JP4085486B2 - A novel lysine residue-specific enzyme-producing bacterium - Google Patents

A novel lysine residue-specific enzyme-producing bacterium Download PDF

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Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、リシン残基特異的酵素産生能が高い新種の微生物並びにこれを用いるその酵素の取得方法に関する。
【0001】
【従来の技術】
タンパク質及びペプチドのC末端側のペプチド結合を特異的に切断する酵素としては、アクロモバクター リティカス M497-1(Achromobactor lyticus M497-1)の培養液から単離されたアクロモバクター プロテアーゼI[API、EC 3.4.21.50.、商品名 リシルエンドペプチダーゼ(和光純薬工業株式会社商標登録第2255563号)]が最も良く知られている。このAPIはセリンエンドペプチダーゼの一種で、Lys-Pro結合を含む全ての-Lys-X結合を切断するリシン残基特異的酵素であり、タンパク質やペプチドの一次構造のための断片化やペプチドマップの作成、-Lys-X-化合物の合成に極めて有用である。このAPIはアクロモバクター リティカス M497-1菌を培養して生産されているが、産生効率が悪いため酵素を安価にすることができないという問題点を有している。
そのため、リシン残基特異的酵素を効率よく生産する微生物及び安価に取得し得る方法が求められている。
【0002】
【発明が解決すべき課題】
上記した如き状況に鑑み、本発明が解決すべき課題は、リシン残基特異的酵素を高効率に産生する微生物及びこの微生物を用いたその酵素の取得方法を提供することにある。
【0003】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決する目的でなされたものであり、以下の性状を有し、且つ生育にメチオニン及びグルタミン酸を必要としない受託番号FERM P−16928の微生物であって、リジン残基のC末端側のペプチド結合を特異的に切断するリジン残基特異的酵素の生産能を有する微生物の発明である。
a.形態:桿菌
b.大きさ:0.7〜0.8×2.0〜3.0μm
c.グラム染色性:陰性
d.胞子:陰性
e.運動性:陰性
f.酸素に対する態度:好気性
g.オキシダーゼ:陽性
h.カタラーゼ:陽性
i.O−Fテスト:陰性
j.集落の色調:特徴的色素有せず又は薄い黄色系
k.キノン系:Q−8
l.菌体内DNAのGC含量:70 mol%
また、本発明は、上記微生物を培養し、該培養液から産生したリジン残基のC末端側のペプチド結合を特異的に切断するリジン残基特異的酵素を採取することを特徴とするリジン残基特異的酵素の取得方法の発明である。
更に、本発明は、上記微生物を培養し、該培養液を、順に硫安分画、 DEAE- セルロース SH カラムクロマトグラフィー処理及び AH セファロース 4B カラムクロマトグラフィー処理することにより得られるものであり、分子量が 27850 であるリジン残基のC末端側のペプチド結合を特異的に切断するリジン残基特異的酵素の発明である。
【0004】
即ち、本発明者らは、土壌から得られた各種菌類の性状について鋭意研究を重ねた結果、リシン残基特異的酵素を高効率で産生する新種の微生物を見出し、本発明を完成するに至った。
【0005】
本発明の微生物は、本発明者らにより新たに土壌から単離され、同定されたものであり、本発明者らによりキサントモナス属IB-9374(Xanthomonas sp IB-9374)と命名されている。
【0006】
このキサントモナス属IB-9374の凍結乾燥品は、ブダペスト条約の国際寄託機関である工業技術院生命工学工業技術研究所(茨城県つくば市東1丁目1番3号)に1998年8月3日付で受託番号FERM P−16928として受託されている。
【0007】
本発明のキサントモナス属IB-9374の培地組成としては、通常この微生物が生育し得るものであれば天然培地及び合成培地の何れでもよく、培地は固体又は液体培地の何れでもよい。これらの培地には、例えば、炭素源としての、グルコース、マルトース、マンノース等の糖類、クエン酸、リンゴ酸等の有機酸類、エタノール、グリセロール等のアルコール類など、窒素源としてのペプトン、肉エキス、酵母エキス、タンパク質加水分解物、アミノ酸などの一般天然窒素源の他に、各種無機、有機アンモニウム塩などが含まれ、その他、カリウム塩、マグネシウム塩、鉄塩、カルシウム塩などの無機塩類などが必要に応じて適宜添加される。また、本発明のキサントモナス属IB-9374の培養は慣用の方法で行うことができるが、培養温度は通常20〜35℃、好ましくは25〜35℃であり、培地のpHは通常は6〜8、好ましくはpH6.5〜7.5である。また、培養は、振とう或いは通気攪拌などの手段により好気的条件下で行われる事が望ましく、培養時間は通常150〜250時間である。
【0008】
本発明のキサントモナス属IB-9374からリシン残基特異的酵素(以下、Xan.Lys-Cと略記する場合がある)を取得する方法は、具体的には以下のようにして実施される。即ち、キサントモナス属IB-9374を上記した如き培養条件で培養し、培養液中のリシン残基特異的酵素活性が高値となった時点で培養液を濾過し、得られた培養濾液を、少なくとも硫安分画(50〜90%)、DEAE-セルロース SH処理及びAH セファロース 4Bカラムクロマトグラフィーをすることによりリシン残基特異的酵素が得られるが、好ましくは6段階の精製を行うのがよい。即ち、培養濾液の硫安分画、CM-トヨパール 650M処理、DEAE-セルロース SH処理、AH セファロース 4Bカラムクロマトグラフィー、ソイビーントリプシンインヒビター(Soybean trypsin inhibitor;STI) セファロース 4B アフィニティーカラムクロマトグラフィー、セファデックス G-50 カラムクロマトグラフィーを、この順番で行うのが好ましい。
【0009】
本発明のリシン残基特異的酵素の採取を6段階の精製工程を用いて行う場合でも、アクロモバクター リティカス M497-1からAPIを取得する場合(T.Masaki,K.Nakamura,M.Isono and M.Soejima;Agric.Biol.Chem.,42 1443-1445(1978)、7段階)と比較すると、より簡便で、より短時間にリシン残基特異的酵素を得ることができる。
【0010】
しかも、酵素タンパク質量としての収量は、アクロモバクター リティカス M497-1から生産される、本酵素と同じ特異性を持つAPIの収量の約7倍量に相当する。即ち、同量のリシン残基特異的酵素を得るのに必要な菌の培養量がアクロモバクター リティカス M497-1を生産菌として用いた場合の7分の1ですむので、その取得コストを大幅に削減することができる。
【0011】
以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
【0012】
【実施例】
実施例1.新規なリシン残基特異的酵素高効率産生菌の選別
菌の選別は以下のようにして行った。
採取した土壌1gを滅菌生理食塩水10mLに加え、しばらく攪拌した後、滅菌ピペットで上澄液1mLを取り、滅菌生理食塩水9mLを加えて再度攪拌した。これを、滅菌生理食塩水で順次希釈を行い102〜109倍の希釈液を調製した。各希釈液3滴を1%小麦タンパク質を唯一の栄養源として含む寒天平板培地(2%)に滴下し、滅菌済みのコンラージ棒で均一に攪拌した。次いで、30℃で2〜3日間培養した後、十分に生育した多数のコロニーの中から、コロニーの周りに透明帯(ハロー)を生成している単一コロニーを選択し、このコロニーの微生物を綿栓付き試験管(25mm×200mm)中の液体培地(pH7.2、0.5%カゼイン、1.0%シュークロース、1.0%ポリペプトン、0.01%KH2PO4、0.01%K2HPO4及び0.01%MgSO4・7H2Oを含有。以下、A培地と呼ぶ)15mLに釣菌し、30℃で24時間培養した。培養後、遠心分離(16,000rpm×10分)し、得られた上澄液を粗酵素液とした。粗酵素液のNα-ベンゾイル-DL-リシン-p-ニトロアニリド臭化水素酸塩(以下、BZ-lys-pNAと略記する)に対するアミダーゼ活性を調べた。アミダーゼ活性が陽性を示した微生物を500mL坂口フラスコ中のA培地100mLに釣菌し、30℃で24時間培養した。培養後遠心分離して得られた上澄液を硫安分画、STIセファロース 4Bアフィニティーカラムクロマトグラフィーにより部分精製し、得られた精酵素のグルカゴン(ペプチド鎖中にリシン残基1個存在)に対する特異性を調べた。
【0013】
その結果、分離された31,563株の中から1株だけが、リシン残基特異的酵素を産生することが判った。
【0014】
尚、アミダーゼ活性は、基質としてBZ-lys-pNAを使用し、酵素作用により遊離されるpーニトロアニリンを405nmで測定するTuppyらの方法(H.Tuppy,UWiesbaver and Wintersberger;Hoppe-Seyler's Z.physiol.Chem.,329,278(1962))により測定した。即ち、試験管(1.5×13cm)に2.5mM BZ-lys-pNA水溶液0.15mLと0.2M トリス塩酸緩衝液(pH9.2)1.3mLをそれぞれ分注し、30℃の恒温水槽中で5分間保った後、酵素溶液0.05mLを加えて同温度で反応させた。正確に5分後、45%酢酸溶液0.5mLを加えて反応を停止し、405nmにおける吸光度を測定した。対照試料は基質水溶液0.15mL、0.2M トリス塩酸緩衝液(pH9.2)1.3mL、45%酢酸溶液0.5mL、酵素溶液0.05mLを順次添加し、すばやく混合したものを用いた。上記の条件で1分間に1μmolのpーニトロアニリン(分子吸光係数9620)を遊離する酵素活性を1単位と定義した。
また、グルカゴンに対する特異性は以下のようにして調べた。
グルカゴン70μgを50mMトリス塩酸緩衝液(pH9.2)0.1mlに溶解し、モル比で基質の1/100相当量の酵素10μl(5.6μg、0.20n mol)を加えて、30℃で24時間反応させた。反応終了後、その分解物は100℃の沸騰水で3分間加熱して反応を停止させ、凍結乾燥した。凍結乾燥した分解物はHPLCで分画し、精製した。精製した各ペプチドをアミノ酸組成分析、及びN末端アミノ酸配列分析により同定し、分子量をESI−MS法により測定した。アミノ酸組成分析は、835形アミノ酸分析計(日立社製)により、また、N末端アミノ酸配列分析はApplied Biosystems 494 Protein Sequencerにより同定した。ESI−MS法は、Perkin Elmer API300により分子量を測定した 。
【0015】
実施例2.
