JP4198261B2 - Novel esterolytic enzyme - Google Patents

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JP4198261B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規なエステル分解酵素、その遺伝子並びにその生産方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
エステル分解酵素は、種々の微生物に広く分布する酵素であり、エステル結合を分解する。中でも、リパーゼはトリグリセリドをモノ−及びジ−グリセリドと脂肪酸とに分解するだけでなく、非水溶媒系でエステル交換反応、エステル化反応等を触媒する。非水溶媒系におけるこのような反応は有機合成には非常に有用であることから、エステル分解酵素(特にリパーゼ)が種々の工業生産プロセスに用いられるようになってきており(Andreeら、J. Appl. Biochem. 2: 218-219 (1980)及びBlokingら、Trends Biotechnol. 9: 360-363 (1991))、パーム油のエステル交換反応によるカカオ代用脂の製造に利用されている。
【0003】
他方で、エステル分解酵素(リパーゼ)の基質特異性を利用して、油脂あるいは種々の薬剤を改変し、新たな付加価値を持たせる研究も進展しつつある。例えば、脂質は人体内では、2−モノグリセリドの状態で吸収されることから、トリグリセリドの2位に一定の機能を有する置換基を導入できれば、パーム油等の油脂を機能性食品に変換することができる。
【0004】
しかし、一般に、エステル分解酵素(リパーゼ)はエステル結合近傍の官能基により著しく影響を受け、官能基が嵩高い場合には、加水分解されにくいという問題がある。
【0005】
そこで、近傍に嵩高い官能基を有するエステルに対しても特異性の高いエステル分解酵素(リパーゼ)が求められている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、近傍に嵩高い官能基を有するエステルに対しても特異性の高いエステル分解(リパーゼ)活性を有する酵素を提供することを目的とし、その酵素の遺伝子を単離して、大量生産可能とすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この目的は、以下の性質を有する酵素を提供することにより達成される。すなわち、本発明は、オレイルベンゾエート及びp−ニトロフェニルベンゾエートを加水分解する酵素であって、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有する、エステル分解酵素に関する。この配列を有する酵素と同一の酵素はホモロジー検索では見つからず、新規である。
【0008】
また、本発明は、配列番号1に記載のアミノ配列において、1又は2以上のアミノ酸の置換、欠失、または挿入を有し、かつ、配列番号1のアミノ酸配列を有する酵素よりも高いオレイルベンゾエート加水分解活性及びp−ニトロフェニルベンゾエート加水分解活性を有する、エステル分解酵素に関する。
【0009】
さらに、本発明は、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するエステル分解酵素をコードする遺伝子に関する。
【0010】
好ましい実施態様では、前記エステル分解酵素をコードする遺伝子が配列番号1に記載のDNA配列を有している。
【0011】
また、本発明は配列番号1の配列において、1又は2以上のアミノ酸の置換、欠失、または挿入を有し、かつ、配列番号1の酵素よりも高いオレイルベンゾエート加水分解活性及びp−ニトロフェニルベンゾエート加水分解活性を有するエステル分解酵素をコードする遺伝子にも関する。
【0012】
さらに、本発明は、上記エステル分解酵素をコードする遺伝子を有する、エステル分解酵素の発現ベクター、そのベクターで形質転換された細胞、及びその形質転換細胞を培養する工程を含む、オレイルベンゾエート及びp−ニトロフェニルベンゾエートを加水分解するエステル分解酵素の製造方法に関する。
【0013】
本発明の、特定のアミノ酸配列あるいはその類似配列を有する酵素は、エステル結合近傍で嵩高い官能基を有する化合物の合成、新機能付与等の用途に用いられる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明のエステル分解酵素は、配列番号1に記載のアミノ酸配列及びその類似配列を有しているが、このような酵素は、実施例で詳しく記載するが、まず、嵩高い基質であるオレイルベンゾエート(以下、OBという。)を唯一の炭素源として生育する微生物を選択し、ついで、p−ニトロフェニルベンゾエート(以下、pNPBという)を分解し得る微生物をスクリーニングし、得られた微生物が生産する酵素を精製してアミノ酸配列を決定するか、あるいは、得られた微生物から、この酵素をコードする遺伝子を選択し、アミノ酸配列を決定することにより得られる。遺伝子組換え技術が一般的な技術となった現在では、後者の方法が、通常用いられる。
