JP3957873B2 - Pectate lyase gene - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は洗浄剤、食品加工剤、繊維処理剤等として有用なペクチン酸リアーゼをコードする遺伝子に関する。
【0002】
【従来の技術】
ペクチン酸リアーゼ(EC 4.2.2.2)は、1962年、バチルス ポリミキサ(Bacillus polymyxa)とエルビニア カルトボーラ(Erwinia cartovora)の培養液に初めて見い出されたもので、反応にカルシウムイオンを必要としている(Starr & Moran, Science, 135, 920-921, 1962)。それ以降、数多くの細菌、真菌類がペクチン酸リアーゼを生産することが知られるようになった(Sakai, et al. Adv. Appl. Microbiol. 39, 213-294, 1993)。さらに、遺伝子組換えの技術が発展するに伴い、例えば、Erwinia chrysanthemi EC16 (Tamaki, et al., J. Bacteriol., 170, 3468-3478, 1988)、Xanthomonas campestrispv. malvaccarum B414 (Liao et al., MPMI, 9, 14-21, 1996)、Fusarium solani f. sp. pisi(Guo et al., J. Bacteriol., 177, 7070-7077, 1995、Arch. Biochem. Biophys., 332, 305-312, 1996、Gonzalez-candels & kolattukudy, J. Bacteriol., 174, 6343-6349, 1992)、Aspergillus nidulans(Ho et al., Curr. Genet., 27, 142-149, 1995)等からペクチン酸リアーゼ遺伝子がクローニングされ塩基配列が決定され推定アミノ酸配列が解析されている。
【0003】
遺伝子学的、生化学的に充分研究されているBacillus属細菌のペクチン酸リアーゼについては、比較的報告例が少ない。Starr とMoran がBacillus polymyxaの培養液にペクチン酸リアーゼを発見して以来、Bacillus pumilus(Dave & Vaughn, J. Bacteriol., 198, 166-174, 1971)、Bacillus subtilis(Chesson & Codner, J. Appl. Bacteriol., 44, 347-364, 1978)、好熱性Bacillus属細菌の一種が生産する最適pHが8.5〜9.3の酵素(分子量は不明)(Karbassi & Luh, J. Food Sci., 44, 1156-1161, 1979)等が発見されている。最近、Sakamotoら(Biosci. Biotech. Biochem., 58, 353-358, 1994)は、プロトペクチナーゼ活性を有するペクチン酸リアーゼをBacillus subtilis IFO3134から精製している(protopectinase-N)。Bacillus属のペクチン酸リアーゼ遺伝子が決定されているものはBacillus subtilis SO 113 (Nasser et al., FEBS 335 319-326, 1993)、Alkali-tolerant Bacillus sp. YA-14(Kim et al., Biosci. Biotech. Biochem. 58, 947-949, 1994)のみであり、しかも、SO 113株とYA−14株の塩基配列は、99%の相同性を示し、且つアミノ酸配列は完全に一致しているものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来のペクチン酸リアーゼは、一部製品として入手可能であるが、高価であり、種々の糖質分解酵素も混在している等の問題があり、産業界で広く利用されてはいない。
【0005】
従って本発明は、洗浄剤、繊維処理等、広く産業界において有用なペクチン酸リアーゼを単一で且つ大量生産を可能にするために、それをコードする遺伝子、該遺伝子を含有する組換えベクター、及びこれを含有する形質転換体を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者は、ペクチン酸リアーゼを産生する微生物を自然界から探索し、遺伝子工学技術を利用してその遺伝子、その特性及びその大量生産技術を確立すべく種々検討してきたところ、土壌から分離したバチルス属細菌が産生する新規なペクチン酸リアーゼについて、その遺伝子のクローニング、遺伝子組換えによる生産技術の確立に成功し、本発明を完成した。
【0007】
すなわち、本発明は、配列番号1若しくは配列番号2に示すアミノ酸配列又は該アミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列をコードするペクチン酸リアーゼ遺伝子を提供するものである。
また、本発明は、上記のペクチン酸リアーゼ遺伝子を含有する組換えベクター及び該組換えベクターを含む形質転換体を提供するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の遺伝子は、配列番号1若しくは配列番号2に示すアミノ酸配列、又は該アミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列をコードする配列を有する。ペクチン酸リアーゼ活性を失なわない限り、該アミノ酸配列中のアミノ酸の欠失、置換又は付加(以下、変異ということがある)は特に制限されない。また、配列番号1又は配列番号2のアミノ酸配列におけるN末端には、1〜数個のアミノ酸が付加していてもよい。
