Vol. 98, pp. 503-517 (1975)]. As a result, it was found that the DNA probe strongly hybridized to a DNA fragment of about 3.6 Kb generated by digestion with EcoRI and SalI. The three strains thus isolated were shown to have the same plasmid, and this plasmid was designated as pGDAl as a candidate for a GDH clone.

【0027】(8) GDHクローンの同定とDNA塩
基配列の決定 プラスミドpGDA1よりEcoRI、Sau3AI切
断により生成する930bpのDNA断片についてサン
ガー(Sanger)らの方法〔プロシーディングス・
オブ・ナショナル・アカデミー・サイエンス・ユーエス
エー(Proc.Natl.Acad.Sci.U.
S.A.)、74巻、5463〜5467頁(197
7)〕に従ってDNA塩基配列を決定した。
(8) Identification of GDH Clone and Determination of DNA Nucleotide Sequence A 930 bp DNA fragment generated by cutting EcoRI and Sau3AI from plasmid pGDA1 was used according to the method of Sanger et al.
Of National Academy Science USA (Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.).
S. A. 74, 5463-5467 (197).
7)] and the DNA base sequence was determined.

【0028】その結果、上記工程(2)で得られたGD
Hのアミノ基末端アミノ酸配列に完全に一致するアミノ
酸配列をコードする塩基配列が見出され、この断片がG
DH遺伝子の一部を含むことが明らかになった。プラス
ミドpGDA1については、制限酵素切断の結果にもと
づいて図1に表される制限酵素地図を作成した。すでに
決定された塩基配列から遺伝子読取り方向の下流部位の
DNA塩基配列を決定したところ、配列番号:4に示さ
れる261個のアミノ酸よりなる蛋白質をコードする塩
基配列が存在することが示された。
As a result, the GD obtained in the above step (2)
A nucleotide sequence encoding an amino acid sequence completely identical to the amino acid terminal amino acid sequence of H was found.
It was found to contain part of the DH gene. For the plasmid pGDA1, a restriction enzyme map shown in FIG. 1 was created based on the results of restriction enzyme digestion. When the DNA base sequence at the downstream site in the gene reading direction was determined from the base sequence already determined, it was shown that a base sequence encoding a protein consisting of 261 amino acids represented by SEQ ID NO: 4 was present.

【0029】以上の結果によりプラスミドpGDA1中
のバチルス・メガテリウムIWG3由来のDNA断片中
にはGDHの構造遺伝子が完全に含まれているものと推
定される。
From the above results, it is presumed that the DNA fragment derived from Bacillus megaterium IWG3 in the plasmid pGDA1 completely contains the GDH structural gene.

【0030】(9) GDH遺伝子の発現 クローニングされたGDH遺伝子を大腸菌で発現させる
ためにプラスミドpGDA1中のバチルス・メガテリウ
ムIWG3由来のDNA断片から、以下に示す工程に従
い遺伝子の発現を試みた。
(9) Expression of GDH gene In order to express the cloned GDH gene in Escherichia coli, gene expression was attempted from a DNA fragment derived from Bacillus megaterium IWG3 in plasmid pGDA1 according to the following steps.

