JP4054577B2

JP4054577B2 - アルカリプロテアーゼ生産菌

Info

Publication number: JP4054577B2
Application number: JP2002002653A
Authority: JP
Inventors: 光美奥田; 勝久佐伯; 徹小林
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-01-09
Also published as: JP2003199559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工業的に利用価値の高いアルカリプロテアーゼを生産する新規バチルス属細菌に関する。
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
プロテアーゼは、３０年以上も前から衣料用洗剤に配合されてきたタンパク質を分解する酵素であり、衣類に付着したタンパク質系の汚れ、襟袖の汚れ、食べこぼし汚れ、血液汚れ等に洗浄助剤として効果を発揮してきた。中でもアルカリプロテアーゼは、衣料用洗剤を始めとして、洗顔剤、浴用剤、義歯洗浄剤、コンタクトレンズ洗浄剤等のトイレタリー分野、低アレルゲン化ラテックス製造等の化学品分野、烏賊の皮むき用、食肉軟化用等の食品分野、消化助剤や消炎剤といった医薬品分野等で利用されている。
【０００２】
衣料等の汚れはタンパク質だけでなく、皮脂汚れや微粉塵等複数の成分が含まれていることから、洗剤用プロテアーゼとしてはタンパク質複合汚れに対して高い洗浄力を示す洗剤用アルカリプロテアーゼの取得が望まれており、斯かる観点から、本発明者らは高濃度の脂肪酸存在下でもプロテアーゼ活性を保持し、タンパク質だけでなく皮脂等の汚れを含む複合汚れに対して優れた洗浄力を示すバチルス属細菌の生産する分子量約４３，０００のアルカリプロテアーゼを見出し、先に特許出願した（ＷＯ９９／１８２１８号公報）。
【０００３】
この分子量約４３ｋＤａのアルカリプロテアーゼは、他のバチルス属細菌からもいくつか見出されており、いずれも従来からのズブチリシンタイプのセリンプロテアーゼに比べて非常に高い酸化剤耐性を有しており、酸化剤耐性アルカリプロテアーゼとして新しいズブチリシンサブファミリーを形成するものと提唱されている（Biochem. Biophys. Res. Commun., 279, 313-319, 2000）。
【０００４】
このように、数種のバチルス属細菌が新しいタイプのアルカリプロテアーゼを生産することが明らかになってきたが、これら以外の新しいバチルス属細菌によっても同様な酵素が生産される可能性は大きい。従って、酸化剤耐性アルカリプロテアーゼを生産するバチルス属の新規な細菌を探索し、酵素生産に係わる応用の可能性を広げることが求められている。一方、写真工業や食品工業においては、ゼラチンを良好に分解できるプロテアーゼがフィルムの処理、食品加工等の分野で求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、日本各地の土壌サンプル中から、タンパク質複合モデル汚染布に対し極めて高い洗浄力を示すアルカリプロテアーゼ生産菌を選抜し、菌株並びに産生酵素の諸性質について研究を行ったところ、特定の１６ＳリボゾーマルＤＮＡ（以下、「１６ＳｒＤＮＡ」という）を有するバチルス属細菌が、優れた酸化剤耐性を有すると共にゼラチンに対する高い分解活性を示し、工業的に有用なアルカリプロテアーゼを生産し得ることを見出した。
【０００６】