【0015】
OB及びpNPBのエステル分解酵素は、入手可能な寄託機関に保存されている菌株あるいは土壌サンプルから、スクリーニングすることにより得られる。例えば、OBを唯一の炭素源とするスクリーニング培地で集積培養し、生育した株をさらに同じ培地で培養して生育を確認する。培養後、OBをβ−サイクロデキストリンで乳化させた寒天培地に塗布し、クリアゾーン形成能を有する株を選択する。ついで、pNPBの分解活性を測定して、目的の酵素を有する微生物が選択できる。
【0016】
目的の酵素の遺伝子は、例えば、ショットガンクローニングで選択できる。選択した微生物を培養し、ゲノムを常法により抽出し、適切な制限酵素で切断し、適切なプラスミド、例えば、pBR322、pUC110、pUC18、pUC19等に組み込だ発現ベクターを適切な宿主(例えば、E.coli、酵母、バシラス等)に導入(例えば、形質転換、エレクトロポレーション等)し、選択マーカー(例えば、アンピシリン、カナマイシン等)を含み、かつ、OBを唯一の炭素源とする寒天培地でのクリアゾーン形成能をスクリーニングすることにより、OB分解活性を有する形質転換株が得られる。
【0017】
得られた形質転換株に所望の酵素活性があることを確認し、プラスミドを抽出して、組み込まれた遺伝子を回収し、塩基配列を決定することにより、アミノ酸配列が決定される。この遺伝子を有するベクター(プラスミド)を培養することにより、目的の酵素が大量に生産される。
【0018】
なお、いったんアミノ酸配列もしくは塩基配列が同定されたら、その塩基配列に1又は2以上の塩基の置換、欠失、及び付加により、容易に蛋白質を改変し、改変前の酵素と比較して活性の高い酵素を得ることができるが、これも本発明の範囲内にある。
【0019】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこの実施例に限定されない。
【0020】
目的の酵素を生産する微生物としては、Acinetobacter属に属する微生物が挙げられ、例えば、本発明者等が単離した、Acinetobacter calcoaceticus subsp. antiratus KM109株(工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託され、寄託番号がFERM P−17224である:以下、単にKM109株という。)が挙げられる。以下、まず、目的の酵素を生産する株をスクリーニングする方法について記載し、ついで、この株からの遺伝子の単離と同定について記載する。
【0021】
(OBとpNPBとを加水分解する酵素を生産する微生物のスクリーニング)
A:基質の合成
本発明に用いた酵素の基質OBとpNPBは、以下の方法で合成した。
【0022】
(OBの合成)
オレイルアルコール43.5g(Mw.268.48、0.162mol)、トリエチルアミン16.4g(Mw. 101.19、0.162mol)、4−ジメチルアミノピリジン0.59g(Mw.122.17、0.0048mol)および溶媒としてヘキサン300mlに氷点下、よく攪拌しながら塩化ベンゾイル25.0g(Mw.140.57、0.178mol)を滴下した。滴下終了から2時間経過した後、徐々に室温に戻し、一晩反応させた。反応終了後、シリカゲル300gを用いたクロマトグラフィーにより、ヘキサン8Lで溶出して精製した。生成物の純度はTLC上で展開後(ヘキサン:酢酸エチル=9.1)、UV吸収(San Gabriel、CA91778 U.S.A.、UVG-54)、KMnO発色で確認し、生成物はH-NMR(HITACHI R-24B)、IR(HORIBA FT-210-IR)で、その構造を確認した。
【0023】
(pNPBの合成)
p−ニトロフェノール4.7g(Mw.139.11、0.0338mol)、ピリジン5.0ml(0.0618mol)、4‐ジメチルアミノピリジン0.21g(Mw.140.57、0.00149 mol)および溶媒としてヘキサン150 ml、ベンゼン50 mlに氷点下、よく攪拌しながら塩化ベンゾイル5.0 g(Mw.140.57、0.0356mol)を滴下した。滴下終了から2時間経過した後、徐々に室温に戻し、一晩反応させた。反応終了後、TLC 上で展開後(ヘキサン:酢酸エチル=20:1)、UV吸収で生成物の確認し、生成物はH-NMR(HITACHI R-24B)、IR(HORIBA FT-210-IR)で、その構造を確認した。