【0009】
配列番号1中、アミノ酸番号94〜228の間で、他の酵素との相同性を検討すると、図6に示すように、Aspergillus nidulansに由来するペクチン酸リアーゼPelA(Meng-Chen Ho, et al., Curr. Gcnet., 27. 142-149, 1995)が最も相同性が高いが、43.9%の相同性があるにすぎない。従って、配列番号1のアミノ酸番号94から228の間で適切にアライメントした時、これら以上の相同性がある酵素は、本発明の遺伝子がコードする酵素に含まれる。すなわち、アミノ酸配列の相同性は配列番号1におけるアミノ酸番号94〜228に対して45%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上が特に好ましい。
【0010】
また、配列番号1中、アミノ酸番号1〜302の間で、他の酵素との相同性を検討すると、Glomerella cingulata(GenBank 登録No. GCU32942)に由来するペクチン酸リアーゼが最も相同性が高いが、配列番号14〜287間において39.9%の相同性があるにすぎない。従って、配列番号1のアミノ酸番号14から287の間で適切にアライメントした時、これら以上の相同性がある酵素は、本発明の遺伝子がコードする酵素に含まれる。すなわち、アミノ酸配列の相同性は配列番号1におけるアミノ酸番号14〜287に対して40%以上が好ましく、70%以上がより好ましく、80%以上が特に好ましい。
【0011】
本発明ペクチン酸リアーゼ遺伝子は、配列番号1若しくは配列番号2のアミノ酸配列又はその前記変異体をコードするものであればよいが、配列番号3若しくは配列番号4で示される塩基配列又は該塩基配列の1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列を有するものが好ましい。
【0012】
本発明の遺伝子がコードするペクチン酸リアーゼは、土壌から分離したバチルス属に属する微生物(例えばバチルス エスピー KSM−P103株(FERM P−15988)やバチルス エスピー KSM−P7株(FERM P−15985)やそれらの変異株を培養し、得られた培養物から採取することによって製造できる。
【0013】
本発明のペクチン酸リアーゼ遺伝子は、例えばバチルス エスピー KSM−P103株(FERM P−15988)やバチルス エスピー KSM−P7株(FERM P−15985)等からクローニングすることができる。該クローニング手段としては、既知の手段、例えばショットガン法、PCR法で目的とする遺伝子をクローニングする方法等が挙げられる。
【0014】
前記ペクチン酸リアーゼ遺伝子を含む組換えベクターを作製するには、目的とする宿主内で遺伝子を発現するのに適した任意のベクターにペクチン酸リアーゼ遺伝子を組み込めばよい。かかるベクターとしては、大腸菌を宿主とする場合、pUC18、pBR322、pUC19等が挙げられ、枯草菌を宿主とする場合、pUB110等が挙げられる。
【0015】
かくして得られた組換えベクターを用いて宿主を形質転換するには、常法、例えばプロトプラスト法、コンピテントセル法等により行われる。宿主としては、特に制限されないが、微生物が好ましく、バチルス属、ストレプトマイセス属等のグラム陽性菌;大腸菌(Escherichia coli)等のグラム陰性菌;サッカロマイセス属酵母、アスペルギルス属カビ等の真菌等が挙げられる。
【0016】
得られた形質転換体を同化性の炭素源、窒素源その他の必須栄養素を含む培地に接種し、常法に従い培養し、得られた培養液中から一般の酵素の採取及び精製方法に準じた方法により、ペクチン酸リアーゼを得ることができる。
【0017】
【実施例】
次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【0018】
実施例1:バチルス エスピー KSM−P103株及びバチルス エスピーKSM−P7株の培養
バチルス エスピー KSM−P103株及びバチルス エスピー KSM−P7株の培養は、坂口フラスコに50mlの液体培地を加えて30℃、2日間振盪培養を行った。培地組成は、3%(w/v)ポリペプトンS、0.5%酵母エキス、1%魚肉エキス、0.15%リン酸2カリウム、0.001%塩化カルシウム、0.5%ペクチン、0.5%炭酸ナトリウム(別滅菌)とした。
【0019】
実施例2:バチルス エスピー KSM−P103株及びバチルス エスピーKSM−P7株由来ペクチン酸リアーゼの精製
バチルス エスピー KSM−P103株及びバチルス エスピー KSM−P7株の培養液を遠心分離(10,000×g、15分、4℃)し、その上澄液(900ml)に硫酸アンモニウムを65%飽和となるように徐々に添加した。5℃で一昼夜放置した後、遠心分離(10,000×g、15分、4℃)を行い沈殿物を回収した。これを少量の基本緩衝液〔1mM塩化カルシウムを含む10mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.5)〕に溶解し、同緩衝液に対して一昼夜透析を行った。得られた透析内液(105ml)をあらかじめ基本緩衝液にて平衡化しておいたDEAE−Bio−GelA(Bio−Rad社製)カラム(2.5×16cm)へ添着した。基本緩衝液にて洗浄溶出される画分に活性が認められ、これを集めた。次に、この非吸着画分をあらかじめ基本緩衝液にて平衡化しておいたCM−Bio−GelA(Bio−Rad社製)カラム(2.5×22cm)へ添着した。約300mlの基本緩衝液にて洗浄溶出を行った後、0から0.1Mの塩化カリウムを含む基本緩衝液(400mlずつ)を用いた濃度勾配溶出法により、吸着タンパク質を溶出させた。KSM−P103株及びKSM−P7株由来ペクチン酸リアーゼは70〜80mM付近の塩化カリウム濃度で単一ピークとして溶出され、SDS−PAGE並びにTaber法によるPAGEにおいても均一なタンパク質として検出された。これらの画分を集め限外濾過(YM3メンブレン、アミコン社製)にて濃縮し、20%グリセロール液として−20℃に凍結保存した。上記の操作により得られたKSM−P103株由来精製ペクチン酸リアーゼ酵素の場合、活性収率は約42%、精製倍率は約500倍であった。一方、KSM−P7株由来精製ペクチン酸リアーゼ酵素の場合、活性収率は約25%、精製倍率は約180倍であった。