すなわち本発明は、バチルス属に属し、配列番号１で示される塩基配列又はこれと９８％以上の相同性を有する塩基配列からなる１６ＳリボゾーマルＤＮＡを有するアルカリプロテアーゼ生産菌を提供するものである。
【０００７】
また本発明は、バチルスエスピーＫＳＭ−９８６５（ＦＥＲＭ−Ｐ１８５６６号）として寄託されたアルカリプロテアーゼ生産菌を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のアルカリプロテアーゼ生産菌は、バチルス属に属し、配列番号１で示される塩基配列又はこれと９８％以上の相同性を有する塩基配列からなる１６ＳｒＤＮＡを有するものである。
配列番号１で示される塩基配列からなる１６ＳｒＤＮＡを有する好適な菌株としては、例えばバチルスエスピーＫＳＭ−９８６５株及びこれと遺伝学的に同種の菌株が挙げられる。
また、配列番号１で示される塩基配列と９８％以上の相同性を有する塩基配列からなる１６ＳｒＤＮＡを有する菌株としては、例えば配列番号１で示される塩基配列からなる１６ＳｒＤＮＡとＧＥＮＥＮＴＹＸ−ＭＡＣプログラム（ソフトウェア開発，Ｖｅｒ３６）を用いたマキシマムマッチング法による相同性検索をを行った場合に９８％以上の相同性を示す１６ＳｒＤＮＡを有するものが挙げられ、例えばバチルスエスピーＫＳＭ−９８６５株と遺伝学的に同種の菌株及びこれと近縁の菌株であって、ＫＳＭ−９８６５株が産生するアルカリプロテアーゼと同一若しくは類似の性質を有するプロテアーゼを産生する菌株が挙げられる。
【０００９】
以下、本発明のアルカリプロテアーゼ生産菌の性質について、バチルスエスピーＫＳＭ−９８６５を例に挙げて説明する。
尚、本発明アルカリプロテアーゼ生産菌の性質を検討するに当たり、比較として、類似の酸化剤耐性アルカリプロテアーゼを生産する公知のバチルス属細菌：バチルスエスピーＫＳＭ−ＫＰ４３（ＦＥＲＭＢＰ−６５３２）（ＷＯ９９／１８２１８号公報）、バチルスエスピーＫＳＭ−ＫＰ９８６０（ＦＥＲＭＢＰ−６５３４）（ＷＯ９９／１８２１８号公報）、バチルスエスピーＫＳＭ−ＫＰ１７９０（ＦＥＲＭＢＰ−６５３３）（ＷＯ９９／１８２１８号公報）、バチルスＮｏ．Ｄ−６（ＦＥＲＭＰ−１５９２）（特公昭５６−４２３６号公報）、バチルスエスピーＹ（ＦＥＲＭＢＰ−１０２９）（特公平３−９９７号公報）、バチルスＳＤ５２１（ＦＥＲＭＰ−１１１６２）（特開平１−３３００６９号公報）、バチルスエスピーＮＣＩＢ１２２８８、バチルスエスピーＮＣＩＢ１２２８９、バチルスエスピーＮＣＩＢ１２５１２及びバチルスエスピーＮＣＩＢ１２５１３（ＷＯ８８／０１２９３号公報）を選択した。
【００１０】
（２）菌学的性質
（Ａ）形態学的性質
（ａ）形及び大きさ：桿菌（０．５〜０．７×１．３〜３．５μｍ）
（ｂ）胞子の有無、形、位置、大きさ：胞子嚢は膨潤、楕円形、中央（０．７〜０．８５×１．３〜１．７μｍ）
（ｃ）多形性：無し
（ｄ）運動性：有り
（ｅ）グラム染色：陽性
【００１１】
（Ｂ）生理学的性質
（ａ）カタラーゼ：陽性
（ｂ）オキシダーゼ：陽性
（ｃ）ＶＰ反応：陽性
（ｄ）硝酸塩の還元：陽性
（ｅ）脱窒反応：陰性
（ｆ）澱粉加水分解：陽性
（ｇ）プルラン加水分解：陽性
（ｈ）カゼイン加水分解：陽性
（ｉ）ゼラチン加水分解：陽性
（ｊ）馬尿酸加水分解：陰性
（ｋ）Ｔｗｅｅｎ４０加水分解：陽性
（ｌ）Ｔｗｅｅｎ６０加水分解：陽性
（ｍ）Ｔｗｅｅｎ８０加水分解：陽性
（ｎ）クエン酸の利用：陽性
（ｏ）プロピオン酸の利用：陰性
（ｐ）チロシン分解：陽性
（ｑ）フェニルアラニンの脱アミノ反応：陰性
（ｒ）レシチナ―ゼ反応：陰性
（ｓ）インドールの生成：陰性
（ｔ）ジヒドロキシアセトンの生成：陽性
（ｕ）生育ｐＨ範囲：ｐＨ７．４〜１０．７（ｐＨ８．５〜８．８が最適）