【0024】
B.pNPB加水分解活性の測定
pNPBの加水分解活性の測定は、以下のように行った。
50mM リン酸カリウム(KPB、pH6.5)、2.5mM pNPB、5%アセトニトリル、酵素を含む3mlの反応液を、予め、37℃に加温しておき、これにドライアセトニトリルに溶解したpNPB(50mM)150μ1を加えることによって反応を開始した。エタノールを3ml加えて反応を停止し、生成したp−ニトロフェノール量を、400nmにおける吸光度(ε400nm=11、670)から求めた。1分間に1μmolのp−ニトロフェノールを生成する酵素量を1ユニットと定義した。
【0025】
C.スクリーニング
大阪府下より得られた土壌・水サンプルを、0.5%(NHSO、0.1%KHPO、0.05% MgSO、0.5%NaCl、及び1.0%OBを含む3mlの液体培地(pH7.2)に植菌し、30℃、48時間集積培養を行った。培地が白濁したものは、その1%を2度、同じ培地に植え継いだ後、上記培地に、0.2% β‐サイクロデキストリン(日本食品加工株式会社)を加え、よく攪拌してOBを乳化させ、1.5%の寒天を添加した固型培地で生育させ、30℃、7日間培養した。培養2日目での生育状態と、7日目でのOBを分解することによって生じるクリアゾーンの形成能を見た。
【0026】
明瞭なクリアゾーンを形成した菌株を選択し、500ml容坂口フラスコを用いてOB 0.5%を含むLB培地(50ml)で30℃、120s.p.m, 46時間培養し、遠心分離(5,500×g、10分、4℃)により、菌体と培養上清を得た。菌体は、1mM MgClを含むKPB(50mM、pH6.5)に懸濁後、30秒×2回超音波(海上電機(株)、4280型振動子)で破砕した。これを、再度遠心分離(12、000×g、20分、4℃)して破砕菌体を取り除き、細胞抽出液を得た。pNPBを基質として、この細胞抽出液と培養上清液の加水分解活性の測定を行った。
【0027】
このスクリーニングにおいて、pNPBに高い活性を示した株を選択し、さらに、pNPA、pNPBおよびOBを基質としてスクリーニングした。なお、pNPAは、p−ニトロフェニルアセテートであり、東京化成工業(株)から購入し、pNPBと準じた方法で、活性を測定した。
【0028】
この中から、KM109株を単離したが、この株が生産する酵素は、pNPB活性がpNPA活性よりも3倍以上も高く、嵩高い基質に対して作用すことができると考えられたからである。そこで、まず、この株を同定し、ついで、この株を用いてエステル分解酵素遺伝子を単離した。
【0029】
(KM109株の同定)
KM109株の菌学的性質を以下に示す。
【0030】
A. 形 態
(1)細胞の形 球桿菌
(2)細胞の大きさ 0.9-1.6×1.5-2.5μm
(3)運動性の有無 −
(4)胞子の有無 −
(5)グラム染色 −
(6)抗酸性染色 −
【0031】
B.各培地における生育状態
(1)標準寒天平板培養 薄茶色、光沢あり、スム−ズ、正円
(2)標準寒天斜面培養 薄茶色、光沢あり、スムーズ
(3)標準液体培養 上層部がやや濃く、液面に薄い被膜
(4)標準ゼラチン穿刺培養 穿刺線に沿って弱い発育、液化は見られず
(5)リトマスミルク 変化なし
【0032】
C.生理学的性質
(1)硝酸塩の還元性 −
(2)脱窒反応 −
(3)メチルレッド試験 −
(4)アセチルメチルカルビノールの生成 −
(5)インドールの生成 −
(6)硫化水素の生成 −
(7)澱粉の加水分解 −
(8)クエン酸の利用 +
(9)無機窒素源の利用 硝酸塩: + アンモニウム塩:+
(10)色素の生成 −
(11)ウレアーゼ活性 −
(12)オキシターゼ活性 −
(13)カタラーゼ活性 +
(14)生育の範囲
pH 4.0 −、 4.5 +、 7.0 +、
9.5 +、 10.0 −
温度 37℃ +、 41℃ +、 45℃ −
(15)酸素に対する態度 好気性
(16)ジオキシアセトンの生成 −
(17)馬尿酸の分解 +
(18)アミノ酸の分解 リジン −、 アルギニン −、オルニチン −
(19)フェニルアラニンの脱アミノ −
(20)温度抵抗性(85℃、10分) −
(21)塩化ナトリウムの耐性 2.0% +、 5.0% −、
7.0% −、 10% −
(22)サブロウ寒天培地の生育 +
(23)0.001%リゾチーム培地の生育 +
(24)チロシンの分解 −
(25)クエン酸・アンモニウム寒天 −
でのアルカリ産生
(26)カゼインの分解性 −
(27)ゼラチンの分解性 −
(28)嫌気性培地における発育性 −