分離選別した菌体の同定を日本食品分析センターに依頼した結果、キサントモナス マルトフィリア(Xanthomonas maltophilia。前名はPseudomonas maltophilia。現在はStenotrophomonas maltophiliaと呼ばれる。)と同定されたが、その文献値(N.R.Krieg and J.G.Holt:"Bergey's Manual of Synstematic Bacteriology" Vol.1(1984) Williams &Wilkins 、 J.Swings,P.De Vos ,M.Van den Mooter and J.De Ley :Int.J.Syst.Bacteriol.,33,409(1983))と本菌株とを比較すると、運動性やオキシダーゼ等の性状が若干異なることが明らかとなった。
尚、分析結果を表1に示す。尚、表1には、本菌株、アクロモバクター リティカス M497-1(Achromobacter lyticus M497-1)の文献値(特公昭46ー42953号公報)及びキサントモナス マルトフィリアの文献値を併せて示す。
【0016】
【表1】

Figure 0004085486
【0017】
また、グラム陰性桿菌同定キット ID 32GN(ビオメリュー社製)を用いた自動細菌検査装置ATB Expression(ビオメリュー社製)による同定試験及び腸内細菌以外のグラム陰性菌同定キットAPI 20NE(ビオメリュー社製)を用いた同定結果は以下の通りである。
ATB Expressionによる資化性試験:陽性;N−アセチルグルコサミン、クエン酸ナトリウム、3−ヒドロキシ酪酸及びL−プロリン。陰性;ラムノース、D−リボース、イノシトール、シュークロース、イタコン酸、スベリン酸、マロン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、乳酸、L−アラニン、D−マンニトール、グルコース、サリシン、D−メリビオース、L−フコース、D−ソルビトール、L−アラビノース、プロピオン酸、n−カプリン酸、n−吉草酸、L−ヒスチジン塩酸塩、5−ケトグルコン酸、グリコーゲン、m−ヒドロキシ安息香酸、2−ケトグルコン酸、p−ヒドロキシ安息香酸及びL−セリン。
また、ATB Expressionによるエスクリンの加水分解試験、DNAの分解試験及びレシチナーゼ試験は全て陽性であった。
【0018】
API 20NEによる資化性試験:陽性;グルコース、D−マンノース、N−アセチル−D−グルコサミン、マルトース、DL−リンゴ酸及びクエン酸ナトリウム。陰性;L−アラビノース、D−マンニトール、グルコン酸カリウム、n−カプリン酸、アジピン酸及び酢酸フェニル。
また、API 20NEによる硝酸塩還元試験、インドール生成試験、グルコース発酵性試験、アルギニンジヒドロラーゼ試験及び尿素分解試験は陰性であり、エスクリン分解試験、ゼラチン液化試験、PNPG試験及びオキシダーゼ試験は陽性であった。
【0019】
この結果、本菌株はシュークロースを資化しなかったが、アクロモバクター リティカス M497-1はシュークロースを資化することから、これらは別の菌株であることが示唆された。資化性の異同を観るため、更に両菌をバイオローグシステム(Biology社、Microstation システム、USA)による95種類の炭素源の資化性について比較検討した。
【0020】
その結果、α−シクロデキストリン、ギ酸、フェニルエチルアミン、プトレッシン、2−アミノエタノール、2,3−ブタンジオール、セバシン酸及びγ−アミノ酪酸の8種の炭素源について、キサントモナス属IB-9374では陽性、アクロモバクター リティカス M497-1では陰性と、相違が観られた。
この結果より、キサントモナス属IB-9374は、アクロモバクター リティカス M497-1とは異なる菌株であることが明らかとなった。
【0021】
アクロモバクター リティカス M497-1の他に本菌株と類似の生化学的性質を有するものにステノトロフォモナス マルトフィリア(Stenotrophomonas maltophilia)がある。この菌株の生育には、メチオニン及びグルタミン酸が必要であるという報告がなされている。そこで、メチオニン及びグルタミン酸の存在、非存在による生育への影響を調べた。その結果を図1及び図2に示す。尚、図1中の−○−は、メチオニンを培地に加えたときの、また、--○--はメチオニンを培地に加えないときのキサントモナス属IB-9374の生育曲線を夫々示し、−◆−は、メチオニンを培地に加えたときの、また、--◆--はメチオニンを培地に加えないときの、アクロモバクター リティカス M497-1の生育曲線を夫々示す。図2中の−○−は、グルタミン酸を培地に加えたときの、また、--○--はグルタミン酸を培地に加えないときのキサントモナス属IB-9374の生育曲線を夫々示し、−◆−は、グルタミン酸を培地に加えたときの、また、--◆--はグルタミン酸を培地に加えないときのアクロモバクター リティカス M497-1の生育曲線を夫々示す。
【0022】
この結果から、メチオニン及びグルタミン酸によるキサントモナス属IB-9374への生育の影響は認められなかった。この結果より、キサントモナス属IB-9374は、ステノトロフォモナス マルトフィリアとも別の菌であることが判明した。
【0023】
さらに、本菌株の16S−rDNA塩基配列分析を行い、既知の微生物の塩基配列との相同性を検討したところ、ステノトロフォモナス マルトフィリア LMG 11087[(Stenotrophomonas maltophilia LMG 11087)、旧名:キサントモナスマルトフィリア(Xanthomonas maltophilia)]、キサントモナス バシコラ LMG 736T(Xanthomonas vasicola LMG 736T)、キサントモナス アルボリコラ 747T(Xanthomonas arboricola 747T)、キサントモナス カムペストリス LMG 568T(Xanthomonas campestris LMG 568T)、キサントモナス カッサバエ LMG 673T(Xanthomonas cassavae LMG 673T)、キサントモナス ホルトルム LMG 733T(Xanthomonas hortorum LMG 733T)、キサントモナス オリイザエ LMG 5047T(Xanthomonas oryzae LMG 5047T)、キサントモナス ピシ LMG 847T(Xanthomonas pisi LMG 847T)、キサントモナス ベシカトリア LMG 911T(Xanthomonas vesicatoria LMG 911T)及びキサントモナス カムペストリス pv.カムペストリス Xc17(Xanthomonas campestris pv.campestris Xc17)の10種が、本菌株の16S-rDNAの塩基配列と高い相同性(93%以上)を示した。尚、塩基配列分析の相同性は、各種細菌の16S-rDNA配列を用い、遺伝子解析ソフトウェアGENETYX-MAC7.3(SOFTWARE DEVELOPMENT社製)で計算を行った。
【0024】
以上の結果より、本菌株はキサントモナス属の新菌種であると判断し、本菌株をキサントモナス属IB-9374と命名した。
【0025】
実施例3.各種培地におけるキサントモナス属IB-9374のXan.Lys-C産生能の検討種々の培地を用い、キサントモナス属IB-9374のXan.Lys-C産生能を検討した。即ち、酵母エキス、カサミノ酸、肉エキス、ミルクカゼイン、ソイビーンパウダー、シュークロース、グルコース、ポリペプトン、KH2PO4、K2HPO4、MgSO4・7H2Oを所定濃度含有する各種培地でキサントモナス属IB-9374を30℃所定時間培養した後、培養上清を採取し、培養上清のアミダーゼ活性を測定して、その値よりXan.Lys-C産生能を比較した。
【0026】
その結果、0.5%ミルクカゼイン、1.0%シュークロース、1.0%肉エキス、0.01%KH2PO4、0.01%K2HPO4及び0.01%MgSO4・7H2Oを含有するpH7.2の培地(以下、B培地と呼ぶ)が最も好ましいことが判った。B培地を用いると、150時間で培養上清1mL当たり0.1単位(u)、250時間で0.18uの最も高いアミダーゼ活性を示した。B培地を用いた場合のキサントモナス属IB-9374の生育曲線(−○−)と所定時間培養後の培養上清のアミダーゼ活性を示す曲線(--◇--)を図3に示す。尚、対照として、アクロモバクターリティカス M497-1を同じB培地中で培養した場合の生育曲線(−□−)と所定時間培養後の培養上清のアミダーゼ活性を示す曲線(--×--)を図3に併せて示す。 図3の結果から、アクロモバクター リティカス M497-1のそれと比較した場合、培養100時間で約5倍、250時間で約4倍の高い活性を示すことがわかる。また、図3の結果より、本発明のキサントモナス 属IB-9374が、アクロモバクター リティカス M497-1と異なる菌株であることが判明した。
【0027】
実施例4.
実施例1で単離した菌を培養して得られるXan.Lys-Cを以下の手法により精製した。
(1)培養液10Lを50〜90%の硫安分画し、CM-トヨパール処理、DEAE-セルロース処理、AHセファロース 4Bカラムクロマトグラフィー、STIアフィニティークロマトグラフィー、セファデックス G-50カラムクロマトグラフィーの6段階の操作で精製を行った。
操作方法の詳細を以下に示す。尚、精製操作は、全て4℃で行った。
【0028】
▲1▼培養濾液の硫安分画
150時間培養した培養濾液9210mLに50%飽和度(温度4℃)になるように硫安を加えた。次にこれをバッチ式遠心分離(31,000g、20分、4℃)して得られた上清液10,295mLに90%飽和度となるように硫安を加えた。続いて、上記と同様に遠心分離し、得られた沈殿を適当量の10mM トリス塩酸緩衝液(pH7.0;以下、緩衝液Aと呼ぶ)に溶解させた後、緩衝液Aに対して4℃で72時間透析した。
【0029】
▲2▼CM-トヨパール 650M処理
透析して得られた酵素液1120mLを緩衝液Aで平衡化したCM-トヨパール 650M 約526.7g(wet)に加えて室温で穏やかに1時間攪拌した。次いで、ガラスフィルター(直径11.5cm、25G−3)で樹脂を除去し、更に、こ のフィルター上の樹脂を緩衝液A(pH7.0)1000mLで洗浄し、濾液と 洗浄液とを合わせ、未吸着画分であるXan.Lys-Cを含む酵素液2400mLを得 た。
【0030】
▲3▼DEAE-セルロース SH処理
▲2▼で得られた褐色の酵素液2400mLをダイヤフローセル(膜:PM−10)で1200mLに濃縮後、10mM トリス塩酸緩衝液(pH8.0;以下、緩衝液Bと呼ぶ)で充分透析した。その後、この酵素液1250mLに緩衝液Bで平衡化したDEAE-セルロース SH 約475g(wet)を加えて、室温で穏やかに攪拌しながら着色タンパク質をはじめとする他の不純タンパク質を吸着させた。1時間後、ガラスフィルター(直径11.5cm、26G−3)で樹脂を除去し、次いで緩衝液B1000mLで樹脂を洗浄した。濾液と洗浄液とを合わせたXan.Lys-Cを含む溶液2400mLをダイヤフローセルにより237mLに濃縮し、2mM トリス塩酸緩衝液(以下、緩衝液Cと呼ぶ)に充分透析した。
【0031】
▲4▼AH セファロース 4B カラムクロマトグラフィー
▲3▼で得られた透析した酵素液270mLを緩衝液Cで充分平衡化したAH セファロース 4B カラムクロマトグラフィー(4.1×18cm)に吸着させた。同緩衝液で充分洗浄後、緩衝液C(pH8.0)1000mLと1.0M NaClを含む緩衝液C1000mLを用いて直線濃度勾配で溶出した。その結果、Xan.Lys-Cは完全に吸着され、0.5M NaClで溶出された。その活性画分を集め、50mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0;以下、緩衝液Dと呼ぶ)に充分透析した酵素液720mLをダイヤフローセルにより280mLに濃縮した。