（ｖ）生育温度範囲：１２．７℃〜４０℃ （３６℃付近が最適）
（ｗ）塩化ナトリウム耐性：７％塩化ナトリウムまで生育
（ｘ）糖類の利用性：
▲１▼以下の糖を唯一の炭素源として利用できる：
グルコース、マンノース、マルトース、イノシトール、シュークロース，フラクトース、マン二トール、ズルシトール、ソルビトール、ラフィノース、ガラクトース、ゲンチオビオース、リボース、ツラノース、サリシン、メレチトース、Ｎ―アセチルグルコサミン。
▲２▼以下の糖類を利用できない：
ラクトース、グリセロール、エリスリトール、アラビノース、メリビオース、ラムノース、キシロース、キシリトール、アラビトール、タガトース、リキソース。
【００１２】
以上の試験に用いた培地は、Bergey's Manual of Systematic Bacteriology vol.2 (Sneath, P.H.A.ら、Williams & Wilkins, Baltimore, 1986)又はNielsenらの方法（Microbiology, 141, 1745-1761,1995）に従った。
【００１３】
（２）遺伝学的性質
（ａ）１６ＳｒＤＮＡの解析
Ｓｈｉｍａらの方法（FEMS Microbiol. Lett. 119, 119-122,1994）に従い、ＰＣＲ法によって１６ＳｒＤＮＡのダイレクトシークエンスを行い、塩基配列を明らかにした（配列番号１）。そして、ＣｌｕｓｔａｌＷプログラムを用いて系統樹を作成したことろ、本発明のＫＳＭ−９８６５株は、Bacillus psychrodurans DSM11713及びBacillus psychrotolerans DSM11706に近い位置に分類されるが異なる菌株であることが示された（図１）。尚、B. psychrodurans DSM11713及びB.psychrotolerans DSM11706の１６ＳｒＤＮＡと本発明ＫＳＭ−９８６５株のそれとの相同性は、それぞれ９７．７％及び９７．５％であった。
【００１４】
（ｂ）ＤＮＡ−ＤＮＡハイブリダイゼーション
類似のアルカリプロテアーゼを産生すると予想される公知のバチルス属細菌（バチルスエスピーＫＳＭ−ＫＰ４３（ＦＥＲＭＢＰ−６５３２）、バチルスエスピーＮＣＩＢ１２２８８、バチルスエスピーＮＣＩＢ１２２８９、バチルスエスピーＮＣＩＢ１２５１２、バチルスエスピーＮＣＩＢ１２５１３）とのＤＮＡ−ＤＮＡハイブリダイゼーションを、フォトビオチンラベルＤＮＡプローブを用い、Ezakiらの方法（Int. J. Syst. Bacteriol. 39, 224-229, 1989）により行ったところ、本発明のＫＳＭ−９８６５株はこれらのバチルス属細菌と最大で３２〜４２％（バチルスエスピーＮＣＩＢ１２５１２）、最低で０％（バチルスエスピーＮＣＩＢ１２２８９）というリアソシエーション率を示した。
以上より、本発明のＫＳＭ−９８６５株は、上記バチルス属細菌とは異なる菌株である。
【００１５】
更に、酸化剤耐性アルカリプロテアーゼ生産菌であるバチルスエスピーＫＳＭ−ＫＰ１７９０、バチルスエスピーＫＳＭ−ＫＰ９８６０（ＷＯ９９／１８２１８号公報）、バチルスエスピーＹ、バチルスエスピーＤ−６、バチルスエスピーＳＤ５２１と比較すると、バチルスエスピーＫＳＭ−ＫＰ１７９０は、胞子嚢の膨潤が認められないこと、硝酸塩を還元しないこと、ｐＨ６．２で生育可能なこと、ＶＰテスト陰性、クエン酸を利用しないこと等多くの点で本発明のＫＳＭ−９８６５とは異なり、バチルスエスピーＫＳＭ−ＫＰ９８６０は、硝酸塩を還元しないこと、ｐＨ６．２で生育可能なこと、ＶＰテスト陰性、クエン酸を利用しないことより、やはり本発明ＫＳＭ−９８６５とは異なる性質を有している。
