JP4126098B2 - 変異α−アミラーゼ - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、アルカリ側に至適pHを有し、かつ酸化剤に対して優れた耐性を有し、特に酸化剤配合洗浄剤用酵素として有用な液化型変異α−アミラーゼ及びその遺伝子に関する。
背景技術
洗浄剤には洗浄力を高める目的で種々の酵素が配合されており、例えば澱粉汚れに対してはα−アミラーゼの配合が考えられる。ところが、洗浄剤には界面活性剤が配合されており、洗浄液のpHはアルカリ側であることから、洗浄剤に配合するα−アミラーゼはアルカリα−アミラーゼであることが必要である。
ところで、最近、洗浄剤に酸化漂白成分を配合し、汚れに対する洗浄力だけでなく漂白作用も期待した洗浄剤が上市されている。このような酸化漂白剤配合洗浄剤にもα−アミラーゼを配合することが考えられる。しかしながら、通常のα−アミラーゼは酸化剤の存在下で失活しやすく、酸化漂白剤配合洗浄剤には配合できなかった。
かかるα−アミラーゼに酸化剤耐性を付与しようとする研究がなされている。すなわち、ＷＯ９４／０２５９７にはB. licheniformisα−アミラーゼのメチオニン残基を非酸化性のアミノ酸、特にロイシン（Ｌｅｕ）、スレオニン（Ｔｈｒ）、グリシン（Ｇｌｙ）に置換することによって酸化剤耐性変異タンパクを得ており、またＷＯ９４／１８３１４及びＷＯ９６／３０４８１には同じ酵素のメチオニン残基中１９７位と１５位に相当するＭｅｔを、それぞれ特にＡｌａ、Ｉｌｅ、ＴｈｒとＬｅｕ、Ｔｈｒ、Ａｓｐ、Ｓｅｒ、Ｖａｌ、Ｉｌｅに変える酸化剤耐性と熱安定性が増すと報告されている。しかしながら、これらの変異α−アミラーゼは、いずれも中性〜酸性に至適pHを有する酵素であり、洗浄剤用としては、より至適pHの高いアルカリαアミラーゼが望まれていた。
一方、アルカリα−アミラーゼに対する酸化剤耐性付与技術としては、ＷＯ９６／２３８７３に、α−アミラーゼをコードするＳＥＱ ＩＤ Ｎｏ．１（NCIB12512）を改変した酸化剤耐性変異α−アミラーゼが報告されているのみである。そして、ＷＯ９６／２３８７３によれば、B. licheniformisのα−アミラーゼ等の結果を踏まえ（WO94/18314）、ＮＣＩＢ１２５１２の図２中の２０２位に相当するＭｅｔをＬｅｕ、Ｐｈｅ、Ａｌａ、Ｔｈｒ、Ｖａｌ、Ｓｅｒに置換すると、２００mMのＨ2Ｏ2処理に対して、酸化剤耐性になると記載されている。但し、その酸化耐性は不充分なため、この変異に加えて、Ａｒｇ１８１とＧｌｙ１８２位を欠失させて（Suzuki et al., J. Biol. Chem., 264, 18933-18938, 1989）、さらに安定化したと報告されている。しかしながら、このようにして得られた変異α−アミラーゼの酵素活性の半減期（ｔ1/2）は、前者で１０〜２０分の範囲、後者で１０〜３０分の範囲でしかなく、洗浄剤配合用酵素としては酸化剤耐性及びその持続性のいずれも満足できるものではない。
従って、本発明は、アルカリ側にpHを有し、持続的かつ強力な酸化剤に耐性を有するα−アミラーゼ、その遺伝子、及び当該α−アミラーゼを含有する洗浄剤組成物を提供することを目的とする。
発明の開示
そこで本発明者は液化型アルカリα−アミラーゼの一種でBacillus sp. KSM-AP1378が生産する酵素（WO94/26881）に着目して種々検討してきたところ、配列番号１のアミノ酸配列のうち少なくとも２０２位又はその相同位のメチオニン残基を欠失又は任意の他のアミノ酸残基に置換すれば、従来にない強力かつ持続的な酸化剤耐性を獲得し、かつアルカリ側での優れたアミラーゼ活性を保持した変異α−アミラーゼが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、液化型アルカリα−アミラーゼを構成する配列番号１で示されるアミノ酸配列又は当該配列に対して９５．２％以上の相同性を有するアミノ酸配列における２０２位のメチオニン残基又はその相同位のメチオニン残基が欠失又は任意の他のアミノ酸に置換されている変異α−アミラーゼを提供するものである。
また、本発明は、この変異α−アミラーゼをコードする遺伝子を提供するものである。
また、本発明はこの変異α−アミラーゼを含有する洗浄剤組成物を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
図１〜４は、Bacillus sp. KSM-AP1378産生α−アミラーゼ（KSM-AP1378,KAM）の成熟酵素アミノ酸配列とその他のBacillus属細菌α−アミラーゼの成熟酵素アミノ酸配列との相同性を示す図である。NCIB 12512とNCIB12513はWO95/26397記載のα−アミラーゼ、NCIB12289はDK94/0353（DK94-271）記載のα−アミラーゼ、♯707はBacillus sp. ♯707の生産するα−アミラーゼ、BAAはB. amyloliquefaciens、BSAはB. stearothermophilus、BLAはB. licheniformisがそれぞれ生産するα−アミラーゼ。下記した＊印は全てのα−アミラーゼで相同性があることを示している。
図５はアミノ酸欠失（ΔＲＧ）変異α−アミラーゼの耐熱性とキレート剤（ＥＤＴＡ、ＥＧＴＡ及びゼオライト）耐性を示す図である。●：野生型、〇：ΔＲＧ、△：ΔＲＧ／Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒ。Ａは耐熱性（50mM Tris-HCl、pH8.5中で各温度で30分間処理）、Ｂ−Ｄはキレート剤耐性（50mM Tris-HCl、pH8.5中、各濃度の各種キレート剤存在下で30℃、30分間処理）。
図６は、α−アミラーゼ遺伝子への変異導入と変異α−アミラーゼ遺伝子の枯草菌による菌体外高生産の模式図である。
図７は、α−アミラーゼ遺伝子への変異導入と変異α−アミラーゼ遺伝子の枯草菌による菌体外高生産の模式図である（図６のつづき）。かっこ内の配列解析の部分は図６と重複している。
図８及び図９は、枯草菌で発現させて完全精製したメチオニン２０２位のアミノ酸置換各変異α−アミラーゼのＨ2Ｏ2酸化耐性を示す図である。Ａ：本発明条件下（ＫＡＯ法）、５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH８．５）中２％ Ｈ2Ｏ2で所定時間処理した後の残存活性、Ｂ：ＷＯ９６／２３８７３に記載の条件下（Ｗ法）、ブリットン−ロビンソン緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH９．０）中、２００mM Ｈ2Ｏ2で所定時間比較の為に、Ｂには、ＮＣＩＢ（12512 WO96/23873のSEQ ID No．1）のα−アミラーゼの結果を付記してある（図中、破線）。〇：Ｈ2Ｏ2非存在下で前処理（対照）、●：所定濃度のＨ2Ｏ2で前処理。
図１０及び図１１は、枯草菌で発現させて完全精製したメチオニン２０２位のアミノ酸置換各変異α−アミラーゼのＨ2Ｏ2酸化耐性を示す図である。Ａ：本発明条件下（ＫＡＯ法）、５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH８．９）中５００mM Ｈ2Ｏ2で所定時間処理した後の残存活性、Ｂ：ＷＯ９６／２３８７３に記載の条件下（Ｗ法）、ブリットン−ロビンソン緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH９．０）中、２００mMＨ2Ｏ2で所定時間比較の為に、ＢにはＮＣＩＢ（12512 WO96/23873のSEQ IDNo．1）のα−アミラーゼの結果を付記してある（図中、破線）。〇：Ｈ2Ｏ2非存在下で前処理（対照）、●：所定濃度のＨ2Ｏ2で前処理。
図１２は、枯草菌で発現させて完全精製したΔＲＧ／Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒ変異α−アミラーゼのＨ2Ｏ2酸化耐性を示す図である。Ａ：本発明条件下（ＫＡＯ法）、５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH８．９）中５００mM Ｈ2Ｏ2で所定時間処理した後の残存活性、○：Ｈ2Ｏ2非存在下で前処理（対照）、●：所定濃度のＨ2Ｏ2で前処理。
図１３は、枯草菌で発現させて完全精製したメチオニン２０２位のアミノ酸置換変異α−アミラーゼのpH−活性曲線である。Ａ：野生型、Ｂ：Ｍｅｔ２０２ Ｔｈｒ。
