JP3769655B2 - Thermostable xylanase - Google Patents

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本発明は、新規な耐熱性キシラナーゼ、その製造方法及びその用途、耐熱性キシラナーゼ遺伝子並びに耐熱性キシラナーゼを生産する微生物に関する。   The present invention relates to a novel thermostable xylanase, a production method and use thereof, a thermostable xylanase gene, and a microorganism that produces the thermostable xylanase.

キシラナーゼはキシランを分解する酵素であり、製紙用パルプの漂白前処理用酵素として、又は機能性キシロオリゴ糖の製造用として用いられる有用酵素である。Viikari らがキシラナーゼによりクラフトパルプの漂白性が向上することを報告(非特許文献1)して以来、紙パルプ産業においてキシラナーゼが注目され始めているが、パルプ製造工程中にはクラフト蒸解や漂白工程等高温条件が多いことから、これらの工程中に効率よくキシラナーゼを用いるにあたっては耐熱性の高いキシラナーゼが求められている。耐熱性キシラナーゼを用いることで、高温での酵素反応が可能になるために冷却の設備やエネルギーが削減できると共に酵素反応中の雑菌の繁殖も防ぐことができるからである。   Xylanase is an enzyme that degrades xylan, and is a useful enzyme used as an enzyme for pre-bleaching treatment of paper pulp or for the production of functional xylo-oligosaccharides. Since Viikari et al. Reported that xylanase improves the bleachability of kraft pulp (Non-patent Document 1), xylanase has begun to attract attention in the pulp and paper industry. Since there are many high temperature conditions, when using a xylanase efficiently in these processes, the xylanase with high heat resistance is calculated | required. This is because the use of a thermostable xylanase enables an enzyme reaction at a high temperature, thereby reducing the cooling equipment and energy and preventing the propagation of various bacteria during the enzyme reaction.

一方、微生物の有する酵素生産能力が高い方が酵素製造のコストダウンに有利であることは自明である。そこで、耐熱性の高いキシラナーゼとその酵素を高生産する微生物が求められている。キシラナーゼを生産する微生物としてはキシラナーゼの総説(非特許文献2)等によれば、アスペルギルス(Aspergillus)属、トリコデルマ(Trichoderma)属、アウレオバシデウム(Aureobasidium)属、スエヒロタケ(Schizophyllum commune)等の糸状菌、バチルス(Bacillus)属やクロストリジウム(Clostridium)属、ストレプトミセス(Streptomyces)属等の細菌類等数多くの微生物が知られている。そして、これらの微生物から生産されるキシラナーゼの反応pHは酸性乃至中性、反応温度は40℃〜80℃である。また、アルカリ側で活性を有するアルカリキシラナーゼを生産する微生物も知られており、例えば、バチルス(Bacillus)属(非特許文献3及び4)、アエロモナス(Aeromonas)属(非特許文献5)又はストレプトミセス(Streptomyces)属(非特許文献6)に属する微生物等が知られている。   On the other hand, it is self-evident that the higher the enzyme production capacity of the microorganism is, the more advantageous for the cost reduction of the enzyme production. Therefore, there is a demand for a xylanase with high heat resistance and a microorganism that produces the enzyme at a high level. According to a review of xylanase (Non-patent Document 2) and the like, microorganisms producing xylanase are filamentous fungi such as Aspergillus, Trichoderma, Aureobasidium, Schizophyllum commune, etc. Many microorganisms such as bacteria such as Bacillus genus, Clostridium genus, and Streptomyces genus are known. The reaction pH of xylanase produced from these microorganisms is acidic to neutral, and the reaction temperature is 40 ° C to 80 ° C. Also known are microorganisms that produce an alkaline xylanase having activity on the alkali side, for example, the genus Bacillus (Non-patent Documents 3 and 4), the genus Aeromonas (Non-patent Document 5), or Streptomyces. Microorganisms belonging to the genus (Streptomyces) (Non-patent Document 6) are known.

これらのキシラナーゼを生産する微生物のうち、糸状菌では、キシラナーゼの他にセルラーゼを生産するものが多く、紙パルプ製造工程に使用する上で紙の収率や強度の低下をきたす恐れがある等の問題点がある。しかも、糸状菌は細菌に比べて培養期間が長い。また、細菌ではキシラナーゼ生産性が低いという問題点がある。   Among these xylanase-producing microorganisms, filamentous fungi often produce cellulase in addition to xylanase, which may reduce paper yield and strength when used in the paper pulp manufacturing process. There is a problem. Moreover, filamentous fungi have a longer culture period than bacteria. In addition, bacteria have a problem that xylanase productivity is low.

近年、Viikari らは、耐アルカリ性のバチルス・サーキュランス(Bacillus circulans)VTT-E-87305 株を用い、pH8〜8.5、30℃、2日間の培養で高収量(400U/ml)のキシラナーゼを生産させたことを報告している(非特許文献7)。しかし、この酵素についての耐熱性は明らかではなく、培養温度も30℃と低いことから、高温下での酵素反応を行うことは困難である。   Recently, Viikari et al. Produced a high yield (400 U / ml) of xylanase by culturing at pH 8 to 8.5 at 30 ° C. for 2 days using an alkali-resistant Bacillus circulans VTT-E-87305 strain. (Non-patent Document 7). However, the heat resistance of this enzyme is not clear and the culture temperature is as low as 30 ° C., so it is difficult to carry out the enzyme reaction at high temperature.

一方、バチルス属に属する微生物の生産する耐熱性キシラナーゼの精製については、好アルカリ好熱性バチルスW−1およびW−2から、分子量21,500、等電点8.5、反応至適pH6.0、反応至適温度65℃のW1−I耐熱性キシラナーゼ、及び、分子量22,500、等電点8.3、反応至適pH6.0、反応至適温度65℃のW2−I耐熱性キシラナーゼがそれぞれ報告されている(非特許文献8)。   On the other hand, for the purification of thermostable xylanase produced by microorganisms belonging to the genus Bacillus, molecular weight 21,500, isoelectric point 8.5, reaction optimum pH 6.0, reaction optimum from alkali thermophilic thermophilic Bacillus W-1 and W-2 A W1-I thermostable xylanase having a temperature of 65 ° C. and a W2-I thermostable xylanase having a molecular weight of 22,500, an isoelectric point of 8.3, an optimum pH of 6.0, and an optimum temperature of 65 ° C. have been reported (non-patented). Reference 8).

また、好熱性バチルスとして知られるバチルス・ステアロテルモフィルス(Bacillus stearothermophilus)については、T.Nanmori らがStrain 21 の培養濾液から分子量39,500、等電点5.1、反応至適pH7.0、反応至適温度60℃の耐熱性キシラナーゼを精製し、生産したことを報告している(非特許文献9)。しかし、その生産量は55℃、2日間の培養で1.96 U/ml に過ぎない。   In addition, for Bacillus stearothermophilus, known as thermophilic Bacillus, T. Nanmori et al. From Strain 21 culture filtrate had a molecular weight of 39,500, isoelectric point 5.1, optimum reaction pH 7.0, optimum reaction. It has been reported that a thermostable xylanase having a temperature of 60 ° C. has been purified and produced (Non-patent Document 9). However, its production is only 1.96 U / ml at 55 ° C for 2 days.

さらに、キシラナーゼの利用法について、パルプにキシラナーゼを作用させて漂白薬品やAOX(吸着性有機ハロゲン化合物、特に有機塩素化合物)を低減させようとする試みがいくつか報告されている(例えば、特許文献1〜7、非特許文献10〜13)。   Furthermore, regarding the use of xylanase, several attempts have been reported to reduce bleaching chemicals and AOX (adsorptive organohalogen compounds, especially organochlorine compounds) by causing xylanase to act on pulp (for example, patent documents). 1-7, non-patent documents 10-13).

しかし、これらの試みでは、紙パルプ製造工程における漂白工程では40〜100℃の高温処理が必要とされる一方、その工程中に酵素処理を組み込むために耐熱性を持たない酵素を使用しなければならないことも多く、この場合は、その反応至適温度までパルプを冷却し、また次の工程のために加温しなければならず、多大なエネルギーが必要になる。   However, in these attempts, the bleaching process in the pulp and paper manufacturing process requires a high temperature treatment of 40 to 100 ° C., but an enzyme that does not have heat resistance must be used in order to incorporate the enzyme treatment in the process. In many cases, the pulp must be cooled to the optimum reaction temperature and heated for the next step, which requires a lot of energy.

従って、高温条件下で製造することによって冷却設備を不要とするか又は冷却水の節約を可能とし、しかも雑菌混入の可能性を少なくさせ、低コストで製造することが可能な酵素である耐熱性のキシラナーゼが望まれている。さらに、遺伝子組換え技術により耐熱性キシラナーゼをコードする遺伝子を単離し、該遺伝子を発現させることによりキシラナーゼを大量に得ることも望まれている。   Therefore, heat resistance is an enzyme that can be manufactured at a low cost by making cooling equipment unnecessary by making it manufactured under high temperature conditions or making it possible to save cooling water and reducing the possibility of contamination. Xylanases are desired. It is also desired to obtain a large amount of xylanase by isolating a gene encoding a thermostable xylanase by gene recombination technology and expressing the gene.

キシラナーゼ遺伝子については現在までに多数の報告がなされている。例えば、細菌由来についてはバチルス・サーキュランス(Bacillus circulans; 非特許文献14)、バチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis; 非特許文献15)、シュードモナス・フルオレッセンス (Pseudomonas fluorescens; 非特許文献16)およびルミノコッカス・フラベファシエンス (Ruminococcus flavefaciens; 非特許文献17)などが、カビ由来についてはクロストリジウム・アセトブチリカム (Clostridium acetobutylicum; 非特許文献18)、アスペルギルス・アワモリ (Aspergillus awamori; 非特許文献19)およびストレプトミセス・リビダンス (Streptomyces lividans; 非特許文献20)などがある。しかしながら、これらの遺伝子を用いた組換え体により製造された酵素は、漂白に適したものであるか否か明らかでない。   Many reports on the xylanase gene have been made so far. For example, regarding bacteria origin, Bacillus circulans (Non-patent document 14), Bacillus subtilis (Non-patent document 15), Pseudomonas fluorescens (Non-patent document 16) and Luminococcus For example, Flabefaciens (Ruminococcus flavefaciens; Non-Patent Document 17) and Clostridium acetobutylicum (Non-Patent Document 18), Aspergillus awamori (Non-patent Document 19) and Streptomyces lividans ( Streptomyces lividans; Non-patent document 20). However, it is not clear whether enzymes produced by recombinants using these genes are suitable for bleaching.

特開平2-210085号公報JP-A-2-10085 特開平2-210086号公報JP-A-2-10086 特開平2-221482号公報JP-A-2-221482 特開平2-264087号公報JP-A-2-64087 特開平2-293486号公報JP-A-2-93486 特開平3-40887号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-40887 特開平3-505785号公報JP-A-3-505785 3rd international conference on biotechnology in the pulp and paper industry 1986年 講演要旨集 p.673rd international conference on biotechnology in the pulp and paper industry 1986 Abstracts of lectures p.67 Wong et al., Microbiological Reviews, Sept.,305,1988Wong et al., Microbiological Reviews, Sept., 305,1988 Honda et al., System. Appl. Microbiol., 8,152,1986,Honda et al., System. Appl. Microbiol., 8,152,1986, Okazaki et al., Appl. Microbiol. and Biotechnol., 19,335,1984Okazaki et al., Appl. Microbiol. And Biotechnol., 19,335,1984 Ohkoshi et al., Agric.Biol.Chem.,49,3037,1985Ohkoshi et al., Agric. Biol. Chem., 49, 3037, 1985 Vyas et al., Biotechnol.Let.,12,225,1990Vyas et al., Biotechnol.Let., 12, 225, 1990 Appl.Microbiol. Biotechnol., 37,470,1992Appl. Microbiol. Biotechnol., 37,470,1992 Okazaki et al., Agric.Biol.Chem., 49,2033,1985Okazaki et al., Agric.Biol.Chem., 49,2033,1985 J.Bacteriol.,172,6669,1990J. Bacteriol., 172,6669,1990 L.S.Pederson et al., Production of bleached chemical pulp in the future international pulp bleaching conference, Vol.2,107,1991L.S.Pederson et al., Production of bleached chemical pulp in the future international pulp bleaching conference, Vol.2,107,1991 紙パルプ技術タイムズ,5,20,1992Pulp and Paper Technology Times, 5, 20, 1992 S. Hogman et al., Biotechnology in Pulp and Paper Industry, Uni Publishers Co.,Ltd.,p.107,1992S. Hogman et al., Biotechnology in Pulp and Paper Industry, Uni Publishers Co., Ltd., P.107,1992 Viikari et al., Biotechnology in Pulp and Paper Industry, Uni Publishers Co.,Ltd.,p.101,1992Viikari et al., Biotechnology in Pulp and Paper Industry, Uni Publishers Co., Ltd., P.101,1992 YANGR.C.A. et al., NUCLEIC ACIDS RES. 16:7187-7187(1988)YANGR.C.A. Et al., NUCLEIC ACIDS RES. 16: 7187-7187 (1988) PAICE M.G. et al., ARCH.MICROBIOL.144:201-206(1986)PAICE M.G. et al., ARCH.MICROBIOL. 144: 201-206 (1986) KELLETT L.E. et al.,BIOCHEM.J.272:369-376(1990)KELLETT L.E. et al., BIOCHEM.J.272: 369-376 (1990) ZHANG J.-X. et al., MOL.MICROBIOL. 6:1013-1023(1992)ZHANG J.-X. et al., MOL.MICROBIOL. 6: 1013-1023 (1992) ZAPPE. et al., NUCLEIC ACIDS RES. 18:2179-2179-(1990)ZAPPE. Et al., NUCLEIC ACIDS RES. 18: 2179-2179- (1990) ITO K. et al., BIOSCI.BIOTECHNOL.BIOCHEM. 56:1338-1340(1992)ITO K. et al., BIOSCI.BIOTECHNOL.BIOCHEM. 56: 1338-1340 (1992) SHARECK F. et al., GENE 107:75-82(1991)SHARECK F. et al., GENE 107: 75-82 (1991)

本発明は、新規な耐熱性キシラナーゼ、その製造方法及びその用途、耐熱性キシラナーゼ遺伝子並びに耐熱性キシラナーゼを生産する微生物を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a novel thermostable xylanase, a production method and use thereof, a thermostable xylanase gene, and a microorganism that produces the thermostable xylanase.