一方、バチルスエスピーＹ、バチルスエスピーＤ−６、バチルスエスピーＳＤ５２１については１６ＳｒＤＮＡの解析結果から、Bacillus cohniiに近縁であることが示されている。
【００１６】
以上のことから、本発明のＫＳＭ−９８６５株は、公知の酸化剤耐性を有する新しいタイプのアルカリプロテアーゼ生産菌とは異なることは明白であり、また他のバチルス属細菌の中にも本発明のＫＳＭ−９８６５株は存在しないことから、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターにバチルスエスピーＫＳＭ−９８６５として寄託した（受託番号：ＦＥＲＭＰ−１８５６６号）。
【００１７】
本発明のアルカリプロテアーゼ生産菌は、適当な液体培地を用いて好気的に培養することにより菌体外にアルカリプロテアーゼを生産させることができる。
培地中には資化しうる炭素源、窒素源、更にビタミン類、金属塩類等の微量栄養源を適当に組合せ、培地のｐＨは８〜１０の間に調整し、培養温度は２５〜４０℃、２〜５日間振盪培養を行えば良い。
使用する炭素源、窒素源は特に限定されないが、炭素源としてはグルコース、マルトース、フラクトース、シュークロース、可溶性澱粉等、窒素源としては魚肉エキス、各種アミノ酸、酵母エキス、肉エキス、ポリペプトン、コーンスティープリカー、ソイビーンミール、アジプロン、無機窒素化合物等が挙げられる。また、その他のリン酸、Ｍｇ²⁺、Ｍｎ²⁺、Ｃｏ²⁺、Ｚｎ²⁺、Ｆｅ²⁺、Ｆｅ³⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺等の無機塩、ビオチン、パントテン酸、ピリドキサール、チアミン等のビタミン類を添加することもできる。
【００１８】
かくして得られた培養液からアルカリプロテアーゼを得るには目的に応じて精製、結晶化、あるいは造粒化すればよい。
また、アルカリプロテアーゼの生産量を高めるために本発明菌株を変異育種することで得られる高生産変異株も使用することができる。
【００１９】
さらに、本発明菌株の遺伝子から目的とするアルカリプロテアーゼ遺伝子をクローン化することもできる。得られた遺伝子を用いたアルカリプロテアーゼの生産方法は、例えば当該遺伝子を安定に増幅できるプラスミドベクターに連結させる、あるいは当該変異遺伝子を安定に維持できる染色体ＤＮＡ上に導入させる等の方法でアルカリプロテアーゼをコードする遺伝子を安定に増幅し、さらに当該遺伝子を安定にかつ効率よく発現させることが可能である宿主に導入し、アルカリプロテアーゼを生産させる方法が採用できる。この条件を満たす宿主菌としては例えば本発明のバチルスエスピーＫＳＭ−９８６５をはじめとするバチルス属細菌、大腸菌、カビ、酵母、放線菌等が挙げられる。
【００２０】
次に、バチルスエスピーＫＳＭ−９８６５が産生するアルカリプロテアーゼ（Ｋ−９８６５）の性質を示す。
（１）分子量
１２．５％アクリルアミドゲルを用いたＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲル電気泳動（分子量マーカーとしてファルマシアのLow molecular weight marker を使用）により求めた精製酵素の分子量は、約４３，０００である。
【００２１】
（２）基質特異性
各種タンパク質基質に対する分解活性は、高アルカリ至適のズブチリシンであるＫ−１６プロテアーゼ（Appl.Microbiol.Technol. 43、473-481、1995）と比較した場合、卵黄やゼラチンに対する分解活性が高く、特にゼラチンに対しては下表１に示すようにカゼインに対する活性値の１０倍近い分解活性を有する。
【００２２】