(29)マッコンキ一培地生育性 +
(30)レシチナ一ゼ反応 −
(31)VP培地におけるアルカリ産生能 −
(32)糖類の利用と生酸性
L−アラビノース +
D−キシロース +
D−グルコース +
D−マンノース +
D−フラクトース −
D−ガラクトース +
麦芽糖 −
しょ糖 −
乳糖 +
トレハロース −
D−ソルビット −
D−マンニット −
イノシット −
グリセリン −
デンプン −
メリビオース +
サリシン −
エタノール +
(33)SS寒天での生育 −
(34)KCN培地での生育 +
(35)ONPC −
(36)DNase −
【0033】
以上の菌学的性質から、単離した株はアシネトバクター・カルコアセチカス(Acinetobacter calcoaceticus subsp. antiratus)と同定された。
【0034】
(本発明の酵素遺伝子の単離と塩基配列の決定)
得られたKM109株をLB培地で培養し、Rao等の方法(Raoら、Method Enzymol. 153, 166-198(1987))に従ってゲノムDNAを抽出した。ゲノムDNAを制限酵素EcoRIで切断し、EcoRIで切断したベクターpUC19(宝酒造株式会社から購入)に連結後、E.coli DH5αを形質転換し、アンピシリン、X-gal、IPTGを含むLB培地上のカラーセレクションにより白色コロニー(形質転換体)を選択した。
【0035】
まず、得られた白色コロニーのトリブチリン(tributyrin)分解活性をスクリーニングした。上記で選択した白色コロニーをトリブチリン培地に移し、37℃で1〜2日培養後、4℃で約一週間保存した。このうち、クリアゾーンを形成したものを再びトリブチリン培地に移し、確実にクリアゾーンを形成する56コロニーを取得した。
【0036】
次に、基質としてpNPBを用い、pNPB分解活性を有する形質転換株をスクリーニングした。まず、上記56コロニーをLB+1%ノイゲン寒天培地に植菌し、37℃で一晩培養後、4℃で一日保存した。次に、1M KPBバッファー(pH7.5)150μl、及び50mM pNPB(アセトニトリル溶液)150μlをソフトアガー(0.7%アガー、3ml)に加え、よく攪拌した後、上記保存プレートに重層した。37℃で一日培養して、菌体周辺の培地が黄変し、クリアゾーンを形成した株をpNPB加水分解活性株として選択した。6コロニー(KE1、KE3、KE10、KE31、KE32、KE33)が選択された。
【0037】
これらのコロニーが保持するプラスミドを抽出し、制限酵素切断パターンで比較した結果、6コロニーのうち、KE1,KE10,KE32,KE33の4コロニーは同一の断片(1.2kbp)を持つことが判明し、KE32株由来のプラスミドをpKE32と命名した。KE3が保持するプラスミド(pKE3)上の断片(1.6kbp)は、pKE32上の挿入断片とほぼ重複するが、さらに約400bpのEcoRI断片を余分に持つていた。そこで、3種のKE3、KE31及びKE32のpNPB活性を確認した。
【0038】
(pNPB加水分解活性の確認)
KE3、KE31、KE32及びコントロールとしてpUC19について、pNPB分解活性を吸光度測定によって確認した。まず、アンピシリン50μg/mlを含むLB液体培地3mlに形質転換株を植菌し、37℃、16時間、120s.p.m.で培養した。この培養液3mlをアンピシリン50μg/mlとOB 5%とを含むLB液体培地250mlに、接種し、37℃、47時間、170s.p.m.で培養した。遠心により集菌し、菌体1g当たり10mlの50mM KPBバッファ−(pH6.5)に懸濁し、超音波破砕(30秒×4、4℃)によって酵素液を調製した。
【0039】
pNPB分解反応は、酵素液10μl、KPBバッファ−(pH6.5)465μlを加えた試験管に、50mM pNPB 25μlを添加し、37℃、10分間行った。反応を、エタノール500μlを加えて停止し、400nmでの吸光度測定結果から活性を算出した。KE3では7.68×10- units/ml、KE31では2.45×10-2units/ml、KE32では1.24units/ml、pUC19では1.39×10-2units/mlであった。
【0040】
KE3のOB加水分解能を、液体クロマトグラフィーによって測定した。加水分解反応は、酵素液5mlに対しOB 100μlを添加し、50mlバイアル中で37℃、170s.p.m. 18時間行った。反応液1mlに酢酸エチル2mlを加えて反応を停止した。酢酸エチル層を抽出し、エバポレーション後アセトニトリル200μlに溶解し、このうち10μlをHPLCにかけた。オレイルアルコールにより検量線を作製し、生成したオレイルアルコールの量で活性を測定した。カラムは、CAPCELPAK C18SG120(資生堂)を用い、溶媒として95%アセトニトリル(0.5%TFA)を用いて、波長210nmで測定したところ、オレイルアルコールの保持時間は12分であった。HPLCの結果より酵素活性を算出したところ、KE3では、8.70 nmoles/h(18時間反応液1mlあたり)であった。