【0032】
▲5▼STI セファロース 4B アフィニティーカラムクロマトグラフィー
▲4▼で得られた酵素液280mLを2回に分けてクロマトグラフィーを行った。すなわち、酵素液140mLを緩衝液Dで平衡化したSTI セファロース 4B アフィニティーカラム(3.2×6.0cm)に吸着させ、同緩衝液500mLで充分洗浄後、0.5M NaClを含む50mM グリシン−塩酸緩衝液(pH4.5)で溶出させた。活性画分を集め、緩衝液Cに充分透析し、ダイヤフローセルにより濃縮する操作を2回行った。
尚、溶出時には分画用試験管に予め1M トリス塩酸緩衝液(pH8.0)0.1mLを入れておいて分画を行った。
【0033】
▲6▼セファデックス G-50 カラムクロマトグラフィー
▲5▼で得られた濃縮酵素液10mLを2回に分けて、ゲル濾過を行った。すなわち、濃縮酵素液5mLを0.1M NaClを含む緩衝液Cで平衡化したセファデックス G-50 カラムクロマトグラフィー(2.0×92cm)にかけ、Xan.Lys-Cの活性画分を集めた。残りの酵素液5mLも同様にゲル濾過を行い、活性画分を集めて1回目の活性画分と合わせ、緩衝液Cに充分透析した。この透析した酵素液を、ダイヤフローセルにより濃縮し5mLとして、−15℃で冷凍保存した。
【0034】
段階毎の回収率及び比活性等の値を表2に示した。
【0035】
【表2】
Figure 0004085486
【0036】
最終的な回収率は約68%となり、比活性は約930倍に上昇した。この時点で得られた酵素タンパク質量は、培養液10L当たり0.1gで、アクロモバクター リティカス M497-1の培養液から生産されるAPIのタンパク質量と比較すると約7倍量に相当した。
【0037】
実施例5.キサントモナス属IB-9374が産生するXan.Lys-Cの性質の検討
Xan.Lys-Cについて、アミダーゼ活性、エステラーゼ活性又は/及びプロテイナーゼ活性を指標として、至適pH、至適温度、安定性、各種化合物の影響、アルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの影響並びにタンパク質変性剤の影響を検討した。また、Xan.Lys-Cのアミノ酸組成及びN−末端アミノ酸配列についても検討した。
尚、アミダーゼ活性は、実施例1と同様にして測定した。また、エステラーゼ活性及びプロテイナーゼ活性の測定方法を以下に示す。
【0038】
▲1▼エステラーゼ活性の測定法
石英セルに80mM トリス塩酸緩衝液(pH8.0)1.5mL、5mM N-トシル-L-リシンメチルエステル(以下、Tos-Lys-OMeと略記する)0.2mL、純水1.2mLを加えて30℃で5分間保った後、酵素液0.1mLを添加して反応させた。酵素添加と同時に5秒間攪拌し、247nmでの吸光度変化を記録し、この結果に基づいて酵素活性を測定した。対照試料は、酵素溶液を純水に代えたものを用いた。
尚、酵素活性の単位は、上記の条件下で1分間当たりに1μmolのN−トシル−L−リシン(分子吸光係数960)を遊離する酵素活性を、1単位と定義した。
【0039】
▲2▼プロテイナーゼ活性の測定法
反応用と対照用の2本の二股消化管の一方の股に酵素溶液0.2mL、他の股に基質緩衝液(0.84%カゼインを含む60mMトリス塩酸緩衝液、pH9.0)1mLを分注し、40℃の恒温水槽中に5分間保った後、反応用二股消化管の両股内の液を良く混合した。そして、混合の時から正確に20分間40℃の恒温水槽に保って反応させた後、タンパク質沈殿試薬(0.11Mトリクロロ酢酸と0.22M酢酸ナトリウムを含む混合液を酢酸でpH3.0に調整したもの)1mLを加えて良く混合した。そして、再び40℃の恒温水槽に30分間保ち、沈殿の生成を完成させた後、濾紙(Advantec No.4A)を用いて自然濾過させた。一方、対照用の二股消化管の液は、混合せずにそのまま同時間保った後、タンパク質沈殿試薬1mLを酵素液に加えてからよく混合して反応用二股消化管と同様に処理した。得られた濾液試料は島津製分光光度計(UV−250型)を用いて、対照試料に対して275nmにおける吸光度を測定した。
尚、酵素活性の単位は、上記の条件下(反応温度40℃、反応pH9.0、基質濃度0.7%、反応時間20分間)で1分間当たりにL−チロシン1μmol相当量の生成物を与える酵素活性を、1単位と定義した。
【0040】
(1)Xan.Lys-Cの至適pHの検討
Bz-Lys-pNA、Tos-Lys-OMe及びカゼインに対するアミダーゼ活性、エステラーゼ活性及びプロテイナーゼ活性を指標とし、Xan.Lys-Cの至適pHについて検討した。
アミダーゼ活性についての結果を図4に、エステラーゼ活性についての結果を図5に、プロテイナーゼ活性についての結果を図6に夫々示す。尚、図4に於いて、−●−は100mMトリス塩酸緩衝液(pH7.3−10.0)を用いたときのアミダーゼ活性を、また、--○--は100mM 2-アミノ-2-メチル-1,3-プロパンジオール−塩酸緩衝液(pH7.7−10.6)を用いたときのアミダーゼ活性を夫々示す。また、図6に於いて、−●−は50mM トリス塩酸緩衝液(pH7.0〜9.0)を用いたときのプロテイナーゼ活性を、また、--△--は50mM ほう酸塩緩衝液(pH8.0〜11.5)を用いたときのプロテイナーゼ活性を夫々示す。尚、図5のデータは100mMトリス塩酸緩衝液(pH7.1〜9.0)を用いて得られたものである。
【0041】
その結果、アミダーゼ活性及びエステラーゼ活性の至適pHは、それぞれ9.0〜9.6、8.0〜8.5であった。一方、プロテイナーゼ活性のそれは8.5〜10.5と幅広い曲線が得られた。これらはAPIのアミダーゼ活性(pH9.0〜9.5)、エステラーゼ活性(pH7.8〜8.2)及びプロテイナーゼ活性(pH8.5〜10.7)の至適pHと同じ傾向を示した。
(2)Xan.Lys-Cの至適温度
Bz-Lys-pNA、Tos-Lys-OMe及びカゼインに対するアミダーゼ活性、エステラーゼ活性及びプロテイナーゼ活性を指標とし、Xan.Lys-Cの至適温度を検討した。結果を図7に示す。尚、図7中の−●−はXan.Lys-Cのアミダーゼ活性を、--◆--はXan.Lys-Cのプロテイナーゼ活性を、--△--はXan.Lys-Cのエステラーゼ活性を夫々示す。
【0042】
これらの結果から、何れの場合も50℃で最大活性を示すことが判った。
【0043】
(3)Xan.Lys-Cの安定性
▲1▼pH安定性
Bz-Lys-pNAに対するアミダーゼ活性を指標とし、pHを変化させたときのXan.Lys-Cの安定性を検討した。
酵素(1μg)を所定pHの各100mMの酢酸緩衝液、 トリス塩酸緩衝液、AMP緩衝液及びリン酸緩衝液の夫々0.1mlに入れ、4℃で24時間放置後、Bz-Lys-pNAに対する活性の残存率(%)を測定した。
結果を図8に示す。尚、図8に於いて、−●−は100mM酢酸緩衝液でのアミダーゼ活性を、−×−は100mMトリス塩酸緩衝液でのアミダーゼ活性を、−◆−は100mM AMP緩衝液でのアミダーゼ活性を、また、−◇−は100mMリン酸緩衝液でのアミダーゼ活性を夫々示す。
【0044】
この結果から、Xan.Lys-Cの安定領域はpH4.5〜10.0であることが判る。これはAPIの安定領域(pH4.0〜10.7)と比べると少し狭い傾向が認められた。
【0045】
▲2▼温度安定性
Bz-Lys-pNAに対するアミダーゼ活性を指標とし、温度を変化させたときのXan.Lys-Cの安定性を検討した。
酵素(0.6μg)を100mMのトリス塩酸緩衝液(pH8.0)0.1mlに溶解したものを各種温度(20〜60℃)で30分間放置後、急冷し、Bz-Lys-pNAに対する活性の残存率(%)を測定した。
結果を図9に示す。
【0046】
この結果から、Xan.Lys-Cは40℃までは安定であったが、60℃で完全に失活することが判った。
【0047】
(4)Xan.Lys-Cに対する各種化合物の影響
Bz-Lys-pNA及びTos-Lys-OMeに対するアミダーゼ活性、エステラーゼ活性を指標とし、Xan.Lys-Cに対する金属キレート試薬、SH試薬、及び還元剤等の影響を検討した。
即ち、酵素と各種のペプチダーゼ阻害剤を40mM トリス塩酸緩衝液(pH8.0)で、30分間30℃で前処理した後、Xan.Lys-Cのアミダーゼ活性及びエステラーゼ活性を測定することにより、その影響を調べた。尚、アミダーゼ活性法を測定する場合にはBz-Lys-pNAが0.05〜0.16mMの範囲になるように、エステラーゼ活性を測定する場合にはTos-Lys-OMeが0.05〜0.5mMの範囲になるようにした。
結果を表3に示す。尚、表3に於いて、EDTAはエチレンジアミン−4酢酸(Ethylenediaminetetraacetic acid)の略、2−MEは、2−メルカプトエタノールの略、NEMはN-エチルマレイミド(N-Ethylmaleimide)の略、MIAはモノイオド酢酸(Monoiodoacetic acid)の略、PCMBはp-クロロメルクリ安息香酸(p-chloromercuribenzoic acid)の略、DFPはジイソプロピルフルオロリン酸(Diisopropyl fluorophosphate)の略、PMSFはフェニルメタンスルホニルフルオリド(Phenylmethansulfonyl fluoride)の略、TLCKはNα-トシル-L-リシンクロロメチルケトン(Nα-Tosyl-L-lysyl chloromethyl ketone)の略、TACKはNα-トシル-L-アルギニルクロロメチルケトン(Nα-Tosyl-L-arginyl chloromethyl ketone)の略、TPCKはNα-トシル-L-フェニルアラニルクロロメチルケトン(Nα-Tosyl-L-phenylalanyl chloromethyl ketone)の略を表し、以下同様に略記する。
【0048】
【表3】
Figure 0004085486
【0049】
表3の結果から、Xan.Lys-Cの活性が金属キレート試薬(EDTA、o-フェナントロリン)、還元剤(システイン、2-ME)、及びSH試薬(NEM,MIA,PCMB)によって阻害されないことより、Xan.Lys-Cは、メタルエンドペプチダーゼ及びシステインエンドペプチダーゼの何れでもないとみなされた。一方、DFP及びPMSFがXan.Lys-Cのアミダーゼ活性及びエステラーゼ活性を強く阻害することから、Xan.Lys-Cはセリンエンドペプチダーゼであるとみなされた。更に、Xan.Lys-Cはトリプシンの活性中心にあるHis残基に対して特異的に反応するTLCKによって阻害されたが、キモトリプシンのHis残基に特異的であるTPCKによって阻害されなかったことから、Xan.Lys-Cはトリプシン様セリンエンドペプチダーゼあると認められた。また、トリプシンに対して、TLCKよりも強力に阻害するTACKによっては殆ど影響が認められなかった。このことはXan.Lys-Cがリシン残基に対して強い親和性を有していることを示唆している。
【0050】
(5)Xan.Lys-Cに対する金属イオンの影響
Bz-Lys-pNA及びTos-Lys-OMeに対するアミダーゼ活性、エステラーゼ活性を指標とし、Xan.Lys-Cに対する金属イオンの影響を検討した。
即ち、酵素液と所定の金属イオンとを含有する40mM トリスイオン酸緩衝液(pH8.0)を30分間30℃で前処理した後、Bz-Lys-pNA及びTos-Lys-OMeに対する残存活性を測定した。結果を表4に示す。
【0051】
【表4】
Figure 0004085486
【0052】