各精製酵素をProSorbフィルター(パーキンエルマー社製)にブロッティングし、プロテインシークエンサー(476A型、アプライドバイオシステム社製)を用いてアミノ末端配列を18番目のアミノ酸まで決定した結果、KSM−P103株及びKSM−P7株由来の酵素ともANFNQQGFSTLNGGTTGGであった。
【0020】
実施例3:ペクチン酸リアーゼ遺伝子のクローニング
(1)バチルス エスピー KSM−P103株及びバチルス エスピー KSM−P7株染色体DNAの調製
バチルス エスピー KSM−P103株及びバチルス エスピー KSM−P7株を液体培地で振盪培養した培養液を遠心し、菌体を回収した。得られた菌体からSaitoとMiuraの方法(Biochim. Biophys. Acta, 72, 619-629, 1963)で染色体DNAを調製した。
【0021】
(2)プライマーの調製
実施例2で得られた精製酵素のアミノ末端配列及びペクチン酸リアーゼ保存領域アミノ酸配列から、プライマー1及びプライマー2を合成した(図1)。
(3)クローニング
このプライマー1と2を用い、バチルス エスピー KSM−P103株の染色体DNA(0.5μg)を鋳型として、PCRを行った。得られた増幅断片をPCR断片精製キット(ベーリンガー・マンハイム社製)で精製した後、プラスミドベクターpUC19のSmaI部位に導入してクローン化した。得られたクローン4個の塩基配列を決定したところ、目的とするペクチン酸リアーゼ遺伝子配列の一部が検出され、アミノ酸配列も推定できた(図2参照)。
次に、上述のPCR増幅断片の上流と下流の領域を増幅するためにインバースPCRを行った。図2中に認められる塩基配列、プライマー3とプライマー4を用いた。バチルス エスピー KSM−P103株の染色体(1μg)を、あらかじめHindIII で消化し、フェノール/クロロホルム抽出して、T4DNAリガーゼを用いて分子内結合(環状化DNA結合)させて鋳型とした。PCRは、Long Template System PCRキット(TaKaRa社製)を用いて行った。その結果約4.5kbp の増幅断片が検出された。ダイレクトシークエンスによってこのDNA断片及びプライマー1〜2間の配列決定を行ったところ、N−末端アミノ酸配列から終止コドン(TAA)の前のアミノ酸までの302アミノ酸からなるペクチン酸リアーゼのアミノ酸配列及び塩基配列(配列番号1及び3)を決定した。バチルス エスピー KSM−P103株の生産するペクチン酸リアーゼ(分泌型成熟酵素)の分子量は、この配列から33,212Da(約33kDa)と推定される。また、同様な方法でバチルス エスピー KSM−P7株の生産するペクチン酸リアーゼのN−末端アミノ酸配列から終止コドン(TAA)の前のアミノ酸までの302アミノ酸からなるペクチン酸リアーゼのアミノ酸配列及び塩基配列(配列番号2及び4)を決定した。バチルス エスピー KSM−P7株の生産するペクチン酸リアーゼ(分泌型成熟酵素)の分子量は、この配列から33,355Da(約33kDa)と推定される。
【0022】
実施例4:組換えプラスミドの造成と枯草菌によるペクチン酸リアーゼの生産
まず、バチルス エスピー KSM−P103株の産生するペクチン酸リアーゼのN−末端アミノ酸Alaと、用いた宿主のベクター由来のシグナル配列が連結するように上流側のプライマー(プライマー5、図3参照)をデザインした。下流側のプライマー(プライマー6、図3参照)は、ペクチン酸リアーゼ遺伝子の終止コドン(TAA)から73bp下流に位置する26bpからなる配列をデザインした。使用したベクターpHSP64(Sumitomo et al., Biosci. Biotech. Biochem., 56, 872-877, 1992)のシグナル配列コード部分の3′側に存在するSalI部位とその11bp下流に存在するSmaI部位間に、PCR増幅DNA断片を挿入することとした。
【0023】
すなわち、プライマー5と6を用い、バチルス エスピー KSM−P103株の染色体DNAを鋳型としてPCRを行い、約1kb pDNA断片が増幅された。これをXhoIで消化しておき、SalIとSmaIで切断されたpHSP64とリガーゼで連結した(図4を参照)。
この組換えプラスミドをpHSP−103PALと命名した。
【0024】
次にpHSP−103PALで枯草菌ISW1214を形質転換し、液体培地中で30℃で3日間培養したところ菌体外に著量のペクチン酸リアーゼを生産した。また、バチルス エスピー KSM−P7由来のペクチン酸リアーゼ構造遺伝子を利用して上記と同様な方法によって菌体外に著量のペクチン酸リアーゼを生産した。
【0025】
参考例1:組換えペクチン酸リアーゼの特性
実施例4で得られた2つのペクチン酸リアーゼの粗酵素液を実施例2に従って完全精製した。
〔標準酵素活性測定法〕