本発明者らは上記課題に基づいて鋭意研究を行い、耐熱性キシラナーゼ高生産菌を求め、鋭意広範なスクリーニングを行なった結果、東京都江東区東雲の土壌中から耐熱性キシラナーゼを生産する微生物を見い出し、該微生物の培養物中から耐熱性において優れた性質を有する耐熱性キシラナーゼXP1及びXP2を見い出し、更に該耐熱性キシラナーゼをコードする遺伝子をクローニングし、高発現させることに成功し、本発明を完成するに至った。   Based on the above-mentioned problems, the present inventors have intensively researched and sought a thermostable xylanase-producing bacterium. Discovered, found thermostable xylanases XP1 and XP2 having excellent thermostability in the culture of the microorganism, and succeeded in cloning and highly expressing the gene encoding the thermostable xylanase. It came to be completed.

すなわち、本発明は、以下の理化学的性質を有する耐熱性キシラナーゼXP1又はXP2から選ばれる耐熱性キシラナーゼである。   That is, the present invention is a thermostable xylanase selected from thermostable xylanase XP1 or XP2 having the following physicochemical properties.

(1)以下の理化学的性質を有する耐熱性キシラナーゼXP1(以下、単にXP1という)。
(1) 作用:キシランの1,4-β-D-キシロシド結合を加水分解し、キシロオリゴ糖の還元糖を生成する。
(2) 基質特異性:カバキシラン、小麦キシラン等の調製キシランの他、キシランを含有する広葉樹クラフトパルプ、小麦フスマ等に作用する。
(3) 至適pH及び安定pH範囲:反応の至適pH範囲はpH5〜8であり、安定pH範囲は3〜9である。
(4) 作用適温の範囲:50〜80℃の範囲にある。
(5) 熱安定性:50℃、30分の処理で約90%以上の酵素活性を保持し、60℃、30分の処理でも約50%以上の残存活性を示す。
(6) 等電点:8.1付近である。
(7) 分子量:SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法で測定した結果、約22,500である。
(8) 阻害:ヨード酢酸、EDTAにより弱く阻害を受け、Hg2+、SDSにより強く阻害される。
(1) Thermostable xylanase XP1 (hereinafter simply referred to as XP1) having the following physicochemical properties.
(1) Action: Hydrolyzes 1,4-β-D-xyloside bond of xylan to produce reducing sugar of xylo-oligosaccharide.
(2) Substrate specificity: Preparation of birch silane, wheat xylan, etc. In addition to xylan, it acts on hardwood kraft pulp, wheat bran and the like containing xylan.
(3) Optimal pH and stable pH range: The optimal pH range for the reaction is pH 5-8, and the stable pH range is 3-9.
(4) Range of optimal working temperature: in the range of 50-80 ° C.
(5) Thermal stability: Retains about 90% or more of the enzyme activity after treatment at 50 ° C. for 30 minutes, and shows about 50% or more of the residual activity even after treatment at 60 ° C. for 30 minutes.
(6) Isoelectric point: around 8.1.
(7) Molecular weight: As a result of measurement by SDS polyacrylamide gel electrophoresis, it is about 22,500.
(8) Inhibition: weakly inhibited by iodoacetic acid and EDTA, and strongly inhibited by Hg 2 + and SDS.

(2)以下の理化学的性質を有する耐熱性キシラナーゼXP2(以下、単にXP2という)。
(1) 作用:キシランの1,4-β-D-キシロシド結合を加水分解し、キシロース及びキシロオリゴ糖の還元糖を生成する。
(2) 基質特異性:カバキシラン、小麦キシラン等の調製キシランの他、キシランを含有する広葉樹クラフトパルプ、小麦フスマ等に作用する。
(3) 至適pH及び安定pH範囲:反応の至適pH範囲はpH5〜8であり、安定pH範囲は4.5〜9である。
(4) 作用適温の範囲:60〜90℃の範囲にある。
(5) 熱安定性:70℃、30分の処理で約90%の残存活性を示す。
(6) 等電点:8.5付近である。
(7) 分子量:SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法で測定した結果、約32,000である。
(8) 阻害:Mn2+、Co2+、Cu2+、EDTA、ヨード酢酸により弱く阻害を受け、Hg2+、SDSにより強く阻害される。
(2) Thermostable xylanase XP2 (hereinafter simply referred to as XP2) having the following physicochemical properties.
(1) Action: Hydrolyzes 1,4-β-D-xyloside bond of xylan to produce reducing sugar of xylose and xylooligosaccharide.
(2) Substrate specificity: Preparation of birch silane, wheat xylan, etc. In addition to xylan, it acts on hardwood kraft pulp, wheat bran and the like containing xylan.
(3) Optimal pH and stable pH range: The optimal pH range for the reaction is pH 5-8, and the stable pH range is 4.5-9.
(4) Range of optimal working temperature: 60 to 90 ° C.
(5) Thermal stability: about 90% residual activity after treatment at 70 ° C for 30 minutes.
(6) Isoelectric point: around 8.5.
(7) Molecular weight: As a result of measuring by SDS polyacrylamide gel electrophoresis, it is about 32,000.
(8) Inhibition: weakly inhibited by Mn 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , EDTA and iodoacetic acid, and strongly inhibited by Hg 2+ and SDS.

さらに、本発明は、上記耐熱性キシラナーゼを生産するバチルス(Bacillus)属に属する微生物を培地に培養し、得られる培養物から該耐熱性キシラナーゼを採取することを特徴とする前記耐熱性キシラナーゼの製造方法である。ここで、微生物としては、例えばバチルス・エスピー2113又はバチルス・エスピー208が挙げられる。   Furthermore, the present invention provides the production of the thermostable xylanase, characterized by culturing a microorganism belonging to the genus Bacillus that produces the thermostable xylanase in a medium, and collecting the thermostable xylanase from the obtained culture. Is the method. Here, examples of the microorganism include Bacillus sp 2113 and Bacillus sp 208.

さらに、本発明は、耐熱性キシラーゼの生産能を有するバチルス・エスピー2113又はバチルス・エスピー208である。さらに、本発明は、配列番号1で表されるアミノ酸配列を実質的にコードする塩基配列又は配列番号2で表される塩基配列を実質的に含む耐熱性キシラナーゼ遺伝子である。   Furthermore, the present invention is Bacillus sp 2113 or Bacillus sp 208 having the ability to produce thermostable xylase. Furthermore, the present invention is a thermostable xylanase gene substantially comprising the base sequence substantially encoding the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or the base sequence represented by SEQ ID NO: 2.

ここで、「実質的に」とあるのは、このペプチドが耐熱性キシラナーゼ酵素活性を有する限り、又は塩基配列が耐熱性キシラナーゼをコードするものである限り、アミノ酸若しくは塩基配列に欠失、置換又は付加等の変化があってもよいことを意味するものである。さらに、本発明は、以下の理化学的性質を有する遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼXP1又は遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼXP2から選ばれる耐熱性キシラナーゼである。   Here, “substantially” means that as long as this peptide has thermostable xylanase enzyme activity, or as long as the base sequence encodes a thermostable xylanase, the amino acid or base sequence has a deletion, substitution, or It means that there may be changes such as addition. Furthermore, the present invention is a thermostable xylanase selected from the recombinant thermostable xylanase XP1 or the recombinant thermostable xylanase XP2 having the following physicochemical properties.

(1)下記の理化学的性質を有する遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼXP1
(1) 作用:キシランの1,4-β-D-キシロシド結合を加水分解し、キシロオリゴ糖の還元糖を生成する。
(2) 基質特異性:カバキシラン、小麦キシラン等の調製キシランの他、キシランを含有する広葉樹クラフトパルプ、小麦フスマ等に作用する。
(3) 至適pH及び安定pH範囲:反応の至適pH範囲はpH5〜8であり、安定pH範囲は3〜9である。
(4) 作用適温の範囲:50〜80℃の範囲にある。
(5) 熱安定性:50℃、30分の処理で約90%以上の酵素活性を保持し、60℃、30分の処理でも約50%以上の残存活性を示す。
(6) 等電点:8.1付近である。
(7) 分子量:SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法で測定した結果、約22,500である。
(8) 阻害:ヨード酢酸、EDTAにより弱く阻害を受け、Hg2+、SDSにより強く阻害される。
(1) Recombinant thermostable xylanase XP1 having the following physicochemical properties
(1) Action: Hydrolyzes 1,4-β-D-xyloside bond of xylan to produce reducing sugar of xylo-oligosaccharide.
(2) Substrate specificity: Preparation of birch silane, wheat xylan, etc. In addition to xylan, it acts on hardwood kraft pulp, wheat bran and the like containing xylan.
(3) Optimal pH and stable pH range: The optimal pH range for the reaction is pH 5-8, and the stable pH range is 3-9.
(4) Range of optimal working temperature: in the range of 50-80 ° C.
(5) Thermal stability: Retains about 90% or more of the enzyme activity after treatment at 50 ° C. for 30 minutes, and shows about 50% or more of the residual activity even after treatment at 60 ° C. for 30 minutes.
(6) Isoelectric point: around 8.1.
(7) Molecular weight: As a result of measurement by SDS polyacrylamide gel electrophoresis, it is about 22,500.
(8) Inhibition: weakly inhibited by iodoacetic acid and EDTA, and strongly inhibited by Hg 2+ and SDS.

(2)下記の理化学的性質を有する遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼXP2
(1) 作用:キシランの1,4-β-D-キシロシド結合を加水分解し、キシロース及びキシロオリゴ糖の還元糖を生成する。
(2) 基質特異性:カバキシラン、小麦キシラン等の調製キシランの他、キシランを含有する広葉樹クラフトパルプ、小麦フスマ等に作用する。
(3) 至適pH及び安定pH範囲:反応の至適pH範囲はpH5〜8であり、安定pH範囲は4.5〜9である。
(4) 作用適温の範囲:60〜90℃の範囲にある。
(5) 熱安定性:70℃、30分の処理で約90%以上の残存活性を示す。
(6) 等電点:8.5付近である。
(7) 分子量:SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法で測定した結果、約32,000である。
(8) 阻害:Mn2+、Co2+、Cu2+、EDTA、ヨード酢酸により弱く阻害を受け、Hg2+、SDSにより強く阻害される。
(2) Recombinant thermostable xylanase XP2 having the following physicochemical properties
(1) Action: Hydrolyzes 1,4-β-D-xyloside bond of xylan to produce reducing sugar of xylose and xylooligosaccharide.
(2) Substrate specificity: Preparation of birch silane, wheat xylan, etc. In addition to xylan, it acts on hardwood kraft pulp, wheat bran and the like containing xylan.
(3) Optimal pH and stable pH range: The optimal pH range for the reaction is pH 5-8, and the stable pH range is 4.5-9.
(4) Range of optimal working temperature: 60 to 90 ° C.
(5) Thermal stability: shows a residual activity of about 90% or more after treatment at 70 ° C. for 30 minutes.
(6) Isoelectric point: around 8.5.
(7) Molecular weight: As a result of measuring by SDS polyacrylamide gel electrophoresis, it is about 32,000.
(8) Inhibition: weakly inhibited by Mn 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , EDTA and iodoacetic acid, and strongly inhibited by Hg 2+ and SDS.

さらに、本発明は、配列番号1で表されるアミノ酸配列を実質的に含む遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼである。さらに、本発明は、前記耐熱性キシラナーゼ遺伝子を含む組換えベクターである。さらに、本発明は、前記組換えベクターによって形質転換された形質転換体である。   Furthermore, the present invention is a recombinant thermostable xylanase substantially comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. Furthermore, the present invention is a recombinant vector containing the thermostable xylanase gene. Furthermore, the present invention is a transformant transformed with the recombinant vector.

さらに、本発明は、前記形質転換体を培地に培養し、得られる培養物から遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼを採取することを特徴とする遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼの製造方法である。さらに、本発明は、前記耐熱性キシラナーゼを生産するバチルス属に属する微生物又は前記形質転換体を培地に培養して得られる培養物、あるいは以下の理化学的性質を有する耐熱性キシラナーゼXP1若しくは遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼXP1および/又は耐熱性キシラナーゼXP2若しくは遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼXP2を有効成分として含む漂白剤である。   Furthermore, the present invention is a method for producing a recombinant thermostable xylanase, comprising culturing the transformant in a medium and collecting the recombinant thermostable xylanase from the resulting culture. Furthermore, the present invention provides a culture obtained by culturing a microorganism belonging to the genus Bacillus that produces the thermostable xylanase or the transformant in a medium, or a thermostable xylanase XP1 or genetic recombination having the following physicochemical properties: Type thermostable xylanase XP1 and / or thermostable xylanase XP2 or recombinant thermostable xylanase XP2 as an active ingredient.