Xan.Lys-Cのアミダーゼ活性及びエステラーゼ活性は1mM Ca2+、Mg2+、Mn2+、Cd2+、Ni2+、Sr2+、Co2+、0.1mM Hg2+によって殆ど影響は受けなかった。しかし、Xan.Lys-Cは1mM Ba2+によって弱く、1mM Zn2+によって強く阻害され、特に後者の金属イオンの場合にはエステラーゼ活性に対して強い阻害が認められた。
【0053】
(6)Xan.Lys-Cに対するアルカリ金属イオン及びアルカリ土類金属イオンの影響について
Bz-Lys-pNA及びTos-Lys-OMeに対するアミダーゼ活性、エステラーゼ活性を指標とし、Xan.Lys-Cに対するアルカリ金属イオン、Ba2+、及びNH4 +の影響を検討した。
即ち、30℃のセル中に、80mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)1.5ml、各種濃度の金属水溶液1.0mL、各種濃度のTos-Lys-OMe又はBz-Lys-pNA0.4mLを順次加えた後、酵素溶液0.25μg/0.1mL(或いは1.0μg/0.1mL)をすばやく加え、30℃で5分間反応させたものについての活性を調べた。その結果の一例としてBa2+のXan.Lys-Cに対する阻害作用のLineweaver-Burkプロットを図10に示す。
その結果、何れの活性も、Ba2+、NH4 +、Cs+、Rb+,K+、Na+、Li+によってこの順序で拮抗的に阻害されることが明らかとなった。
【0054】
また、阻害作用が認められた各種イオンの拮抗的阻害定数(Ki)をDixonプロットにより算出した結果を、表5に示す。尚、表5にはAPIについての結果も併せて示す。
【0055】
【表5】
Figure 0004085486
【0056】
その結果、アルカリ金属イオンについては、阻害作用はイオン半径が小さくなるに従って強くなることが判る。しかし、アルカリ土類金属についてはBa2+のみに強い阻害が認められ、Mg2+、Ca2+、Sr2+の影響は殆ど認められなかった(表5には未記載)。これらの結果は、APIのそれと同じであった。
【0057】
(7)Xan.Lys-Cに対するタンパク質変性剤の影響
Tos-Lys-OMeに対するエステラーゼ活性を指標とし、Xan.Lys-Cに対する尿素、塩酸グアニジン及びドデシル硫酸ナトリウム(以下、SDSと略記する)の影響を検討した。
即ち、各種濃度の尿素、塩酸グアニジン又はSDSと、酵素(5μg)を含む40mM トリス塩酸緩衝液(pH8.0)0.5mlを30分間30℃で前処理した後、その溶液0.1mL(1μg)を、1mM Tos-Lys-OMeを含む40mM トリス塩酸緩衝液(pH8.0)2.9mLに加え5分間反応させ、エステラーゼ活性の残存率(%)を調べた。
尿素についての結果を図11に、塩酸グアニジンについての結果を図12に、SDSについての結果を図13に夫々示す。
【0058】
尚、4M尿素、0.2M塩酸グアニジン又は0.1%SDSを含む40mM トリス塩酸緩衝液(pH8.0)中で酵素を、20℃で20分間前処理した場合のエステラーゼ活性の残存率は、それぞれ100%、50%、及び85%と、APIと同様の傾向を示した。
【0059】
(8)Xan.Lys-Cの基質特異性の検討
Xan.Lys-Cの各種合成基質に対する特異性を検討した。
これらの結果を表6に示す。
尚、Kcat/Km値はLineweaver-Burkプロットから算出し、Kcat値は酵素の分子量を28000として算出した。
【0060】
【表6】
Figure 0004085486
【0061】
表6の結果より、エステル基質の中では、Tos-Lys-OMeが本酵素によって最もよく加水分解され、そのKcat/Km値は、対応するTos-Arg-OMeのそれの約50000倍の高い値を示した。また、Bz-Orn-OMeのKcat/Km値は、Tos-Arg-OMeのそれと比較すると、約1/1200であり、あまり加水分解されなかった。これらのエステル基質に対するKcat/Km値をAPIについてのそれと比較するとほぼ同じ値を示していた。
また、アニリド基質の中では、Bz-Lys-pNAとAc-Lys-pNAがよく加水分解され、Lys-pNAも若干加水分解された。一方、Bz-Arg-pNAとArg-pNAは、酵素濃度を80倍以上高くして24時間反応させてみたが、全く分解されなかった。更に、Suc-Ala-pNA、Boc-His-pNA、Ac-Phe-pNA、Bz-Tyr-pNA、Ac-Leu-pNAも同様に反応させたが、これらも全く加水分解されなかった(表6には未記載)。これらのアニリド基質に対するKcat/Km値もAPIについてのそれとほぼ同じ値を示した。
以上の結果より、本酵素は、合成基質のリシルペプチド結合に対してAPIと同等の加水分解能を有することが判明した。
【0062】
(9)Xan.Lys-Cのアミノ酸組成
Xan.Lys-Cのアミノ酸組成分析を行った。Xan.Lys-Cのアミノ酸組成はMooreとSteinの方法に従って分析した。また、トリプトファン含量はSimpsonの方法(R.J.Simpson,M.R.Neuberger and T.Y.Liu;J.Biol.Chem.,251,1936(1976))、システイン及びシスチン含量ははHirsの方法(C.H.W.Hins;J.Biol.Chem.,219,611(19656))による過ギ酸法及びSpencerとWoldの方法(R.L.Spencer and F.Wold;Anal.Biochem.,32,185(1969))によるジメチルスルホキシド(DMSO)法によって定量をした。
【0063】
Xan.Lys-Cの分子量を27,849.59(Electrospray−MS法より算出)と してアミノ酸残基数を求めた結果を表7に示す。尚、スレオニン及びセリンは、加水分解を2度行い、48、72、96時間の加水分解物量より0時間に外挿し平均を取ったものを表記した。また、イソロイシンは、加水分解を2度行い、72時間及び96時間の平均より求め、システインは、24時間の平均より求めた。それ以外のものは、加水分解を2度行い、24、48、72、96時間での平均値より求めた。また、比較として、[]内にAPIのアミノ酸残基数を示す。
【0064】
【表7】
Figure 0004085486
【0065】
その結果、Xan.Lys-Cのアミノ酸総数は265残基と算出された。
また、常法によりN−末端アミノ酸の種類を同定した結果、Xan.Lys-CのN−末端アミノ酸はグリシンであることが判った。
【0066】
以上、酵素の性質をまとめると、分子量は27,850、等電点は6.76、カゼインに対する至適pHは8.5〜10.5、Bz-Lys-pNAに対する至適pHは9.0〜9.6、Tos-Lys-OMeに対する至適pHは8.0〜8.5であった。また、pH安定性領域は4.5〜10.0、至適温度は50℃、温度安定性は40℃であり、0.1%SDS含有時のタンパク加水分解率は85%、4M尿素含有時は100%、0.2M塩酸グアニジン含有時は50%であった。N−末端アミノ酸はGlyであり、阻害剤は、TLCK、DFP、PMSF、Zn2+、Ba2+、K+、Na+、Li+であった。
【0067】
これらの結果より、キサントモナス属IB-9374により産生されるXan.Lys-Cは、トリプシン様セリンエンドペプチダーゼに属し、リシン残基に対して高い親和性を有する酵素であると認められた。
【0068】
【発明の効果】
上述した如く、本発明は、有用な酵素であるリシン残基特異的酵素を高効率で産生する微生物(菌)並びにこの酵素の取得方法を提供するものであり、本発明を用いればリシン残基特異的酵素を効率よく安価に取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例2で得られた、メチオニン添加・無添加培地中でのキサントモナス属IB-9374及びアクロモバクター リティカス M497-1の生育曲線を表した図である。
【図2】実施例2で得られた、グルタミン酸添加・無添加培地中でのキサントモナス属IB-9374及びアクロモバクター リティカス M497-1の生育曲線を表した図である。
【図3】実施例3で得られた、キサントモナス属IB-9374及びアクロモバクター リティカス M497-1の生育曲線及び培養上清のアミダーゼ活性を示した図である。
【図4】実施例5で得られた、pHを変化させたときのリシン残基特異的酵素のアミダーゼ活性を示した図である。
【図5】実施例5で得られた、pHを変化させたときのリシン残基特異的酵素のプロテイナーゼ活性を示した図である。
【図6】実施例5で得られた、pHを変化させたときのリシン残基特異的酵素のプロテイナーゼ活性を示した図である。
【図7】実施例5で得られた、温度を変化させた時のリシン残基特異的酵素のアミダーゼ活性、エステラーゼ活性及びプロテイナーゼ活性を示した図である。
【図8】実施例5で得られた、リシン残基特異的酵素のpH安定曲線である。
【図9】実施例5で得られた、リシン残基特異的酵素の温度安定曲線である。
【図10】実施例5で得られた、リシン残基特異的酵素に対するBa2+の阻害作用のLineweaver-Burkプロットを示した図である。
【図11】実施例5で得られた、リシン残基特異的酵素の尿素に対する安定性を示した図である。
【図12】実施例5で得られた、リシン残基特異的酵素の塩酸グアニジンに対する安定性を示した図である。
【図13】実施例5で得られた、リシン残基特異的酵素のドデシル硫酸ナトリウムによる安定性を示した図である。
【符号の説明】
図1に於いて、−○−は、メチオニンを培地に加えたときの、また、--○--はメチオニンを培地に加えないときのキサントモナス属IB-9374の生育曲線を夫々示す。また、−◆−は、メチオニンを培地に加えたときの、また、--◆--はメチオニンを培地に加えないときの、アクロモバクター リティカス M497-1の生育曲線を夫々示す。
図2に於いて、−○−は、グルタミン酸を培地に加えたときの、また、--○--はグルタミン酸を培地に加えないときのキサントモナス属IB-9374の生育曲線を夫々示す。また、−◆−は、グルタミン酸を培地に加えたときの、また、--◆--はグルタミン酸を培地に加えないときのアクロモバクター リティカス M497-1の生育曲線を夫々示す。
図3に於いて、−○−は、キサントモナス属IB-9374の生育曲線を示し、また、--◇--は、同培地でのキサントモナス属IB-9374培養上清のアミダーゼ活性を夫々示す。また、−□−は、アクロモバクター リティカス M497-1の生育曲線を、また、--×--は、アクロモバクター リティカス M497-1培養上清のアミダーゼ活性を夫々示す。
図4に於いて、−●−は100mM トリス塩酸緩衝液(pH7.3−10.0)を用いたときのアミダーゼ活性を、また、--○--は100mM 2-アミノ-2-メチル-1,3-プロパンジオール−塩酸緩衝液(pH7.7−10.6)を用いたときのアミダーゼ活性を夫々示す。
図6に於いて、−●−は50mM トリス塩酸緩衝液(pH7.0〜9.0)を用いたときのプロテイナーゼ活性を、また、--△--は50mM ほう酸塩緩衝液(pH8.0〜11.5)を用いたときのプロテイナーゼ活性を夫々示す。
図7に於いて、−●−はリシン残基特異的酵素のアミダーゼ活性を、--◆--はリシン残基特異的酵素のプロテイナーゼ活性を、また、--△--はリシン残基特異的酵素のエステラーゼ活性を夫々示す。
図8に於いて、−●−は100mM酢酸緩衝液でのアミダーゼ活性を、−×−は100mM トリス塩酸緩衝液でのアミダーゼ活性を、−◆−は100mM AMP緩衝液でのアミダーゼ活性を、また、−◇−は100mMリン酸緩衝液でのアミダーゼ活性を夫々示す。BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel microorganism having a high ability to produce a lysine residue-specific enzyme and a method for obtaining the enzyme using the same.