【表１】

【００２３】
また合成基質であるＢＡＥＥ（Nα-benzoyl-L-arginine-ethylester）、ＢＴＥＥ（N-benzoyl-L-trosine-ethylester）、ＡＴＥＥ（N-acetyl-L-tyrosine-ethylester）及びＴＡＭＥ（Nα-p-tosyl-L-arginine-methylester）に対する分解活性（５０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８）中（基質濃度０．５ｍＭ））は、ＢＴＥＥのみに作用し、２５６ｎｍにおける吸光度の増加を認める。
【００２４】
（３）酸化剤耐性
５０ｍＭ過酸化水素水を含む１００ｍＭホウ酸緩衝液（ｐＨ１０．５）２ｍＬ中にＫ−９８６５を添加し、３０℃で３０分間放置し、充分量のカタラーゼ（ベーリンガーマンハイム）を加えて余剰の過酸化水素を除いた後の残存プロテアーゼ活性を合成基質法にて測定した場合、過酸化水素水による処理前の活性を１００％とすると、９０％以上の残存活性を有する（同条件で処理したＫ−１６プロテアーゼの残存活性が５％以下である）。
【００２５】
（４）最適反応ｐＨ
カゼインを基質として各ｐＨの緩衝液中で酵素反応を行った場合、ｐＨ４−１３の間で作用し、最適反応ｐＨは１１付近（ホウ酸緩衝液）であり、ｐＨ７−１２においてもｐＨ１１での活性値の８０％以上の活性を示す。
【００２６】
（５）最適反応温度
カゼインを基質として５０ｍＭホウ酸緩衝液（ｐＨ１０．５）中、各温度で酵素反応を行った場合、最適反応温度は６０℃付近であり、５ｍＭカルシウムを添加した場合、最適温度は７０℃にシフトする。
【００２７】
（６）等電点
等電点は、等電点電気泳動法（mini IEF Cell modelIII：バイオラッド）により求めた。すなわち、２％アンフォライン（ファルマライト、ｐＨ８−１０．５：ファルマシア）を含む５％アクリルアミドゲルを用い、等電点マーカーキット（バイオラッド）の標準タンパク質の移動度から測定した等電点は、約ｐＨ９．５である。
【００２８】
以上のとおり、本発明のアルカリプロテアーゼ生産菌が産生するアルカリプロテアーゼは、公知の類似菌株から生産されるプロテアーゼと比較して、優れた酸化剤耐性を有し且つ高いゼラチン分解能を有する。
【実施例】
実施例１ＫＳＭ−９８６５株の分離
土壌サンプル（０．２ｇ）を１０ｍＬの生理食塩水に懸濁し、８０℃で１０分間恒温した後、表２に示した組成の液体培地（１０ｍＬ）を分注した大型試験管へ接種し、２０℃にて３〜５日間振盪培養を行った。同培地を用いて２回植え継ぎを行った後、適当に希釈した培養液を表２に示した組成の寒天平板培地に塗抹した。２０℃で５〜７日間培養したところ、プロテアーゼ生産菌の周辺はスキムミルクの分解によって生じる溶解斑が認められ、これらのプロテアーゼ生産菌を選抜した。得られた菌株は表３に示す組成の液体培地へ接種し、３０℃で２４時間振盪培養を行った。一部の培養上清を採り、過酸化水素水（ｐＨ１０．５）中、３０℃、３０分間放置した後の活性が対照に比べ５０％以上残存しているプロテアーゼを選抜した。中でも残存活性の高かったプロテアーゼ生産菌としてＫＳＭ−９８６５株を選抜した。尚、活性測定法は以下に述べる２通りの方法を用いた。培養活性はカゼイン法でまた酸化剤耐性を調べる場合には合成基質法を採択した。
【００２９】
［プロテアーゼ活性測定法−カゼイン法］