(1)下記の理化学的性質を有する耐熱性キシラナーゼXP1又は遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼXP1
(1) 作用:キシランの1,4-β-D-キシロシド結合を加水分解し、キシロオリゴ糖の還元糖を生成する。
(2) 基質特異性:カバキシラン、小麦キシラン等の調製キシランの他、キシランを含有する広葉樹クラフトパルプ、小麦フスマ等に作用する。
(3) 至適pH及び安定pH範囲:反応の至適pH範囲はpH5〜8であり、安定pH範囲は3〜9である。
(4) 作用適温の範囲:50〜80℃の範囲にある。
(5) 熱安定性:50℃、30分の処理で約90%以上の酵素活性を保持し、60℃、30分の処理でも約50%以上の残存活性を示す。
(6) 等電点:8.1付近である。
(7) 分子量:SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法で測定した結果、約22,500である。
(8) 阻害:ヨード酢酸、EDTAにより弱く阻害を受け、Hg2+、SDSにより強く阻害される。
(1) Thermostable xylanase XP1 or recombinant thermostable xylanase XP1 having the following physicochemical properties
(1) Action: Hydrolyzes 1,4-β-D-xyloside bond of xylan to produce reducing sugar of xylo-oligosaccharide.
(2) Substrate specificity: Preparation of birch silane, wheat xylan, etc. In addition to xylan, it acts on hardwood kraft pulp, wheat bran and the like containing xylan.
(3) Optimal pH and stable pH range: The optimal pH range for the reaction is pH 5-8, and the stable pH range is 3-9.
(4) Range of optimal working temperature: in the range of 50-80 ° C.
(5) Thermal stability: Retains about 90% or more of the enzyme activity after treatment at 50 ° C. for 30 minutes, and shows about 50% or more of the residual activity even after treatment at 60 ° C. for 30 minutes.
(6) Isoelectric point: around 8.1.
(7) Molecular weight: As a result of measurement by SDS polyacrylamide gel electrophoresis, it is about 22,500.
(8) Inhibition: weakly inhibited by iodoacetic acid and EDTA, and strongly inhibited by Hg 2+ and SDS.

(2)下記の理化学的性質を有する耐熱性キシラナーゼXP2又は遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼXP2
(1) 作用:キシランの1,4-β-D-キシロシド結合を加水分解し、キシロース及びキシロオリゴ糖の還元糖を生成する。
(2) 基質特異性:カバキシラン、小麦キシラン等の調製キシランの他、キシランを含有する広葉樹クラフトパルプ、小麦フスマ等に作用する。
(3) 至適pH及び安定pH範囲:反応の至適pH範囲はpH5〜8であり、安定pH範囲は4.5〜9である。
(4) 作用適温の範囲:60〜90℃の範囲にある。
(5) 熱安定性:70℃、30分の処理で約90%以上の残存活性を示す。
(6) 等電点:8.5付近である。
(7) 分子量:SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法で測定した結果、約32,000である。
(8) 阻害:Mn2+、Co2+、Cu2+、EDTA、ヨード酢酸により弱く阻害を受け、Hg2+、SDSにより強く阻害される。
(2) Thermostable xylanase XP2 or genetically modified thermostable xylanase XP2 having the following physicochemical properties
(1) Action: Hydrolyzes 1,4-β-D-xyloside bond of xylan to produce reducing sugar of xylose and xylooligosaccharide.
(2) Substrate specificity: Preparation of birch silane, wheat xylan, etc. In addition to xylan, it acts on hardwood kraft pulp, wheat bran and the like containing xylan.
(3) Optimal pH and stable pH range: The optimal pH range for the reaction is pH 5-8, and the stable pH range is 4.5-9.
(4) Range of optimal working temperature: 60 to 90 ° C.
(5) Thermal stability: shows a residual activity of about 90% or more after treatment at 70 ° C. for 30 minutes.
(6) Isoelectric point: around 8.5.
(7) Molecular weight: As a result of measuring by SDS polyacrylamide gel electrophoresis, it is about 32,000.
(8) Inhibition: weakly inhibited by Mn 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , EDTA and iodoacetic acid, and strongly inhibited by Hg 2+ and SDS.

さらに、本発明は、前記漂白剤を用いてパルプを処理することを特徴とするパルプの漂白方法である。さらに、本発明は、前記漂白剤を用いてパルプを処理するにあたり、化学漂白及び/またはアルカリ抽出を、パルプ処理前、処理後又は処理中のいずれかに行うことを特徴とするパルプの漂白方法である。   Furthermore, the present invention is a method for bleaching a pulp, wherein the pulp is treated with the bleaching agent. Furthermore, the present invention provides a bleaching method of pulp characterized in that chemical bleaching and / or alkali extraction is carried out before, after or during pulp processing when pulp is processed using the bleaching agent. It is.

本発明により、新規な耐熱性キシラナーゼ及びその遺伝子、耐熱性キシラナーゼのその製造方法並びにその用途を提供することができる。本発明により、耐熱性キシラナーゼを生産することが可能になり、耐熱性キシラナーゼの工業的生産に貢献するものである。また、本発明の耐熱性キシラナーゼ及び/または本発明の菌株の培養物をパルプに処理することにより、パルプの漂白性を向上させ、紙パルプ製造において塩素等の薬品低減、排水中のAOX低減等に貢献するものである。   According to the present invention, it is possible to provide a novel thermostable xylanase and its gene, a method for producing the thermostable xylanase and its use. The present invention makes it possible to produce a thermostable xylanase, and contributes to the industrial production of the thermostable xylanase. In addition, by treating the heat-resistant xylanase of the present invention and / or the culture of the strain of the present invention with pulp, the bleaching property of the pulp is improved, chemicals such as chlorine are reduced in paper pulp production, AOX in wastewater is reduced, etc. It contributes to.

以下、本発明を詳細に説明する。
(1)酵素の理化学的性質
先ず、本発明の耐熱性キシラナーゼXP1と耐熱性キシラナーゼXP2の理化学的性質について説明すると、以下の通りである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(1) Physicochemical properties of enzyme First, the physicochemical properties of thermostable xylanase XP1 and thermostable xylanase XP2 of the present invention will be described as follows.

(1) 作用
キシラン(カバ材由来、シグマ社製)の1%溶液(pH7.0、40mMリン酸ナトリウム緩衝液)5mlにXP1及びXP2をそれぞれ10 Uずつ添加し、60℃にて反応させた。所定時間反応後に煮沸して反応を停止し、10μlを薄層クロマトグラフィーに供した。薄層はメルク社製のHPTLC Kieselgel60 F254を用い、展開溶媒はn−ブタノール:酢酸:水=10:5:1とした。発色はジフェニルアミン−アニリン試薬を噴霧し、120℃にて10分間加熱して行った。
(1) Action 10 U each of XP1 and XP2 was added to 5 ml of a 1% solution (pH 7.0, 40 mM sodium phosphate buffer) of xylan (derived from hippo, manufactured by Sigma), and reacted at 60 ° C. . After the reaction for a predetermined time, the reaction was stopped by boiling, and 10 μl was subjected to thin layer chromatography. The thin layer was HPLC Cieselgel 60 F254 manufactured by Merck and the developing solvent was n-butanol: acetic acid: water = 10: 5: 1. Color development was performed by spraying diphenylamine-aniline reagent and heating at 120 ° C. for 10 minutes.

結果を図1に示す。図中の時間は酵素の反応時間を表す。この結果から、キシランに作用してXP1はキシロオリゴ糖を、XP2はキシロース及びキシロオリゴ糖を生成することが明らかである。   The results are shown in FIG. The time in the figure represents the reaction time of the enzyme. From this result, it is clear that XP1 produces xylooligosaccharide and XP2 produces xylose and xylooligosaccharide by acting on xylan.

(2) 基質特異性
カバキシラン、小麦キシラン等の調製キシランの他、キシランを含有する広葉樹クラフトパルプ、小麦フスマ等に作用する。
(2) Substrate specificity Acts on hardwood kraft pulp and wheat bran containing xylan in addition to xylan preparations such as birch silane and wheat xylan.

(3) 至適pH及び安定pH範囲
各酵素の反応至適pH及びpH安定性を、グリシン−塩酸緩衝液(pH3以下)、酢酸緩衝液(pH4〜5)、リン酸ナトリウム緩衝液(pH6〜7)、トリス−塩酸緩衝液(pH8〜9)、グリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH9.1〜10.1)を用いて測定した。それぞれのpHで各酵素の酵素活性を測定した。
(3) Optimum pH and stable pH range The optimum reaction pH and pH stability of each enzyme are determined using glycine-hydrochloric acid buffer (pH 3 or lower), acetate buffer (pH 4-5), sodium phosphate buffer (pH 6- 7) Measured using Tris-HCl buffer (pH 8-9) and glycine-sodium hydroxide buffer (pH 9.1 to 10.1). The enzyme activity of each enzyme was measured at each pH.

結果を図2に示す。図中、「○」はXP1、「■」はXP2を表す。図2より、XP1、XP2ともに酵素反応の至適pHは5〜8であった。また、各酵素をそれぞれ50mMの所定緩衝液中に4℃で二晩保持した後に酵素活性を測定した。結果を図3に示す。図中、「○」はXP1、「■」はXP2を表す。図3より、XP1はpH3.0〜9.0で安定であり、XP2はpH4.5〜9.0で安定であった。   The results are shown in FIG. In the figure, “◯” represents XP1, and “■” represents XP2. From FIG. 2, the optimum pH of the enzyme reaction was 5 to 8 for both XP1 and XP2. In addition, each enzyme was kept in a predetermined buffer solution of 50 mM for 2 nights at 4 ° C., and then the enzyme activity was measured. The results are shown in FIG. In the figure, “◯” represents XP1, and “■” represents XP2. From FIG. 3, XP1 was stable at pH 3.0 to 9.0, and XP2 was stable at pH 4.5 to 9.0.

(4) 力価の測定法
キシラナーゼ活性の測定は次のように行った。キシラン(カバ材由来、シグマ社製)の1%溶液(pH6.5、1/10 McIlvaine緩衝液)200μlに被検液50μlを添加し、70℃にて5分間反応させる。DNS試薬を500μl添加して5分間煮沸した後、直ちに氷冷して4mlの蒸留水を加えて500nmの吸光度を測定する。検量線は濃度既知のキシロースを用いて作製する。キシラナーゼの活性単位については上記の条件で1分間に1μmolの還元糖を生成する酵素量を1Unit(ユニット:U)とした。
(4) Method for measuring titer Xylanase activity was measured as follows. 50 μl of a test solution is added to 200 μl of a 1% solution (pH 6.5, 1/10 McIlvaine buffer solution) of xylan (derived from hippo material, manufactured by Sigma), and reacted at 70 ° C. for 5 minutes. Add 500 μl of DNS reagent and boil for 5 minutes. Immediately cool on ice, add 4 ml of distilled water, and measure the absorbance at 500 nm. A calibration curve is prepared using xylose with a known concentration. With respect to the activity unit of xylanase, the amount of enzyme that produces 1 μmol of reducing sugar per minute under the above conditions was set to 1 Unit (unit: U).

(5) 作用適温の範囲
反応温度を変えて各酵素の酵素活性を測定した。結果を図4に示す。図中、「○」はXP1、「■」はXP2を表す。図4より、至適温度はXP1では70℃、XP2では80℃であった。また、所定の温度で50mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.2)中に各酵素を30分間放置した後に酵素活性を測定した。
(5) Range of temperature suitable for action The enzyme activity of each enzyme was measured by changing the reaction temperature. The results are shown in FIG. In the figure, “◯” represents XP1, and “■” represents XP2. From FIG. 4, the optimum temperature was 70 ° C. for XP1 and 80 ° C. for XP2. In addition, each enzyme was allowed to stand for 30 minutes in a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.2) at a predetermined temperature, and then the enzyme activity was measured.

結果を図5に示す。図中、「○」はXP1、「■」はXP2を表す。図5より、XP1は 50℃、30分の処理で約90%以上の酵素活性を保持し、60℃、30分の処理でも約50%以上の残存活性を示した。一方、XP2は、70℃、30分の処理で約90%以上の残存活性を示した。   The results are shown in FIG. In the figure, “◯” represents XP1, and “■” represents XP2. From FIG. 5, XP1 retained about 90% or more of the enzyme activity after treatment at 50 ° C. for 30 minutes, and showed about 50% or more of the residual activity even after treatment at 60 ° C. for 30 minutes. On the other hand, XP2 showed a residual activity of about 90% or more after treatment at 70 ° C. for 30 minutes.

(6) 等電点
SERVA社製PRECOAT pH3〜10による等電点電気泳動を行った結果、XP1の等電点は8.1、XP2の等電点は8.5であった。
(6) Isoelectric point
As a result of isoelectric focusing by PRECOAT pH 3 to 10 manufactured by SERVA, the isoelectric point of XP1 was 8.1 and the isoelectric point of XP2 was 8.5.

(7) 分子量
SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動により測定し、XP1の分子量は約22,500、XP2の分子量は約32,000であった。
(7) Molecular weight As measured by SDS polyacrylamide gel electrophoresis, the molecular weight of XP1 was about 22,500, and the molecular weight of XP2 was about 32,000.

(8) 金属イオン、阻害剤の影響
種々の金属塩を1mMになるように酵素液に添加して4℃で一晩保持した後、反応液中にも同種の金属塩を1mMになるように添加してXP1及びXP2の酵素活性を測定した。
(8) Effects of metal ions and inhibitors After adding various metal salts to the enzyme solution to 1 mM and keeping at 4 ° C overnight, the same kind of metal salt is also to be 1 mM in the reaction solution. After addition, enzyme activities of XP1 and XP2 were measured.

結果を表1に示す。表1より、XP1はHg2+で強く阻害され、XP2はMn2+、Co2+、Cu2+により弱く阻害され、Hg2+で強く阻害された。 The results are shown in Table 1. From Table 1, XP1 is strongly inhibited by Hg2 +, XP2 is Mn 2+, Co 2+, weakly inhibited by Cu 2+, it was strongly inhibited by Hg 2+.