[0001]
[Prior art]
As an enzyme that specifically cleaves the peptide bond on the C-terminal side of proteins and peptides, Achromobacter protease I [API, isolated from the culture solution of Achromobactor lyticus M497-1] EC 3.4.21.50, trade name lysyl endopeptidase (trademark registration No. 2255563, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)] is best known. This API is a kind of serine endopeptidase. It is a lysine residue-specific enzyme that cleaves all -Lys-X bonds including Lys-Pro bonds. It is extremely useful for preparation and synthesis of -Lys-X-compounds. This API is produced by culturing Achromobacter lyticus M497-1 bacteria, but has a problem that the enzyme cannot be made inexpensive due to poor production efficiency.
Therefore, a microorganism that efficiently produces a lysine residue-specific enzyme and a method that can be obtained at low cost are required.
[0002]
[Problems to be Solved by the Invention]
In view of the circumstances as described above, the problem to be solved by the present invention is to provide a microorganism that produces a lysine residue-specific enzyme with high efficiency and a method for obtaining the enzyme using this microorganism.
[0003]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention was made for the purpose of solving the above-mentioned problems, and has the following properties, and is a microorganism having the deposit number FERM P-16928 that does not require methionine and glutamic acid for growth,lysineSpecifically cleaves the peptide bond on the C-terminal side of a residuelysineIt is an invention of a microorganism having the ability to produce a residue-specific enzyme.
a. Form: Neisseria gonorrhoeae
b. Size: 0.7 ~ 0.8 × 2.0 ~ 3.0μm
c. Gram staining: Negative
d. Spore: Negative
e. Motility: negative
f. Attitude toward oxygen: aerobic
g. Oxidase: positive
h. Catalase: positive
i. OF test: negative
j. Color of village: no characteristic pigment or light yellow
k. Quinone series: Q-8
l. GC content of intracellular DNA: 70 mol%
  Further, the present invention cultivates the microorganism and produces it from the culture solution.lysineSpecifically cleaves the peptide bond on the C-terminal side of a residuelysineCollecting residue-specific enzymeslysineIt is an invention of a method for obtaining a residue-specific enzyme.
  Furthermore, the present invention cultivates the above microorganism, and the culture solutionAmmonium sulfate fraction, DEAE- cellulose SH Column chromatography and AH Sepharose 4B It is obtained by column chromatography and has a molecular weight of 27850 Is,lysineSpecifically cleaves the peptide bond on the C-terminal side of a residuelysineIt is an invention of a residue-specific enzyme.
[0004]
That is, as a result of intensive studies on the properties of various fungi obtained from soil, the present inventors have found a new type of microorganism that produces a lysine residue-specific enzyme with high efficiency, and completed the present invention. It was.
[0005]
The microorganism of the present invention has been newly isolated and identified from soil by the present inventors, and has been named by the present inventors as Xanthomonas sp IB-9374.
[0006]
This freeze-dried product of the genus Xanthomonas IB-9374 was commissioned on August 3, 1998 to the Institute of Biotechnology, Tsukuba City, Ibaraki Pref. No. FERM P-16928.
[0007]
The medium composition of the genus Xanthomonas IB-9374 of the present invention may be either a natural medium or a synthetic medium as long as the microorganism can grow. The medium may be a solid or liquid medium. These media include, for example, sugars such as glucose, maltose and mannose as carbon sources, organic acids such as citric acid and malic acid, alcohols such as ethanol and glycerol, peptone as a nitrogen source, meat extract, In addition to general natural nitrogen sources such as yeast extract, protein hydrolyzate, and amino acids, various inorganic and organic ammonium salts are included. In addition, inorganic salts such as potassium, magnesium, iron, and calcium salts are required. Depending on the case, it is added appropriately. Further, Xanthomonas IB-9374 of the present invention can be cultured by a conventional method, but the culture temperature is usually 20 to 35 ° C, preferably 25 to 35 ° C, and the pH of the medium is usually 6 to 8 ° C. The pH is preferably 6.5 to 7.5. In addition, the culture is preferably performed under aerobic conditions by means such as shaking or aeration stirring, and the culture time is usually 150 to 250 hours.
[0008]
The method for obtaining a lysine residue-specific enzyme (hereinafter sometimes abbreviated as Xan.Lys-C) from Xanthomonas IB-9374 of the present invention is specifically carried out as follows. That is, Xanthomonas IB-9374 was cultured under the culture conditions as described above, and when the lysine residue-specific enzyme activity in the culture solution became high, the culture solution was filtered, and the obtained culture filtrate was at least ammonium sulfate. Fractionation (50-90%), DEAE-cellulose SH treatment, and AH Sepharose 4B column chromatography can give a lysine residue-specific enzyme, but preferably 6-step purification. That is, ammonium sulfate fraction of culture filtrate, CM-Toyopearl 650M treatment, DEAE-cellulose SH treatment, AH Sepharose 4B column chromatography, Soybean trypsin inhibitor (STI) Sepharose 4B affinity column chromatography, Sephadex G-50 Column chromatography is preferably performed in this order.
[0009]
Even when the lysine residue-specific enzyme of the present invention is collected using a 6-step purification process, API is obtained from Achromobacter lyticus M497-1 (T. Masaki, K. Nakamura, M. Isono and M.Soejima; Agric.Biol.Chem.,42 1443-1445 (1978), 7 steps), a lysine residue-specific enzyme can be obtained more easily and in a shorter time.
[0010]
In addition, the yield as the amount of enzyme protein corresponds to about 7 times the yield of API produced from Achromobacter lyticus M497-1 and having the same specificity as the present enzyme. In other words, the amount of bacteria required to obtain the same amount of lysine residue-specific enzyme can be reduced to one-seventh that when Achromobacter lyticus M497-1 is used as the production strain. Can be reduced.
[0011]
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0012]
【Example】
Example 1. Selection of novel lysine residue-specific enzyme highly efficient bacteria
The selection of the bacteria was performed as follows.
1 g of the collected soil was added to 10 mL of sterilized physiological saline and stirred for a while, then 1 mL of the supernatant was taken with a sterilized pipette, 9 mL of sterilized physiological saline was added, and the mixture was stirred again. This is diluted with sterilized physiological saline in order 102-109Double dilutions were prepared. Three drops of each diluted solution was dropped on an agar plate medium (2%) containing 1% wheat protein as a sole nutrient source, and stirred uniformly with a sterilized congeal bar. Next, after culturing at 30 ° C. for 2 to 3 days, a single colony producing a zona pellucida (halo) around the colony is selected from a large number of sufficiently grown colonies. Liquid medium (pH 7.2, 0.5% casein, 1.0% sucrose, 1.0% polypeptone, 0.01% KH in a test tube with cotton plug (25 mm x 200 mm)2POFour, 0.01% K2HPOFourAnd 0.01% MgSOFour・ 7H2Contains O. (Hereinafter referred to as “A medium”) 15 mL, and cultured at 30 ° C. for 24 hours. After culture, the mixture was centrifuged (16,000 rpm × 10 minutes), and the resulting supernatant was used as a crude enzyme solution. The amidase activity of Nα-benzoyl-DL-lysine-p-nitroanilide hydrobromide (hereinafter abbreviated as BZ-lys-pNA) in the crude enzyme solution was examined. Microorganisms showing positive amidase activity were fished in 100 mL of medium A in a 500 mL Sakaguchi flask and cultured at 30 ° C. for 24 hours. Supernatant obtained by centrifugation after incubation is partially purified by ammonium sulfate fractionation and STI Sepharose 4B affinity column chromatography. Specificity of the resulting purified enzyme for glucagon (there is one lysine residue in the peptide chain) I examined the sex.
[0013]
As a result, it was found that only one of the 31,563 isolates produced a lysine residue-specific enzyme.
[0014]
For the amidase activity, BZ-lys-pNA is used as a substrate, and p-nitroaniline released by enzymatic action is measured at 405 nm (T. Tupy, UWiesbaver and Wintersberger; Hoppe-Seyler's Z.physiol. Chem.,329278 (1962)). That is, 0.15 mL of 2.5 mM BZ-lys-pNA aqueous solution and 1.3 mL of 0.2 M Tris-HCl buffer (pH 9.2) were dispensed into a test tube (1.5 × 13 cm), respectively, and a constant temperature of 30 ° C. After maintaining in a water bath for 5 minutes, 0.05 mL of the enzyme solution was added and reacted at the same temperature. After exactly 5 minutes, 0.5 mL of 45% acetic acid solution was added to stop the reaction, and the absorbance at 405 nm was measured. As a control sample, 0.15 mL of aqueous substrate solution, 1.3 mL of 0.2 M Tris-HCl buffer (pH 9.2), 0.5 mL of 45% acetic acid solution, and 0.05 mL of enzyme solution were sequentially added and mixed quickly. . The enzyme activity that liberates 1 μmol of p-nitroaniline (molecular extinction coefficient 9620) per minute under the above conditions was defined as 1 unit.
The specificity for glucagon was examined as follows.
70 μg of glucagon was dissolved in 0.1 ml of 50 mM Tris-HCl buffer (pH 9.2), and 10 μl (5.6 μg, 0.20 nmol) of an enzyme corresponding to 1/100 of the substrate was added at a molar ratio, The reaction was performed for 24 hours. After completion of the reaction, the decomposed product was heated with boiling water at 100 ° C. for 3 minutes to stop the reaction and freeze-dried. The lyophilized degradation product was fractionated by HPLC and purified. Each purified peptide was identified by amino acid composition analysis and N-terminal amino acid sequence analysis, and the molecular weight was measured by ESI-MS method. The amino acid composition analysis was identified by 835 type amino acid analyzer (manufactured by Hitachi), and the N-terminal amino acid sequence analysis was identified by Applied Biosystems 494 Protein Sequencer. In the ESI-MS method, molecular weight was measured by Perkin Elmer API300.
[0015]
Example 2
As a result of requesting the Japan Food Research Center to identify the separated and sorted cells, Xanthomonas maltophilia (formerly Pseudomonas maltophilia, now called Stenotrophomonas maltophilia) was identified, but its literature value (NRKrieg and JGHolt: "Bergey's Manual of Synstematic Bacteriology" Vol. 1 (1984) Williams & Wilkins, J. Swings, P. De Vos, M. Van den Mooter and J. De Ley: Int. J. Syst. Bacteriol.,33409 (1983) and this strain, it was revealed that the properties of motility, oxidase, etc. are slightly different.
The analysis results are shown in Table 1. In Table 1, the literature values of this strain, Achromobacter lyticus M497-1 (Japanese Patent Publication No. 46-42953) and the literature values of Xanthomonas maltophilia are also shown.
[0016]
[Table 1]
Figure 0004085486
[0017]
In addition, an identification test using an automatic bacterial testing device ATB Expression (made by Biomelieu) using Gram negative bacillus identification kit ID 32GN (made by Biomelieu) and Gram negative bacteria identification kit API 20NE (made by Biomelieu) other than enteric bacteria The identification results used are as follows.
Utilization test by ATB Expression: positive; N-acetylglucosamine, sodium citrate, 3-hydroxybutyric acid and L-proline. Negative: rhamnose, D-ribose, inositol, sucrose, itaconic acid, suberic acid, sodium malonate, sodium acetate, lactic acid, L-alanine, D-mannitol, glucose, salicin, D-melibiose, L-fucose, D- Sorbitol, L-arabinose, propionic acid, n-capric acid, n-valeric acid, L-histidine hydrochloride, 5-ketogluconic acid, glycogen, m-hydroxybenzoic acid, 2-ketogluconic acid, p-hydroxybenzoic acid and L -Serine.