図１４は、枯草菌で発現させて完全精製したメチオニン２０２位のアミノ酸置換変異α−アミラーゼの温度−活性曲線である。各温度で５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中で５分間反応後、活性を測定した。Ａ：野生型、Ｂ：Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕ。
発明を実施するための最良の形態
本発明の変異α−アミラーゼは、液化型アルカリα−アミラーゼを変異させて得られるものであり、該原料液化型アルカリα−アミラーゼの例としては、本発明者らが先に報告したＷＯ９４／２６８８１記載の野生型液化型アルカリα−アミラーゼ（バチルス エスピー（Bucillus sp.）ＫＳＭ−ＡＰ１３７８（FERM BP-3048（原寄託日1989年７月24日）として、工業技術院生命工学工業技術研究所（あて名：〒305-0046 日本国茨城県つくば市東一丁目３号）にブダペスト条約に基づいて寄託されている）が挙げられる。
本発明の変異α−アミラーゼは、配列番号１で示されるアミノ酸配列を有する液化型α−アミラーゼの少なくとも２０２位のメチオニン残基が欠失又は任意の他のアミノ酸残基に置換されていればよい。ここで、任意の他のアミノ酸残基としては、非酸化性のアミノ酸残基であれば特に限定されないが例えばＴｈｒ、Ｉｌｅ、Ｌｅｕ、Ａｌａ、Ｖａｌ又はＳｅｒが好ましい。
配列番号１の、２０２位のメチオニン残基のみを欠失させるか、他のアミノ酸に置換した本発明の変異α−アミラーゼは、５００mMという高濃度のＨ2Ｏ2存在下であっても活性の半減期（ｔ1/2）は数時間に及ぶ（野生型α−アミラーゼのｔ1/2は約１０〜２０分）ものであり、ＷＯ９６／２３８７３記載の変異α−アミラーゼに比べてその酸化剤耐性及び持続性において格段に優れている。
このように、本発明のＭｅｔ２０２位の非酸化性アミノ酸への置換は強力な酸化剤であるＨ2Ｏ2に対し、高濃度でも耐性を有する。大変おどろく事実は、我々の原料α−アミラーゼアミノ酸配列とＷＯ９６／２３８７３のＮＣＩＢ１２５１２（ＳＥＱ ＩＤＮｏ．１）のそれは、９５．１％の相同性があることである。アミノ酸で異なるのは４８５個の全アミノ酸中２４個にすぎず、α−アミラーゼファミリーでよく保存されているＩ、II、III、IV領域においては０個である。従って、本発明の原料α−アミラーゼの配列はＮＣＩＢ１２５１３（WO95/26397）、ＮＣＩＢ１２２８９（DK1271/94）、Bacillus sp. ♯７０７、B. amyloliquefaciens、 B. stearothermophilus、B. licheniformisとのそれらでは、それぞれ８６．６％、９４．７％、８６．４％、６６．７％、６８．６％及び６８．９％であるので、本発明で用いる原料α−アミラーゼのアミノ酸相同性は配列番号１のアミノ酸配列に対し９５．２％以上が好ましい。
さらに、配列番号１のα−アミラーゼの場合、２０２位のメチオニン残基以外のメチオニン残基、例えば９、１０、１０５、１１６、２０８、２６１、３０９、３８２、４３０及び４４０位のメチオニン残基を欠失、又は他のアミノ酸に置換しても酸化剤耐性は得られないので、これらのメチオニン残基は特に改変する必要がない。また、２０２位のメチオニン残基を他のアミノ酸に置換する場合、Ｔｈｒ、Ｉｌｅ、Ｌｅｕ、Ａｌａ、Ｖａｌ又はＳｅｒへの置換が好ましい。
また、さらに配列番号１の１８１位のアルギニン残基及び１８２位のグリシン残基が欠失したα−アミラーゼは、酸化剤耐性に加えて、熱耐性（キレート剤耐性）も有するので特に好ましい。
また、本発明で用いた原料野生型α−アミラーゼのアミノ酸配列は、B.licheniformisやB. amyloliquefaciens、 B. stearothermophilusなどの工業用α−アミラーゼに較べ元々タンパク工学的には有利な性質を有しており、Ｍｅｔ２０２Ｘ（Ｘは任意のアミノ酸）とＲＧ欠損変異酵素を創成するだけで、飛躍的な抗酸化性と耐熱性（キレート剤耐性）が付与されるので、これらの変異の単独、あるいは組み合わせで工業上、大変有利な性質を有する変異α−アミラーゼが得られる。
本発明の変異α−アミラーゼは、例えば、配列番号１のアミノ酸配列をコードするＤＮＡに部位特異的変異を導入して、変異α−アミラーゼをコードする遺伝子及びこれを含有するベクタープラスミドを得、次いで該プラスミドを用いて宿主を形質転換するか、染色体相同組換えにより形質転換体を得、これを培養することにより製造される。
まず、配列番号１のアミノ酸配列を有する液化型アルカリα−アミラーゼをコードするＤＮＡは、例えば特開平８−３３６３９２号記載の方法に従って得ることができる。
部位特異的変異の方法としては一般的に行なわれている方法であればいずれも採用できるが、例えばClonetech社のTransformer Site-Directed Mutagenesis Kit、TaKaRa社のSite-Directed Mutagenesis System Mutan-Super Express Km Kit等を用いて行なうことができる。
酸化剤耐性変異α−アミラーゼを産生するクローンのスクリーニングは、形質転換体を可溶性澱粉含有培地で培養することにより行なわれる。
次に、本発明方法を実施するにあたって採用する一般的な方法について説明する。
〔染色体ＤＮＡの抽出法〕
上述の菌体から染色体を分離するには、常法、例えばSaito & Miuraの方法（Biochim. Biophys. Acta, 72, 619-629, 1963）に従って行なえば良い。
〔大腸菌へのプラスミドＤＮＡの導入法〕
大腸菌へのプラスミドＤＮＡ導入はコンピテントセル（TaKaRa社）を用いて行なった。尚、アミラーゼ活性形質転換体の選択のために固体ＬＢ培地には０．６％のスターチアズレ（シグマ社製）を添加した。
〔無細胞抽出液及び培養上清液の調製法〕
目的プラスミドＤＮＡを内在した大腸菌をテトラサイクリン（１５μｇ／ml）入りのＬＢ液体培地（５０ml）で１５〜２４時間振とう培養した。培養液を遠心し得られた菌体ペレットを５mlの５０mM Tris-HCl（pH８．０)で懸濁し、菌体懸濁液に対し超音波処理装置を用いて細胞破砕を行なった。細胞破砕液を遠心し得られた上清を無細胞抽出液とした。また、培養後の培養液を遠心分離して得られる上清液を酵素の測定に供した。
〔プラスミドＤＮＡの調製法〕
組換え大腸菌からのプラスミドＤＮＡの調製は常法によりManiatis等の方法（Moleculer Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, NY, U. S. A. 1982）を用いることができる。
〔塩基配列の決定〕
塩基配列の決定は、Maxam-Gilbertの化学修飾法（Methods Enzymol., 65, 499-59, 1980）又はジデオキシヌクレオチド鎖終結法（Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci., U. S. A., 74, 5463-5467, 1977；Smith et al., Nature, London, 321, 674-679, 1986）などを用いて決定することができる。）
〔部位特異的変異の導入法〕
Clontech社のプロトコールに準じて、Transformer Site-Directed Mutagenesis Kit（2nd version）やTaKaRa社のSite-Directed Mutagenesis System Mutan-Super Express Km kitを用いて行なうことができる。
〔アミラーゼ活性測定法〕
各酵素のアミラーゼ活性は３，５−ジニトロサリチル酸法（ＤＮＳ法）で測定した。５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中に可溶性澱粉を含む反応液中、４０℃で１５分間の反応を行なった後、生成した還元糖ＤＮＳ法で定量することによって測定した。酵素の力価は１分間に１μmolのグルコースに相当する還元糖を生成する酵素量を１単位とした。
〔タンパク含量定量法〕
牛血清アルブミンを標準として、Bio-Rad社のProtein Assay Kitを用いて定量した。
〔Ｈ 2 Ｏ 2 酸化耐性度の検定〕