【0041】
クローンKE3、KE31、KE32の活性比較より、KE32が最大のpNPB分解活性を持つことが判明したが、pKE3上の断片がより広い領域をカバーしていると推定されたため、pKE3、pKE32両者の塩基配列を決定した。構造遺伝子の配列及び推定アミノ酸配列は、配列番号1に記載の通りである。
【0042】
このアミノ酸配列と同一の配列は、ホモロジー検索の結果、発見されず、この配列を有する酵素は新規であることが確認された。
【0043】
【発明の効果】
本発明により、嵩高い基質を加水分解するのに有用な酵素、その構造遺伝子が」提供される。これにより、医薬品の中間原料に必要な光学活性な物質の製造等に有用であると考えられる酵素が大量に供給され得る。
【0044】
【配列表】

Figure 0004198261
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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel esterolytic enzyme, a gene thereof, and a production method thereof.
[0002]
[Prior art]
An esterolytic enzyme is an enzyme widely distributed in various microorganisms and degrades an ester bond. Among them, lipase not only decomposes triglycerides into mono- and di-glycerides and fatty acids, but also catalyzes transesterification and esterification reactions in a non-aqueous solvent system. Since such reactions in non-aqueous solvent systems are very useful for organic synthesis, esterolytic enzymes (particularly lipases) have been used in various industrial production processes (Andree et al., J. Biol. Appl. Biochem. 2: 218-219 (1980) and Bloking et al., Trends Biotechnol. 9: 360-363 (1991)), have been used for the production of cocoa substitutes by transesterification of palm oil.
[0003]
On the other hand, research is being advanced to modify fats and oils or to add new added value by utilizing the substrate specificity of esterase (lipase). For example, lipids are absorbed in the human body in the form of 2-monoglycerides, so if a substituent having a certain function can be introduced at the 2-position of triglycerides, oils such as palm oil can be converted into functional foods. it can.
[0004]
However, in general, an esterolytic enzyme (lipase) is significantly affected by a functional group in the vicinity of an ester bond, and there is a problem that hydrolysis is difficult when the functional group is bulky.