Figure 0003769655
Figure 0003769655

阻害剤等種々の物質を1mMになるように酵素液中に添加し、4℃で一晩保持した後、反応液中にも同種の物質を1mMになるようにXP1、XP2の各酵素液中に添加して活性を測定した。結果を表2に示す。表2より、XP1は、ヨード酢酸、EDTAにより弱く阻害され、SDSで強く阻害された。また、XP2はEDTA、ヨード酢酸により弱く阻害され、SDSで強く阻害された。   Various substances such as inhibitors are added to the enzyme solution to 1 mM, and kept at 4 ° C. overnight, and then the same kind of substance is also added to the XP1 and XP2 enzyme solutions in the reaction solution to 1 mM. And the activity was measured. The results are shown in Table 2. From Table 2, XP1 was weakly inhibited by iodoacetic acid and EDTA, and strongly inhibited by SDS. XP2 was weakly inhibited by EDTA and iodoacetic acid and strongly inhibited by SDS.

Figure 0003769655
Figure 0003769655

ところで、本発明の酵素は反応至適温度が70℃以上の耐熱性キシラナーゼであって、従来のものと相違する理化学的性質を有する新規な耐熱性キシラナーゼである。従来公知の耐熱性キシラナーゼとしては以下の報告がある。Johnらはアスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)Strain 21 由来の反応至適pHが5.5〜6、反応至適温度が65℃〜80℃のキシラナーゼIAを報告(Can.J.Biochem.,57,125,1979)しているが、等電点の記載はなく、分子量は50,000である。   By the way, the enzyme of the present invention is a thermostable xylanase having an optimum reaction temperature of 70 ° C. or higher, and is a novel thermostable xylanase having physicochemical properties different from the conventional ones. Conventionally known thermostable xylanases are reported as follows. John et al. Reported xylanase IA derived from Aspergillus niger Strain 21 with an optimum pH of 5.5-6 and an optimum temperature of 65-80 ° C. (Can. J. Biochem., 57, 125, 1979), but there is no description of the isoelectric point, and the molecular weight is 50,000.

Berengerらは、クロストリジウム・ステルコラリウム(Clostridium stercorarium)由来の反応至適pHが6〜7、反応至適温度が75℃のキシラナーゼを3種類(A、B、C)を単離(Can.J.Microbiol.,31,635,1985)しているが、いずれも等電点が4.5付近であり、また分子量も44,000〜72,000である。Wangらはストレプトミセス・シアネウス(Streptomyces cyaneus)由来の反応至適pHが8.5、反応至適温度72℃のキシラナーゼIを単離(J.Gen.Microbiol.,139,1987,1993)しているが、分子量が37,000であり、等電点が5.1 である。   Berenger et al. Isolated three types (A, B, C) of xylanases (A, B, C) with an optimum pH of 6-7 and an optimum temperature of 75 ° C. derived from Clostridium stercorarium (Can. J Microbiol., 31, 635, 1985), all of which have an isoelectric point of around 4.5 and a molecular weight of 44,000-72,000. Wang et al. Isolated xylanase I from Streptomyces cyaneus with an optimum pH of 8.5 and an optimum temperature of 72 ° C. (J. Gen. Microbiol., 139, 1987, 1993). However, it has a molecular weight of 37,000 and an isoelectric point of 5.1.

バチルスについては、Hondaらがバチルス(Bacillus)C-125 株から反応至適pHが6〜7で反応至適温度が70℃のキシラナーゼNと反応至適pHが6〜10で反応至適温度が70℃のキシラナーゼAを単離している(Can.J.Microbiol.,31,538,1985)が、分子量がそれぞれ16,000と43,000である。特表平6-506107号公報では、バチルス由来の反応至適pH4.8〜7の60℃で安定なキシラナーゼについて記載されているが、分子量は22,000で等電点が7.7であり、反応至適温度については記載がない。   As for Bacillus, Honda et al., From Bacillus C-125 strain, the optimal reaction pH was 6-7 and the optimal reaction temperature was 70 ° C, and the optimal reaction temperature was 6-10 and the optimal reaction temperature was 6-10. Isolation of xylanase A at 70 ° C. (Can. J. Microbiol., 31,538, 1985) has molecular weights of 16,000 and 43,000, respectively. JP-A-6-506107 describes a xylanase that is stable at 60 ° C. and has an optimum pH of 4.8 to 7 derived from Bacillus, but has a molecular weight of 22,000 and an isoelectric point of 7.7. The optimum temperature is not described.

以上より、これらのキシラナーゼは至適温度、至適pH、分子量、等電点等が本発明のキシラナーゼとは異なることから、本発明のXP1及びXP2は何れも新規な耐熱性キシラナーゼであると認定した。
本発明の酵素を従来のキシラナーゼと比較した結果を表3に示す。
As described above, these xylanases are different from the xylanase of the present invention in the optimum temperature, optimum pH, molecular weight, isoelectric point, etc., so that both XP1 and XP2 of the present invention are recognized as novel thermostable xylanases. did.
The results of comparing the enzyme of the present invention with a conventional xylanase are shown in Table 3.

Figure 0003769655
Figure 0003769655

(2)微生物
次に、本発明の耐熱性キシラナーゼを生産する微生物について説明する。本発明において使用される微生物は、バチルス属に属し、耐熱性キシラナーゼ生産能を有する菌株であって、その具体例としては、バチルス・エスピー2113又はバチルス・エスピー208が挙げられる。
(2) Microorganism Next, the microorganism that produces the thermostable xylanase of the present invention will be described. The microorganism used in the present invention is a strain belonging to the genus Bacillus and capable of producing a thermostable xylanase, and specific examples thereof include Bacillus sp 2113 and Bacillus sp 208.

以下それぞれの微生物について説明する。
A.バチルス・エスピー2113
バチルス・エスピー2113は、本発明者らが土壌中から分離した菌株であり、カバキシランまたはコムギキシラン1%、ペプトン0.5%、酵母抽出物0.5%、K2HPO4 0.1%、MgSO4・7H2O 0.02%、pH7.0の培地を用いた45℃の培養でよく生育する。本菌株の菌学的性質は次の通りである。
Each microorganism will be described below.
A. Bacillus SP 2113
Bacillus sp. 2113 is a strain isolated by the present inventors from the soil, and 1% of kabukilan or wheat xylan, 0.5% of peptone, 0.5% of yeast extract, 0.1% of K 2 HPO 4 , It grows well in 45 ° C culture using MgSO 4 · 7H 2 O 0.02%, pH 7.0 medium. The bacteriological properties of this strain are as follows.

(1) 形態的性質について
i) 0.3〜0.6×2〜5μmの運動性を有する桿菌である。2〜3連の連鎖形態を示すことがある。菌体の中央に胞子を形成する。
ii) グラム染色性は不定で抗酸性は陰性である。
(1) Morphological properties
i) Bacillus having a motility of 0.3 to 0.6 × 2 to 5 μm. May show 2 to 3 chain form. A spore is formed in the center of the cell.
ii) Gram stainability is indeterminate and acidity is negative.

(2) 各種培地における生育状態等は以下に示す通りである。なお、培養温度は45℃とした。
i) 肉汁寒天平板培地(Difco Beef Extract 1%、Bacto Peptone 1%、NaCl 0.5 %、寒天1.5%、pH7.0)では、コロニーの形はほぼ円形であり、その周縁はやや波状である。やや光沢のある半透明のコロニーである。肉汁寒天斜面培地(Difco Beef Extract 1%、Bacto Peptone 1%、NaCl 0.5%、寒天1.5%、pH7.0)では、やや光沢が有り、薄く拡布状に生育する。肉汁液体培地(Difco Beef Extract 1%、Bacto Peptone 1%、NaCl 0.5%、寒天1.5%、pH7.0)において、液面ではほとんど生育せず沈渣する。いずれも生育はあまり良くない。Difco 社のNutrient Brothを用いた肉汁寒天培地(Difco Nutrient Broth 0.8%、寒天1.5%、pH7.0)ではさらに生育は悪い。
ii) 肉汁寒天平板培地(Difco Beef Extract 1%、Bacto Peptone 1%、NaCl 0.5%、寒天1.5%、pH7.0)にNaClを2%添加した培地では生育するが、5%添加すると生育しない。
iii) 肉汁ゼラチン培地(Difco beef extract 1%、ペプトン1%、NaCl 0.5%、ゼラチン12% pH7.0)では液化しない。
(3) 生理学的性質を表4に示す。
(2) The growth conditions and the like in various media are as shown below. The culture temperature was 45 ° C.
i) On the broth agar plate (Difco Beef Extract 1%, Bacto Peptone 1%, NaCl 0.5%, Agar 1.5%, pH 7.0), the colony is almost circular and the periphery is slightly wavy. . A semi-transparent colony with a slight gloss. Meat broth agar slope medium (Difco Beef Extract 1%, Bacto Peptone 1%, NaCl 0.5%, Agar 1.5%, pH 7.0) is slightly glossy and grows thinly in a spread. In a broth liquid medium (Difco Beef Extract 1%, Bacto Peptone 1%, NaCl 0.5%, agar 1.5%, pH 7.0), the liquid surface hardly grows and precipitates. Neither growth is very good. Difco Nutrient Broth broth agar medium (Difco Nutrient Broth 0.8%, agar 1.5%, pH 7.0) grows worse.
ii) It grows in a medium with 2% NaCl added to a broth agar plate medium (Difco Beef Extract 1%, Bacto Peptone 1%, NaCl 0.5%, agar 1.5%, pH 7.0), but grows when 5% is added. do not do.
iii) Do not liquefy in broth gelatin medium (Difco beef extract 1%, peptone 1%, NaCl 0.5%, gelatin 12% pH 7.0).
(3) Table 4 shows the physiological properties.

Figure 0003769655
Figure 0003769655

以上の菌学的性質をもとにバーギーズマニュアルシステマティックバクテリオロジー(Bergey's Manual of Systematic Bacteriology)を参考にして本菌株の同定を行った。その結果、本菌株は胞子を形成するグラム染色性不定の桿菌であり、カタラーゼ陽性であることからバチルス(Bacillus)属に属することは明らかである。種についてはバチルス・サーキュランス(Bacillus circulans)に近いが、本発明の菌株はオキシダーゼが陽性であり、55℃でも生育できるのに対し、バチルス・サーキュランス(Bacillus circulans)はオキシダーゼが陰性であり、50℃以上では生育できないことから、本発明の菌株はバチルス・サーキュランス(Bacillus circulans)とは異なる。   Based on the above bacteriological properties, this strain was identified with reference to Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. As a result, it is clear that this strain belongs to the genus Bacillus because it is a gram-staining gonococci that forms spores and is positive for catalase. The species is close to Bacillus circulans, but the strain of the present invention is positive for oxidase and can grow at 55 ° C, whereas Bacillus circulans is negative for oxidase, The strain of the present invention is different from Bacillus circulans because it cannot grow above 50 ° C.

耐熱性キシラナーゼの報告(T.Nanmori et al.,J.Bacteriol.,172 ,6669,1990)があるバチルス・ステアロテルモフィルス(Bacillus stearothermophilus)と比較しても、本発明の菌株は胞子の位置が中央であり、ゼラチンを加水分解できず、65℃では生育できないのに対し、バチルス・ステアロテルモフィルス(Bacillus stearothermophilus)は胞子の位置が端であり、ゼラチンを加水分解でき、65℃でも生育できることから、本発明の菌株はバチルス・ステアロテルモフィルス(Bacillus stearothermophilus)とは異なる。   Compared with Bacillus stearothermophilus, which has a report of thermostable xylanase (T. Nanmori et al., J. Bacteriol., 172, 6669, 1990), the strain of the present invention has a spore position. Is in the middle and cannot hydrolyze gelatin and cannot grow at 65 ° C, whereas Bacillus stearothermophilus has a spore position at the end and can hydrolyze gelatin and grow at 65 ° C. Because of this, the strain of the present invention is different from Bacillus stearothermophilus.

また、特表平6-506107号公報に記載のキシラナーゼを生産するバチルス(Bacillus)No.I-1017 及びNo.I-1018 は、生育至適温度が62℃であり、フルクトース、アラビノースを利用しない。これに対し、本発明の菌株は生育至適温度が35〜50℃であり、またフルクトース、アラビノースを利用することから、本発明の菌株はバチルス(Bacillus)No.I-1017 及びNo.I-1018 とは異なる。   Also, Bacillus No.I-1017 and No.I-1018 producing xylanase described in JP-A-6-506107 have an optimum growth temperature of 62 ° C. and do not use fructose or arabinose. . On the other hand, the strain of the present invention has an optimum growth temperature of 35-50 ° C. and utilizes fructose and arabinose, so that the strain of the present invention is Bacillus No.I-1017 and No.I- Different from 1018.

以上のことから、本発明の菌株に該当する菌種が無いため該菌株を新菌株と判断し、バチルス・エスピー2113と命名した。該バチルス・エスピー2113は、通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所に、FERM BP-5264として寄託されている。   From the above, since there is no bacterial species corresponding to the strain of the present invention, the strain was judged to be a new strain and named Bacillus sp 2113. The Bacillus sp 2113 is deposited as FERM BP-5264 at the Institute of Biotechnology, Ministry of International Trade and Industry.

B.バチルス・エスピー208
バチルス・エスピー208は、カバキシランまたはコムギキシラン1%、ペプトン 0.5%、酵母抽出物 0.5%、K2HPO4 0.1 %、MgSO4・7H2O 0.02%、pH 7.0の培地を用いた45℃の培養でよく生育する。本菌の菌学的性質は次の通りである。
B. Bacillus SP 208
Bacillus sp 208 is cultured at 45 ° C. using a medium of 1% kabukilan or wheat xylan, 0.5% peptone, 0.5% yeast extract, 0.1% K 2 HPO 4 , 0.02% MgSO 4 .7H 2 O, pH 7.0 It grows well. The bacteriological properties of this bacterium are as follows.