Moreover, the hydrolysis test of esculin by ATB Expression, the degradation test of DNA, and the lecithinase test were all positive.
[0018]
Utilization test by API 20NE: positive; glucose, D-mannose, N-acetyl-D-glucosamine, maltose, DL-malic acid and sodium citrate. Negative; L-arabinose, D-mannitol, potassium gluconate, n-capric acid, adipic acid and phenyl acetate.
Further, the nitrate reduction test, indole production test, glucose fermentation test, arginine dihydrolase test and urea decomposition test by API 20NE were negative, and the esculin decomposition test, gelatin liquefaction test, PNPG test and oxidase test were positive.
[0019]
As a result, this strain did not assimilate sucrose, but Achromobacter lyticus M497-1 assimilated sucrose, suggesting that these are different strains. In order to see the difference in assimilability, we further compared the assimilability of 95 types of carbon sources by the biolog system (Biology, Microstation system, USA).
[0020]
As a result, it was positive in Xanthomonas IB-9374 for eight carbon sources of α-cyclodextrin, formic acid, phenylethylamine, putrescine, 2-aminoethanol, 2,3-butanediol, sebacic acid and γ-aminobutyric acid, Achromobacter lyticus M497-1 showed a difference from negative.
From these results, it was revealed that Xanthomonas sp. IB-9374 is a strain different from Achromobacter lyticus M497-1.
[0021]
In addition to Achromobacter lyticus M497-1, Stenotrophomonas maltophilia has biochemical properties similar to this strain. It has been reported that methionine and glutamic acid are required for the growth of this strain. Then, the influence on growth by the presence or absence of methionine and glutamic acid was examined. The results are shown in FIGS. In FIG. 1,-○-indicates the growth curve of Xanthomonas IB-9374 when methionine is added to the medium, and-○-indicates the growth curve of Xanthomonas IB-9374 when methionine is not added to the medium. -Indicates the growth curve of Achromobacter lyticus M497-1 when methionine is added to the medium, and-♦-indicates when methionine is not added to the medium. In FIG. 2, -o- indicates the growth curve of Xanthomonas IB-9374 when glutamic acid is added to the medium, and --o-- indicates that when glutamic acid is not added to the medium. The growth curves of Achromobacter lyticus M497-1 when glutamic acid is added to the medium and when no glutamic acid is added to the medium are shown.
[0022]
From this result, the influence of growth on Xanthomonas IB-9374 by methionine and glutamic acid was not recognized. From these results, it was revealed that Xanthomonas IB-9374 is a different bacterium from Stenotrophomonas maltophilia.
[0023]
Furthermore, the 16S-rDNA base sequence analysis of this strain was conducted and the homology with the base sequence of a known microorganism was examined. (Xanthomonas maltophilia)], Xanthomonas bacilola LMG 736T(Xanthomonas vasicola LMG 736T), Xanthomonas arboricola 747T(Xanthomonas arboricola 747T), Xanthomonas campestris LMG 568T(Xanthomonas campestris LMG 568T), Xanthomonas cassava fly LMG 673T(Xanthomonas cassavae LMG 673T), Xanthomonas hortrum LMG 733T(Xanthomonas hortorum LMG 733T), Xanthomonas oryzae LMG 5047T(Xanthomonas oryzae LMG 5047T), Xanthomonas pishi LMG 847T(Xanthomonas pisi LMG 847T), Xanthomonas vesicatoria LMG 911T(Xanthomonas vesicatoria LMG 911T) And 10 species of Xanthomonas campestris pv. Campestris Xc17 (Xanthomonas campestris pv. Campestris Xc17) showed high homology (93% or more) with the 16S-rDNA base sequence of this strain. In addition, the homology of the base sequence analysis was calculated using gene analysis software GENETYX-MAC7.3 (manufactured by SOFTWARE DEVELOPMENT) using 16S-rDNA sequences of various bacteria.
[0024]
From the above results, this strain was judged to be a new species of Xanthomonas, and this strain was named Xanthomonas IB-9374.
[0025]
Example 3 Examination of Xan.Lys-C production ability of Xanthomonas IB-9374 in various media Using various media, the Xan.Lys-C production ability of Xanthomonas IB-9374 was examined. That is, yeast extract, casamino acid, meat extract, milk casein, soy bean powder, sucrose, glucose, polypeptone, KH2POFour, K2HPOFour, MgSOFour・ 7H2After culturing Xanthomonas IB-9374 at 30 ° C for a predetermined time in various media containing O at a predetermined concentration, the culture supernatant is collected, the amidase activity of the culture supernatant is measured, and Xan.Lys-C production is determined from the value. The performance was compared.
[0026]
As a result, 0.5% milk casein, 1.0% sucrose, 1.0% meat extract, 0.01% KH2POFour, 0.01% K2HPOFourAnd 0.01% MgSOFour・ 7H2It was found that a medium with pH 7.2 containing O (hereinafter referred to as B medium) was most preferable. Using B medium, the highest amidase activity was 0.1 units (u) per mL of culture supernatant at 150 hours and 0.18 u at 250 hours. FIG. 3 shows a growth curve of Xanthomonas IB-9374 (-○-) and a curve (-◇-) showing the amidase activity of the culture supernatant after culturing for a predetermined time when B medium is used. As a control, a growth curve (-□-) when Achromobacter lyticus M497-1 was cultured in the same B medium and a curve (--x-) showing the amidase activity of the culture supernatant after culturing for a predetermined time. -) Is also shown in FIG. From the results shown in FIG. 3, it can be seen that when compared with that of Achromobacter lyticus M497-1, the activity is about 5 times higher at 100 hours of culture and about 4 times higher at 250 hours. From the results shown in FIG. 3, it was found that Xanthomonas sp. IB-9374 of the present invention is a strain different from Achromobacter lyticus M497-1.
[0027]
Example 4
Xan.Lys-C obtained by culturing the bacteria isolated in Example 1 was purified by the following method.
(1) 10L of culture solution is fractioned 50 to 90% ammonium sulfate, CM-Toyopearl treatment, DEAE-cellulose treatment, AH Sepharose 4B column chromatography, STI affinity chromatography, Sephadex G-50 column chromatography Purification was performed by
Details of the operation method are shown below. All purification operations were performed at 4 ° C.
[0028]
(1) Ammonium sulfate fraction of culture filtrate
Ammonium sulfate was added to 9210 mL of the culture filtrate cultured for 150 hours so as to achieve 50% saturation (temperature: 4 ° C.). Next, ammonium sulfate was added to 10,295 mL of the supernatant obtained by batch centrifugation (31,000 g, 20 minutes, 4 ° C.) so as to achieve 90% saturation. Subsequently, the mixture was centrifuged as described above, and the resulting precipitate was dissolved in an appropriate amount of 10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0; hereinafter referred to as buffer A), and then 4 times with respect to buffer A. Dialyzed at 72 ° C. for 72 hours.
[0029]
▲ 2 ▼ CM-Toyopearl 650M treatment
1120 mL of the enzyme solution obtained by dialysis was added to about 526.7 g (wet) of CM-Toyopearl 650M equilibrated with buffer A and gently stirred at room temperature for 1 hour. Next, the resin is removed with a glass filter (diameter: 11.5 cm, 25G-3), and the resin on the filter is further washed with 1000 mL of buffer A (pH 7.0), and the filtrate and the washing solution are combined. 2400 mL of an enzyme solution containing Xan.Lys-C, which is an adsorption fraction, was obtained.
[0030]
(3) DEAE-cellulose SH treatment
2400 mL of the brown enzyme solution obtained in (2) was concentrated to 1200 mL with a Diaflow cell (membrane: PM-10), and then dialyzed sufficiently with 10 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0; hereinafter referred to as Buffer B). . Thereafter, about 475 g (wet) of DEAE-cellulose SH equilibrated with buffer B was added to 1250 mL of this enzyme solution, and other impure proteins including colored protein were adsorbed while gently stirring at room temperature. After 1 hour, the resin was removed with a glass filter (diameter 11.5 cm, 26G-3), and then the resin was washed with 1000 mL of buffer B. 2400 mL of a solution containing Xan.Lys-C, which is a combination of the filtrate and the washing solution, was concentrated to 237 mL using a Diaflow cell, and sufficiently dialyzed against 2 mM Tris-HCl buffer (hereinafter referred to as Buffer C).
[0031]
(4) AH Sepharose 4B column chromatography
270 mL of the dialyzed enzyme solution obtained in (3) was adsorbed on AH Sepharose 4B column chromatography (4.1 × 18 cm) which had been sufficiently equilibrated with buffer C. After thoroughly washing with the same buffer, elution was performed with a linear concentration gradient using 1000 mL of Buffer C (pH 8.0) and 1000 mL of Buffer C containing 1.0 M NaCl. As a result, Xan.Lys-C was completely adsorbed and eluted with 0.5M NaCl. The active fractions were collected, and 720 mL of an enzyme solution sufficiently dialyzed in 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0; hereinafter referred to as buffer D) was concentrated to 280 mL using a Diaflow cell.
[0032]
(5) STI Sepharose 4B affinity column chromatography
280 mL of the enzyme solution obtained in (4) was chromatographed in two portions. Specifically, 140 mL of the enzyme solution was adsorbed on an STI Sepharose 4B affinity column (3.2 × 6.0 cm) equilibrated with Buffer D, washed thoroughly with 500 mL of the same buffer, and then 50 mM glycine-hydrochloric acid containing 0.5 M NaCl. Elute with buffer (pH 4.5). The active fraction was collected, dialyzed sufficiently against buffer C, and concentrated twice using a Diaflow cell.
At the time of elution, 0.1 mL of 1 M Tris-HCl buffer (pH 8.0) was put in advance in a test tube for fractionation, and fractionation was performed.
[0033]
(6) Sephadex G-50 column chromatography
10 mL of the concentrated enzyme solution obtained in (5) was divided into two portions and subjected to gel filtration. That is, 5 mL of concentrated enzyme solution was subjected to Sephadex G-50 column chromatography (2.0 × 92 cm) equilibrated with buffer C containing 0.1 M NaCl, and active fractions of Xan.Lys-C were collected. The remaining 5 mL of the enzyme solution was similarly subjected to gel filtration, and the active fraction was collected, combined with the first active fraction, and sufficiently dialyzed against buffer C. The dialyzed enzyme solution was concentrated with a Diaflow cell to 5 mL, and stored frozen at -15 ° C.
[0034]
Values such as recovery rate and specific activity at each stage are shown in Table 2.
[0035]
[Table 2]
Figure 0004085486
[0036]
The final recovery rate was about 68%, and the specific activity increased about 930 times. The amount of the enzyme protein obtained at this time was 0.1 g per 10 L of the culture solution, which corresponds to about 7 times the amount of API protein produced from the culture solution of Achromobacter lyticus M497-1.
[0037]
Example 5 FIG. Study on the properties of Xan.Lys-C produced by Xanthomonas IB-9374
For Xan.Lys-C, using amidase activity, esterase activity or / and proteinase activity as indicators, optimal pH, optimal temperature, stability, effects of various compounds, effects of alkali metal ions and alkaline earth metal ions, and proteins The effect of denaturing agents was examined. In addition, the amino acid composition and N-terminal amino acid sequence of Xan.Lys-C were also examined.
The amidase activity was measured in the same manner as in Example 1. Moreover, the measuring method of esterase activity and proteinase activity is shown below.