試験管に0.2mlの0.5Mグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH10.5)、0.1mlの4mM塩化カルシウム溶液、0.2mlの1%(w/v)ポリガラクツロン酸水溶液(ICN社製:Lot 14482、水酸化ナトリウム溶液にてpH6.8に調整したもの)及び1.4mlの脱イオン水を加え、30℃で5分間恒温した後、0.1mlの適当に希釈した酵素液(希釈は1mM塩化カルシウムを含む50mMトリス−塩酸緩衝液、pH7.5により行った)を添加し反応を開始した。30℃で10分間恒温した後、2mlの50mM塩酸を加え反応を停止した。生成した不飽和ポリガラクツロニド量は235nmにおける吸光度を測定し、不飽和ジガラクツロニドの分子吸光係数4600(Hasegawa & Nagel, J. Food Sci., 31, 838-845, 1966)を用いて求めた。なお、盲検は酵素液を加えずに処理した反応液に2mlの50mM塩酸を加え、その後に0.1mlの酵素液を添加したものを用いた。酵素1単位(1U)は、上記反応条件下において1分間に1μmol の不飽和ジガラクツロニド相当の不飽和ポリガラクツロニドを生成する量とした。
【0026】
(1)N末端アミノ酸配列
実施例2と同じ手法でこれらの酵素のN−末端アミノ酸配列を決定したところ、両者の酵素ともANFNQQGFSTLNGGTTGGを含む配列が検出された。
(2)pH−活性曲線
P103及びP7組換えペクチン酸リアーゼのpH−活性曲線を調べた。ポリガラクツロン酸を基質とした時、P103組換えペクチン酸リアーゼのpH−活性曲線は、実施例2で得られたバチルス エスピー KSM−P103株由来のペクチン酸リアーゼのpH−活性曲線とほぼ完全に一致し、最適反応pHは、グリシン−水酸化ナトリウム緩衝液中でpH10付近であった(図5)。P7組換え酵素の場合も同様の結果であった。
【0027】
(3)分子量
得られた組換えペクチン酸リアーゼの分子量をSDS−ポリアクリルアミド電気泳動法(15%アクリルアミド)により、測定したところ、P7及びP103組換えペクチン酸リアーゼの分子量は、31から33kDa の範囲にあることが判明した。この値は推定アミノ酸配列から計算した分子量とほぼ一致した。なお、標準タンパクとしてバイオラット社製のSDS−PAGE Molecular Weight Standards, Low Range を用いた。
(4)木綿繊維からのペクチン遊離
基質として品質管理用作業手袋(40スムス晒指付き・綿、中田久吉商店製)を細かく裁断した木綿繊維片10mgを0.4mM CaCl2 を含む0.05Mグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH10.5)中に懸濁し、実施例4で得られた2つの組換えペクチン酸リアーゼを添加後、30℃、1時間反応させた。反応終了液を遠心分離し、上澄液中に遊離したペクチンをカルバゾール硫酸法(Sakai, Methods Enzymol., 161, 335-350, 1988)で定量した。その結果、0.1Uの酵素を用いた場合、いずれの酵素でも1gの木綿繊維あたりガラクツロン酸として2.3〜3.6mgのペクチン遊離量が認められた。このことは両組換えペクチン酸リアーゼが木綿繊維表面のプロトペクチンに作用していることを意味しており、さらに上澄液の235nmにおける吸光度も上昇していることが判明したので、A−タイプのプロトペクチナーゼ活性を有していると判断される。
【0028】
【発明の効果】
本発明のペクチン酸リアーゼ遺伝子を用いて洗浄剤、食品加工剤、繊維処理剤等として有用なペクチン酸リアーゼを単一且つ大量に生産することが可能である。
【0029】
【配列表】

Figure 0003957873
Figure 0003957873
【0030】
Figure 0003957873
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【0031】
Figure 0003957873
【0032】
Figure 0003957873

【図面の簡単な説明】
【図1】ペクチン酸リアーゼ遺伝子クローニング用プライマー1及び2の塩基配列を示す図である。
【図2】プライマー1とプライマー2の間のDNA配列と推定アミノ酸配列及びプライマー3とプライマー4の位置を示す図である。
【図3】本発明ペクチン酸リアーゼ全領域を増幅するためのプライマー5とプライマー6を示す図である。実施例4で示したPCR増幅用プライマーで、生成する増幅断片(約1kbp)はXhoIで消化された後、SalIとSmaIで消化されたpHSP64に連結される。
【図4】ペクチン酸リアーゼ遺伝子(P103由来pal)の分泌ベクター(pHSP64)への導入と創製されたペクチン酸リアーゼ発現分泌ベクターpHSP−103PALを示す図である。
Amp:アンピシリン耐性マーカー遺伝子
Tet:テトラサイクリン耐性マーカー遺伝子
【図5】P103組換えペクチン酸リアーゼ(実施例4)のpH−活性曲線を示す。50mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液で最大活性を示すpH約10の値を100%として、相対活性を表示した。
【図6】P103組換えペクチン酸リアーゼと他の酵素のアミノ酸配列の相同性を示す図である。
アミノ酸番号は、配列番号1の94から228を基準として、他のアミノ酸配列と相同性を合わせた。*印は共通のアミノ酸残基を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gene encoding pectate lyase useful as a cleaning agent, food processing agent, fiber treatment agent and the like.