[0005]
Therefore, a highly specific esterase (lipase) is required even for an ester having a bulky functional group in the vicinity.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an enzyme having a highly specific esterolytic (lipase) activity even for an ester having a bulky functional group in the vicinity, and the enzyme gene can be isolated and mass-produced. It aims to be.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
This object is achieved by providing an enzyme having the following properties. That is, the present invention relates to an enzyme that hydrolyzes oleyl benzoate and p-nitrophenyl benzoate, and has an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. An enzyme identical to the enzyme having this sequence is not found by homology search and is novel.
[0008]
In addition, the present invention provides an oleyl benzoate having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 having one or more amino acid substitutions, deletions or insertions, and higher than an enzyme having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. The present invention relates to an esterolytic enzyme having hydrolytic activity and p-nitrophenylbenzoate hydrolytic activity.
[0009]
Furthermore, the present invention relates to a gene encoding an esterolytic enzyme having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
[0010]
In a preferred embodiment, the gene encoding the esterolytic enzyme has the DNA sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
[0011]
In addition, the present invention provides an oleyl benzoate hydrolysis activity and p-nitrophenyl having a substitution, deletion, or insertion of one or more amino acids in the sequence of SEQ ID NO: 1 and higher than the enzyme of SEQ ID NO: 1. It also relates to a gene encoding an esterolytic enzyme having benzoate hydrolyzing activity.
[0012]
Furthermore, the present invention provides an oleyl benzoate and p-, comprising an esterolytic enzyme expression vector having a gene encoding the above esterolytic enzyme, a cell transformed with the vector, and a step of culturing the transformed cell. The present invention relates to a method for producing an esterolytic enzyme that hydrolyzes nitrophenylbenzoate.
[0013]
The enzyme having a specific amino acid sequence or a similar sequence of the present invention is used for synthesizing a compound having a bulky functional group near an ester bond, imparting a new function, or the like.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The esterolytic enzyme of the present invention has the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 and its similar sequence. Such an enzyme is described in detail in Examples, but first, oleyl benzoate, which is a bulky substrate, is used. (Hereinafter referred to as OB) as a sole carbon source, a microorganism that grows is selected, and then a microorganism capable of degrading p-nitrophenylbenzoate (hereinafter referred to as pNPB) is screened, and an enzyme produced by the obtained microorganism Is purified and the amino acid sequence is determined, or the gene encoding this enzyme is selected from the obtained microorganism and the amino acid sequence is determined. At present, when the gene recombination technique has become a general technique, the latter method is usually used.
[0015]
OB and pNPB esterolytic enzymes can be obtained by screening from strains or soil samples stored in an available depository. For example, the cells are accumulated and cultured in a screening medium containing OB as a sole carbon source, and the grown strain is further cultured in the same medium to confirm the growth. After culture, OB is applied to an agar medium emulsified with β-cyclodextrin, and a strain having a clear zone forming ability is selected. Subsequently, the microorganism having the target enzyme can be selected by measuring the degradation activity of pNPB.
[0016]
The gene of the target enzyme can be selected, for example, by shotgun cloning. The selected microorganism is cultured, the genome is extracted by a conventional method, cleaved with an appropriate restriction enzyme, and an expression vector incorporated into an appropriate plasmid, for example, pBR322, pUC110, pUC18, pUC19, or the like is used in an appropriate host (for example, E. coli, yeast, Bacillus, etc.) (for example, transformation, electroporation, etc.), containing a selectable marker (eg, ampicillin, kanamycin, etc.) and an agar medium containing OB as the sole carbon source By screening for the ability to form a clear zone, a transformed strain having OB degrading activity can be obtained.
[0017]
The amino acid sequence is determined by confirming that the obtained transformant has the desired enzyme activity, extracting the plasmid, recovering the incorporated gene, and determining the base sequence. By culturing a vector (plasmid) having this gene, the target enzyme is produced in large quantities.
[0018]
Once the amino acid sequence or base sequence has been identified, the protein can be easily modified by substitution, deletion, or addition of one or more bases to the base sequence, and the activity is higher than that of the enzyme before modification. High enzymes can be obtained, which are also within the scope of the present invention.