(1) 形態的性質について
1) 0.3〜0.6 × 2〜5μmの運動性を有する桿菌である。2〜3連の連鎖形態を示すことがある。菌体の中央に胞子を形成する。
2)グラム染色性は不定で抗酸性は陰性である。
(1) Morphological properties
1) It is a koji mold having a motility of 0.3 to 0.6 × 2 to 5 μm. May show 2 to 3 chain form. A spore is formed in the center of the cell.
2) Gram stainability is indeterminate and acidity is negative.

(2) 各種培地における成育状況等は以下に示す通りである。なお培養温度は45℃とした。
1) 肉汁寒天培地(Difco Nutrient Broth 0.8%, 寒天 1.5%, pH 7.0) ではコロニーの形はほぼ円形であり、その周縁はやや波状である。やや光沢のある半透明のコロニーであり生育はよい。
2) 肉汁寒天平板培地(Difco Nutrient Broth 0.8 %, 寒天 1.5%, pH 7) にNaClを2%添加した培地では生育するが、5%添加すると生育しない。
3) 肉汁ゼラチン培地(Difco Beef Extract 1%, ゼラチン 12%, pH7.0)では液化しない。
(3)生理学的性質を表5に示す。
(2) Growth conditions etc. in various media are as shown below. The culture temperature was 45 ° C.
1) In the broth agar medium (Difco Nutrient Broth 0.8%, agar 1.5%, pH 7.0), the colony shape is almost circular and its periphery is slightly wavy. It is a slightly glossy translucent colony that grows well.
2) It grows in a medium of 2% NaCl added to a broth agar plate medium (Difco Nutrient Broth 0.8%, agar 1.5%, pH 7), but does not grow when 5% is added.
3) Does not liquefy in gravy gelatin medium (Difco Beef Extract 1%, gelatin 12%, pH 7.0).
(3) Table 5 shows the physiological properties.

Figure 0003769655
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以上の菌学的性質についてバーギーズマニュアルシステマティックバクテリオロジー(Bergey's Manual of Systematic Bacteriology)を参考にして同定を行った。その結果、本発明菌株は胞子を形成する好気性のグラム染色不定の桿菌であり、カタラーゼ陽性であることからバチルス(Bacillus)属に属することは明らかである。   The above bacteriological properties were identified with reference to Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. As a result, the strain of the present invention is an aerobic Gram-stained gonococcus that forms spores, and is positive for catalase, and thus clearly belongs to the genus Bacillus.

種については、バチルス・サーキュランス(Bacillus circulans)の持つ性質と類似するが、バチルス・サーキュランス(Bacillus circulans)の生育温度範囲は10〜40℃であり、オキシダーゼが陰性であるのに対し、本発明菌の菌株バチルス・エスピー208の生育温度は、バチルス・サーキュランス(Bacillus circulans)では生育することができない高温下(40〜60℃)でも生育可能であり、オキシダーゼ陽性であることから、本発明菌株は、バチルス・サーキュランス(Bacillus circulans)とは異なる。   The species is similar to the nature of Bacillus circulans, but the growth temperature range of Bacillus circulans is 10-40 ° C, whereas oxidase is negative. The growth temperature of the invented bacterial strain Bacillus sp. 208 is capable of growing even at high temperatures (40-60 ° C.) where it cannot grow on Bacillus circulans, and is positive for oxidase. The strain is different from Bacillus circulans.

また、耐熱性キシラナーゼ生産の報告(T.Nanmori et al., J. Bacteriol., 172, 6669, 1990)があるバチルス・ステアロテルモフィルス(Bacillus stearothermophilus)と比較すると、本発明菌株は胞子の位置が中央であり、ゼラチンを加水分解できないことに対し、バチルス・ステアロテルモフィルス(Bacillus stearothermophilus)は胞子の位置が端であり、ゼラチンを加水分解できることから本発明菌株は、バチルス・ステアロテルモフィルス(Bacillus stearothermophilus)とは異なる。   In addition, compared with Bacillus stearothermophilus, which has a report of thermostable xylanase production (T. Nanmori et al., J. Bacteriol., 172, 6669, 1990), Is the center and cannot hydrolyze gelatin, whereas Bacillus stearothermophilus has a spore position at the end and can hydrolyze gelatin, so that the strain of the present invention is Bacillus stearothermophilus. (Bacillus stearothermophilus) is different.

また、特表平6-506107号公報に記載のキシラナーゼを生産するバチルス(Bacillus) NO.I-1017及びNO.I-1018は、アラビノースを利用しないのに対し、本発明菌株はアラビノースを利用することから本発明菌株はバチルス(Bacillus) NO.I-1017及びNO.I-1018とは異なる。従って、本発明菌株は、前記バチルス・エスピー2113に類似する菌株である。但し、バチルス・エスピー2113株は肉汁培地(Nutrient Broth 0.8%, 寒天 1.5%)で生育が悪いのに対し、本菌株は肉汁培地で生育が良いことから、本菌株はバチルス・エスピー2113株と区別し得ると考え、本菌株を新菌株として判断し、バチルス・エスピー208と命名した。   Further, Bacillus NO.I-1017 and NO.I-1018 producing xylanase described in JP-A-6-506107 do not use arabinose, whereas the strain of the present invention uses arabinose. Therefore, the strain of the present invention is different from Bacillus NO.I-1017 and NO.I-1018. Therefore, the strain of the present invention is a strain similar to the Bacillus sp 2113. However, since the Bacillus sp. 2113 strain does not grow well in the broth medium (Nutrient Broth 0.8%, agar 1.5%), this strain is distinguished from the Bacillus sp. Strain 2113 because it grows well in the broth medium. This strain was judged as a new strain and named Bacillus sp 208.

バチルス・エスピー208は、通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所に受託番号FERM BP-5321として寄託されている。   Bacillus SP 208 is deposited at the Biotechnology Institute of Industrial Technology, Ministry of International Trade and Industry under the accession number FERM BP-5321.

(3)耐熱性キシラナーゼ遺伝子のクローニング
キシラナーゼ遺伝子をクローニングするためにDNAライブラリーの作製を行う。DNAライブラリーは、バチルス・エスピー2113株又は208株から染色体DNAを抽出し、適当な制限酵素で処理したものを適当なベクターにつないだ後、適合する宿主に導入することで作製することができる。
(3) Cloning of thermostable xylanase gene A DNA library is prepared in order to clone the xylanase gene. A DNA library can be prepared by extracting chromosomal DNA from the Bacillus sp. Strain 2113 or 208, treating it with an appropriate restriction enzyme, connecting it to an appropriate vector, and introducing it into a suitable host. .

バチルス・エスピー2113株又は208株から染色体DNAを抽出するには、通常の方法を用いることができる(例えば、Molecular Cloning; Cold Spring Harbor Laboratory (1982)1のBlinとStaffordの方法) 。次に、得られた染色体DNAを適当な制限酵素で処理し、部分消化を行った後、ショ糖密度勾配遠心法により3〜5kbp の断片画分を得る。同じ接着末端を生じさせる制限酵素で処理したクローニングベクターに、上記で得られたDNA断片を挿入する。ライブラリー作製に用いられるベクターとしては、例えばプラスミドベクター、ファージベクター等が挙げられ、宿主としては、例えば大腸菌、酵母等が挙げられる。   In order to extract chromosomal DNA from the Bacillus sp. Strain 2113 or 208, a usual method can be used (for example, Molecular Cloning; Cold Spring Harbor Laboratory (1982) 1 Blin and Stafford method). Next, the obtained chromosomal DNA is treated with an appropriate restriction enzyme, and after partial digestion, a 3 to 5 kbp fragment fraction is obtained by sucrose density gradient centrifugation. The DNA fragment obtained above is inserted into a cloning vector treated with a restriction enzyme that produces the same sticky end. Examples of vectors used for library preparation include plasmid vectors and phage vectors. Examples of hosts include Escherichia coli and yeast.

また、クローニングベクターとしては、例えばpUC系クローニングベクターを用いることができる。上記で得られたDNAライブラリーからの目的とする遺伝子の単離にあたっては、前記DNAライブラリーを用いて大腸菌を形質転換した後、キシラン培地に塗布し、ハローの形成を指標に行う。このようにしてクローニングされたDNAの塩基配列は、放射標識又は蛍光標識を用いるジデオキシ法、マキサム−ギルバート法等により解析することができる。   As a cloning vector, for example, a pUC cloning vector can be used. In isolation of the target gene from the DNA library obtained above, Escherichia coli is transformed using the DNA library, and then applied to a xylan medium, and halo formation is used as an indicator. The base sequence of the DNA thus cloned can be analyzed by a dideoxy method using a radiolabel or a fluorescent label, a Maxam-Gilbert method, or the like.

(4)酵素の製造方法
次に、本発明の酵素の製造方法について説明する。
(1) 耐熱性キシラナーゼ生産菌の培養液からの本発明の酵素の精製
本発明のバチルス・エスピー2113株又は208株を培養することにより耐熱性キシラナーゼを生産することができる。培養のための炭素源、窒素源には、資化して耐熱性キシラナーゼを生産することのできるものであればいずれも用いることができる。例えば、炭素源としては、キシラン若しくはキシランを含む小麦ふすま、パルプ、バガス、コーンファイバー、稲わら等の農産廃棄物又は植物繊維等を使用することができる。窒素源としては、酵母エキス、ペプトン、各種アミノ酸、大豆、コーンスティープリカー、各種無機窒素等の窒素化合物を用いることができる。また、各種の塩類やビタミン、ミネラル等を適宜用いることができる。
(4) Enzyme Production Method Next, the enzyme production method of the present invention will be described.
(1) Purification of the enzyme of the present invention from a culture solution of a thermostable xylanase-producing bacterium The thermostable xylanase can be produced by culturing the Bacillus sp. 2113 strain or 208 strain of the present invention. Any carbon source and nitrogen source can be used as long as they can be assimilated to produce a thermostable xylanase. For example, as the carbon source, xylan or wheat bran containing xylan, pulp, bagasse, corn fiber, rice straw and other agricultural wastes or plant fiber can be used. As the nitrogen source, nitrogen compounds such as yeast extract, peptone, various amino acids, soybean, corn steep liquor, various inorganic nitrogen can be used. Various salts, vitamins, minerals, and the like can be used as appropriate.

培養温度およびpHは、菌が生育して耐熱性キシラナーゼを生産する範囲であればいずれでも良く、培養温度は20〜55℃、好ましくは35〜50℃、pHは5〜9、好ましくは6〜8である。本発明の微生物を培養した後、菌体を分離し、培養濾液をそのまま耐熱性キシラナーゼ粗酵素液として使用することができる。かかる耐熱性キシラナーゼ粗酵素液は、反応至適温度が60〜80℃、至適pHが5〜7である。   The culture temperature and pH may be any as long as the bacteria grow and produce a thermostable xylanase. The culture temperature is 20 to 55 ° C, preferably 35 to 50 ° C, and the pH is 5 to 9, preferably 6 to 6. 8. After culturing the microorganism of the present invention, the cells are separated, and the culture filtrate can be used as it is as a heat-resistant xylanase crude enzyme solution. Such a thermostable xylanase crude enzyme solution has an optimum reaction temperature of 60 to 80 ° C. and an optimum pH of 5 to 7.

また、透析、塩析、限外濾過、凍結乾燥等により、耐熱性キシラナーゼを濃縮又は固体化することができる。さらに、培養濾液を硫安分画、ゲル濾過による分子量分画や各種イオン交換樹脂、ハイドロキシアパタイト、等電点分画等を適宜組み合わせ、また繰り返すことにより耐熱性キシラナーゼXP1とXP2を精製することができる。具体的な精製方法については、実施例に示す。   Further, the thermostable xylanase can be concentrated or solidified by dialysis, salting out, ultrafiltration, lyophilization or the like. Furthermore, the thermostable xylanases XP1 and XP2 can be purified by appropriately combining and repeating the culture filtrate with ammonium sulfate fractionation, molecular weight fractionation by gel filtration, various ion exchange resins, hydroxyapatite, isoelectric point fractionation, and the like. . Specific purification methods are shown in the examples.

(2) 遺伝子工学的手法による遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼの精製
本発明の耐熱性キシラナーゼは、クローニングされた遺伝子を発現させることにより精製することもできる(本発明において、遺伝子を発現させて得られた酵素を「遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼ」という)。その手法は、前記(3) によって得られたキシラナーゼ遺伝子を、適当な宿主・ベクターを用いて発現することにより高生産することができる。発現に用いられるベクターとしては、プラスミドベクター、ファージベクター等が主に使われる。宿主として、大腸菌、枯草菌、酵母等が主に使われる。培養のための炭素源、窒素源には、資化して耐熱性キシラナーゼを生産することができるものであればいずれも用いることができる。例えば、炭素源としては、キシラン若しくはキシランを含む小麦ふすま、パルプ、バカス、コーンファイバー、稲わら等の農業廃棄物又は植物繊維等を使用することができる。窒素源としては、酵母エキス、ペプトン、各種アミノ酸、大豆、コーンスティープリカー、各種無機窒素等の窒素化合物を用いることができる。また、各種塩類、ビタミン、ミネラル等を適宜用いることができる。培養温度及びpHは、菌が耐熱性キシラナーゼを生産する範囲であればいずれでも良く、培養温度は好ましくは37℃、pHは好ましくは7である。酵素の精製方法としては、硫安分画、ゲル濾過による分子量分画や各種イオン交換樹脂、ハイドロキシアパタイト、等電点分画等を適宜組み合わせ、また繰り返すことにより精製することができる。得られた精製酵素が求めるキシラナーゼであるかの確認は、得られた精製酵素の分子量、至適pH、至適温度、N末端アミノ酸配列等をバチルス・エスピー2113株の生産した耐熱性キシラナーゼと比較することにより判断できる。具体的な酵素の取得については、実施例に示す。
(2) Purification of genetically engineered thermostable xylanase by genetic engineering techniques The thermostable xylanase of the present invention can also be purified by expressing a cloned gene (in the present invention, obtained by expressing a gene). The obtained enzyme is referred to as “gene recombinant thermostable xylanase”). According to the technique, the xylanase gene obtained by the above (3) can be highly produced by expressing it using an appropriate host / vector. As vectors used for expression, plasmid vectors, phage vectors and the like are mainly used. As the host, Escherichia coli, Bacillus subtilis, yeast and the like are mainly used. Any carbon source and nitrogen source can be used as long as they can be assimilated to produce a thermostable xylanase. For example, as the carbon source, xylan or wheat bran containing xylan, pulp, bacus, corn fiber, rice straw or other agricultural waste, or plant fiber can be used. As the nitrogen source, nitrogen compounds such as yeast extract, peptone, various amino acids, soybean, corn steep liquor, various inorganic nitrogen can be used. Various salts, vitamins, minerals, and the like can be used as appropriate. The culture temperature and pH may be any as long as the bacteria produce thermostable xylanase. The culture temperature is preferably 37 ° C. and the pH is preferably 7. As an enzyme purification method, it can be purified by appropriately combining and repeating ammonium sulfate fractionation, molecular weight fractionation by gel filtration, various ion exchange resins, hydroxyapatite, isoelectric point fractionation, and the like. Confirmation of whether the obtained purified enzyme is the desired xylanase is based on comparison of the molecular weight, optimum pH, optimum temperature, N-terminal amino acid sequence, etc. of the obtained purified enzyme with the thermostable xylanase produced by Bacillus sp. It can be judged by doing. Specific examples of enzyme acquisition are shown in the Examples.