[0038]
(1) Measuring method of esterase activity
To a quartz cell, add 1.5 mL of 80 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 0.2 mL of 5 mM N-tosyl-L-lysine methyl ester (hereinafter abbreviated as Tos-Lys-OMe), and 1.2 mL of pure water. After maintaining at 30 ° C. for 5 minutes, 0.1 mL of the enzyme solution was added and allowed to react. Simultaneously with the addition of the enzyme, the mixture was stirred for 5 seconds, the change in absorbance at 247 nm was recorded, and the enzyme activity was measured based on this result. As the control sample, an enzyme solution was used instead of pure water.
The unit of enzyme activity was defined as 1 unit of enzyme activity that liberates 1 μmol of N-tosyl-L-lysine (molecular extinction coefficient 960) per minute under the above conditions.
[0039]
(2) Method for measuring proteinase activity
0.2 mL of enzyme solution is added to one crotch of two bifurcated digestive tracts for reaction and control, and 1 mL of substrate buffer (60 mM Tris-HCl buffer solution containing 0.84% casein, pH 9.0) is added to the other crotch. The solution was dispensed and kept in a constant temperature water bath at 40 ° C. for 5 minutes, and then the liquid in both thighs of the reaction bifurcated digestive tract was well mixed. After the mixing, the reaction was carried out in a constant temperature bath at 40 ° C. for exactly 20 minutes, and then the protein precipitation reagent (mixture containing 0.1M trichloroacetic acid and 0.22M sodium acetate was adjusted to pH 3.0 with acetic acid. 1 mL was added and mixed well. Then, it was kept again in a constant temperature water bath at 40 ° C. for 30 minutes to complete the formation of a precipitate, and then naturally filtered using a filter paper (Advantec No. 4A). On the other hand, the liquid in the bifurcatal digestive tract for control was kept for the same time without mixing, and then 1 mL of the protein precipitation reagent was added to the enzyme solution and mixed well, and then treated in the same manner as the bifurcatal digestive tract for reaction. The obtained filtrate sample was measured for absorbance at 275 nm with respect to a control sample using a spectrophotometer (UV-250 type) manufactured by Shimadzu.
The unit of enzyme activity is the product corresponding to 1 μmol of L-tyrosine per minute under the above conditions (reaction temperature 40 ° C., reaction pH 9.0, substrate concentration 0.7%, reaction time 20 minutes). The enzyme activity provided was defined as 1 unit.
[0040]
(1) Examination of optimum pH of Xan.Lys-C
The optimum pH of Xan.Lys-C was examined using amidase activity, esterase activity and proteinase activity for Bz-Lys-pNA, Tos-Lys-OMe and casein as indices.
FIG. 4 shows the results for amidase activity, FIG. 5 shows the results for esterase activity, and FIG. 6 shows the results for proteinase activity. In FIG. 4,-●-indicates amidase activity when 100 mM Tris-HCl buffer (pH 7.3-10.0) is used, and-○-indicates 100 mM 2-amino-2-. The amidase activity when methyl-1,3-propanediol-hydrochloric acid buffer (pH 7.7 to 10.6) is used is shown. In FIG. 6,-●-indicates proteinase activity when 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0 to 9.0) is used, and --Δ-- indicates 50 mM borate buffer (pH 8). The proteinase activity when 0.01 to 11.5) is used. The data shown in FIG. 5 was obtained using a 100 mM Tris-HCl buffer (pH 7.1 to 9.0).
[0041]
As a result, the optimum pHs for the amidase activity and the esterase activity were 9.0 to 9.6 and 8.0 to 8.5, respectively. On the other hand, a wide curve of proteinase activity of 8.5 to 10.5 was obtained. These showed the same tendency as the optimum pH of API amidase activity (pH 9.0 to 9.5), esterase activity (pH 7.8 to 8.2) and proteinase activity (pH 8.5 to 10.7).
(2) Optimal temperature of Xan.Lys-C
The optimum temperature of Xan.Lys-C was examined using amidase activity, esterase activity and proteinase activity for Bz-Lys-pNA, Tos-Lys-OMe and casein as indices. The results are shown in FIG. In FIG. 7,-●-indicates the amidase activity of Xan.Lys-C,-◆-indicates the proteinase activity of Xan.Lys-C, and-△-indicates the esterase activity of Xan.Lys-C. Respectively.
[0042]
From these results, it was found that in any case, the maximum activity was exhibited at 50 ° C.
[0043]
(3) Stability of Xan.Lys-C
(1) pH stability
Using the amidase activity for Bz-Lys-pNA as an index, the stability of Xan.Lys-C when the pH was changed was examined.
Enzyme (1 μg) was placed in 0.1 ml each of 100 mM acetate buffer, Tris-HCl buffer, AMP buffer and phosphate buffer at a predetermined pH, and allowed to stand at 4 ° C. for 24 hours, and then against Bz-Lys-pNA. The residual rate of activity (%) was measured.
The results are shown in FIG. In FIG. 8,-●-indicates amidase activity in 100 mM acetate buffer, -X- indicates amidase activity in 100 mM Tris-HCl buffer,-♦-indicates amidase activity in 100 mM AMP buffer. In addition,-◇-indicates amidase activity in a 100 mM phosphate buffer, respectively.
[0044]
From this result, it can be seen that the stable region of Xan.Lys-C is pH 4.5 to 10.0. This was observed to be a little narrower than the stable region of API (pH 4.0 to 10.7).
[0045]
(2) Temperature stability
Using the amidase activity for Bz-Lys-pNA as an index, the stability of Xan.Lys-C when the temperature was changed was examined.
An enzyme (0.6 μg) dissolved in 0.1 ml of 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) is allowed to stand at various temperatures (20-60 ° C.) for 30 minutes and then rapidly cooled to show activity against Bz-Lys-pNA. The residual ratio (%) of was measured.
The results are shown in FIG.
[0046]
From this result, it was found that Xan.Lys-C was stable up to 40 ° C, but was completely deactivated at 60 ° C.
[0047]
(4) Effects of various compounds on Xan.Lys-C
Using the amidase activity and esterase activity for Bz-Lys-pNA and Tos-Lys-OMe as indicators, the effects of metal chelating reagents, SH reagents, reducing agents, etc. on Xan.Lys-C were examined.
That is, after pretreating an enzyme and various peptidase inhibitors with 40 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) for 30 minutes at 30 ° C., the amidase activity and esterase activity of Xan.Lys-C were measured. The effect was investigated. When measuring the amidase activity method, Bz-Lys-pNA is in the range of 0.05 to 0.16 mM, and when measuring the esterase activity, Tos-Lys-OMe is 0.05 to 0. The range was set to 5 mM.
The results are shown in Table 3. In Table 3, EDTA is an abbreviation for ethylenediaminetetraacetic acid, 2-ME is an abbreviation for 2-mercaptoethanol, NEM is an abbreviation for N-ethylmaleimide, and MIA is a monoiodide. Abbreviation for acetic acid (Monoiodoacetic acid), PCMB is an abbreviation for p-chloromercuribenzoic acid, DFP is an abbreviation for diisopropyl fluorophosphate, PMSF is a phenylmethanesulfonyl fluoride (Phenylmethansulfonyl fluoride) Abbreviation, TLCK is an abbreviation for Nα-Tosyl-L-lysyl chloromethyl ketone, TACK is Nα-Tosyl-L-arginyl chloromethyl ketone (Nα-Tosyl-L-arginyl chloromethyl ketone) abbreviation of ketone), TPCK is Nα-Tosyl-L-phenylalanyl chloromethyl ketone It represents substantially, similarly abbreviated below.
[0048]
[Table 3]
Figure 0004085486
[0049]
From the results of Table 3, it can be seen that the activity of Xan.Lys-C is not inhibited by metal chelating reagents (EDTA, o-phenanthroline), reducing agents (cysteine, 2-ME), and SH reagents (NEM, MIA, PCMB). Xan.Lys-C was considered neither a metal endopeptidase nor a cysteine endopeptidase. On the other hand, since DFP and PMSF strongly inhibit the amidase activity and esterase activity of Xan.Lys-C, Xan.Lys-C was considered to be a serine endopeptidase. Furthermore, Xan.Lys-C was inhibited by TLCK, which reacts specifically with the His residue in the active center of trypsin, but not by TPCK, which is specific for the His residue of chymotrypsin. Xan.Lys-C was found to be a trypsin-like serine endopeptidase. Moreover, almost no influence was recognized by TACK which inhibits trypsin more strongly than TLCK. This suggests that Xan.Lys-C has a strong affinity for lysine residues.
[0050]
(5) Effect of metal ions on Xan.Lys-C
Using the amidase activity and esterase activity for Bz-Lys-pNA and Tos-Lys-OMe as indicators, the influence of metal ions on Xan.Lys-C was examined.
That is, after pretreating a 40 mM Tris ionic acid buffer solution (pH 8.0) containing an enzyme solution and a predetermined metal ion at 30 ° C. for 30 minutes, the residual activity against Bz-Lys-pNA and Tos-Lys-OMe was observed. It was measured. The results are shown in Table 4.
[0051]
[Table 4]
Figure 0004085486
[0052]
Xan.Lys-C has amidase activity and esterase activity of 1 mM Ca.2+, Mg2+, Mn2+, Cd2+, Ni2+, Sr2+, Co2+0.1 mM Hg2+Was almost unaffected. However, Xan.Lys-C is 1 mM Ba2+Weakly by 1mM Zn2+In particular, in the case of the latter metal ion, strong inhibition of esterase activity was observed.
[0053]
(6) Effect of alkali metal ions and alkaline earth metal ions on Xan.Lys-C
Bz-Lys-pNA and Tos-Lys-OMe with amidase activity and esterase activity as indicators, alkali metal ions with respect to Xan.Lys-C, Ba2+And NHFour +The effect of was examined.
That is, 1.5 ml of 80 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), 1.0 mL of various aqueous metal solutions, and 0.4 mL of various concentrations of Tos-Lys-OMe or Bz-Lys-pNA are sequentially placed in a cell at 30 ° C. After the addition, 0.25 μg / 0.1 mL of the enzyme solution (or 1.0 μg / 0.1 mL) was quickly added, and the activity of the mixture reacted at 30 ° C. for 5 minutes was examined. As an example of the result, Ba2+FIG. 10 shows a Lineweaver-Burk plot of the inhibitory action on Xan.Lys-C.
As a result, any activity is2+, NHFour +, Cs+, Rb+, K+, Na+, Li+Was found to be antagonistically inhibited in this order.
[0054]
In addition, Table 5 shows the results of calculating the antagonistic inhibition constant (Ki) of various ions in which the inhibitory action was recognized, using the Dixon plot. Table 5 also shows the results for the API.
[0055]
[Table 5]
Figure 0004085486
[0056]
As a result, it can be seen that for alkali metal ions, the inhibitory action increases as the ionic radius decreases. However, for alkaline earth metals, Ba2+Only strong inhibition was observed, Mg2+, Ca2+, Sr2+No effect was observed (not shown in Table 5). These results were the same as those of the API.
[0057]
(7) Effect of protein denaturant on Xan.Lys-C
Using the esterase activity for Tos-Lys-OMe as an index, the effects of urea, guanidine hydrochloride and sodium dodecyl sulfate (hereinafter abbreviated as SDS) on Xan.Lys-C were examined.