[0002]
[Prior art]
Pectate lyase (EC 4.2.2.2) is 1962, which has been first found in the culture solution of Bacillus polymyxa (Bacillus polymyxa) and Erwinia Karutobora (Erwinia cartovora), in need of calcium ions in the reaction (Starr & Moran, Science, 135, 920-921, 1962). Since then, many bacteria and fungi have been known to produce pectate lyase (Sakai, et al. Adv. Appl. Microbiol. 39, 213-294, 1993). Furthermore, as the technology of genetic recombination has developed, for example, Erwinia chrysanthemi EC16 (Tamaki, et al., J. Bacteriol., 170, 3468-3478, 1988), Xanthomonas campestrispv . Malvaccarum B414 (Liao et al., MPMI, 9, 14-21, 1996), Fusarium solani f. Sp. Pisi (Guo et al., J. Bacteriol., 177, 7070-7077, 1995, Arch. Biochem. Biophys., 332, 305-312, 1996, Gonzalez-candels & kolattukudy, J. Bacteriol., 174, 6343-6349, 1992), Aspergillus nidulans (Ho et al., Curr. Genet., 27, 142-149, 1995) etc. The base sequence is determined by cloning, and the deduced amino acid sequence is analyzed.
[0003]
There are relatively few reports on pectate lyase of Bacillus genus bacteria that have been well studied genetically and biochemically. Since Starr and Moran discovered pectate lyase in the culture of Bacillus polymyxa , Bacillus pumilus (Dave & Vaughn, J. Bacteriol., 198, 166-174, 1971), Bacillus subtilis (Chesson & Codner, J. Appl Bacteriol., 44, 347-364, 1978), an enzyme with an optimum pH of 8.5-9.3 produced by a thermophilic Bacillus bacterium (molecular weight unknown) (Karbassi & Luh, J. Food Sci. , 44, 1156-1161, 1979). Recently, Sakamoto et al. (Biosci. Biotech. Biochem., 58, 353-358, 1994) have purified pectate lyase having protopectinase activity from Bacillus subtilis IFO3134 (protopectinase-N). Those pectate lyase gene of Bacillus genus is determined Bacillus subtilis SO 113 (Nasser et al ., FEBS 335 319-326, 1993), Alkali-tolerant Bacillus sp. YA-14 (Kim et al., Biosci. Biotech. Biochem. 58, 947-949, 1994), and the nucleotide sequences of the SO 113 strain and the YA-14 strain show 99% homology and the amino acid sequences are completely identical. Met.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Although these conventional pectate lyases are available as some products, they are expensive and have problems such as the presence of various saccharide-degrading enzymes, and are not widely used in the industry.
[0005]
Therefore, the present invention provides a pectate lyase useful in a wide range of industries such as detergents, fiber treatments, etc., in order to enable single and mass production, a gene encoding it, a recombinant vector containing the gene, And it aims at providing the transformant containing this.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present inventor has searched for microorganisms that produce pectate lyase from nature, and has made various studies to establish its gene, its characteristics, and its mass production technology using genetic engineering techniques. With regard to a novel pectate lyase produced by Bacillus bacteria, the present inventors have succeeded in cloning the gene and establishing a production technique by gene recombination, thereby completing the present invention.
[0007]
That is, the present invention is one or several amino acids in the amino acid sequence or the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 by deletion, provides pectate lyase gene encoding substitution or addition of the amino acid sequence Is.
The present invention also provides a recombinant vector containing the pectate lyase gene and a transformant containing the recombinant vector.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The gene of the present invention has an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or a sequence encoding an amino acid sequence in which one or several amino acids of the amino acid sequence are deleted, substituted or added. As long as pectate lyase activity is not lost, amino acid deletion, substitution or addition (hereinafter sometimes referred to as mutation) in the amino acid sequence is not particularly limited. In addition, 1 to several amino acids may be added to the N-terminus in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2.
[0009]
When the homology with other enzymes is examined between amino acid numbers 94 to 228 in SEQ ID NO: 1, as shown in FIG. 6, pectate lyase PelA derived from Aspergillus nidulans (Meng-Chen Ho, et al. Curr. Gcnet., 27. 142-149, 1995) has the highest homology, but only 43.9% homology. Therefore, an enzyme having homology higher than these when properly aligned between amino acid numbers 94 to 228 of SEQ ID NO: 1 is included in the enzyme encoded by the gene of the present invention. That is, the homology of amino acid sequences is preferably 45% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably 80% or more with respect to amino acid numbers 94 to 228 in SEQ ID NO: 1.
[0010]
Moreover, when the homology with other enzymes is examined between amino acid numbers 1 to 302 in SEQ ID NO: 1, pectate lyase derived from Glomerella cingulata (GenBank registration No. GCU32942) has the highest homology. There is only 39.9% homology between SEQ ID NOs: 14-287. Therefore, an enzyme having homology higher than those when appropriately aligned between amino acid numbers 14 to 287 of SEQ ID NO: 1 is included in the enzyme encoded by the gene of the present invention. That is, the homology of the amino acid sequence is preferably 40% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably 80% or more with respect to amino acid numbers 14 to 287 in SEQ ID NO: 1.