（１）先ず、サンプルのアミラーゼ活性を予め測定しておき、希釈しないで直接ＤＮＳ法で測定できるアミラーゼ酵素濃度の約２倍アミラーゼ酵素濃度まで適当な緩衝液、例えば５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH８．５又は８．９）緩衝液によって希釈しておく。
（２）試験管にカタラーゼ（ベーリンガーマンハイム社，２０mg／mlを５μｌ分注しておく（サンプル数×５本）。
（３）３０％過酸化水素水（和光純薬社）を緩衝液で最終濃度が２００mM又は５００mMとなるように希釈しておく。
（４）スクリューキャップ付き試験管をサンプル数×２本用意し、１本には（１）で調製した希釈酵素液を１mlと、緩衝液１mlを混ぜ合わせた溶液を、もう１本には（１）で調製した希釈酵素液を３ml注入し３０℃又は４０℃に保温した。
（５）（３）で調製した過酸化水素水溶液３mlを４℃で保温している希釈酵素液３ml入りの試験管に添加し素早くよく混ぜ合わせた。過酸化水溶液を添加してから所定時間放置後の反応液を各々７００μｌサンプリングし（２）で用意したカタラーゼ入りの試験管に注入し酸化反応を停止した。注入後は活性測定まで氷中に置いておいた。同時に（４）で３０℃又は４０℃に保温中の過酸化水素水無添加のサンプルも氷中に移動した。
（６）各々のサンプルの残存アミラーゼ活性をＤＮＳ法で測定し、過酸化水素に対する酸化剤耐性を求めた。尚、３０℃又は４０℃の保温のみでアミラーゼ活性が低下しないことを確認するために（５）で氷中に置いた過酸化水素水無添加サンプルのアミラーゼ活性及び（１）で調製した希釈酵素液のアミラーゼ活性も同時に測定した。
かくして得られる本発明変異α−アミラーゼは、酸化剤に対する耐性が極めて高く、かつ持続的であることから酸化剤、漂白剤を含む洗浄剤、澱粉液化・糖化用組成物等の配合成分として有用である。
ここで本発明の洗浄剤には、上記変異α−アミラーゼ以外に、さらに、枝切り酵素（例えばプルラナーゼ、イソアミラーゼ、ネオプルラナーゼなど）、α−グルコシダーゼ、グルコアミラーゼ、プロテアーゼ、セルラーゼ、リパーゼ、ペクチナーゼ、プロトペクチナーゼ、ペクチン酸リアーゼ、パーオキシダーゼ、ラッカーゼ及びカタラーゼから選ばれる１種又は２種以上の酵素を配合することができる。
また、洗浄剤に通常配合されるアニオン界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤等の界面活性剤；二価金属イオン捕捉剤（キレート剤）、アルカリ剤、無機塩、再汚染防止剤、塩素捕捉剤、還元剤、漂白剤、蛍光染料可溶化剤、香料、ケーキング防止剤、酵素の活性化剤、酸化防止剤、防腐剤、色素、青味付け剤、漂白活性化剤、酵素安定化剤、相調節剤等を配合することができる。
洗浄剤の形態は、用途に応じて選択することができ、例えば液体、粉末、顆粒等とすることができる。また、本発明洗浄剤組成物は、衣料用洗浄剤、漂白洗浄剤、自動食器洗浄機用洗浄剤、排水管洗浄剤、義歯洗浄剤等として使用することができるが、特に衣料用洗浄剤、漂白洗浄剤又は自動食器洗浄機用洗浄剤として好適に使用することができる。
実施例
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
実施例１
（１）液化型アルカリα−アミラーゼ遺伝子への変異導入。
TaKaRa社のSite-Directed Mutagenesis System Mutan-Super Express Km kit及び２０２位のＭｅｔのコドンを他のアミノ酸のコドンに置換し得る変異導入プライマーを用いて、２０２位のＭｅｔをコードするコドンに対する変異を行なった。
例えば変異導入プライマーとして５′ＴＡＣＣＴＴＣＴＧＴＡＴＧＣＡＧＡＣＡＴＴＧＡＴ３′の２４merを用いると、本配列中７〜９番目に位置するＣＴＧ配列はＬｅｕをコードする配列でアニールする鋳型配列の２０２位ＭｅｔをコードするＡＴＧ配列の位置に相当し、ＡＴＧからＣＴＧへの配列の入れ換わりによりメチオニン残基がロイシン残基に置き換わることになる（以後Met202Leuと略記する）。
本発明でＭｅｔの２０２位に変異導入して酸化耐性となって変異α−アミラーゼタンパクはＭｅｔ２０２Ｌｅｕの他に５種類あり、用いた変異導入プライマーを以下に示す。
変異導入の具体的方法を以下に示す。
▲１▼変異導入用プラスミドベクターｐＫＦ１９Ｋへのα−アミラーゼ遺伝子の導入
α−アミラーゼ高生産用プラスミドｐＨＳＰＬＡＭＹ２上の高発現プロモーター領域から液化型α−アミラーゼ構造遺伝子を含む２．１kb断片をＰＣＲによって増幅しプラスミドｐＫＦ１９ＫのＳｍａＩ部位に挿入した（ｐＫＦ１９ＬＡＭＹと命名）。
▲２▼変異導入ＰＣＲ
リアクションチューブ（０．５ml）に以下の反応液を調製する。反応液組成は鋳型ＤＮＡ（pKF19LAMY）１０ng、セレクションプライマー５pmol、リン酸化済み変異導入プライマー５pmol、１０×LA PCRバッファーII ５μｌ、dNTP混合液（各２．５mM）８μｌ、TaKaRa LA Taq0.5μｌ、計５０μｌ。解離９４℃１分間、アニール５５℃１分間、伸長７２℃３分間を２５サイクル、その後４℃１０分間の条件でＰＣＲを行なった。ＰＣＲ断片精製キット（べーリンガーマンハイム社）によって増幅ＤＮＡを精製し形質転換に用いた。
▲３▼大腸菌ＭＶ１１８４株への導入と変異の確認
大腸菌ＭＶ１１８４コンピテントセル（TaKaRa社）を用い通常のコンピテントセル法でＰＣＲ産物を大腸菌ＭＶ１１８４株（araΔ(lac-proAB)rpsLthi(φ80 lacZΔM15)Δ(srl-recA)306::Tn10(tet r )F’［traD36proAB+ lacIq lacZΔM15）へ導入した。カナマイシン（５０μｇ／ml)を含むＬＢ寒天培地（バクトトリプトン１％、酵母エキス０．５％、塩化ナトリウム１％、寒天１．５％）上に生育してきたコロニー数個からプラスミドＤＮＡを調製し、配列解析を行なって変異を確認した。
（２）酸化剤耐性変異α−アミラーゼのスクリーニング
上述の方法で変異α−アミラーゼを得る目的で、先ず、各形質転換体培養液を１２０００rpm １５分遠心し培養上清を回収した。各培養上清に最終濃度２％となるように過酸化水素水を添加し３０℃で３０分間放置後残存アミラーゼ活性を測定した。また、同時に、過酸化水素水無添加での同条件処理後の各培養上清中のアミラーゼ活性も測定した。
過酸化水素処理後の残存活性を野生型酵素と比較して酸化剤耐性が高いと判断される変異体として１８種が得られた（８５〜１００％活性が残存）。選択された形質転換体１１種から各々の有するプラスミドを調製し配列解析を行なった結果、２０２位のアミノ酸がメチオニン残基から、スレオニン残基（２種）、セリン残基（２種）、バリン残基（２種）ロイシン残基（１種）、イソロイシン残基（３種）、又はアラニン残基（１種）に各々置き換わっていることが明らかとなった。これらは部位特異変異で得られた酸化耐性変異α−アミラーゼと置換されたアミノ酸が符号していた。これらの得られた変異α−アミラーゼ遺伝子又はタンパクを、それぞれＭｅｔ２０２Ｔｈｒ、Ｍｅｔ２０２Ｉｌｅ、Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕ、Ｍｅｔ２０２Ａｌａ、Ｍｅｔ２０２Ｖａｌ、Ｍｅｔ２０２Ｓｅｒと命名した。Ｍｅｔ２０２Ｃｙｓは、酵素を完全精製して混液すると白濁して沈澱した。おそらく、酵素分子間でジスルフィドを結合して不溶化したと思われる。
（３）大腸菌で発現させた培養液を遠心分離して得られた変異α−アミラーゼ（上清）を６０％硫安で沈澱させて、透析した後、ＤＥＡＥ−Ｔｏｙｏｐｅｒ１６５０Ｓのカラムの非吸着部分を濃縮した標品について、酸化剤（Ｈ2Ｏ2）耐性を確認した結果、Ｍｅｔ２０２Ｃｙｓを除く変異α−アミラーゼは、５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中で１〜３％のＨ2Ｏ2存在下で３０℃、３０分間処理した後でも７５％以上の残存活性があった。
（４）同様にして適当な下記のプライマーを用いてその他のメチオニン残基、すなわち９、１０５、１１６、３８２及び４３０位のＭｅｔを適当なアミノ酸に置換した。
これらのアミノ酸置換については、無作為のアミノ酸にすると、立体構造障害から正常タンパク構造をとりえなかったり、とりえても活性発現阻害が考えられたので、B. licheniformisのα−アミラーゼのアミノ酸配列と相当するアミノ酸を選択した（図１〜図６参照）。また、特表平８−５００２４３号によれば、B. stearothermophilus由来液化型α−アミラーゼの２０２位及び２０８位のメチオニン残基の一方若しくは両方の置換体が安定化すると記載されており、ＷＯ９６／２３８７８においてもＮＣＩＢ１２５１２α−アミラーゼでも同様の記載があるので変異プライマーとして