【0031】プラスミドpGDA1 10μgをEco
RI及びPvuIIで切断し、1%アガロース電気泳動
に供し、約1.5Kbの大きさの断片を回収した。得ら
れた断片1μgにdATP、dGTP、dCTP、dT
TPを終濃度各1mM、DNAポリメラーゼクレノウフ
ラグメント(Klenow fragment)4単位
を加え、10mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、
7mM MgCl2、1mMジチオスレイトールの反応
液20μl中で、30℃、20分間反応させた。これに
より両端が平滑末端にされたDNA断片を精製し、その
約0.5μgにPstIリンカーとT4DNAリガーゼ
10単位を加え、66mMトリス−塩酸緩衝液(pH
7.5)、5mM MgCl2、5mMジチオスレイト
ール、1mM ATPの反応液20μl中で、14℃、
一夜反応させた。反応後DNA断片を精製し、BanI
Iで切断後、この断片にマングビーンヌクレアーゼ(M
ung bean nuclease)1単位を加え、
40mM酢酸ナトリウム(PH4.5)、100mM
NaCl、2mM ZnCl2、10%グリセロールの
反応液50μl中で、30℃、30分間反応させた。こ
の操作によりBanIIの突出末端を平滑末端にし、さ
らに上述したのと同様の方法でEcoRIリンカーを連
結した。反応後DNA断片を精製し、EcoRIとPs
tIで両端を切断し、EcoRI−PstI断片として
回収した。
10 μg of the plasmid pGDA1 was
After digestion with RI and PvuII, the fragment was subjected to 1% agarose electrophoresis, and a fragment having a size of about 1.5 Kb was recovered. 1 μg of the obtained fragment was added to dATP, dGTP, dCTP, dTTP.
TP was added at a final concentration of 1 mM each, 4 units of DNA polymerase Klenow fragment was added, and 10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) was added.
The reaction was carried out at 30 ° C. for 20 minutes in 20 μl of a reaction solution containing 7 mM MgCl 2 and 1 mM dithiothreitol. As a result, the DNA fragment having blunt ends at both ends was purified. To about 0.5 μg of the DNA fragment, a PstI linker and 10 units of T4 DNA ligase were added, and a 66 mM Tris-HCl buffer solution (pH
7.5) In a 20 μl reaction mixture of 5 mM MgCl 2, 5 mM dithiothreitol, 1 mM ATP, 14 ° C.
Allowed to react overnight. After the reaction, the DNA fragment was purified, and
After digestion with I, this fragment was treated with mung bean nuclease (M
ung bean nuclease) 1 unit,
40 mM sodium acetate (PH 4.5), 100 mM
The reaction was carried out at 30 ° C. for 30 minutes in 50 μl of a reaction solution of NaCl, 2 mM ZnCl 2 and 10% glycerol. By this operation, the protruding end of BanII was made blunt, and an EcoRI linker was ligated in the same manner as described above. After the reaction, the DNA fragment is purified, and EcoRI and Ps
Both ends were cut with tI and recovered as an EcoRI-PstI fragment.

【0032】本実施例に用いられる発現用ベクターpK
K223−3は、ブロシウス (Brosius.
J.)ら〔プロシーディングス・オブ・ナショナル・ア
カデミー・サイエンス・ユーエスエー(Proc.Na
tl.Acad.Sci.U.S.A.)、81巻、6
929〜6933頁(1984)〕により報告されたも
のであり、プロモーターとしてtacプロモーターを有
している。
The expression vector pK used in this example
K223-3 is Brosius.
J. ) Et al. [Proceedings of National Academy Sciences USA (Proc.
tl. Acad. Sci. U. S. A. ), 81, 6
929-6933 (1984)], and has a tac promoter as a promoter.

【0033】この発現ベクターpKK223−3を制限
酵素EcoRIとPstIで切断した後、回収したEc
oRI−PstI断片と混合し、T4DNAリガーゼで
結合反応を行わせた。その反応液を用いてエシエリヒア
・コリJM105を形質転換し、アンピシリン50μg
/ml、イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシ
ド(IPTG)を含むL−ブロス寒天培地上で生育して
くるコロニーを選択した。
After the expression vector pKK223-3 was digested with restriction enzymes EcoRI and PstI, the recovered Ec
The mixture was mixed with the oRI-PstI fragment, and a binding reaction was performed with T4 DNA ligase. Escherichia coli JM105 was transformed with the reaction solution, and 50 μg of ampicillin was used.
/ Ml, colonies growing on an L-broth agar medium containing isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) were selected.

【0034】得られたコロニーについてGDHの発現を
確認するために、色素共役法を用いたコロニーアッセイ
を行った。コロニーをろ紙上にレプリカし、50mMト
リス−塩酸(pH7.5)、10mM EDTA緩衝液
にリゾチームを1mg/mlの濃度に調整したリゾチー
ム溶液をろ紙上のコロニーに加え、30℃、20分間保
温後、1%トリトン溶液を加え室温で5分間放置した。
さらに熱処理用の緩衝液[50mMリン酸緩衝液(pH
6.5)、2M−NaCl、50mM−EDTA〕を加
え、60℃、20分間熱処理を行った。
In order to confirm the expression of GDH in the obtained colonies, a colony assay using a dye conjugate method was performed. The colony was replicated on a filter paper, and a lysozyme solution prepared by adjusting lysozyme to a concentration of 1 mg / ml in 50 mM Tris-hydrochloric acid (pH 7.5) and 10 mM EDTA buffer was added to the colony on the filter paper, and incubated at 30 ° C. for 20 minutes. A 1% Triton solution was added, and the mixture was left at room temperature for 5 minutes.
Further, a buffer for heat treatment [50 mM phosphate buffer (pH
6.5) 2M-NaCl, 50 mM-EDTA] was added, and heat treatment was performed at 60 ° C. for 20 minutes.