(5)パルプの漂白方法
次に、本発明の酵素を用いたパルプの漂白方法について説明する。化学パルプ及び機械パルプ製造工程において、本発明の耐熱性キシラナーゼXP1(遺伝子組換え型を含む)及び/またはXP2(遺伝子組換え型を含む)及び/またはバチルス(Bacillus)属に属する菌株バチルス・エスピー2113若しくはバチルス・エスピー208の培養物でパルプを処理することで漂白を行うことができる。さらに酵素処理の前後、あるいは途中に化学漂白及び/またはアルカリ抽出を行うことでパルプの漂白を行うことができる。
(5) Pulp Bleaching Method Next, a pulp bleaching method using the enzyme of the present invention will be described. In the chemical pulp and mechanical pulp manufacturing process, the strain Bacillus sp belonging to the genus Bacillus and / or thermostable xylanase XP1 (including gene recombinant type) and / or XP2 (including gene recombinant type) of the present invention Bleaching can be performed by treating the pulp with a culture of 2113 or Bacillus sp 208. Further, the pulp can be bleached by chemical bleaching and / or alkali extraction before, during or after the enzyme treatment.

パルプに処理する培養物又は酵素量については、耐熱性キシラナーゼ単位としてパルプの絶乾重量1gあたり0.1〜5U、好ましくは0.5〜3U添加すればよい。反応条件は培養濾液(粗酵素液)の場合、反応温度50〜90℃、pH5〜8であり、精製酵素の場合はXP1では反応温度50〜80℃、pH5〜8である。XP2では反応温度60〜90℃、pH5〜8である。反応時間は、0.2〜24時間、好ましくは0.5〜8時間である。化学漂白に用いる試薬としては、塩素、二酸化塩素、二酸化窒素、次亜塩素酸塩、酸素、過酸化水素、オゾン等が挙げられる。またアルカリ抽出には、当業者として公知の多くのアルカリ性化合物を用いることができる。アルカリ抽出には、水酸化ナトリウム換算で0.5〜3%(対絶乾パルプ)のアルカリを用い、酸素や過酸化水素等を添加しながらアルカリ処理を行うことができる。   About the culture | cultivation or enzyme amount processed to a pulp, what is necessary is just to add 0.1-5U per 1g of dry weight of a pulp as a thermostable xylanase unit, Preferably 0.5-3U should be added. In the case of a culture filtrate (crude enzyme solution), the reaction conditions are a reaction temperature of 50 to 90 ° C. and pH 5 to 8, and in the case of purified enzyme, the reaction temperature is 50 to 80 ° C. and pH 5 to 8 for XP1. In XP2, the reaction temperature is 60 to 90 ° C. and the pH is 5 to 8. The reaction time is 0.2 to 24 hours, preferably 0.5 to 8 hours. Reagents used for chemical bleaching include chlorine, chlorine dioxide, nitrogen dioxide, hypochlorite, oxygen, hydrogen peroxide, ozone and the like. In addition, many alkaline compounds known to those skilled in the art can be used for alkali extraction. For alkali extraction, 0.5 to 3% (absolute dry pulp) alkali in terms of sodium hydroxide can be used, and alkali treatment can be performed while adding oxygen, hydrogen peroxide, or the like.

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

〔実施例1〕粗酵素液の調製(1)
キシラン(カバ材由来、シグマ社製)0.6%、ペプトン0.5%、酵母抽出物0.5%、K2HPO40.1%、MgSO4・7H2O 0.02%を含む液体培地10ml(pH7.0 )を、内径25mm試験管に採り、紙栓をした後121℃で15分間蒸気滅菌した。これにバチルス・エスピー2113を1白金耳植菌し、45℃で往復振盪培養した(振幅25mm、300往復/分)。培養終了後、遠心分離(10,000rpm ×10分)して培養上清を分離し、耐熱性キシラナーゼの粗酵素液を得た。
[Example 1] Preparation of crude enzyme solution (1)
10 ml of liquid medium containing 0.6% xylan (derived from hippo wood, manufactured by Sigma), 0.5% peptone, 0.5% yeast extract, 0.1% K 2 HPO 4 and 0.02% MgSO 4 · 7H 2 O pH 7.0) was taken in a test tube having an inner diameter of 25 mm, sealed with a paper stopper, and steam sterilized at 121 ° C. for 15 minutes. One platinum ear of Bacillus sp 2113 was inoculated into this, and reciprocally shake-cultured at 45 ° C. (amplitude 25 mm, 300 reciprocations / min). After completion of the culture, the culture supernatant was separated by centrifugation (10,000 rpm × 10 minutes) to obtain a crude enzyme solution of thermostable xylanase.

1%キシラン溶液(ブナ材キシラン、シグマ社製 1/10 McIlvaine Buffer pH6.5)200μlに酵素溶液50μlを添加し、70℃にて5分間反応させた。DNS試薬を500μl添加して5分間煮沸した後直ちに氷冷し、4mlの蒸留水を加えて500nmの吸光度を測定した。検量線は濃度既知のキシロースを用いて作成した。   50 μl of enzyme solution was added to 200 μl of a 1% xylan solution (beech wood xylan, Sigma 1/10 McIlvaine Buffer pH 6.5) and reacted at 70 ° C. for 5 minutes. After 500 μl of DNS reagent was added and boiled for 5 minutes, it was immediately ice-cooled, 4 ml of distilled water was added, and the absorbance at 500 nm was measured. A calibration curve was prepared using xylose with a known concentration.

キシラナーゼ活性は、上記の条件で1分間に1μmolの還元糖を生成する酵素量を1ユニット(Unit)とした。その結果、培養上清中の耐熱性キシラナーゼ活性は、培養開始後24時間で400U/ml、48時間で500 U/mlであった。   For xylanase activity, the amount of enzyme that produced 1 μmol of reducing sugar per minute under the above conditions was defined as 1 unit. As a result, the thermostable xylanase activity in the culture supernatant was 400 U / ml at 24 hours and 500 U / ml at 48 hours after the start of the culture.

〔実施例2〕粗酵素液の調製(2)
キシラン(カバ材由来、シグマ社製)0.6%、ペプトン0.5%、酵母抽出物0.5%、K2HPO40.1 %、MgSO4・7H2O 0.02%を含む液体培地(pH 7)10mlを内径25mmの試験管に採り、紙栓をした後121℃で15分間蒸気滅菌した。これにバチルス・エスピー208を1白金耳植菌し、45℃で往復振盪培養した(振幅25mm、300往復/分)。培養終了後、遠心分離(10,000rpm×10分)して培養上清を分離し、耐熱性キシラナーゼの粗酵素液を得た。培養上清中の耐熱性キシラナーゼ活性を次の方法により測定した。
[Example 2] Preparation of crude enzyme solution (2)
Xylan (from birch, Sigma) 0.6%, 0.5% peptone, yeast extract 0.5%, K 2 HPO 4 0.1% of MgSO 4 · 7H liquid medium (pH 7) containing 2 O 0.02% 10 ml The sample was taken in a test tube having an inner diameter of 25 mm, sealed with a paper stopper, and then steam sterilized at 121 ° C. for 15 minutes. One platinum ear of Bacillus sp 208 was inoculated into this, followed by reciprocal shaking culture at 45 ° C. (amplitude 25 mm, 300 reciprocations / min). After completion of the culture, the culture supernatant was separated by centrifugation (10,000 rpm × 10 minutes) to obtain a crude enzyme solution of thermostable xylanase. The thermostable xylanase activity in the culture supernatant was measured by the following method.

1%キシラン溶液(ブナ材キシラン、シグマ社製 1/10 McIlvaine Buffer pH6.3)200μlに酵素溶液50μlを添加し、70℃にて5分間反応させる。DNS試薬を500μl添加して5分間煮沸した後直ちに氷冷し、4mlの蒸留水を加えて500nmの吸光度を測定した。検量線は濃度既知のキシロースを用いて作成した。   Add 50 μl of enzyme solution to 200 μl of 1% xylan solution (beech wood xylan, Sigma 1/10 McIlvaine Buffer pH 6.3), and react at 70 ° C. for 5 minutes. After 500 μl of DNS reagent was added and boiled for 5 minutes, it was immediately ice-cooled, 4 ml of distilled water was added, and the absorbance at 500 nm was measured. A calibration curve was prepared using xylose with a known concentration.

キシラナーゼ活性は、上記の条件で1分間に1μmolの還元糖を生成する酵素量を1ユニット(Unit)とした。その結果、培養上清中の耐熱性キシラナーゼ活性は、培養開始後24時間で400U/ml、48時間後で500U/mlであった。   For xylanase activity, the amount of enzyme that produced 1 μmol of reducing sugar per minute under the above conditions was defined as 1 unit. As a result, the thermostable xylanase activity in the culture supernatant was 400 U / ml after 24 hours and 500 U / ml after 48 hours.

〔実施例3〕耐熱性キシラナーゼの精製
キシラン(カバ材由来、シグマ社製)0.6 %、ペプトン0.5 %、酵母抽出物0.5 %、K2HPO40.1%、MgSO4・7H2O 0.02 %、pH7.0 の液体培地50mlを500 ml容坂口フラスコに取り綿栓をした後、121 ℃で15分間蒸気滅菌した。これに実施例1で得られた培養液を1ml加え、45℃、3日往復振盪培養(振幅10cm、100 往復/分)した。培養終了後、遠心分離(8,000rpm×10分) により培養上清を得た。この培養上清を硫安分画し、20〜60%画分を遠心分離(20,000rpm ×10分)にて回収した後、20mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.2)を外液として透析を行った。得られた粗酵素液について、20mM酢酸緩衝液(pH5.0)で平衡化したCMトヨパール650-C (直径2.5cm ×30cm)を用いてイオン交換クロマトグラフィーを行った。
[Example 3] Purification of thermostable xylanase Xylan (derived from hippo wood, manufactured by Sigma) 0.6%, peptone 0.5%, yeast extract 0.5%, K 2 HPO 4 0.1%, MgSO 4 · 7H 2 O 0.02%, pH 7 0.0 ml of liquid medium (0.0 ml) was placed in a 500 ml Sakaguchi flask, stoppered with cotton, and then steam sterilized at 121 ° C for 15 minutes. To this, 1 ml of the culture solution obtained in Example 1 was added, followed by reciprocal shaking culture at 45 ° C. for 3 days (amplitude 10 cm, 100 reciprocations / min). After completion of the culture, the culture supernatant was obtained by centrifugation (8,000 rpm × 10 minutes). The culture supernatant was fractionated with ammonium sulfate, and the 20-60% fraction was collected by centrifugation (20,000 rpm × 10 minutes), followed by dialysis using 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.2) as an external solution. It was. The resulting crude enzyme solution was subjected to ion exchange chromatography using CM Toyopearl 650-C (diameter 2.5 cm × 30 cm) equilibrated with 20 mM acetate buffer (pH 5.0).

吸着画分を0M〜0.3Mまでの濃度勾配でNaClを含む該緩衝液にて溶出し、5.3mlずつ分画した。その結果、キシラナーゼ活性は2つのピークに分かれて溶出し、前半に溶出した活性画分をキシラナーゼXP1、後半に溶出した活性画分をキシラナーゼXP2とした。   The adsorbed fraction was eluted with the buffer containing NaCl at a concentration gradient from 0 M to 0.3 M, and fractionated by 5.3 ml. As a result, the xylanase activity was separated into two peaks and eluted, and the active fraction eluted in the first half was designated as xylanase XP1, and the active fraction eluted in the second half was designated as xylanase XP2.

それぞれの活性画分を集め、再度硫安分画を行い、20〜60%画分を遠心分離(20,000rpm ×10分)により回収した後、20mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.2)に50mMのNaClを含む緩衝液で平衡化したSephacryl S-200(直径2.5cm×93cm)を用いて該緩衝液により溶出し、ゲル濾過を行った。XP1については流速34ml/hr とし、5mlずつ分画した。また、XP2については流速34ml/hr とし、6.7mlずつ分画した。   Each active fraction was collected, and ammonium sulfate fractionation was performed again. After collecting 20 to 60% fraction by centrifugation (20,000 rpm × 10 minutes), 50 mM was added to 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.2). Gel filtration was performed by elution with Sephacryl S-200 (diameter 2.5 cm × 93 cm) equilibrated with NaCl-containing buffer. For XP1, the flow rate was 34 ml / hr, and 5 ml was fractionated. XP2 was fractionated by 6.7 ml at a flow rate of 34 ml / hr.