５′ＧＣＡＧＡＣＡＴＴＧＡＴＴＡＴＧＡＴＣＡＴＣＣＡＧＡＡ３′を合成し、Ｍｅｔ２０８Ｔｙｒを調製した。
ところで公知のSuzuki et al. （J. Biol. Chem.,264, 18933-18938, 1989）の報告、すなわち特異的なアルギニン−グリシンの２アミノ酸欠失が我々のα−アミラーゼでも再現されれば、酸化剤耐性のみならず、熱安定性が上昇することが期待される。そこで、野生型の当該α−アミラーゼ遺伝子及びＭｅｔ２０２Ｔｈｒ変異を有するα−アミラーゼ遺伝子の、Suzukiらの報告に相当する１８１位アルギニンと１８２位グリシンを、以下の変異導入プライマーを用いて欠失させることによって、２種類の欠失変異α−アミラーゼ（以下それぞれ、ΔＲＧ及びΔＲＧ／Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒと略する）を創製した。
ΔＲＧ：５′ＡＡＡＡＴＡＴＡＴＡＡＡＴＴＣ（ＡＧＡ）（ＧＧＴ）ＡＣＣＧＧＡＡＡＧＧＣＡＴＧＧＧＡＣＴＧＧ３′（カッコ内は除いた塩基を示す）
前記の変異プラスミドを大腸菌で発現させた後精製し、Ｈ2Ｏ2に対する酸化耐性を調べた結果を表１に示す。
表１から明らかなようにＭｅｔ９Ｌｅｕ、Ｍｅｔ１０５Ｉｌｅ、Ｍｅｔ１１６Ａｓｐ、Ｍｅｔ３８２Ｌｅｕ、Ｍｅｔ４３０Ｉｌｅ、Ｍｅｔ２０８ＴｙｒとΔＲＧのいずれも非変異酵素（野生型酵素）と同等の酸化耐性しかなく、全く酸化剤耐性が無いことがわかる。一方、高い酸化剤耐性を示したＭｅｔ２０２ＴｈｒにΔＲＧ変異を導入したΔＲＧ／Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒの場合、対照したＭｅｔ２０２Ｌｅｕと同様の高い酸化剤耐性を示した。さらに、本酵素及びΔＲＧの場合、野生型酵素と比べ飛躍的に熱耐性とキレート剤耐性（ＥＤＴＡ、ＥＧＴＡ及びゼオライト）が向上していることが、図５より明らかである。
（５）上記の如くして得られた７種類の高濃度Ｈ2Ｏ2酸化耐性変異α−アミラーゼの大量培養を行なった。変異遺伝子をB. subtilisＩＳＷ１２１４株（LeuA8metB5 hsdM1）にプロトプラスト法（Chang & Cohen, Mol. Gen. Genet., 168, 111-115, 1979）により形質転換し（図６及び図７参照）、コーンスティープリカー，４％；トリプトース，１％；肉エキス，１．０％；リン酸第１カリウム，０．１％，ＭｇＳＯ4，ＮＨ2Ｏ，０．０１％，マルトース２％；ＣａＣｌ2，０．１％；テトラサイクリン，１５μｇ／mlを含有する液体培地で３０℃で３日間、坂口フラスコ中で培養した。得られた培養上清液を硫安分画（〜６０％飽和）して１０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH７．５；２mM ＣａＣｌ2を含む）で一昼夜透析した。透析後、同じ緩衝液で平衡化したＤＥＡＥ−Toyopearlカラムに添着させ、通過させた後、この溶液を上述の緩衝液で平衡化したＣＭ−Toyopearlカラムに添着すると吸着し、ＮａＣｌで連続勾配によって、目的の酵素が溶出された。この溶出液をＰＭ−１０メンプランフィルター（アミコン社）上で濃縮した後、上述の緩衝液で透析することによって完全精度標品が得られた。得られた標品の全てが、ＳＤＳ−電気泳動（Laemmli, Nature, London, 227, 680-685, 1970）で単一バンドを与え、分子量も全て約５５ＫＤａと決定された。
得られた各変異α−アミラーゼの完全精製標品を２％（588mM）のＨ2Ｏ2を含む５０mMトリス緩衝液（pH８．５）中、３０℃でインキュベートした後、残存するアミラーゼ活性を測定することによって、酸化剤耐性度を検定した（ＫＡＯ法）。その結果、図８〜図１２に示すように野生型α−アミラーゼやΔＲＧの活性は速やかに低下したが、各変異α−アミラーゼは１時間のインキュベート後に於いても８０％以上の高い残存活性を示した。また、Ｈ2Ｏ2濃度を２Ｍまで高めた条件（30℃、30分処理）に於いても、各変異α−アミラーゼは高い残存アミラーゼ活性を発揮し、極めて高い酸化剤性能を獲得していることが明らかになった。一方、ＷＯ９６／２３８７３に於いて、酸化剤耐性が向上した変異アミラーゼが開示されているが、これらは２００mMのＨ2Ｏ2と０．１mM ＣａＣｌ2を含む５０mMブリットン緩衝液（pH９．０）中、４０℃、２０分間の処理（Ｗ法）によって４３〜２０％の残存活性を示すとされている。本発明の変異α−アミラーゼの酸化剤耐性度をこのＷ法を用いて検定したが、１時間の処理後にも８０％以上の残存活性を示し（図８〜図１２）、ＷＯ９６／２３８７３の変異酵素に比べて極めて高い酸化剤耐性を獲得していることが明らかになった。
得られた変異α−アミラーゼのタンパク含量を前記の方法により測定し、その比活性を算出した。その結果、野生型が４０００−５５００であるのに対し、Ｍｅｔ２０２Ｓｅｒが７００−７５０、Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒが２２００−２４００、Ｍｅｔ２０２Ｖａｌが１１００−１４００、Ｍｅｔ２０２Ａｌａが１３５０−１５００、Ｍｅｔ２０２Ｃｙｓが１４５０−１６００、Ｍｅｔ２０２Ｉｌｅが１６００−１８００、Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕが１６００−２０００、ΔＲＧが３５００−４５００、ΔＲＧ／Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒで２０００−２５００、ＮＣＩＢ１２５１２、ＮＣＩＢ１２５１３及びＮＣＩＢ１２２８５が４０００−４５００、B. licheniformisが約１３００（それぞれ単位／mgタンパク）であった。
実施例２
得られたＨ2Ｏ2酸化耐性変異アミラーゼＭｅｔ２０２ＬｅｕとＭｅｔ２０２Ｔｈｒを１０mM ＴＥＡＤ／２０mM ＮａＢＯ4の漂白系で５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中、４０℃で１時間保持した。処理後の残存アミラーゼ活性を測定したところ、野生型（非変異α−アミラーゼ）が、ほぼ完全失活したにもかかわらず、Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕで７７％、Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒで８０％の活性を保持していた。
実施例３
造粒化したＭｅｔ２０２ＴｈｒをＡ社の超コンパクト洗剤中に５％（Ｗ／Ｖ）配合した後、４０℃相対湿度８０％の保存庫で４週間保存した。造粒品をひろい出し、２mMのＣａＣｌ2を含む５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）に溶解した後、遠心分離（１２０００×ｇ，２０分間）して得られる上清液の残存アミラーゼ活性を測定した。野生型とＭｅｔ２０２Ｔｈｒの処理前の比活性をそれぞれ１００とした場合、残存活性は、前者で５５％、後者で８８％であった。
実施例４
B. subtilisＩＳＷ２１４を宿主として発現させ、菌体外に生産された組換えα−アミラーゼ、Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕ、Ｍｅｔ２０２Ｉｌｅ、Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒ、Ｍｅｔ２０２Ｖａｌ、Ｍｅｔ２０２Ｃｙｓ、Ｍｅｔ２０２Ａｌａ、Ｍｅｔ２０２Ｓｅｒ、野生型α−アミラーゼ及びΔＲＧを前記の手法を用いて精製した。その精製品についてＳＤＳ−電気泳動を行なうと、それぞれ単一バンドとして検出され、分子量は約５５ＫＤａと算出された。それぞれの収率は４０〜６０％の範囲であった。
参考例１
得られた酸化剤耐性変異α−アミラーゼのpH−活性曲線を、ブリットン−ロビンソン広域緩衝液と、各種類を組み合わせた緩衝系（各々５０mM）で調べた。その一例として、各種緩衝液系でのＭｅｔ２０２Ｔｈｒの結果を図１３に示したが、いずれの緩衝系を用いてもそのpH−活性曲線は野生型のそれとほぼ同じ型を示した。
参考例２
得られた酸化剤耐性変異α−アミラーゼＭｅｔ２０２Ｔｈｒの温度−活性曲線を５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中で調べた（反応時間は５分間）。その結果の一例を図１４に示す。