Specifically, 0.5 ml of 40 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing various concentrations of urea, guanidine hydrochloride or SDS and enzyme (5 μg) was pretreated for 30 minutes at 30 ° C., and then 0.1 mL (1 μg) of the solution. ) Was added to 2.9 mL of 40 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 1 mM Tos-Lys-OMe and reacted for 5 minutes, and the residual rate (%) of esterase activity was examined.
FIG. 11 shows the results for urea, FIG. 12 shows the results for guanidine hydrochloride, and FIG. 13 shows the results for SDS.
[0058]
The residual rate of esterase activity when the enzyme was pretreated at 20 ° C. for 20 minutes in 40 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 4 M urea, 0.2 M guanidine hydrochloride or 0.1% SDS, The trend was similar to that of API at 100%, 50%, and 85%, respectively.
[0059]
(8) Examination of substrate specificity of Xan.Lys-C
The specificity of Xan.Lys-C for various synthetic substrates was examined.
These results are shown in Table 6.
The Kcat / Km value was calculated from the Lineweaver-Burk plot, and the Kcat value was calculated with the molecular weight of the enzyme as 28000.
[0060]
[Table 6]
Figure 0004085486
[0061]
From the results shown in Table 6, among the ester substrates, Tos-Lys-OMe was most hydrolyzed by this enzyme, and its Kcat / Km value was about 50,000 times higher than that of the corresponding Tos-Arg-OMe. showed that. Moreover, the Kcat / Km value of Bz-Orn-OMe was about 1/1200 compared with that of Tos-Arg-OMe, and it was not hydrolyzed so much. Comparing the Kcat / Km values for these ester substrates with those for the API showed similar values.
Among the anilide substrates, Bz-Lys-pNA and Ac-Lys-pNA were well hydrolyzed, and Lys-pNA was also slightly hydrolyzed. On the other hand, Bz-Arg-pNA and Arg-pNA were reacted for 24 hours at an enzyme concentration of 80 times or more, but were not decomposed at all. Furthermore, Suc-Ala-pNA, Boc-His-pNA, Ac-Phe-pNA, Bz-Tyr-pNA and Ac-Leu-pNA were reacted in the same manner, but these were not hydrolyzed at all (Table 6). Not described). The Kcat / Km values for these anilide substrates also showed approximately the same values as for API.
From the above results, it was found that this enzyme has a hydrolytic ability equivalent to that of API with respect to the lysyl peptide bond of the synthetic substrate.
[0062]
(9) Amino acid composition of Xan.Lys-C
The amino acid composition analysis of Xan.Lys-C was performed. The amino acid composition of Xan.Lys-C was analyzed according to the method of Moore and Stein. The tryptophan content was determined by the method of Simpson (R.J.Simpson, M.R.Neuberger and T.Y.Liu; J. Biol. Chem.,251, 1936 (1976)), cysteine and cystine contents are determined by the method of Hirs (C.H.W.Hins; J. Biol. Chem.,219611 (19656)) and the method of Spencer and Wold (R.L.Spencer and F.Wold; Anal.Biochem.,32, 185 (1969)) and quantified by the dimethyl sulfoxide (DMSO) method.
[0063]
Table 7 shows the results of calculating the number of amino acid residues with the molecular weight of Xan.Lys-C being 27,849.59 (calculated by Electrospray-MS method). In addition, threonine and serine were expressed by taking the average after extrapolating at 0 hour from the amount of hydrolyzate after 48, 72, and 96 hours after hydrolysis. In addition, isoleucine was hydrolyzed twice and obtained from an average of 72 hours and 96 hours, and cysteine was obtained from an average of 24 hours. Other than that, it hydrolyzed twice and calculated | required from the average value in 24, 48, 72, and 96 hours. For comparison, the number of amino acid residues of API is shown in [].
[0064]
[Table 7]
Figure 0004085486
[0065]
As a result, the total number of amino acids of Xan.Lys-C was calculated to be 265 residues.
As a result of identifying the type of N-terminal amino acid by a conventional method, it was found that the N-terminal amino acid of Xan.Lys-C was glycine.
[0066]
As described above, the enzyme properties are summarized as follows: molecular weight is 27,850, isoelectric point is 6.76, optimum pH for casein is 8.5 to 10.5, and optimum pH for Bz-Lys-pNA is 9.0. The optimum pH for ˜9.6, Tos-Lys-OMe was 8.0-8.5. The pH stability region is 4.5 to 10.0, the optimum temperature is 50 ° C., the temperature stability is 40 ° C., and the protein hydrolysis rate when containing 0.1% SDS is 85%, containing 4M urea. The time was 100%, and when 0.2M guanidine hydrochloride was contained, it was 50%. N-terminal amino acid is Gly and inhibitors are TLCK, DFP, PMSF, Zn2+, Ba2+, K+, Na+, Li+Met.
[0067]
From these results, it was confirmed that Xan.Lys-C produced by Xanthomonas IB-9374 belongs to a trypsin-like serine endopeptidase and is an enzyme having a high affinity for lysine residues.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides a microorganism (fungus) that produces a lysine residue-specific enzyme, which is a useful enzyme, with high efficiency, and a method for obtaining this enzyme. It becomes possible to obtain a specific enzyme efficiently and inexpensively.
[Brief description of the drawings]
1 is a graph showing the growth curves of Xanthomonas sp. IB-9374 and Achromobacter lyticus M497-1 in a methionine-added / non-added medium obtained in Example 2. FIG.
FIG. 2 is a graph showing the growth curves of Xanthomonas sp. IB-9374 and Achromobacter lyticus M497-1 obtained in Example 2 in a medium with or without glutamic acid.
FIG. 3 is a graph showing the growth curve and amidase activity of the culture supernatant of Xanthomonas sp. IB-9374 and Achromobacter lyticus M497-1 obtained in Example 3.
4 shows the amidase activity of a lysine residue-specific enzyme obtained in Example 5 when the pH is changed. FIG.
FIG. 5 shows the proteinase activity of a lysine residue-specific enzyme obtained in Example 5 when the pH is changed.
FIG. 6 shows the proteinase activity of a lysine residue-specific enzyme obtained in Example 5 when the pH is changed.
7 shows the amidase activity, esterase activity and proteinase activity of a lysine residue-specific enzyme obtained in Example 5 when the temperature is changed. FIG.
FIG. 8 is a pH stability curve of a lysine residue-specific enzyme obtained in Example 5.
9 is a temperature stability curve of a lysine residue-specific enzyme obtained in Example 5. FIG.
FIG. 10 shows Ba for lysine residue-specific enzyme obtained in Example 5.2+It is the figure which showed the Lineweaver-Burk plot of the inhibitory action of No ..
11 is a graph showing the stability of a lysine residue-specific enzyme to urea obtained in Example 5. FIG.
12 is a graph showing the stability of a lysine residue-specific enzyme to guanidine hydrochloride obtained in Example 5. FIG.
13 is a graph showing the stability of a lysine residue-specific enzyme obtained in Example 5 with sodium dodecyl sulfate. FIG.
[Explanation of symbols]
In FIG. 1, -o- indicates a growth curve of Xanthomonas IB-9374 when methionine is added to the medium, and --o-- indicates when methionine is not added to the medium. In addition,-♦-indicates a growth curve of Achromobacter lyticus M497-1 when methionine is added to the medium, and-◆-indicates when methionine is not added to the medium.
In FIG. 2, -o- indicates a growth curve of Xanthomonas IB-9374 when glutamic acid is added to the medium, and --o-- indicates no growth of glutamic acid to the medium. In addition,-♦-indicates a growth curve of Achromobacter lyticus M497-1 when glutamic acid is added to the medium, and-◆-indicates when Glutamic acid is not added to the medium.
In FIG. 3,-○-indicates the growth curve of Xanthomonas IB-9374, and-◇-indicates the amidase activity of the culture supernatant of Xanthomonas IB-9374 in the same medium, respectively. Further,-□-indicates a growth curve of Achromobacter lyticus M497-1, and --x-- indicates an amidase activity of the culture supernatant of Achromobacter lyticus M497-1.
In FIG. 4,-●-represents amidase activity when 100 mM Tris-HCl buffer (pH 7.3 to 10.0) was used, and-○-represents 100 mM 2-amino-2-methyl- The amidase activity when 1,3-propanediol-hydrochloric acid buffer (pH 7.7 to 10.6) is used is shown.
In FIG. 6,-●-indicates proteinase activity when 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0 to 9.0) was used, and --Δ-- represents 50 mM borate buffer (pH 8.0). The proteinase activity when using ˜11.5) is shown.
In FIG. 7,-●-indicates amidase activity of a lysine residue-specific enzyme,-◆-indicates proteinase activity of a lysine residue-specific enzyme, and --Δ-- indicates lysine residue-specific enzyme. The esterase activity of the target enzyme is shown respectively.
In FIG. 8,-●-indicates amidase activity in 100 mM acetate buffer, -x- indicates amidase activity in 100 mM Tris-HCl buffer,-♦-indicates amidase activity in 100 mM AMP buffer, ,-◇-indicates amidase activity in a 100 mM phosphate buffer, respectively.

Claims (3)

以下の性状を有し、且つ生育にメチオニン及びグルタミン酸を必要としない受託番号FERM P−16928の微生物であって、リジン残基のC末端側のペプチド結合を特異的に切断するリジン残基特異的酵素の生産能を有する微生物。
a.形態:桿菌
b.大きさ:0.7〜0.8×2.0〜3.0μm
c.グラム染色性:陰性
d.胞子:陰性
e.運動性:陰性
f.酸素に対する態度:好気性
g.オキシダーゼ:陽性
h.カタラーゼ:陽性
i.O−Fテスト:陰性
j.集落の色調:特徴的色素有せず又は薄い黄色系
k.キノン系:Q−8
l.菌体内DNAのGC含量:70 mol%
It has the following characteristics, and a accession number FERM microorganisms P-16928, which does not require methionine and glutamic acid for growth, lysine residues specific to specifically cleave the peptide bond of the C-terminal side of lysine residues A microorganism that has the ability to produce enzymes.
a. Form: Neisseria gonorrhoeae b. Size: 0.7 ~ 0.8 × 2.0 ~ 3.0μm
c. Gram stainability: negative d. Spore: negative e. Motility: negative f. Attitude toward oxygen: aerobic g. Oxidase: positive h. Catalase: positive i. OF test: negative j. Set color: no characteristic pigment or pale yellowish k. Quinone series: Q-8
l. GC content of intracellular DNA: 70 mol%
請求項1に記載の微生物を培養し、該培養液から産生したリジン残基のC末端側のペプチド結合を特異的に切断するリジン残基特異的酵素を採取することを特徴とする、リジン残基特異的酵素の取得方法。Culturing the microorganism according to claim 1, and recovering the lysine residues specific enzyme that specifically cleaves peptide bonds on the C-terminal side of lysine residues produced from the culture broth, lysine residue A method for obtaining a group-specific enzyme. 請求項1に記載の微生物を培養し、該培養液を、順に硫安分画、 DEAE- セルロース SH カラムクロマトグラフィー処理及び AH セファロース 4B カラムクロマトグラフィー処理することにより得られるものであり、分子量が 27850 であるリジン残基のC末端側のペプチド結合を特異的に切断するリジン残基特異的酵素。The microorganism according to claim 1 is cultured, and the culture solution is obtained by subjecting in turn an ammonium sulfate fraction, DEAE- cellulose SH column chromatography treatment and AH Sepharose 4B column chromatography treatment, and has a molecular weight of 27850 . there, lysine residues specific enzyme that specifically cleaves peptide bonds on the C-terminal side of lysine residues.
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