【0035】次に基質混合液〔20mMトリス−塩酸
(pH8.0)、1M−NaCl、100mMグルコー
ス、0.5mMフェナジンエトサルフェート(PE
S)、0.5mM 3−(4′,5′−ジメチルチアゾ
ール−2−イール−2,5−ジフェニルテトラゾリウム
ブロマイド(MTT)、50μM−NAD〕を加え、3
7℃、5分間暗所にて放置する。対照実験として上記基
質混合液中のグルコースを除いたものを用いた。反応の
停止は、10%酢酸溶液を加えることにより行った。コ
ロニーの選択は、コロニーが青紫色に変化したものを選
んだ。コロニーアッセイの結果、多数の陽性コロニーを
得、この中の1株からプラスミドDNAを抽出し、これ
をpGDA2と命名し、制限酵素による切断で予想され
る構造、図2を確認した。
Next, a substrate mixture [20 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 M NaCl, 100 mM glucose, 0.5 mM phenazine ethosulfate (PE
S), 0.5 mM 3- (4 ', 5'-dimethylthiazol-2-yl-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT), 50 μM-NAD], and 3
Leave at 7 ° C for 5 minutes in the dark. As a control experiment, the one in which glucose in the above substrate mixture was removed was used. The reaction was stopped by adding a 10% acetic acid solution. For selection of colonies, those whose colonies turned blue-purple were selected. As a result of the colony assay, a large number of positive colonies were obtained. Plasmid DNA was extracted from one of these strains, named pGDA2, and the structure expected by cleavage with the restriction enzyme, FIG. 2, was confirmed.

【0036】なお、本プラスミドをエシエリヒア・コリ
JM105へ形質転換により導入してGDH高発現株エ
シエリヒア・コリJM105/pGDA2を得た。本菌
株は工業技術院微生物工業技術研究所にFERM BP
−2584として寄託されている。 形質転換体Bの調製
The plasmid was introduced into Escherichia coli JM105 by transformation to obtain a high GDH-expressing strain Escherichia coli JM105 / pGDA2. This strain is FERM BP by the Institute of Microbial Technology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.
-2584. Preparation of transformant B

【0037】バチルス・メガテリウムIWG3にかえて
バチルス・メガテリウムIAM1030を用い、上記の
形質転換体の調製の(1)〜(9)と同様に操作し、
高GDH発現プラスミドDNAを抽出し、pGDA3と
命名した。次いで本プラスミドを形質転換してGDH高
発現株エシエリヒア・コリJM105/pGDA3を得
た。
Using Bacillus megaterium IAM1030 in place of Bacillus megaterium IWG3, the same procedure as in the above (1) to (9) for preparing the transformant was carried out,
The high GDH expression plasmid DNA was extracted and named pGDA3. Next, this plasmid was transformed to obtain a high GDH expression strain Escherichia coli JM105 / pGDA3.

【0038】なお、バチルス・メガテリウムIAM10
30より得られたGDHのアミノ酸配列(配列番号:
5)は、配列番号:4で示されたバチルス・メガテリウ
ムIWG3由来GDHのDNAアミノ酸配列と比較して
そのN末端より22位のセリンがアラニンに、43位の
アスパラギン酸がグルタミン酸に、79位のアラニンが
セリンにそして95位のロイシンがメチオニンにそれぞ
れ置き換わったにすぎないことがわかった。
The Bacillus megaterium IAM10
Amino acid sequence of GDH obtained from SEQ ID NO: 30 (SEQ ID NO:
5) shows that the serine at position 22 from the N-terminus is alanine, the aspartic acid at position 43 is glutamic acid, and the position 79 at position 79 are compared with the DNA amino acid sequence of GDH derived from Bacillus megaterium IWG3 shown in SEQ ID NO: 4. It was found that only alanine was replaced by serine and leucine at position 95 was replaced by methionine.

【0039】即ちバチルス・メガテリウム由来GDHを
コードするDNAのアミノ酸配列は(配列番号:1)に
要約される。バチルス・メガテリウムIWG3由来GD
HのDNAのN末端より96位、252位及び253位
のアミノ酸に対応する塩基配列の変換
That is, the amino acid sequence of DNA encoding GDH derived from Bacillus megaterium is summarized in (SEQ ID NO: 1). GD from Bacillus megaterium IWG3
Conversion of base sequences corresponding to amino acids 96, 252 and 253 from the N-terminus of H DNA