[0019]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated, this invention is not limited to this Example.
[0020]
Examples of microorganisms that produce the target enzyme include microorganisms belonging to the genus Acinetobacter. For example, the Acinetobacter calcoaceticus subsp. Antiratus KM109 strain isolated by the present inventors (deposited at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) The deposit number is FERM P-17224: hereinafter simply referred to as KM109 strain). Hereinafter, a method for screening a strain producing the target enzyme will be described first, and then isolation and identification of a gene from this strain will be described.
[0021]
(Screening of microorganisms producing enzymes that hydrolyze OB and pNPB)
A: Substrate synthesis The substrates OB and pNPB of the enzyme used in the present invention were synthesized by the following method.
[0022]
(Synthesis of OB)
43.5 g (Mw.268.48, 0.162 mol) of oleyl alcohol, 16.4 g (Mw. 101.19, 0.162 mol) of triethylamine, 0.59 g (Mw.122.17, 0.0048 mol) of 4-dimethylaminopyridine and 300 ml of hexane as a solvent under freezing Then, 25.0 g of benzoyl chloride (Mw. 140.57, 0.178 mol) was added dropwise. After 2 hours from the end of dropping, the temperature was gradually returned to room temperature and allowed to react overnight. After completion of the reaction, the product was purified by chromatography using 300 g of silica gel, eluting with 8 L of hexane. The purity of the product was confirmed by TLC (hexane: ethyl acetate = 9.1), UV absorption (San Gabriel, CA91778 USA, UVG-54), KMnO 4 color development, and the product was 1 H-NMR (HITACHI R -24B), IR (HORIBA FT-210-IR) confirmed the structure.
[0023]
(Synthesis of pNPB)
p-Nitrophenol 4.7g (Mw.139.11, 0.0338mol), pyridine 5.0ml (0.0618mol), 4-dimethylaminopyridine 0.21g (Mw.140.57, 0.00149mol) and hexane 150ml, benzene 50ml below freezing point While stirring well, 5.0 g (Mw. 140.57, 0.0356 mol) of benzoyl chloride was added dropwise. After 2 hours from the end of dropping, the temperature was gradually returned to room temperature and allowed to react overnight. After completion of the reaction, development on TLC (hexane: ethyl acetate = 20: 1), the product was confirmed by UV absorption, and the product was 1 H-NMR (HITACHI R-24B), IR (HORIBA FT-210- IR) to confirm the structure.
[0024]
B. Measurement of pNPB hydrolysis activity Measurement of the hydrolysis activity of pNPB was performed as follows.
3 ml of a reaction solution containing 50 mM potassium phosphate (KPB, pH 6.5), 2.5 mM pNPB, 5% acetonitrile, and enzyme was preheated to 37 ° C., and pNPB (50 mM) dissolved in dry acetonitrile. ) The reaction was started by adding 150 μl. The reaction was stopped by adding 3 ml of ethanol, and the amount of p-nitrophenol produced was determined from the absorbance at 400 nm400 nm = 11,670). The amount of enzyme that produces 1 μmol of p-nitrophenol per minute was defined as 1 unit.
[0025]
C. Screening A soil / water sample obtained from Osaka Prefecture was placed in a 3 ml liquid medium containing 0.5% (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.1% KH 2 PO 4 , 0.05% MgSO 4 , 0.5% NaCl, and 1.0% OB. pH7.2) was inoculated and cultured at 30 ° C. for 48 hours. If the medium becomes cloudy, 1% of the medium is planted twice on the same medium, 0.2% β-cyclodextrin (Nippon Food Processing Co., Ltd.) is added to the medium, and the mixture is stirred well to emulsify OB. And grown on a solid medium supplemented with 1.5% agar and cultured at 30 ° C. for 7 days. The growth state on the second day of culture and the ability to form a clear zone caused by decomposing OB on the seventh day were observed.