カゼイン１％（hanmerstein、メルク社製）を含む５０ｍＭホウ酸緩衝液（ｐＨ１０）１．０ｍＬを３０℃で５分間保温した後、０．１ｍＬの酵素溶液を加え、１５分間反応を行った。反応停止液（０．１１Ｍトリクロロ酢酸−０．２２Ｍ酢酸ナトリウム−０．３３Ｍ酢酸）を２．０ｍＬ加え、室温で１０分間放置したのち、濾過（Ｎｏ．１濾紙、アドバンテック東洋）を行い、濾液中の酸可溶タンパク質をＬｏｗｒｙらの方法（J.Biol. Chem.、193、265-275、1981）により次のように定量した。０．５ｍＬの濾液にアルカリ性銅溶液［１％酒石酸ナトリウムカリウム：１％硫酸銅：１％炭酸ナトリウム＝１：１：１００］を２．５ｍＬ添加し、３０℃にて１０分間放置後、希釈フェノール液（フェノール試薬（関東化学）を脱イオン水で２倍希釈）０．２５ｍＬを添加して３０分間恒温したのち、６６０ｎｍにおける吸光度を測定した。酵素１単位は、上記反応にて１分間に１ｍｍｏｌのチロシンに相当する酸可溶性タンパク質分解物を遊離させるのに必要な酵素量とした。
【００３０】
［プロテアーゼ活性測定法−合成基質法］
合成基質（Ａｌａ−Ａｌａ−Ｐｒｏ−Ｌｅｕ−ｐ−ｎｉｔｒｏａｎｉｌｉｄｅ、ペプチド研究所）２．５ｍＭを含む５０ｍＭホウ酸緩衝液（ｐＨ１０）に酵素溶液を加え（全量０．５ｍＬ）、３０℃中で１０分間反応を行った。２ｍＬの５％クエン酸を添加し反応を停止した後、４２０ｎｍにおける吸光度を測定した。酵素１単位は、上記反応にて１分間に１μｍｏｌのｐ−ｎｉｔｒｏａｎｉｌｉｎｅを生成する酵素量とした。
【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
実施例２アルカリプロテアーゼ（Ｋ−９８６５）の精製
実施例１で得られたＫＳＭ−９８６５株をポリペプトンＳ、マルトースを主成分とする液体培地に接種し、３０℃で６０時間振盪培養した。遠心分離により得られた培養上清液（３Ｌ）に９０％飽和となるように硫酸アンモニウムを添加し、タンパク質を塩析した。遠心分離により得られた沈殿物を少量の２ｍＭ塩化カルシウムを含む１０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ７．５：緩衝液Ａ）に溶解した後、同緩衝液にて一晩透析を行なった。透析内液（２００ｍＬ）を予め緩衝液Ａにて平衡化しておいたＤＥＡＥトヨパールカラム（２．５×１４ｃｍ：東ソー）に添着させ、非吸着のプロテアーゼ活性画分を回収した（４００ｍＬ）。次にこの活性画分を限外濾過（ＹＭ３メンブレン：アミコン）により３０ｍＬまで濃縮し、緩衝液Ａにて平衡化しておいたＳＰ−トヨパール５５０Ｗ（１．５×８ｃｍ：東ソー）に添着させ、０−５０ｍＭの塩化ナトリウムを含む緩衝液Ａを用いた直線濃度勾配法により吸着したタンパク質を溶出した。プロテアーゼ活性を示す画分は非吸着画分にやや遅れて溶出された。この画分についてＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行い、均一なプロテアーゼが得られていることを確認した（比活性１５０Ｕ／ｍｇ、活性収率１５％）。タンパク質濃度の測定は牛血清アルブミン(バイオラッド)を標準タンパク質として用いてＬｏｗｒｙらの方法に準じて行った。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のアルカリプロテアーゼ生産菌によれば、優れた酸化剤耐性を有し且つゼラチン分解能の高い、洗剤用、写真工業、食品加工用のアルカリプロテアーゼが工業的に生産できる。
【００３５】
【配列表】

【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、バチルスエスピーＫＳＭ−９８６５の１６ＳｒＤＮＡ配列に基づく系統樹を示す。

Claims

バチルスエスピーＫＳＭ−９８６５（ＦＥＲＭ−Ｐ１８５６６号）として寄託されたアルカリプロテアーゼ生産菌。