【0040】部位特異的変手法〔ゾーラーら(M.Z
oller、M.Smith)、ヌクレイック・アシド
・リサーチ(Nucleic Acids Res)、
10巻、6487頁(1982)〕を用いてGDH遺伝
子のN末端より96位に対応する塩基配列GAA(グル
タミン酸)をGTA(バリン)に変換した変異遺伝子
(以下、E96V遺伝子という。)を調整した。更にN
末端より96位に対応する塩基配列GAA(グルタミン
酸)をAAA(リン)に変換した変異遺伝子(以下、
E96K遺伝子という。)を調整した。次いで252位
に対応する塩基配列CAG(グルタミン)をCTG(ロ
イシン)に、253位に対応する塩基配列TAC(チロ
シン)をGAA(グルタミン酸)に変換して変異遺伝子
(以下、Q252L−Y253E遺伝子という。)を調
整した。
The site-specific mutation technique [Zora et al. (M.Z
oller, M .; Smith), Nucleic Acids Res.
10, 6487 (1982)] to prepare a mutant gene (hereinafter, referred to as E96V gene) in which the base sequence GAA (glutamic acid) corresponding to position 96 from the N-terminus of the GDH gene is converted to GTA (valine). . Further N
Mutant gene obtained by converting the base sequence GAA corresponding to position 96 from the terminal a (glutamic acid) to the AAA (Li di down) (hereinafter,
It is called E96K gene. ) Was adjusted. Next, the base sequence CAG (glutamine) corresponding to position 252 is converted to CTG (leucine), and the base sequence TAC (tyrosine) corresponding to position 253 is converted to GAA (glutamic acid), which is referred to as a mutant gene (hereinafter referred to as Q252L-Y253E gene). ) Was adjusted.

【0041】更にE96K遺伝子を含む形質転換体及び
Q252L−Y253E遺伝子を含む形質転換体を用い
た読みとりわく中にただ1箇所存在する制限酵素部位を
用いた組換え法を用いて96位、252位及び253位
を変換した変異型酵素遺伝子(以下、E96K−Q25
2L−Y253E遺伝子という。)を得た。
Further, positions 96 and 252 were obtained by a recombination method using a restriction enzyme site which was present only once in the reading using the transformant containing the E96K gene and the transformant containing the Q252L-Y253E gene. And a mutant enzyme gene obtained by converting positions 253 (hereinafter referred to as E96K-Q25
It is called 2L-Y253E gene. ) Got.

【0042】変異二本鎖遺伝子断片の調製 前記の各変異処理DNA(E96V遺伝子、Q252L
−Y253E遺伝子及びE96K−Q252L−Y25
3E遺伝子)10μgに10倍濃度の逆転写酵素用緩衝
液〔70mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5),70m
M塩化マグネシウム,0.5M塩化ナトリウム,20m
Mジチオスレイトール〕10μlと20pmolのプラ
イマーを含む溶液2μlと蒸留水74μlを加えて85
℃,5分間,40℃,15分間保温した後、10mMの
dNTP 13μlと逆転写酵素1μl(20単位)を
加えて37℃で反応を行った。1時間後フェノール抽出
を行った後エタノール沈澱を行い、沈澱物を溶解後、制
限酵素EcoRI,PstIで分解し、アガロースゲル
電気泳動を行い、ゲルより変異二本鎖遺伝子断片を常法
に従い回収した。
Preparation of Mutant Double-Stranded Gene Fragments Each of the above-mentioned mutation-treated DNAs (E96V gene, Q252L
-Y253E gene and E96K-Q252L-Y25
10 μg of a 10-fold concentration of a reverse transcriptase buffer [70 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5), 70 m
M magnesium chloride, 0.5M sodium chloride, 20m
M dithiothreitol] 2 μl of a solution containing 10 μl and 20 pmol of a primer and 74 μl of distilled water are added to give 85
After incubating for 5 minutes at 40 ° C. for 15 minutes, 13 μl of 10 mM dNTP and 1 μl (20 units) of reverse transcriptase were added to carry out the reaction at 37 ° C. After 1 hour, phenol extraction was carried out, followed by ethanol precipitation. The precipitate was dissolved, digested with restriction enzymes EcoRI and PstI, agarose gel electrophoresis was performed, and a mutant double-stranded gene fragment was recovered from the gel according to a conventional method. .