産業上の利用可能性
本発明の特異α−アミラーゼは、至適pHがアルカリ側にあり、優れたα−アミラーゼ活性を有し、酸化剤に対する耐性が高く、かつ持続するので、特に漂白剤や酸化剤の配合された洗浄剤や澱粉液化・糖化用組成物の配合成分として有用である。
配列表
配列番号：１
配列の長さ：４８５
配列の型：アミノ酸
トポロジー：直鎖状
配列の種類：ペプチド
配列
本発明は、アルカリ側に至適pHを有し、かつ酸化剤に対して優れた耐性を有し、特に酸化剤配合洗浄剤用酵素として有用な液化型変異α−アミラーゼ及びその遺伝子に関する。
背景技術
洗浄剤には洗浄力を高める目的で種々の酵素が配合されており、例えば澱粉汚れに対してはα−アミラーゼの配合が考えられる。ところが、洗浄剤には界面活性剤が配合されており、洗浄液のpHはアルカリ側であることから、洗浄剤に配合するα−アミラーゼはアルカリα−アミラーゼであることが必要である。
ところで、最近、洗浄剤に酸化漂白成分を配合し、汚れに対する洗浄力だけでなく漂白作用も期待した洗浄剤が上市されている。このような酸化漂白剤配合洗浄剤にもα−アミラーゼを配合することが考えられる。しかしながら、通常のα−アミラーゼは酸化剤の存在下で失活しやすく、酸化漂白剤配合洗浄剤には配合できなかった。
かかるα−アミラーゼに酸化剤耐性を付与しようとする研究がなされている。すなわち、ＷＯ９４／０２５９７にはB. licheniformisα−アミラーゼのメチオニン残基を非酸化性のアミノ酸、特にロイシン（Ｌｅｕ）、スレオニン（Ｔｈｒ）、グリシン（Ｇｌｙ）に置換することによって酸化剤耐性変異タンパクを得ており、またＷＯ９４／１８３１４及びＷＯ９６／３０４８１には同じ酵素のメチオニン残基中１９７位と１５位に相当するＭｅｔを、それぞれ特にＡｌａ、Ｉｌｅ、ＴｈｒとＬｅｕ、Ｔｈｒ、Ａｓｐ、Ｓｅｒ、Ｖａｌ、Ｉｌｅに変える酸化剤耐性と熱安定性が増すと報告されている。しかしながら、これらの変異α−アミラーゼは、いずれも中性〜酸性に至適pHを有する酵素であり、洗浄剤用としては、より至適pHの高いアルカリαアミラーゼが望まれていた。
一方、アルカリα−アミラーゼに対する酸化剤耐性付与技術としては、ＷＯ９６／２３８７３に、α−アミラーゼをコードするＳＥＱ ＩＤ Ｎｏ．１（NCIB12512）を改変した酸化剤耐性変異α−アミラーゼが報告されているのみである。そして、ＷＯ９６／２３８７３によれば、B. licheniformisのα−アミラーゼ等の結果を踏まえ（WO94/18314）、ＮＣＩＢ１２５１２の図２中の２０２位に相当するＭｅｔをＬｅｕ、Ｐｈｅ、Ａｌａ、Ｔｈｒ、Ｖａｌ、Ｓｅｒに置換すると、２００mMのＨ2Ｏ2処理に対して、酸化剤耐性になると記載されている。但し、その酸化耐性は不充分なため、この変異に加えて、Ａｒｇ１８１とＧｌｙ１８２位を欠失させて（Suzuki et al., J. Biol. Chem., 264, 18933-18938, 1989）、さらに安定化したと報告されている。しかしながら、このようにして得られた変異α−アミラーゼの酵素活性の半減期（ｔ1/2）は、前者で１０〜２０分の範囲、後者で１０〜３０分の範囲でしかなく、洗浄剤配合用酵素としては酸化剤耐性及びその持続性のいずれも満足できるものではない。
従って、本発明は、アルカリ側にpHを有し、持続的かつ強力な酸化剤に耐性を有するα−アミラーゼ、その遺伝子、及び当該α−アミラーゼを含有する洗浄剤組成物を提供することを目的とする。
発明の開示
そこで本発明者は液化型アルカリα−アミラーゼの一種でBacillus sp. KSM-AP1378が生産する酵素（WO94/26881）に着目して種々検討してきたところ、配列番号１のアミノ酸配列のうち少なくとも２０２位又はその相同位のメチオニン残基を欠失又は任意の他のアミノ酸残基に置換すれば、従来にない強力かつ持続的な酸化剤耐性を獲得し、かつアルカリ側での優れたアミラーゼ活性を保持した変異α−アミラーゼが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、液化型アルカリα−アミラーゼを構成する配列番号１で示されるアミノ酸配列又は当該配列に対して９５．２％以上の相同性を有するアミノ酸配列における２０２位のメチオニン残基又はその相同位のメチオニン残基が欠失又は任意の他のアミノ酸に置換されている変異α−アミラーゼを提供するものである。
また、本発明は、この変異α−アミラーゼをコードする遺伝子を提供するものである。
また、本発明はこの変異α−アミラーゼを含有する洗浄剤組成物を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
図１〜４は、Bacillus sp. KSM-AP1378産生α−アミラーゼ（KSM-AP1378,KAM）の成熟酵素アミノ酸配列とその他のBacillus属細菌α−アミラーゼの成熟酵素アミノ酸配列との相同性を示す図である。NCIB 12512とNCIB12513はWO95/26397記載のα−アミラーゼ、NCIB12289はDK94/0353（DK94-271）記載のα−アミラーゼ、♯707はBacillus sp. ♯707の生産するα−アミラーゼ、BAAはB. amyloliquefaciens、BSAはB. stearothermophilus、BLAはB. licheniformisがそれぞれ生産するα−アミラーゼ。下記した＊印は全てのα−アミラーゼで相同性があることを示している。
図５はアミノ酸欠失（ΔＲＧ）変異α−アミラーゼの耐熱性とキレート剤（ＥＤＴＡ、ＥＧＴＡ及びゼオライト）耐性を示す図である。●：野生型、〇：ΔＲＧ、△：ΔＲＧ／Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒ。Ａは耐熱性（50mM Tris-HCl、pH8.5中で各温度で30分間処理）、Ｂ−Ｄはキレート剤耐性（50mM Tris-HCl、pH8.5中、各濃度の各種キレート剤存在下で30℃、30分間処理）。
図６は、α−アミラーゼ遺伝子への変異導入と変異α−アミラーゼ遺伝子の枯草菌による菌体外高生産の模式図である。
図７は、α−アミラーゼ遺伝子への変異導入と変異α−アミラーゼ遺伝子の枯草菌による菌体外高生産の模式図である（図６のつづき）。かっこ内の配列解析の部分は図６と重複している。
図８及び図９は、枯草菌で発現させて完全精製したメチオニン２０２位のアミノ酸置換各変異α−アミラーゼのＨ2Ｏ2酸化耐性を示す図である。Ａ：本発明条件下（ＫＡＯ法）、５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH８．５）中２％ Ｈ2Ｏ2で所定時間処理した後の残存活性、Ｂ：ＷＯ９６／２３８７３に記載の条件下（Ｗ法）、ブリットン−ロビンソン緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH９．０）中、２００mM Ｈ2Ｏ2で所定時間比較の為に、Ｂには、ＮＣＩＢ（12512 WO96/23873のSEQ ID No．1）のα−アミラーゼの結果を付記してある（図中、破線）。〇：Ｈ2Ｏ2非存在下で前処理（対照）、●：所定濃度のＨ2Ｏ2で前処理。
図１０及び図１１は、枯草菌で発現させて完全精製したメチオニン２０２位のアミノ酸置換各変異α−アミラーゼのＨ2Ｏ2酸化耐性を示す図である。Ａ：本発明条件下（ＫＡＯ法）、５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH８．９）中５００mM Ｈ2Ｏ2で所定時間処理した後の残存活性、Ｂ：ＷＯ９６／２３８７３に記載の条件下（Ｗ法）、ブリットン−ロビンソン緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH９．０）中、２００mMＨ2Ｏ2で所定時間比較の為に、ＢにはＮＣＩＢ（12512 WO96/23873のSEQ IDNo．1）のα−アミラーゼの結果を付記してある（図中、破線）。〇：Ｈ2Ｏ2非存在下で前処理（対照）、●：所定濃度のＨ2Ｏ2で前処理。
図１２は、枯草菌で発現させて完全精製したΔＲＧ／Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒ変異α−アミラーゼのＨ2Ｏ2酸化耐性を示す図である。Ａ：本発明条件下（ＫＡＯ法）、５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（０．１mM ＣａＣｌ2存在下）（pH８．９）中５００mM Ｈ2Ｏ2で所定時間処理した後の残存活性、○：Ｈ2Ｏ2非存在下で前処理（対照）、●：所定濃度のＨ2Ｏ2で前処理。