[0011]
The pectate lyase gene of the present invention may be any one as long as it encodes the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 or the variant thereof, but the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 or the nucleotide sequence thereof Those having a base sequence in which one or several bases are deleted, substituted or added are preferred.
[0012]
The pectate lyase encoded by the gene of the present invention includes microorganisms belonging to the genus Bacillus isolated from soil (for example, Bacillus sp. KSM-P103 strain (FERM P-1588), Bacillus sp. KSM-P7 strain (FERM P-15985), and the like. Can be produced by culturing the mutant strain and collecting it from the obtained culture.
[0013]
The pectate lyase gene of the present invention can be cloned from, for example, Bacillus sp. KSM-P103 strain (FERM P-15588), Bacillus sp. KSM-P7 strain (FERM P-15985) or the like. Examples of the cloning means include known means such as a method of cloning a target gene by a shot gun method or a PCR method.
[0014]
In order to prepare a recombinant vector containing the pectate lyase gene, the pectate lyase gene may be incorporated into any vector suitable for expressing the gene in the target host. Examples of such vectors include pUC18, pBR322, and pUC19 when Escherichia coli is used as a host, and pUB110 and the like when Bacillus subtilis is used as a host.
[0015]
In order to transform a host using the recombinant vector thus obtained, a conventional method such as a protoplast method, a competent cell method or the like is performed. Although it does not restrict | limit especially as a host, A microorganism is preferable, Gram positive bacteria, such as Bacillus genus and Streptomyces genus; Gram negative bacteria, such as Escherichia coli ; Fungi, such as Saccharomyces genus yeast, Aspergillus genus mold, etc. It is done.
[0016]
The obtained transformant was inoculated into a medium containing an assimilable carbon source, nitrogen source and other essential nutrients, cultured according to a conventional method, and in accordance with a general enzyme collection and purification method from the obtained culture broth The pectate lyase can be obtained by the method.
[0017]
【Example】
EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.
[0018]
Example 1: Culture of Bacillus sp. KSM-P103 strain and Bacillus sp. KSM-P7 strain Bacillus sp. KSM-P103 strain and Bacillus sp. KSM-P7 strain were cultured at 30 ° C. by adding 50 ml of liquid medium to a Sakaguchi flask. Shaking culture was performed for 1 day. The medium composition is 3% (w / v) polypeptone S, 0.5% yeast extract, 1% fish meat extract, 0.15% dipotassium phosphate, 0.001% calcium chloride, 0.5% pectin, 0. 5% sodium carbonate (separately sterilized) was used.
[0019]
Example 2: Purification of Bacillus sp. KSM-P103 strain and Bacillus sp. KSM-P7 strain-derived pectate lyase The culture solution of Bacillus sp. KSM-P103 strain and Bacillus sp. KSM-P7 strain was centrifuged (10,000 × g, 15 minutes, 4 ° C.) and ammonium sulfate was gradually added to the supernatant (900 ml) so as to be 65% saturated. After being left overnight at 5 ° C., the precipitate was collected by centrifugation (10,000 × g, 15 minutes, 4 ° C.). This was dissolved in a small amount of a basic buffer [10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 1 mM calcium chloride] and dialyzed against the buffer overnight. The obtained dialysis internal solution (105 ml) was applied to a DEAE-Bio-GelA (Bio-Rad) column (2.5 × 16 cm) which had been equilibrated with a basic buffer in advance. Activity was observed in the fractions washed and eluted with the basic buffer and collected. Next, this non-adsorbed fraction was applied to a CM-Bio-GelA (Bio-Rad) column (2.5 × 22 cm) that had been equilibrated in advance with a basic buffer. After washing and elution with about 300 ml of basic buffer solution, the adsorbed protein was eluted by a concentration gradient elution method using a basic buffer solution (400 ml each) containing 0 to 0.1 M potassium chloride. The pectate lyase derived from the KSM-P103 strain and the KSM-P7 strain was eluted as a single peak at a potassium chloride concentration of about 70 to 80 mM, and was detected as a uniform protein in SDS-PAGE and PAGE by the Taber method. These fractions were collected and concentrated by ultrafiltration (YM3 membrane, manufactured by Amicon) and stored frozen at −20 ° C. as a 20% glycerol solution. In the case of the purified pectate lyase enzyme derived from the KSM-P103 strain obtained by the above operation, the activity yield was about 42%, and the purification factor was about 500 times. On the other hand, in the case of the purified pectate lyase enzyme derived from the KSM-P7 strain, the activity yield was about 25% and the purification ratio was about 180 times.
Each purified enzyme was blotted on a ProSorb filter (manufactured by PerkinElmer), and the amino terminal sequence was determined up to the 18th amino acid using a protein sequencer (476A type, manufactured by Applied Biosystems). As a result, KSM-P103 strain and KSM -The enzyme derived from the P7 strain was ANFNQQGFSTLNGGTTGG.