【0043】耐熱化GDH遺伝子保持株の選択 前工程により得られた変異二本鎖遺伝子断片を発現ベク
ターpKK223のEcoRI,PstI切断部位へ組
み込み、大腸菌エシエリヒア・コリJM103を形質転
換した。シャーレ培地上に生育したコロニーについて、
ろ紙を用いるレプリカプリント法により酵素活性を調べ
た。ろ紙上に強い発色が認められた菌株をマスタープレ
ートから鈎菌する。
Selection of heat-resistant GDH gene-bearing strain The mutated double-stranded gene fragment obtained in the preceding step was inserted into the EcoRI and PstI sites of the expression vector pKK223 to transform Escherichia coli JM103. For colonies grown on Petri dishes,
The enzyme activity was examined by a replica print method using filter paper. Hook the strain showing strong color development on the filter paper from the master plate.

【0044】次に上記方法により選択された菌株を各々
2XTY培地5mlに接種して37℃,18時間振盪培
養を行なった。集菌洗浄後、菌体懸濁液を超音波処理
し、遠心分離を行って上清液を得た。
Next, each of the strains selected by the above method was inoculated into 5 ml of 2XTY medium and cultured with shaking at 37 ° C. for 18 hours. After washing, the cell suspension was subjected to ultrasonic treatment and centrifuged to obtain a supernatant.

【0045】変異酵素遺伝子の塩基配列決定と変異の同
定 変異酵素遺伝子保持株よりプラスミドDNAを調製し、
常法に従って遺伝子断片の塩基配列の決定を行い、変異
点を明らかにし、酵素蛋白質のアミノ酸配列上の変化を
確認した。
Determination of base sequence of mutant enzyme gene and identification of mutation Plasmid DNA was prepared from the mutant enzyme gene-bearing strain,
The nucleotide sequence of the gene fragment was determined according to a conventional method, the mutation point was clarified, and the change in the amino acid sequence of the enzyme protein was confirmed.

【0046】即ち、バチルス・メガテリウムIWG3由
来GDH天然型DNAのアミノ酸配列のN末端より96
位のグルタミン酸がバリンに変化した改良型組換えDN
AであるpGDA2F−30、252位のグルタミンが
ロイシンに、253位のチロシンがグルタミン酸に変化
した改良型組換えDNAであるpGDA2F−40、同
じくN末端より96位のグルタミン酸がアラニンに、2
52位のグルタミンがロイシンに、更に253位のチロ
シンがグルタミン酸に変化した改良型組換えDNAであ
るpGDA2F−50の各改良型組換えDNAが得られ
た。
That is, 96 amino acids from the N-terminus of the amino acid sequence of GDH natural DNA derived from Bacillus megaterium IWG3
Improved recombinant DN in which glutamic acid at the position is changed to valine
A, pGDA2F-30, pGDA2F-40 which is an improved recombinant DNA in which glutamine at position 252 is changed to leucine and tyrosine at position 253 is changed to glutamic acid, and glutamic acid at position 96 from the N-terminus to alanine;
Each improved recombinant DNA of pGDA2F-50, which is an improved recombinant DNA in which glutamine at position 52 was changed to leucine and tyrosine at position 253 to glutamic acid, was obtained.

【0047】次いで各プラスミドでエシエリヒア・コリ
JM103を形質転換して得られた各形質転換体(エシ
エリヒア・コリJM103/pGDA2F−30、エシ
エリヒア・コリJM103/pGDA2F−40及びエ
シエリヒア・コリJM103/pGDA2F−50)に
ついて2XTYブロス培地で37℃,18時間培養し、
集菌後、菌体懸濁液を超音波処理し、遠心分離後、得ら
れた上澄液をDEAE−セファロースカラムクロマトグ
ラフィーで電気泳動的に均一まで精製した。この酵素に
ついて以下の試験を行った。
Next, each transformant obtained by transforming Escherichia coli JM103 with each plasmid (Escherichia coli JM103 / pGDA2F-30, Escherichia coli JM103 / pGDA2F-40, and Escherichia coli JM103 / pGDA2F-50) ) Was cultured in 2XTY broth medium at 37 ° C. for 18 hours,
After cell collection, the cell suspension was subjected to ultrasonic treatment, and after centrifugation, the obtained supernatant was purified to homogeneity by electrophoresis using DEAE-Sepharose column chromatography. The following tests were performed on this enzyme.

【0048】エシエリヒア・コリJM103/pGDA
2F−50より得られたGDHを、各緩衝液中において
2MのNaClの存在下および非存在下の条件で、30
℃、20分間処理したときのpH安定性を検討した(p
H4〜6は75mM酢酸緩衛液、pH6〜7.5および
pH11〜12は75mMリン酸緩衝液、pH7.5〜
8.5は75mMトリスー塩酸緩衝液、PH8.5〜1
0.5は75mMグリシン−NaOH緩衝液を使用)。
その結果を、図4に示す。
Escherichia coli JM103 / pGDA
GDH obtained from 2F-50 was treated with 30M in the presence and absence of 2M NaCl in each buffer.
PH stability at 20 ° C. for 20 minutes was examined (p
H4-6 are 75 mM acetate buffer, pH 6-7.5 and pH11-12 are 75 mM phosphate buffer, pH 7.5
8.5 is 75 mM Tris-HCl buffer, PH 8.5-1
0.5 uses 75 mM glycine-NaOH buffer).
The result is shown in FIG.