それぞれ活性画分を集め、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動を行い、均一に精製されていることが確認できた。培養濾液に対する各精製酵素の収率はXP1が47.8%、XP2が7.8%であった。また比活性はXP1が1420 U/mg、XP2が919 U/mgであった。   The active fractions were collected and subjected to SDS polyacrylamide gel electrophoresis, confirming that they were uniformly purified. The yield of each purified enzyme with respect to the culture filtrate was 47.8% for XP1 and 7.8% for XP2. The specific activity was 1420 U / mg for XP1 and 919 U / mg for XP2.

〔実施例4〕耐熱性キシラナーゼ遺伝子のクローニング
(1) 染色体遺伝子ライブラリーの作製
キシラン(カバ材由来、シグマ社製)0.6%、ペプトン0.5%、酵母抽出物0.5%、K2HPO40.1%、MgSO4・7H2O 0.02%、pH7.0の液体培地50mlを500ml 容坂口フラスコに取り綿栓をした後、121℃で15分間蒸気滅菌した。これにバチルス・エスピー2113株を1白金耳植菌し、45℃で一晩往復振盪培養(振幅10cm、100 往復/分)した。培養終了後、遠心分離(10,000 rpm×10分)により菌体を得た。
[Example 4] Cloning of thermostable xylanase gene
(1) Preparation of chromosomal gene library 0.6% xylan (derived from hippo wood, manufactured by Sigma), 0.5% peptone, 0.5% yeast extract, K 2 HPO 4 0.1%, MgSO 4. 50 ml of a liquid medium of 7H 2 O 0.02%, pH 7.0 was placed in a 500 ml Sakaguchi flask and sealed with a cotton plug and steam sterilized at 121 ° C. for 15 minutes. Bacillus sp. 2113 strain was inoculated with 1 platinum ear, and reciprocal shaking culture was performed at 45 ° C. overnight (amplitude 10 cm, 100 reciprocations / min). After completion of the culture, the cells were obtained by centrifugation (10,000 rpm × 10 minutes).

本菌体を5mlのグルコース−リゾチーム溶液(50mMグルコース、10mM EDTA 、25mM Tris-HCl 緩衝液(pH8.0)、4mg/ml リゾチーム)に懸濁し、室温で15分放置した。5mlのアルカリ溶液(02N NaOH、1% SDS)を加え、穏やかに混ぜ、氷中にて15分間冷却した。この後、フェノール抽出、クロロホルム抽出を行ない、抽出した水層部分にエタノールを徐々に添加しDNAが析出したところで染色体DNAをガラス棒にて巻取り、TE溶液に懸濁した。得られた染色体DNA 100μg を制限酵素EcoRIで部分消化し、3〜20%ショ糖密度勾配超遠心分離法(22,500rpm, 16 時間)により分画し、3〜5kbp 断片画分をエタノール沈澱により回収した。   The cells were suspended in 5 ml of glucose-lysozyme solution (50 mM glucose, 10 mM EDTA, 25 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 4 mg / ml lysozyme) and left at room temperature for 15 minutes. 5 ml of alkaline solution (02N NaOH, 1% SDS) was added, mixed gently and cooled in ice for 15 minutes. Thereafter, phenol extraction and chloroform extraction were performed, and ethanol was gradually added to the extracted aqueous layer portion. When DNA was precipitated, the chromosomal DNA was wound with a glass rod and suspended in a TE solution. 100 μg of the obtained chromosomal DNA was partially digested with the restriction enzyme EcoRI and fractionated by 3-20% sucrose density gradient ultracentrifugation (22,500 rpm, 16 hours), and the 3-5 kbp fragment fraction was recovered by ethanol precipitation. did.

(2) 耐熱性遺伝子の大腸菌への形質転換
大腸菌クローニングベクターpUC19 (宝酒造社製)、1μgを制限酵素EcoRIで完全消化した後、アルカリホスファターゼ(Calf intestine由来)により脱リン酸化し、上記エタノール沈澱後のDNA500ng 及びT4 DNAリガーゼ2.5ユニットを含むライゲーションバッファー中で16℃、16時間反応させ、本発明の遺伝子とベクターとを連結した。
得られたDNAライブラリーを用いて、塩化カルシウム法により大腸菌JM109株を形質転換した。
(2) Transformation of heat-resistant gene into Escherichia coli E. coli cloning vector pUC19 (Takara Shuzo) 1 μg was completely digested with restriction enzyme EcoRI, dephosphorylated with alkaline phosphatase (derived from Calf intestine), and after ethanol precipitation The gene of the present invention and the vector were ligated in a ligation buffer containing 500 ng of DNA and 2.5 units of T4 DNA ligase at 16 ° C. for 16 hours.
Escherichia coli JM109 strain was transformed by the calcium chloride method using the obtained DNA library.

(3) DNAライブラリーからのキシラナーゼ遺伝子の単離
XP1遺伝子のクローニング
上記染色体DNAライブラリーからのXP1キシラナーゼ遺伝子を含むクローンの選抜は、該DNAライブラリーを用いて大腸菌を形質転換した後、キシラン培地に塗布し、コロニー周辺のハロー形成を指標に行った。すなわち、該DNAライブラリーを用いて大腸菌を形質転換した後、100 μg/mlのアンピシリンを含むキシラン培地(1%キシラン(コムギ由来;シグマ社製)、1%ペプトン、0.5%酵母抽出物、0.5% NaCl、2%寒天(pH 7.0))に塗布し、37℃で一晩培養し、ハロー形成を観察した。得られたクローンよりプラスミドDNAをアルカリ抽出法により大量に調製し、超遠心分離(16時間, 20℃)により精製し、塩基配列を決定した。塩基配列の決定はUnited States Biochemical 社製のシーケナーゼのキットを用いて行なった。
(3) Isolation of xylanase gene from DNA library Cloning of XP1 gene Selection of clones containing XP1 xylanase gene from the chromosomal DNA library was carried out by transforming Escherichia coli with the DNA library, and then xylan medium. The halo formation around the colony was used as an index. That is, after transforming Escherichia coli using the DNA library, xylan medium (1% xylan (from wheat; manufactured by Sigma)), 1% peptone, 0.5% yeast extract containing 100 μg / ml ampicillin. , 0.5% NaCl, 2% agar (pH 7.0)) and cultured at 37 ° C. overnight, and halo formation was observed. A large amount of plasmid DNA was prepared from the obtained clones by alkaline extraction, purified by ultracentrifugation (16 hours, 20 ° C.), and the nucleotide sequence was determined. The nucleotide sequence was determined using a Sequenase kit manufactured by United States Biochemical.

その結果を配列番号2に示す。上記XP1キシラナーゼ遺伝子の塩基配列からXP1キシラナーゼのアミノ酸配列を推定した結果を配列番号1に示す。また、上記クローニングにより得られたキシラナーゼ(XP1)をコードする遺伝子を含むDNA断片の制限酵素地図を図6に示す。   The result is shown in SEQ ID NO: 2. The result of estimating the amino acid sequence of XP1 xylanase from the base sequence of the XP1 xylanase gene is shown in SEQ ID NO: 1. FIG. 6 shows a restriction enzyme map of a DNA fragment containing a gene encoding xylanase (XP1) obtained by the above cloning.

なお、得られたXP1キシラナーゼ遺伝子を含む大腸菌形質転換株E. coli JM109/pUCXP1は、工業技術院生命工学工業技術研究所にFERM BP-5320として寄託されている。   The obtained E. coli JM109 / pUCXP1 containing the XP1 xylanase gene was deposited as FERM BP-5320 at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.

(4) XP1のN末端配列の決定
XP1のN末端アミノ酸配列の決定は、バチルス・エスピー2113の培養上清より精製したXP1を試料とし、プロテインシーケンサー(Applied Biosystems(パーキンエルマー社)477A)及びPTHアナライザー(Applied Biosystems(パーキンエルマー社)120A)を用いて行った。その結果、成熟型キシラナーゼXP1のN末端配列は配列番号3に示す通りであった。
(4) Determination of the N-terminal sequence of XP1 The N-terminal amino acid sequence of XP1 was determined using a protein sequencer (Applied Biosystems (Perkin Elmer) 477A) and PTH using XP1 purified from the culture supernatant of Bacillus sp 2113 as a sample. An analyzer (Applied Biosystems (Perkin Elmer) 120A) was used. As a result, the N-terminal sequence of mature xylanase XP1 was as shown in SEQ ID NO: 3.

〔実施例5〕遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼの製造
本実施例では、遺伝子組換え型耐熱性キシラナーゼXP1の製造を行った。プラスミドpUCXP1を、EcoRI消化して得られた本発明の遺伝子EcoRI断片500 ngと制限酵素EcoRIで完全消化した後、アルカリフォスファターゼ(Calf Intestine由来)により脱リン酸化した大腸菌・枯草菌シャトルベクターpHY3000PLK(宝酒造社製)1μgと、T4リガーゼ2.5 ユニットとをライゲーションバッファー中、16℃、2時間反応させ、連結させた。これを用いて塩化カルシウム法にて大腸菌JM109を形質転換した。
[Example 5] Production of recombinant thermostable xylanase In this example, recombinant thermostable xylanase XP1 was produced. The plasmid pUCXP1 was completely digested with EcoRI fragment 500 ng of the present invention obtained by digestion with EcoRI and the restriction enzyme EcoRI, and then dephosphorylated with alkaline phosphatase (derived from Calf Intestine) pH / 3000PLK (Takara Shuzo) 1 μg) and T4 ligase 2.5 unit were reacted in a ligation buffer at 16 ° C. for 2 hours and ligated. Using this, Escherichia coli JM109 was transformed by the calcium chloride method.

50μg/ml のテトラサイクリンを含むL培地(1%ペプトン、0.5 %酵母エキス、0.5 %NaCl(pH7.0))中に植菌し、37℃、一晩培養した。得られた形質転換体よりアルカリ抽出法にてプラスミドDNAを大量調製した。これをpHYXP1とし、その結果を図8に示す。上記プラスミドDNAを用いて枯草菌ISW1214株をプロトプラスト法にて形質転換した。得られた形質転換体を500 ml容坂口フラスコにて50μg/mlのテトラサイクリンを含む50ml液体キシラン培地(0.6 %カバキシラン(シグマ社製)、1%ペプトン、0.5 %酵母エキス、0.5 % NaCl(pH7.0)) 中に植菌し、37℃、3日間培養した。培養終了後、遠心分離(10,000rpm ×10分) を行い培養上清を回収した。培養上清中の耐熱性キシラナーゼの活性は、培養開始後48時間で160U/ml であった。   The cells were inoculated in L medium (1% peptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl (pH 7.0)) containing 50 μg / ml tetracycline and cultured at 37 ° C. overnight. A large amount of plasmid DNA was prepared from the obtained transformant by an alkali extraction method. This is designated as pHYXP1, and the results are shown in FIG. Bacillus subtilis ISW1214 strain was transformed with the plasmid DNA by the protoplast method. The obtained transformant was placed in a 50 ml Sakaguchi flask in a 50 ml liquid xylan medium (0.6% Kabukilan (Sigma), 1% peptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl (pH 7. 5) containing 50 μg / ml tetracycline. 0)) Inoculated and cultured at 37 ° C for 3 days. After completion of the culture, the culture supernatant was collected by centrifugation (10,000 rpm × 10 minutes). The activity of thermostable xylanase in the culture supernatant was 160 U / ml 48 hours after the start of the culture.

この培養上清を硫安分画し、20〜60%画分を遠心分離(20,000rpm ×10分) にて回収した後、20mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.2 )を外液として透析を行った。得られた粗酵素液について、20mM酢酸緩衝液(pH5.0 )で平衡化したCMトヨパール650-C(直径1.0cm ×17cm) を用いてイオン交換クロマトグラフィーを行った。   The culture supernatant was fractionated with ammonium sulfate, and the 20-60% fraction was collected by centrifugation (20,000 rpm x 10 minutes), and then dialyzed using 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.2) as an external solution. It was. The resulting crude enzyme solution was subjected to ion exchange chromatography using CM Toyopearl 650-C (diameter: 1.0 cm × 17 cm) equilibrated with 20 mM acetate buffer (pH 5.0).

吸着画分を0M 〜0.3Mまでの濃度勾配でNaClを含む20mM酢酸緩衝液(pH5.0)にて溶出し、1.5 mlずつ分画した。活性画分を集め、SDSポリアクリルアミド電気泳動を行い、均一に精製されていることを確認した。本酵素は、分子量約22,500、反応至適pH5〜8、安定pH範囲3〜9、作用適温範囲50〜80℃であり、XP1であると断定した。   The adsorbed fraction was eluted with a 20 mM acetate buffer solution (pH 5.0) containing NaCl at a concentration gradient from 0 M to 0.3 M, and fractionated in 1.5 ml portions. The active fractions were collected and subjected to SDS polyacrylamide electrophoresis, and confirmed to be uniformly purified. This enzyme has a molecular weight of about 22,500, an optimum reaction pH of 5 to 8, a stable pH range of 3 to 9, an optimum temperature range of action of 50 to 80 ° C., and was determined to be XP1.