[0020]
Example 3: Cloning of pectate lyase gene (1) Preparation of chromosomal DNA of Bacillus sp. KSM-P103 strain and Bacillus sp. KSM-P7 strain Bacillus sp. KSM-P103 strain and Bacillus sp. KSM-P103 strain were shake-cultured in a liquid medium. The culture solution was centrifuged, and the cells were collected. Chromosomal DNA was prepared from the obtained cells by the method of Saito and Miura (Biochim. Biophys. Acta, 72, 619-629, 1963).
[0021]
(2) Preparation of Primer Primer 1 and Primer 2 were synthesized from the amino terminal sequence of the purified enzyme obtained in Example 2 and the amino acid sequence of the pectate lyase conserved region (FIG. 1).
(3) Cloning Using these primers 1 and 2, PCR was performed using the chromosomal DNA (0.5 μg) of Bacillus sp. KSM-P103 strain as a template. The obtained amplified fragment was purified with a PCR fragment purification kit (manufactured by Boehringer Mannheim), then introduced into the Sma I site of the plasmid vector pUC19 and cloned. When the base sequences of the four clones obtained were determined, a part of the target pectate lyase gene sequence was detected, and the amino acid sequence could also be estimated (see FIG. 2).
Next, inverse PCR was performed to amplify the upstream and downstream regions of the above-mentioned PCR amplified fragment. The base sequences found in FIG. 2, primer 3 and primer 4 were used. The Bacillus sp KSM-P103 strain chromosome of (1 [mu] g), previously digested with Hin dIII, phenol / chloroform extracted and, as a template by intramolecular coupling using T4DNA ligase (circularization DNA binding). PCR was performed using the Long Template System PCR kit (TaKaRa). As a result, an amplified fragment of about 4.5 kbp was detected. When this DNA fragment and primers 1-2 were sequenced by direct sequencing, the amino acid sequence and base sequence of pectate lyase consisting of 302 amino acids from the N-terminal amino acid sequence to the amino acid before the stop codon (TAA) (SEQ ID NOs: 1 and 3) were determined. The molecular weight of pectate lyase (secreted mature enzyme) produced by Bacillus sp. KSM-P103 strain is estimated to be 33,212 Da (about 33 kDa) from this sequence. Further, the amino acid sequence and base sequence of pectate lyase consisting of 302 amino acids from the N-terminal amino acid sequence of pectate lyase produced by Bacillus sp. KSM-P7 strain to the amino acid before the stop codon (TAA) by the same method ( SEQ ID NOs: 2 and 4) were determined. The molecular weight of pectate lyase (secreted mature enzyme) produced by Bacillus sp. KSM-P7 strain is estimated to be 33,355 Da (about 33 kDa) from this sequence.
[0022]
Example 4: Construction of recombinant plasmid and production of pectate lyase by Bacillus subtilis First, the N-terminal amino acid Ala of pectate lyase produced by Bacillus sp. KSM-P103 and the signal sequence derived from the host vector used were An upstream primer (primer 5, see FIG. 3) was designed to be ligated. The primer on the downstream side (primer 6, see FIG. 3) was designed as a 26 bp sequence located 73 bp downstream from the stop codon (TAA) of the pectate lyase gene. The Sal I site present on the 3 'side of the signal sequence coding part of the used vector pHSP64 (Sumitomo et al., Biosci. Biotech. Biochem., 56, 872-877, 1992) and the Sma I site located 11 bp downstream thereof. A PCR-amplified DNA fragment was inserted between them.
[0023]
That is, PCR was performed using primers 5 and 6 and the chromosomal DNA of the Bacillus sp. KSM-P103 strain as a template, and an approximately 1 kb pDNA fragment was amplified. This was digested with Xho I and ligated with ligase and pHSP64 cleaved with Sal I and Sma I (see FIG. 4).
This recombinant plasmid was named pHSP-103PAL.
[0024]
Next, Bacillus subtilis ISW1214 was transformed with pHSP-103PAL and cultured in a liquid medium at 30 ° C. for 3 days to produce a significant amount of pectate lyase outside the cells. Further, a large amount of pectate lyase was produced outside the cells by the same method as described above using the pectate lyase structural gene derived from Bacillus sp. KSM-P7.
[0025]
Reference Example 1: Characteristics of recombinant pectate lyase The two crude pectate lyase enzyme solutions obtained in Example 4 were completely purified according to Example 2.
[Standard enzyme activity assay]
In a test tube, 0.2 ml of 0.5 M glycine-sodium hydroxide buffer (pH 10.5), 0.1 ml of 4 mM calcium chloride solution, 0.2 ml of 1% (w / v) polygalacturonic acid aqueous solution (ICN) Manufactured by Lot 14482, adjusted to pH 6.8 with sodium hydroxide solution) and 1.4 ml of deionized water, incubated at 30 ° C. for 5 minutes, and then 0.1 ml of an appropriately diluted enzyme solution ( Dilution was carried out with 50 mM Tris-HCl buffer containing 1 mM calcium chloride, pH 7.5) to start the reaction. After incubating at 30 ° C. for 10 minutes, 2 ml of 50 mM hydrochloric acid was added to stop the reaction. The amount of the unsaturated polygalacturonide produced was determined by measuring the absorbance at 235 nm and using the molecular extinction coefficient of unsaturated digalacturonide 4600 (Hasegawa & Nagel, J. Food Sci., 31, 838-845, 1966). In the blind test, 2 ml of 50 mM hydrochloric acid was added to the reaction solution treated without adding the enzyme solution, and then 0.1 ml of the enzyme solution was added. One unit (1 U) of enzyme was defined as an amount that produced unsaturated polygalacturonide equivalent to 1 μmol of unsaturated digalacturonide per minute under the above reaction conditions.