【0049】エシエリヒア・コリJM103/pGDA
2F−50より得られたGDHを、各温度においてNa
Cl非存在下の条件で、50mMリン酸緩衝液(pH
6.5)中で20分間処理したときの温度安定性を検討
した。その結果を図5に示す。
Escherichia coli JM103 / pGDA
GDH obtained from 2F-50 was converted to Na at each temperature.
In the absence of Cl, 50 mM phosphate buffer (pH
The temperature stability when treated in 6.5) for 20 minutes was examined. The result is shown in FIG.

【0050】エシエリヒア・コリJM103/pGDA
2F−40より得られたGDHを、各温度においてNa
Cl非存在下の条件で、50mMリン酸緩衝液(pH
6.5)中で20分間処理したときの温度安定性を検討
した。その結果も図5に示す。
Escherichia coli JM103 / pGDA
GDH obtained from 2F-40 was converted to Na at each temperature.
In the absence of Cl, 50 mM phosphate buffer (pH
The temperature stability when treated in 6.5) for 20 minutes was examined. The results are also shown in FIG.

【0051】図3、図4および図5より明らかのよう
に、GDHをコードするアミノ酸配列で示される特定の
アミノ酸、即ちN末端より96位のグルタミン酸がアラ
ニンに、252位のグルタミンがロイシンに更に253
位のチロシンがグルタミン酸に置換することによって、
イオン強度が低い場合において、どのpHにおいても活
性を保持し、さらに天然型と比較して熱にも安定なGD
Hが生産されることがわかる。
As is clear from FIGS. 3, 4 and 5, the specific amino acid represented by the amino acid sequence encoding GDH, that is, glutamic acid at position 96 from the N-terminus corresponds to alanine, and glutamine at position 252 to leucine. 253
By substituting glutamic acid for the tyrosine at position 2,
When the ionic strength is low, GD maintains activity at any pH and is more stable to heat than natural type.
It can be seen that H is produced.

【0052】図5より明らかなように96位のグルタミ
ン酸がバリンに置換することによって、天然型と比較し
てGDHの耐熱性が向上することがわかる。
As is apparent from FIG. 5, the substitution of glutamic acid at position 96 with valine improves the heat resistance of GDH as compared with the natural type.

【0053】更に、252位のグルタミンがロイシン
に、253位のチロシンがグルタミン酸に置換すること
によって、天然型と比較してGDHの耐熱性が向上する
ことがわかる。
Further, it can be seen that the heat resistance of GDH is improved by substituting glutamine at position 252 with leucine and replacing tyrosine at position 253 with glutamic acid, as compared with the natural type.

【0054】形質転換体エシエリヒア・コリをアンピシ
リン50μg/mlを含む2XTYブロス100mlに
植菌し、37℃で13時間振盪培養後、IPTG(終濃
度0.1mM)を添加して2時間後に遠心分離により集
菌し、2MのNaClを含む50mMリン酸塩緩衝液
(pH6.5)で洗浄後、10mlの同緩衝液に懸濁
し、超音波破砕機により破砕後、遠心分離して上清液を
得た。一方、対照としてバチルス・メガテリウムIWG
3を2XTYブロス100mlに植菌し、37℃,24
時間振盪培養した。次に上記と同様に集菌し、洗浄後、
超音波破砕処理した後、遠心分離し、その上清を酵素液
とした。
The transformant Escherichia coli was inoculated into 100 ml of 2XTY broth containing 50 μg / ml of ampicillin, cultured at 37 ° C. for 13 hours with shaking, added with IPTG (final concentration 0.1 mM), and centrifuged 2 hours later. And washed with 50 mM phosphate buffer (pH 6.5) containing 2 M NaCl, suspended in 10 ml of the same buffer, crushed with an ultrasonic crusher, and centrifuged to separate the supernatant. Obtained. On the other hand, Bacillus megaterium IWG
3 inoculated in 100 ml of 2XTY broth,
The cells were cultured with shaking for hours. Next, cells are collected in the same manner as above, and after washing,
After sonication, the mixture was centrifuged, and the supernatant was used as an enzyme solution.