〔実施例6〕パルプの漂白(1)
広葉樹酸素晒クラフトパルプ(カッパー価8.5、白色度46.0%)に実施例1で得られたバチルス・エスピー2113の培養上清(500 U/mlの耐熱性キシラナーゼを含む)をパルプ絶乾重量1gあたり2μl添加してパルプ濃度3%、pH7.0、70℃にて2時間反応させた。反応終了後、パルプ濃度を10%に調製して塩素−アルカリ−次亜塩素酸塩−二酸化塩素の順で漂白を行なった。なお、培養上清を添加せずに同様に処理したものを対照の漂白パルプとした。漂白の標準条件は次の通りである。
塩素処理:添加率はパルプ絶乾重量あたり1.6%で40℃、30分間処理
アルカリ抽出:アルカリ添加率は絶乾パルプあたり1.0%で60℃、100分間処理
次亜塩素酸塩処理:添加率は0.5%で45℃、120分間処理
二酸化塩素処理:添加率は0.2%で70℃、180分間処理
[Example 6] Bleaching of pulp (1)
The culture supernatant of Bacillus sp 2113 obtained in Example 1 (containing 500 U / ml thermostable xylanase) on hardwood oxygen-bleached kraft pulp (kappa number 8.5, whiteness 46.0%) 2 μl per gram was added and reacted at a pulp concentration of 3%, pH 7.0, and 70 ° C. for 2 hours. After completion of the reaction, the pulp concentration was adjusted to 10% and bleaching was performed in the order of chlorine-alkali-hypochlorite-chlorine dioxide. In addition, what was processed similarly without adding culture supernatant was made into the control | bleached bleached pulp. The standard conditions for bleaching are as follows.
Chlorine treatment: Addition rate is 1.6% per pulp dry weight at 40 ° C for 30 minutes Alkali extraction: Alkali addition rate is 1.0% per absolute dry pulp at 60 ° C for 100 minutes Hypochlorite treatment : Addition rate 0.5% at 45 ° C for 120 minutes Chlorine dioxide treatment: Addition rate 0.2% at 70 ° C for 180 minutes

この標準の漂白条件に対し、塩素およびアルカリ、あるいは次亜塩素酸塩の添加量を減らして漂白した。その結果、対照の漂白パルプと同等の白色度(85.6%)を得るために必要な塩素及びアルカリ量を25%減添することができた。また、次亜塩素酸塩については、50%削減することができた。   Bleaching was performed with the addition amount of chlorine and alkali or hypochlorite reduced with respect to this standard bleaching condition. As a result, it was possible to reduce the amount of chlorine and alkali necessary to obtain the same whiteness (85.6%) as that of the control bleached pulp by 25%. In addition, hypochlorite was reduced by 50%.

また、漂白排水中のAOX量をハロゲン分析装置TOX−10(三菱化学製)を用いて定量した結果、培養上清処理によりAOXを25%減らすことができた。塩素、次亜塩素酸塩、アルカリ又はAOX等を削減できたことは、本酵素の作用によりパルプの漂白性が改善されたことを示すものであり、このことによって薬品コストを削減できるとともに、有機塩素化合物の生成を抑制することができる点で有用である。   Moreover, as a result of quantifying the amount of AOX in the bleaching wastewater using a halogen analyzer TOX-10 (manufactured by Mitsubishi Chemical), AOX could be reduced by 25% by the culture supernatant treatment. The reduction of chlorine, hypochlorite, alkali, AOX, etc. indicates that the bleaching property of the pulp has been improved by the action of this enzyme, which can reduce the chemical cost and organic This is useful in that the production of chlorine compounds can be suppressed.

〔実施例7〕パルプの漂白(2)
広葉樹酸素晒しクラフトパルプ(カッパー価8.5、白色度46.0%)に、実施例2で得られたバチルス・エスピー208の培養上清(500U/mlの耐熱キシラナーゼを含む)をパルプ絶乾重量1gあたり2μl添加してパルプ濃度3%、pH7.0、70℃にて2時間反応させた。反応終了後、パルプ濃度を10%に調整して塩素−アルカリ抽出−次亜塩素酸−二酸化塩素の順で常法により漂白を行った。なお、培養上清を添加せずに同様に処理したものを対照の漂白パルプとした。漂白の標準条件は次の通りである。
塩素処理:塩素添加率はパルプ絶乾重量あたり1.6%で40℃、30分間処理
アルカリ抽出:アルカリ添加率は絶乾パルプあたり1.0 %で60℃、100分間処理
次亜塩素酸処理:次亜塩素酸添加率は0.5 %で45℃、120分間処理
二酸化塩素処理:二酸化塩素添加率は0.2 %で70℃、180分間処理
[Example 7] Bleaching of pulp (2)
The culture supernatant of Bacillus sp 208 obtained in Example 2 (containing 500 U / ml of heat-resistant xylanase) is added to kraft pulp exposed to hardwood oxygen (kappa number 8.5, whiteness 46.0%) at 2 μl per gram of dry pulp weight. The mixture was added and reacted at a pulp concentration of 3%, pH 7.0, 70 ° C. for 2 hours. After completion of the reaction, the pulp concentration was adjusted to 10%, and bleaching was performed in the order of chlorine-alkali extraction-hypochlorous acid-chlorine dioxide in the usual manner. In addition, what was processed similarly without adding culture supernatant was made into the control | bleached bleached pulp. The standard conditions for bleaching are as follows.
Chlorine treatment: chlorine addition rate is 1.6% per pulp dry weight at 40 ° C for 30 minutes Alkali extraction: alkali addition rate is 1.0% per dry pulp at 60 ° C for 100 minutes Hypochlorous acid treatment: hypochlorous acid Acid addition rate 0.5% at 45 ° C for 120 minutes Chlorine dioxide treatment: Chlorine dioxide addition rate 0.2% at 70 ° C for 180 minutes

この標準の漂白条件に対し、酵素前処理パルプの漂白では、塩素及びアルカリ、あるいは次亜塩素酸の添加量を減らして漂白した。その結果、酵素無処理の対照の漂白パルプと同等の白色度(85.6 %)を得るために必要な塩素及びアルカリの量を27%軽減することができた。また次亜塩素酸塩については、53%削減することができた。   In contrast to this standard bleaching condition, in the bleaching of enzyme pretreated pulp, the amount of chlorine and alkali or hypochlorous acid added was reduced. As a result, it was possible to reduce the amount of chlorine and alkali required to obtain the same whiteness (85.6%) as the control bleached pulp without enzyme treatment by 27%. Hypochlorite was reduced by 53%.

また漂白排水中のAOX量をハロゲン分析装置TOX-10(三菱化学製)を用いて定量した結果、培養上清処理によりAOXを28%減らすことができた。   The amount of AOX in the bleaching effluent was quantified using a halogen analyzer TOX-10 (manufactured by Mitsubishi Chemical). As a result, AOX was reduced by 28% by treatment with the culture supernatant.

〔比較例1〜5〕パルプの漂白(市販酵素との比較)
各種市販酵素を用いてパルプの酵素処理及び漂白処理を行い、塩素、次亜塩素酸塩及びAOXの削減率を実施例6及び7の結果と比較した。比較例1としてチバガイギー(Chiba-Geigy)社製のIrgazyme 40-X4、比較例2として同社のIrgazyme 10A-X4 、比較例3としてノボ(Novo) 社製のPulpzyme HC 、比較例4としてアルコ(Alko) 社製のEcopulp 、比較例5としてサンド(Sandoz) 社製のCartazyme HSを用い、実施例6及び7で行った処理と同様の処理を行った。実施例6及び7で得られた結果並びに各比較例の結果を表6に示す。
[Comparative Examples 1-5] Bleaching of pulp (comparison with commercially available enzyme)
The pulp was subjected to enzyme treatment and bleaching treatment using various commercially available enzymes, and the reduction rates of chlorine, hypochlorite and AOX were compared with the results of Examples 6 and 7. Comparative Example 1 is Irgazyme 40-X4 manufactured by Chiba-Geigy, Comparative Example 2 is Irgazyme 10A-X4, Comparative Example 3 is Pulpzyme HC manufactured by Novo, and Comparative Example 4 is Alko. The same treatment as in Examples 6 and 7 was performed using Ecopulp made by the company and Cartazyme HS made by Sandoz as the comparative example 5. Table 6 shows the results obtained in Examples 6 and 7 and the results of the comparative examples.

Figure 0003769655
Figure 0003769655

表6より、本発明の酵素は、従来の酵素と比較して、pH7.0 、70℃という条件では塩素及び二酸化塩素、AOXの削減率が高いことがわかった。特に、このような高い温度では活性がほとんどない酵素もあり、本発明の酵素は耐熱性において優れていることがわかった。   Table 6 shows that the enzyme of the present invention has a higher reduction rate of chlorine, chlorine dioxide, and AOX under the conditions of pH 7.0 and 70 ° C. than the conventional enzyme. In particular, some enzymes have little activity at such high temperatures, and it has been found that the enzyme of the present invention is excellent in heat resistance.

カバキシランに本発明の酵素を作用させたときの反応生成物の薄層クロマトグラフィー分析の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the thin-layer chromatographic analysis of the reaction product when the enzyme of this invention is made to act on birch silane. 本発明の酵素の反応至適pHを示す図である。It is a figure which shows reaction optimal pH of the enzyme of this invention. 本発明の酵素のpH安定性を示す図である。It is a figure which shows the pH stability of the enzyme of this invention. 本発明の酵素の反応至適温度を示す図である。It is a figure which shows the optimal reaction temperature of the enzyme of this invention. 本発明の酵素の熱安定性を示す図である。It is a figure which shows the thermostability of the enzyme of this invention. キシラナーゼXP1をコードする遺伝子を含むDNA断片の制限酵素地図である。It is a restriction enzyme map of the DNA fragment containing the gene which codes xylanase XP1. プラスミドpUCXP1の構築図である。FIG. 5 is a construction diagram of plasmid pUCXP1. プラスミドpHYXP1の構築図である。FIG. 5 is a construction diagram of plasmid pHYXP1.

配列番号:1
配列の長さ:211
配列の型:アミノ酸
トポロジー:直鎖状
配列の種類:タンパク質
起源
生物名:バチルス・エスピー(Bacillus sp.)
株名:2113株
配列の特徴
1-23 S sig peptide
24-211 S mat peptide
配列番号:2
配列の長さ:1207
配列の型:核酸
鎖の数:二本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:Genomic DNA
起源
生物名:バチルス・エスピー(Bacillus sp.)
株名:2113株
配列の特徴
特徴を表す記号:P CDS
存在位置:379..1029
特徴を決定した方法:E
配列番号:3
配列の長さ:10
配列の型:アミノ酸
トポロジー:直鎖状
配列の種類:ペプチド
起源
生物名:バチルス・エスピー(Bacillus sp.)
株名:2113株
SEQ ID NO: 1
Sequence length: 211
Sequence type: Amino acid Topology: Linear sequence type: Protein origin Organism name: Bacillus sp.
Stock name: Characteristics of the 2113 strain
1-23 S sig peptide
24-211 S mat peptide
SEQ ID NO: 2
Sequence length: 1207
Sequence type: Number of nucleic acid strands: Double-stranded topology: Linear sequence type: Genomic DNA
Origin organism name: Bacillus sp.
Strain name: Characteristics of the 2113 strain sequence Symbol representing the characteristics: P CDS
Location: 379..1029
Method for determining characteristics: E
SEQ ID NO: 3
Array length: 10
Sequence type: Amino acid Topology: Linear sequence type: Peptide origin Organism name: Bacillus sp.
Stock name: 2113 shares

Claims (3)

以下の理化学的性質を有する、バチルス属に属する微生物由来の耐熱性キシラナーゼXP2。
(1)作用:キシランの1,4-β-D-キシロシド結合を加水分解し、キシロース及びキシロオリゴ糖の還元糖を生成する。
(2)基質特異性:カバキシラン、小麦キシラン等の調製キシランの他、キシランを含有する広葉樹クラフトパルプ、小麦フスマ等に作用する。
(3)至適pH及び安定pH範囲:反応の至適pH範囲はpH5〜8であり、安定pH範囲は4.5〜9である。
(4)作用適温の範囲:60〜90℃の範囲にある。
(5)至適温度:80℃である。
(6)熱安定性:70℃、30分の処理で約90%以上の残存活性を示す。
(7)等電点:8.5付近である。
(8)分子量:SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法で測定した結果、約32,000である。
(9)阻害:Mn2+、Co2+、Cu2+、EDTA、ヨード酢酸により弱く阻害を受け、Hg2+、SDSにより強く阻害される。
A thermostable xylanase XP2 derived from a microorganism belonging to the genus Bacillus having the following physicochemical properties:
(1) Action: Hydrolyzes 1,4-β-D-xyloside bond of xylan to produce reducing sugar of xylose and xylooligosaccharide.
(2) Substrate specificity: Preparation of birch silane, wheat xylan, etc. In addition to xylan, it acts on hardwood kraft pulp, wheat bran and the like containing xylan.
(3) Optimal pH and stable pH range: The optimal pH range for the reaction is pH 5-8, and the stable pH range is 4.5-9.
(4) Range of temperature suitable for action: in the range of 60 to 90 ° C.
(5) Optimal temperature: 80 ° C.
(6) Thermal stability: shows a residual activity of about 90% or more after treatment at 70 ° C. for 30 minutes.
(7) Isoelectric point: around 8.5.
(8) Molecular weight: As a result of measuring by SDS polyacrylamide gel electrophoresis, it is about 32,000.
(9) Inhibition: weakly inhibited by Mn 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , EDTA, iodoacetic acid, and strongly inhibited by Hg 2+ , SDS.
バチルス属に属する微生物を培養し、得られる培養物から耐熱性キシラナーゼXP2を採取することを特徴とする請求項1記載の耐熱性キシラナーゼXP2の製造方法。   The method for producing thermostable xylanase XP2 according to claim 1, wherein microorganisms belonging to the genus Bacillus are cultured, and thermostable xylanase XP2 is collected from the resulting culture. 請求項1記載の耐熱性キシラナーゼXP2の生産能を有するバチルス・エスピー208(FERM BP−5321)。Bacillus sp 208 (FERM BP-5321) having the ability to produce thermostable xylanase XP2 according to claim 1.
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