図１３は、枯草菌で発現させて完全精製したメチオニン２０２位のアミノ酸置換変異α−アミラーゼのpH−活性曲線である。Ａ：野生型、Ｂ：Ｍｅｔ２０２ Ｔｈｒ。
図１４は、枯草菌で発現させて完全精製したメチオニン２０２位のアミノ酸置換変異α−アミラーゼの温度−活性曲線である。各温度で５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中で５分間反応後、活性を測定した。Ａ：野生型、Ｂ：Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕ。
発明を実施するための最良の形態
本発明の変異α−アミラーゼは、液化型アルカリα−アミラーゼを変異させて得られるものであり、該原料液化型アルカリα−アミラーゼの例としては、本発明者らが先に報告したＷＯ９４／２６８８１記載の野生型液化型アルカリα−アミラーゼ（バチルス エスピー（Bucillus sp.）ＫＳＭ−ＡＰ１３７８（FERM BP-3048（原寄託日1989年７月24日）として、工業技術院生命工学工業技術研究所（あて名：〒305-0046 日本国茨城県つくば市東一丁目３号）にブダペスト条約に基づいて寄託されている）が挙げられる。
本発明の変異α−アミラーゼは、配列番号１で示されるアミノ酸配列を有する液化型α−アミラーゼの少なくとも２０２位のメチオニン残基が欠失又は任意の他のアミノ酸残基に置換されていればよい。ここで、任意の他のアミノ酸残基としては、非酸化性のアミノ酸残基であれば特に限定されないが例えばＴｈｒ、Ｉｌｅ、Ｌｅｕ、Ａｌａ、Ｖａｌ又はＳｅｒが好ましい。
配列番号１の、２０２位のメチオニン残基のみを欠失させるか、他のアミノ酸に置換した本発明の変異α−アミラーゼは、５００mMという高濃度のＨ2Ｏ2存在下であっても活性の半減期（ｔ1/2）は数時間に及ぶ（野生型α−アミラーゼのｔ1/2は約１０〜２０分）ものであり、ＷＯ９６／２３８７３記載の変異α−アミラーゼに比べてその酸化剤耐性及び持続性において格段に優れている。
このように、本発明のＭｅｔ２０２位の非酸化性アミノ酸への置換は強力な酸化剤であるＨ2Ｏ2に対し、高濃度でも耐性を有する。大変おどろく事実は、我々の原料α−アミラーゼアミノ酸配列とＷＯ９６／２３８７３のＮＣＩＢ１２５１２（ＳＥＱ ＩＤＮｏ．１）のそれは、９５．１％の相同性があることである。アミノ酸で異なるのは４８５個の全アミノ酸中２４個にすぎず、α−アミラーゼファミリーでよく保存されているＩ、II、III、IV領域においては０個である。従って、本発明の原料α−アミラーゼの配列はＮＣＩＢ１２５１３（WO95/26397）、ＮＣＩＢ１２２８９（DK1271/94）、Bacillus sp. ♯７０７、B. amyloliquefaciens、 B. stearothermophilus、B. licheniformisとのそれらでは、それぞれ８６．６％、９４．７％、８６．４％、６６．７％、６８．６％及び６８．９％であるので、本発明で用いる原料α−アミラーゼのアミノ酸相同性は配列番号１のアミノ酸配列に対し９５．２％以上が好ましい。
さらに、配列番号１のα−アミラーゼの場合、２０２位のメチオニン残基以外のメチオニン残基、例えば９、１０、１０５、１１６、２０８、２６１、３０９、３８２、４３０及び４４０位のメチオニン残基を欠失、又は他のアミノ酸に置換しても酸化剤耐性は得られないので、これらのメチオニン残基は特に改変する必要がない。また、２０２位のメチオニン残基を他のアミノ酸に置換する場合、Ｔｈｒ、Ｉｌｅ、Ｌｅｕ、Ａｌａ、Ｖａｌ又はＳｅｒへの置換が好ましい。
また、さらに配列番号１の１８１位のアルギニン残基及び１８２位のグリシン残基が欠失したα−アミラーゼは、酸化剤耐性に加えて、熱耐性（キレート剤耐性）も有するので特に好ましい。
また、本発明で用いた原料野生型α−アミラーゼのアミノ酸配列は、B.licheniformisやB. amyloliquefaciens、 B. stearothermophilusなどの工業用α−アミラーゼに較べ元々タンパク工学的には有利な性質を有しており、Ｍｅｔ２０２Ｘ（Ｘは任意のアミノ酸）とＲＧ欠損変異酵素を創成するだけで、飛躍的な抗酸化性と耐熱性（キレート剤耐性）が付与されるので、これらの変異の単独、あるいは組み合わせで工業上、大変有利な性質を有する変異α−アミラーゼが得られる。
本発明の変異α−アミラーゼは、例えば、配列番号１のアミノ酸配列をコードするＤＮＡに部位特異的変異を導入して、変異α−アミラーゼをコードする遺伝子及びこれを含有するベクタープラスミドを得、次いで該プラスミドを用いて宿主を形質転換するか、染色体相同組換えにより形質転換体を得、これを培養することにより製造される。
まず、配列番号１のアミノ酸配列を有する液化型アルカリα−アミラーゼをコードするＤＮＡは、例えば特開平８−３３６３９２号記載の方法に従って得ることができる。
部位特異的変異の方法としては一般的に行なわれている方法であればいずれも採用できるが、例えばClonetech社のTransformer Site-Directed Mutagenesis Kit、TaKaRa社のSite-Directed Mutagenesis System Mutan-Super Express Km Kit等を用いて行なうことができる。
酸化剤耐性変異α−アミラーゼを産生するクローンのスクリーニングは、形質転換体を可溶性澱粉含有培地で培養することにより行なわれる。
次に、本発明方法を実施するにあたって採用する一般的な方法について説明する。
〔染色体ＤＮＡの抽出法〕
上述の菌体から染色体を分離するには、常法、例えばSaito & Miuraの方法（Biochim. Biophys. Acta, 72, 619-629, 1963）に従って行なえば良い。
〔大腸菌へのプラスミドＤＮＡの導入法〕
大腸菌へのプラスミドＤＮＡ導入はコンピテントセル（TaKaRa社）を用いて行なった。尚、アミラーゼ活性形質転換体の選択のために固体ＬＢ培地には０．６％のスターチアズレ（シグマ社製）を添加した。
〔無細胞抽出液及び培養上清液の調製法〕
目的プラスミドＤＮＡを内在した大腸菌をテトラサイクリン（１５μｇ／ml）入りのＬＢ液体培地（５０ml）で１５〜２４時間振とう培養した。培養液を遠心し得られた菌体ペレットを５mlの５０mM Tris-HCl（pH８．０)で懸濁し、菌体懸濁液に対し超音波処理装置を用いて細胞破砕を行なった。細胞破砕液を遠心し得られた上清を無細胞抽出液とした。また、培養後の培養液を遠心分離して得られる上清液を酵素の測定に供した。
〔プラスミドＤＮＡの調製法〕
組換え大腸菌からのプラスミドＤＮＡの調製は常法によりManiatis等の方法（Moleculer Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, NY, U. S. A. 1982）を用いることができる。
〔塩基配列の決定〕
塩基配列の決定は、Maxam-Gilbertの化学修飾法（Methods Enzymol., 65, 499-59, 1980）又はジデオキシヌクレオチド鎖終結法（Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci., U. S. A., 74, 5463-5467, 1977；Smith et al., Nature, London, 321, 674-679, 1986）などを用いて決定することができる。）
〔部位特異的変異の導入法〕
Clontech社のプロトコールに準じて、Transformer Site-Directed Mutagenesis Kit（2nd version）やTaKaRa社のSite-Directed Mutagenesis System Mutan-Super Express Km kitを用いて行なうことができる。
〔アミラーゼ活性測定法〕
各酵素のアミラーゼ活性は３，５−ジニトロサリチル酸法（ＤＮＳ法）で測定した。５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中に可溶性澱粉を含む反応液中、４０℃で１５分間の反応を行なった後、生成した還元糖ＤＮＳ法で定量することによって測定した。酵素の力価は１分間に１μmolのグルコースに相当する還元糖を生成する酵素量を１単位とした。