[0026]
(1) N-terminal amino acid sequence When the N-terminal amino acid sequences of these enzymes were determined in the same manner as in Example 2, sequences containing ANFNQQGFSTLNGGTTTGG were detected for both enzymes.
(2) pH-activity curve The pH-activity curves of P103 and P7 recombinant pectate lyase were examined. When polygalacturonic acid was used as a substrate, the pH-activity curve of P103 recombinant pectate lyase was almost completely identical to the pH-activity curve of pectate lyase derived from Bacillus sp. KSM-P103 obtained in Example 2. The optimum reaction pH was around pH 10 in glycine-sodium hydroxide buffer (FIG. 5). Similar results were obtained with the P7 recombinant enzyme.
[0027]
(3) Molecular weight The molecular weight of the obtained recombinant pectate lyase was measured by SDS-polyacrylamide electrophoresis (15% acrylamide). The molecular weight of P7 and P103 recombinant pectate lyase was in the range of 31 to 33 kDa. Turned out to be. This value almost coincided with the molecular weight calculated from the deduced amino acid sequence. As a standard protein, SDS-PAGE Molecular Weight Standards, Low Range manufactured by Biorat was used.
(4) 0.05 M glycine containing 0.4 mM CaCl 2 of 10 mg of cotton fiber pieces obtained by finely cutting work gloves for quality control (cotton with 40-smus bleached fingers, manufactured by Hisayoshi Nakata) as a pectin release substrate from cotton fibers -Suspended in sodium hydroxide buffer (pH 10.5), added with the two recombinant pectate lyases obtained in Example 4, and reacted at 30 ° C for 1 hour. The reaction completed solution was centrifuged, and pectin released in the supernatant was quantified by the carbazole sulfate method (Sakai, Methods Enzymol., 161, 335-350, 1988). As a result, when 0.1 U of enzyme was used, a pectin release amount of 2.3 to 3.6 mg as galacturonic acid per 1 g of cotton fiber was recognized in any enzyme. This means that both recombinant pectate lyases are acting on protopectin on the surface of cotton fibers, and it was also found that the absorbance at 235 nm of the supernatant was also increased. It is judged that the protopectinase activity is.
[0028]
【The invention's effect】
Using the pectate lyase gene of the present invention, a pectate lyase useful as a detergent, food processing agent, fiber treatment agent, etc. can be produced in a single and large amount.
[0029]
[Sequence Listing]
Figure 0003957873
Figure 0003957873
[0030]
Figure 0003957873
Figure 0003957873
[0031]
Figure 0003957873
[0032]
Figure 0003957873

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the nucleotide sequences of primers 1 and 2 for cloning pectate lyase gene.
FIG. 2 is a diagram showing the DNA sequence between primer 1 and primer 2, the deduced amino acid sequence, and the positions of primer 3 and primer 4.
FIG. 3 is a diagram showing primer 5 and primer 6 for amplifying the entire region of pectate lyase of the present invention. The amplified fragment (about 1 kbp) produced with the PCR amplification primers shown in Example 4 is digested with Xho I and then ligated to pHSP64 digested with Sal I and Sma I.
FIG. 4 shows the introduction of a pectate lyase gene (P103-derived pal) into a secretion vector (pHSP64) and the created pectate lyase expression secretion vector pHSP-103PAL.
Amp: Ampicillin resistance marker gene Tet: Tetracycline resistance marker gene FIG. 5 shows the pH-activity curve of P103 recombinant pectate lyase (Example 4). Relative activity was expressed with a value of about pH 10 showing maximum activity in 50 mM glycine-sodium hydroxide buffer as 100%.
FIG. 6 shows the homology between the amino acid sequences of P103 recombinant pectate lyase and other enzymes.
Amino acid numbers were matched with other amino acid sequences based on 94 to 228 of SEQ ID NO: 1. * Indicates a common amino acid residue.

Claims (5)

配列番号1若しくは配列番号2に示すアミノ酸配列又は該アミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列をコードするペクチン酸リアーゼ遺伝子。  A pectate lyase gene encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or an amino acid sequence in which one or several amino acids of the amino acid sequence are deleted, substituted, or added. ペクチン酸リアーゼ遺伝子が、配列番号3若しくは配列番号4に示す塩基配列又は該塩基配列の1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列からなるものである請求項1記載のペクチン酸リアーゼ遺伝子。Pectate lyase gene, one or several bases are deleted in the nucleotide sequence or the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4, pectin according to claim 1 wherein is made of substituted or added in the nucleotide sequence Acid lyase gene. 請求項1又は2記載の遺伝子を含有する組換えベクター。  A recombinant vector containing the gene according to claim 1 or 2. 請求項3記載の組換えベクターを含む形質転換体。  A transformant comprising the recombinant vector according to claim 3. 宿主が、微生物である請求項4記載の形質転換体。  The transformant according to claim 4, wherein the host is a microorganism.
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