【0055】GDHの酵素活性は以下の方法にしたがっ
て測定した。D−グルコース 0.1M、NAD 20
mMを含む75mMトリス塩酸緩衝液に酵素液を加えて
光度計セル内にて30℃で反応させ、340nmにおけ
る吸光度の増大を測定する。反応の1分間に1μmol
eのNADHを生成する酵素活性を1単位と定め、比活
性は酵素液中の蛋白質1mg当りの単位数として示し
た。
GDH enzyme activity was measured according to the following method. D-glucose 0.1 M, NAD 20
The enzyme solution is added to 75 mM Tris-HCl buffer containing mM and reacted at 30 ° C. in a photometer cell, and the increase in absorbance at 340 nm is measured. 1 μmol per minute of reaction
The enzyme activity for producing NADH of e was defined as 1 unit, and the specific activity was shown as the number of units per 1 mg of protein in the enzyme solution.

【0056】その結果、エシエリヒア・コリJM103
/pGDA2F−50より得られたGDHの比活性(p
H6.5)は2MのNaCl存在下では12.7u/m
gを示し、非存在下では9.20u/mgを示した。つ
まリ、エシエリヒア・コリJM103/pGDA2F−
50より生産されたGDHはイオン強度に関係なく四量
体で存在して活性を示すものと考えられる。
As a result, Escherichia coli JM103
/ Specific activity of GDH obtained from pGDA2F-50 (p
H6.5) is 12.7 u / m in the presence of 2M NaCl.
g and 9.20 u / mg in the absence. Tsumari, Escherichia coli JM103 / pGDA2F-
It is considered that GDH produced from No. 50 exists as a tetramer regardless of ionic strength and shows activity.

【0057】エシエリヒア・コリJM103/pGDA
2F−40より得られたGDHの比活性は2MのNaC
l存在下では7.67u/mgを示し、非存在下では
0.96u/mgを示した。つまりエシエリヒア・コリ
JM103/pGDA2F−40より生産されたGDH
はイオン強度の低い状態では解離して活性を示さないも
のと考えられる。
Escherichia coli JM103 / pGDA
The specific activity of GDH obtained from 2F-40 was 2M NaC
1 showed 7.67 u / mg, and 0.96 u / mg in the absence. That is, GDH produced from Escherichia coli JM103 / pGDA2F-40.
Is considered to dissociate and show no activity when the ionic strength is low.

【0058】バチルス・メガテリウムIWG3より得ら
れたGDHの比活性(pH6.5)は2MのNaCl存
在下及び非存在下のいずれにおいても510u/mgを
示した。しかし、pH9.0における非活性は2MのN
aCl存在下では475u/mgを示したが、非存在下
では活性を示さなかった。つまリバチルス・メガテリウ
ムIWG3より生産されたGDHはイオン強度の低い状
態では解離して活性を示さないものと考えられる。
The specific activity (pH 6.5) of GDH obtained from Bacillus megaterium IWG3 was 510 u / mg in both the presence and absence of 2M NaCl. However, inactivity at pH 9.0 was 2M N
475 u / mg was shown in the presence of aCl, but no activity was shown in the absence. That is, GDH produced from L. megaterium IWG3 is considered to dissociate and show no activity in a state of low ionic strength.

【0059】バチルス・メガテリウムIWG3に代え
て、バチルス・メガテリウムIAM1030を用いて同
様にして形質転換体を得、GDHを生産したところ、上
記と同様の結果となった。
A transformant was obtained in the same manner using Bacillus megaterium IAM1030 instead of Bacillus megaterium IWG3, and GDH was produced. The same results as described above were obtained.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明は、バチルス・メガテリウム由来
のGDHをコードするDNAのアミノ酸配列で示される
特定位置のアミノ酸を、他のアミノ酸で置き換えて得ら
れる改良型DNAをを提供し、更にGDH高発現用ベク
ターに組み込んだ大腸菌内で複製可能な改良型組換えD
NAを含む形質転換体を培養することによって、イオン
強度に影響されずどのpHにおいても四量体の形で存在
し、さらに熱にも安定なGDHを安価に大量に供給する
ことを可能としたものである。
According to the present invention, there is provided an improved DNA obtained by replacing the amino acid at a specific position represented by the amino acid sequence of the DNA encoding GDH derived from Bacillus megaterium with another amino acid, and further improving the GDH level. Improved recombinant D capable of replicating in Escherichia coli integrated into an expression vector
By culturing a transformant containing NA, it is possible to supply a large amount of GDH which is present in a tetramer form at any pH without being affected by ionic strength and is stable to heat. Things.