〔タンパク含量定量法〕
牛血清アルブミンを標準として、Bio-Rad社のProtein Assay Kitを用いて定量した。
〔Ｈ 2 Ｏ 2 酸化耐性度の検定〕
（１）先ず、サンプルのアミラーゼ活性を予め測定しておき、希釈しないで直接ＤＮＳ法で測定できるアミラーゼ酵素濃度の約２倍アミラーゼ酵素濃度まで適当な緩衝液、例えば５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ（pH８．５又は８．９）緩衝液によって希釈しておく。
（２）試験管にカタラーゼ（ベーリンガーマンハイム社，２０mg／mlを５μｌ分注しておく（サンプル数×５本）。
（３）３０％過酸化水素水（和光純薬社）を緩衝液で最終濃度が２００mM又は５００mMとなるように希釈しておく。
（４）スクリューキャップ付き試験管をサンプル数×２本用意し、１本には（１）で調製した希釈酵素液を１mlと、緩衝液１mlを混ぜ合わせた溶液を、もう１本には（１）で調製した希釈酵素液を３ml注入し３０℃又は４０℃に保温した。
（５）（３）で調製した過酸化水素水溶液３mlを４℃で保温している希釈酵素液３ml入りの試験管に添加し素早くよく混ぜ合わせた。過酸化水溶液を添加してから所定時間放置後の反応液を各々７００μｌサンプリングし（２）で用意したカタラーゼ入りの試験管に注入し酸化反応を停止した。注入後は活性測定まで氷中に置いておいた。同時に（４）で３０℃又は４０℃に保温中の過酸化水素水無添加のサンプルも氷中に移動した。
（６）各々のサンプルの残存アミラーゼ活性をＤＮＳ法で測定し、過酸化水素に対する酸化剤耐性を求めた。尚、３０℃又は４０℃の保温のみでアミラーゼ活性が低下しないことを確認するために（５）で氷中に置いた過酸化水素水無添加サンプルのアミラーゼ活性及び（１）で調製した希釈酵素液のアミラーゼ活性も同時に測定した。
かくして得られる本発明変異α−アミラーゼは、酸化剤に対する耐性が極めて高く、かつ持続的であることから酸化剤、漂白剤を含む洗浄剤、澱粉液化・糖化用組成物等の配合成分として有用である。
ここで本発明の洗浄剤には、上記変異α−アミラーゼ以外に、さらに、枝切り酵素（例えばプルラナーゼ、イソアミラーゼ、ネオプルラナーゼなど）、α−グルコシダーゼ、グルコアミラーゼ、プロテアーゼ、セルラーゼ、リパーゼ、ペクチナーゼ、プロトペクチナーゼ、ペクチン酸リアーゼ、パーオキシダーゼ、ラッカーゼ及びカタラーゼから選ばれる１種又は２種以上の酵素を配合することができる。
また、洗浄剤に通常配合されるアニオン界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤等の界面活性剤；二価金属イオン捕捉剤（キレート剤）、アルカリ剤、無機塩、再汚染防止剤、塩素捕捉剤、還元剤、漂白剤、蛍光染料可溶化剤、香料、ケーキング防止剤、酵素の活性化剤、酸化防止剤、防腐剤、色素、青味付け剤、漂白活性化剤、酵素安定化剤、相調節剤等を配合することができる。
洗浄剤の形態は、用途に応じて選択することができ、例えば液体、粉末、顆粒等とすることができる。また、本発明洗浄剤組成物は、衣料用洗浄剤、漂白洗浄剤、自動食器洗浄機用洗浄剤、排水管洗浄剤、義歯洗浄剤等として使用することができるが、特に衣料用洗浄剤、漂白洗浄剤又は自動食器洗浄機用洗浄剤として好適に使用することができる。
実施例
次に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
実施例１
（１）液化型アルカリα−アミラーゼ遺伝子への変異導入。
TaKaRa社のSite-Directed Mutagenesis System Mutan-Super Express Km kit及び２０２位のＭｅｔのコドンを他のアミノ酸のコドンに置換し得る変異導入プライマーを用いて、２０２位のＭｅｔをコードするコドンに対する変異を行なった。
例えば変異導入プライマーとして５′ＴＡＣＣＴＴＣＴＧＴＡＴＧＣＡＧＡＣＡＴＴＧＡＴ３′の２４merを用いると、本配列中７〜９番目に位置するＣＴＧ配列はＬｅｕをコードする配列でアニールする鋳型配列の２０２位ＭｅｔをコードするＡＴＧ配列の位置に相当し、ＡＴＧからＣＴＧへの配列の入れ換わりによりメチオニン残基がロイシン残基に置き換わることになる（以後Met202Leuと略記する）。
本発明でＭｅｔの２０２位に変異導入して酸化耐性となって変異α−アミラーゼタンパクはＭｅｔ２０２Ｌｅｕの他に５種類あり、用いた変異導入プライマーを以下に示す。
▲１▼変異導入用プラスミドベクターｐＫＦ１９Ｋへのα−アミラーゼ遺伝子の導入
α−アミラーゼ高生産用プラスミドｐＨＳＰＬＡＭＹ２上の高発現プロモーター領域から液化型α−アミラーゼ構造遺伝子を含む２．１kb断片をＰＣＲによって増幅しプラスミドｐＫＦ１９ＫのＳｍａＩ部位に挿入した（ｐＫＦ１９ＬＡＭＹと命名）。
▲２▼変異導入ＰＣＲ
リアクションチューブ（０．５ml）に以下の反応液を調製する。反応液組成は鋳型ＤＮＡ（pKF19LAMY）１０ng、セレクションプライマー５pmol、リン酸化済み変異導入プライマー５pmol、１０×LA PCRバッファーII ５μｌ、dNTP混合液（各２．５mM）８μｌ、TaKaRa LA Taq0.5μｌ、計５０μｌ。解離９４℃１分間、アニール５５℃１分間、伸長７２℃３分間を２５サイクル、その後４℃１０分間の条件でＰＣＲを行なった。ＰＣＲ断片精製キット（べーリンガーマンハイム社）によって増幅ＤＮＡを精製し形質転換に用いた。
▲３▼大腸菌ＭＶ１１８４株への導入と変異の確認
大腸菌ＭＶ１１８４コンピテントセル（TaKaRa社）を用い通常のコンピテントセル法でＰＣＲ産物を大腸菌ＭＶ１１８４株（araΔ(lac-proAB)rpsLthi(φ80 lacZΔM15)Δ(srl-recA)306::Tn10(tet r )F’［traD36proAB+ lacIq lacZΔM15）へ導入した。カナマイシン（５０μｇ／ml)を含むＬＢ寒天培地（バクトトリプトン１％、酵母エキス０．５％、塩化ナトリウム１％、寒天１．５％）上に生育してきたコロニー数個からプラスミドＤＮＡを調製し、配列解析を行なって変異を確認した。
（２）酸化剤耐性変異α−アミラーゼのスクリーニング
上述の方法で変異α−アミラーゼを得る目的で、先ず、各形質転換体培養液を１２０００rpm １５分遠心し培養上清を回収した。各培養上清に最終濃度２％となるように過酸化水素水を添加し３０℃で３０分間放置後残存アミラーゼ活性を測定した。また、同時に、過酸化水素水無添加での同条件処理後の各培養上清中のアミラーゼ活性も測定した。
過酸化水素処理後の残存活性を野生型酵素と比較して酸化剤耐性が高いと判断される変異体として１８種が得られた（８５〜１００％活性が残存）。選択された形質転換体１１種から各々の有するプラスミドを調製し配列解析を行なった結果、２０２位のアミノ酸がメチオニン残基から、スレオニン残基（２種）、セリン残基（２種）、バリン残基（２種）ロイシン残基（１種）、イソロイシン残基（３種）、又はアラニン残基（１種）に各々置き換わっていることが明らかとなった。これらは部位特異変異で得られた酸化耐性変異α−アミラーゼと置換されたアミノ酸が符号していた。これらの得られた変異α−アミラーゼ遺伝子又はタンパクを、それぞれＭｅｔ２０２Ｔｈｒ、Ｍｅｔ２０２Ｉｌｅ、Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕ、Ｍｅｔ２０２Ａｌａ、Ｍｅｔ２０２Ｖａｌ、Ｍｅｔ２０２Ｓｅｒと命名した。Ｍｅｔ２０２Ｃｙｓは、酵素を完全精製して混液すると白濁して沈澱した。おそらく、酵素分子間でジスルフィドを結合して不溶化したと思われる。
（３）大腸菌で発現させた培養液を遠心分離して得られた変異α−アミラーゼ（上清）を６０％硫安で沈澱させて、透析した後、ＤＥＡＥ−Ｔｏｙｏｐｅｒ１６５０Ｓのカラムの非吸着部分を濃縮した標品について、酸化剤（Ｈ2Ｏ2）耐性を確認した結果、Ｍｅｔ２０２Ｃｙｓを除く変異α−アミラーゼは、５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中で１〜３％のＨ2Ｏ2存在下で３０℃、３０分間処理した後でも７５％以上の残存活性があった。
（４）同様にして適当な下記のプライマーを用いてその他のメチオニン残基、すなわち９、１０５、１１６、３８２及び４３０位のＭｅｔを適当なアミノ酸に置換した。
５′ＧＣＡＧＡＣＡＴＴＧＡＴＴＡＴＧＡＴＣＡＴＣＣＡＧＡＡ３′を合成し、Ｍｅｔ２０８Ｔｙｒを調製した。
ところで公知のSuzuki et al. （J. Biol. Chem.,264, 18933-18938, 1989）の報告、すなわち特異的なアルギニン−グリシンの２アミノ酸欠失が我々のα−アミラーゼでも再現されれば、酸化剤耐性のみならず、熱安定性が上昇することが期待される。そこで、野生型の当該α−アミラーゼ遺伝子及びＭｅｔ２０２Ｔｈｒ変異を有するα−アミラーゼ遺伝子の、Suzukiらの報告に相当する１８１位アルギニンと１８２位グリシンを、以下の変異導入プライマーを用いて欠失させることによって、２種類の欠失変異α−アミラーゼ（以下それぞれ、ΔＲＧ及びΔＲＧ／Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒと略する）を創製した。
ΔＲＧ：５′ＡＡＡＡＴＡＴＡＴＡＡＡＴＴＣ（ＡＧＡ）（ＧＧＴ）ＡＣＣＧＧＡＡＡＧＧＣＡＴＧＧＧＡＣＴＧＧ３′（カッコ内は除いた塩基を示す）
前記の変異プラスミドを大腸菌で発現させた後精製し、Ｈ2Ｏ2に対する酸化耐性を調べた結果を表１に示す。
（５）上記の如くして得られた７種類の高濃度Ｈ2Ｏ2酸化耐性変異α−アミラーゼの大量培養を行なった。変異遺伝子をB. subtilisＩＳＷ１２１４株（LeuA8metB5 hsdM1）にプロトプラスト法（Chang & Cohen, Mol. Gen. Genet., 168, 111-115, 1979）により形質転換し（図６及び図７参照）、コーンスティープリカー，４％；トリプトース，１％；肉エキス，１．０％；リン酸第１カリウム，０．１％，ＭｇＳＯ4，ＮＨ2Ｏ，０．０１％，マルトース２％；ＣａＣｌ2，０．１％；テトラサイクリン，１５μｇ／mlを含有する液体培地で３０℃で３日間、坂口フラスコ中で培養した。得られた培養上清液を硫安分画（〜６０％飽和）して１０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH７．５；２mM ＣａＣｌ2を含む）で一昼夜透析した。透析後、同じ緩衝液で平衡化したＤＥＡＥ−Toyopearlカラムに添着させ、通過させた後、この溶液を上述の緩衝液で平衡化したＣＭ−Toyopearlカラムに添着すると吸着し、ＮａＣｌで連続勾配によって、目的の酵素が溶出された。この溶出液をＰＭ−１０メンプランフィルター（アミコン社）上で濃縮した後、上述の緩衝液で透析することによって完全精度標品が得られた。得られた標品の全てが、ＳＤＳ−電気泳動（Laemmli, Nature, London, 227, 680-685, 1970）で単一バンドを与え、分子量も全て約５５ＫＤａと決定された。
得られた各変異α−アミラーゼの完全精製標品を２％（588mM）のＨ2Ｏ2を含む５０mMトリス緩衝液（pH８．５）中、３０℃でインキュベートした後、残存するアミラーゼ活性を測定することによって、酸化剤耐性度を検定した（ＫＡＯ法）。その結果、図８〜図１２に示すように野生型α−アミラーゼやΔＲＧの活性は速やかに低下したが、各変異α−アミラーゼは１時間のインキュベート後に於いても８０％以上の高い残存活性を示した。また、Ｈ2Ｏ2濃度を２Ｍまで高めた条件（30℃、30分処理）に於いても、各変異α−アミラーゼは高い残存アミラーゼ活性を発揮し、極めて高い酸化剤性能を獲得していることが明らかになった。一方、ＷＯ９６／２３８７３に於いて、酸化剤耐性が向上した変異アミラーゼが開示されているが、これらは２００mMのＨ2Ｏ2と０．１mM ＣａＣｌ2を含む５０mMブリットン緩衝液（pH９．０）中、４０℃、２０分間の処理（Ｗ法）によって４３〜２０％の残存活性を示すとされている。本発明の変異α−アミラーゼの酸化剤耐性度をこのＷ法を用いて検定したが、１時間の処理後にも８０％以上の残存活性を示し（図８〜図１２）、ＷＯ９６／２３８７３の変異酵素に比べて極めて高い酸化剤耐性を獲得していることが明らかになった。
得られた変異α−アミラーゼのタンパク含量を前記の方法により測定し、その比活性を算出した。その結果、野生型が４０００−５５００であるのに対し、Ｍｅｔ２０２Ｓｅｒが７００−７５０、Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒが２２００−２４００、Ｍｅｔ２０２Ｖａｌが１１００−１４００、Ｍｅｔ２０２Ａｌａが１３５０−１５００、Ｍｅｔ２０２Ｃｙｓが１４５０−１６００、Ｍｅｔ２０２Ｉｌｅが１６００−１８００、Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕが１６００−２０００、ΔＲＧが３５００−４５００、ΔＲＧ／Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒで２０００−２５００、ＮＣＩＢ１２５１２、ＮＣＩＢ１２５１３及びＮＣＩＢ１２２８５が４０００−４５００、B. licheniformisが約１３００（それぞれ単位／mgタンパク）であった。
実施例２
得られたＨ2Ｏ2酸化耐性変異アミラーゼＭｅｔ２０２ＬｅｕとＭｅｔ２０２Ｔｈｒを１０mM ＴＥＡＤ／２０mM ＮａＢＯ4の漂白系で５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中、４０℃で１時間保持した。処理後の残存アミラーゼ活性を測定したところ、野生型（非変異α−アミラーゼ）が、ほぼ完全失活したにもかかわらず、Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕで７７％、Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒで８０％の活性を保持していた。
実施例３
造粒化したＭｅｔ２０２ＴｈｒをＡ社の超コンパクト洗剤中に５％（Ｗ／Ｖ）配合した後、４０℃相対湿度８０％の保存庫で４週間保存した。造粒品をひろい出し、２mMのＣａＣｌ2を含む５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）に溶解した後、遠心分離（１２０００×ｇ，２０分間）して得られる上清液の残存アミラーゼ活性を測定した。野生型とＭｅｔ２０２Ｔｈｒの処理前の比活性をそれぞれ１００とした場合、残存活性は、前者で５５％、後者で８８％であった。
実施例４
B. subtilisＩＳＷ２１４を宿主として発現させ、菌体外に生産された組換えα−アミラーゼ、Ｍｅｔ２０２Ｌｅｕ、Ｍｅｔ２０２Ｉｌｅ、Ｍｅｔ２０２Ｔｈｒ、Ｍｅｔ２０２Ｖａｌ、Ｍｅｔ２０２Ｃｙｓ、Ｍｅｔ２０２Ａｌａ、Ｍｅｔ２０２Ｓｅｒ、野生型α−アミラーゼ及びΔＲＧを前記の手法を用いて精製した。その精製品についてＳＤＳ−電気泳動を行なうと、それぞれ単一バンドとして検出され、分子量は約５５ＫＤａと算出された。それぞれの収率は４０〜６０％の範囲であった。
参考例１
得られた酸化剤耐性変異α−アミラーゼのpH−活性曲線を、ブリットン−ロビンソン広域緩衝液と、各種類を組み合わせた緩衝系（各々５０mM）で調べた。その一例として、各種緩衝液系でのＭｅｔ２０２Ｔｈｒの結果を図１３に示したが、いずれの緩衝系を用いてもそのpH−活性曲線は野生型のそれとほぼ同じ型を示した。
参考例２
得られた酸化剤耐性変異α−アミラーゼＭｅｔ２０２Ｔｈｒの温度−活性曲線を５０mM Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（pH８．５）中で調べた（反応時間は５分間）。その結果の一例を図１４に示す。
産業上の利用可能性
本発明の特異α−アミラーゼは、至適pHがアルカリ側にあり、優れたα−アミラーゼ活性を有し、酸化剤に対する耐性が高く、かつ持続するので、特に漂白剤や酸化剤の配合された洗浄剤や澱粉液化・糖化用組成物の配合成分として有用である。
配列表
配列番号：１
配列の長さ：４８５
配列の型：アミノ酸
トポロジー：直鎖状
配列の種類：ペプチド
配列
Claims (4)
- 液化型アルカリα−アミラーゼを構成する配列番号１で示されるアミノ酸配列における２０２位のメチオニン残基が、Ｔｈｒ、Ｉｌｅ、Ｌｅｕ、Ａｌａ、Ｖａｌ又はＳｅｒに置換されている変異α−アミラーゼ。
- さらに１８１位のアルギニン残基及び１８２位のグリシン残基が欠失したものである請求項１記載の変異α−アミラーゼ。
- 請求項１又は２記載の変異α−アミラーゼをコードする遺伝子。
- 請求項１又は２記載の変異α−アミラーゼを含有する洗浄剤組成物。
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