【配列表】[Sequence list]

【0061】 [0061]

【0062】 [0062]

【0064】 [0064]

【0065】 [0065]

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

【図1】プラスミドpGDA1の制限酵素地図を示すも
のである。
FIG. 1 shows a restriction map of plasmid pGDA1.

【図2】プラスミドpGDA2の制限酵素地図を示すも
のである。
FIG. 2 shows a restriction map of plasmid pGDA2.

【図3】改良型組換えDNAであるpGDA2F−40
を組み込んだ形質転換体を培養することによって生産さ
れるGDHのpH安定性を示すものである。図中におい
て、−−は2MのNaCl存在下での結果を示し、−●
−はNaClの非存在下での結果を示す。
FIG. 3. pGDA2F-40, an improved recombinant DNA
Fig. 2 shows the pH stability of GDH produced by culturing a transformant into which GDH has been incorporated. In the figure, --- indicates the results in the presence of 2M NaCl,
-Indicates the result in the absence of NaCl.

【図4】改良型組換えDNAであるpGDA2F−50
を組み込んだ形質転換体を培養することによって生産さ
れるGDHのpH安定性を示すものである。図中におい
て、−−は2M NaClの存在下での結果を示し、−
●−はNaClの非存在下での結果を示す。
FIG. 4. pGDA2F-50, an improved recombinant DNA
Fig. 2 shows the pH stability of GDH produced by culturing a transformant into which GDH has been incorporated. In the figure,-indicates the results in the presence of 2M NaCl,-
●-shows the results in the absence of NaCl.

【図5】改良型組換えDNAであるpGDA2F−3
0,pGDA2F−40及びpGDA2F−50を組み
込んだ形質転換体を培養することによって生産されるG
DHの温度安定性を示すものである。図中において、−
■−はバチルス・メガテリウムIWG3より得られたG
DHを示し、−□−はpGDA2F−30の場合を示
し、−●−はpGDA2F−40の場合を示し−−はp
GDA2F−50の場合を示す。
FIG. 5: pGDA2F-3, an improved recombinant DNA
G produced by culturing a transformant incorporating 0, pGDA2F-40 and pGDA2F-50.
It shows the temperature stability of DH. In the figure,-
■-: G obtained from Bacillus megaterium IWG3
DH,-□-indicates pGDA2F-30,-●-indicates pGDA2F-40, and −- indicates p
The case of GDA2F-50 is shown.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI (C12N 9/04 C12R 1:19) C12R 1:19) 1:11) (C12N 15/09 ZNA C12N 15/00 ZNAA C12R 1:11) C12R 1:11) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 15/00 - 15/90 C12N 1/21 C12N 9/04 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG) JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI (C12N 9/04 C12R 1:19) C12R 1:19) 1:11) (C12N 15/09 ZNA C12N 15/00 ZNAA C12R 1 : 11) C12R 1:11) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C12N 15/00-15/90 C12N 1/21 C12N 9/04 BIOSIS (DIALOG) WPI (DIALOG) JICST file (JOIS)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 配列表の配列番号:1で示されるバチル
ス・メガテリウム由来のグルコースデヒドロゲナーゼを
コードするDNAのN末端から96位のグルタミン酸を
リジンに、252位のグルタミンをロイシンに、253
位のチロシンをグルタミン酸に置換し、大腸菌導入ベク
ターに組み込んだ大腸菌内で複製可能な組換えDNA。
1. Glutamate at position 96 from the N-terminus to lysine, glutamine at position 252 to leucine and 253 from position N of the DNA encoding Bacillus megaterium-derived glucose dehydrogenase represented by SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.
A recombinant DNA capable of replicating in Escherichia coli, in which tyrosine at position 1 is replaced with glutamic acid and integrated into an Escherichia coli introduction vector.
【請求項2】 請求項1の組換えDNAを導入したエシ
エリヒア・コリ。
2. Escherichia coli into which the recombinant DNA of claim 1 has been introduced.
【請求項3】 請求項2の形質転換体を栄養培地で培養
し、グルコースデヒドロゲナーゼを培養物中に産生せし
め、該培養物中よりグルコースデヒドロゲナーゼを採取
することを特徴とするグルコースデヒドロゲナーゼの製
造法。
3. A method for producing glucose dehydrogenase, comprising culturing the transformant according to claim 2 in a nutrient medium, producing glucose dehydrogenase in the culture, and collecting glucose dehydrogenase from the culture.
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