[0026]
A strain having a clear clear zone was selected and cultured in LB medium (50 ml) containing 0.5% OB at 30 ° C., 120 sp., 46 hours using a 500 ml Sakaguchi flask, and centrifuged (5,500 × g, 10 And 4 ° C.) to obtain bacterial cells and culture supernatant. The cells were suspended in KPB (50 mM, pH 6.5) containing 1 mM MgCl 2 and then crushed with ultrasonic waves (Kaijo Electric Co., Ltd., 4280 type vibrator) for 30 seconds × 2 times. This was centrifuged again (12,000 × g, 20 minutes, 4 ° C.) to remove crushed cells, and a cell extract was obtained. Using pNPB as a substrate, the hydrolysis activity of this cell extract and culture supernatant was measured.
[0027]
In this screening, strains showing high activity for pNPB were selected, and further screened using pNPA, pNPB and OB as substrates. In addition, pNPA is p-nitrophenyl acetate, purchased from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., and the activity was measured by a method according to pNPB.
[0028]
The KM109 strain was isolated from this, and the enzyme produced by this strain was considered to be able to act on a bulky substrate with pNPB activity three times higher than pNPA activity. . Therefore, this strain was first identified, and then the esterase gene was isolated using this strain.
[0029]
(Identification of KM109 strain)
The mycological properties of the KM109 strain are shown below.
[0030]
A. Form (1) Cell shape Staphylococcus aureus (2) Cell size 0.9-1.6 × 1.5-2.5μm
(3) Presence or absence of mobility −
(4) Presence or absence of spores-
(5) Gram staining-
(6) Anti-acid staining −
[0031]
B. Growth condition in each medium
(1) Standard agar plate culture Light brown, glossy, smooth, perfect circle (2) Standard agar slope culture Light brown, glossy, smooth (3) Standard liquid culture The upper layer is slightly darker and the coating is thin on the liquid surface (4) Standard gelatin puncture culture No weak growth or liquefaction is observed along the puncture line (5) Litmus milk No change [0032]
C. Physiological properties (1) Reducing ability of nitrate
(2) Denitrification reaction −
(3) Methyl red test −
(4) Formation of acetylmethyl carbinol −
(5) Formation of indole −
(6) Production of hydrogen sulfide −
(7) Starch hydrolysis-
(8) Use of citric acid +
(9) Use of inorganic nitrogen source Nitrate: + Ammonium salt: +
(10) Production of pigment-
(11) Urease activity −
(12) Oxidase activity −
(13) Catalase activity +
(14) Range of growth
pH 4.0-, 4.5 +, 7.0 +,
9.5 +, 10.0-
Temperature 37 ℃ +, 41 ℃ + W , 45 ℃ −
(15) Attitude toward oxygen Aerobic (16) Production of dioxyacetone −
(17) Decomposition of hippuric acid +
(18) Degradation of amino acids Lysine-, arginine-, ornithine-
(19) Deamination of phenylalanine −
(20) Temperature resistance (85 ° C, 10 minutes)-
(21) Resistance of sodium chloride 2.0% +, 5.0%-
7.0% −, 10% −
(22) Growth of Sabouraud agar medium +
(23) Growth of 0.001% lysozyme medium +
(24) Degradation of tyrosine −
(25) Citric acid / ammonium agar −
Production in China (26) Degradability of casein −
(27) Degradability of gelatin −
(28) Growth in anaerobic media −
(29) Mackonki medium viability +
(30) Recitinase reaction-
(31) Alkali production ability in VP medium −
(32) Utilization of sugars and bioacidic L-arabinose +
D-xylose +
D-glucose +
D-Mannose +
D-fructose-
D-galactose +
Maltose −
Sucrose −
Lactose +
Trehalose −
D-Sorbit-
D-man knit-
Inosit −
Glycerin −
Starch −
Melibiose +
Salicin −
Ethanol +
(33) Growth on SS agar −
(34) Growth on KCN medium +
(35) ONPC −
(36) DNase −
[0033]
Based on the above mycological properties, the isolated strain was identified as Acinetobacter calcoaceticus subsp. Antiratus.
[0034]
(Isolation of enzyme gene of the present invention and determination of nucleotide sequence)
The obtained KM109 strain was cultured in LB medium, and genomic DNA was extracted according to the method of Rao et al. (Rao et al., Method Enzymol. 153, 166-198 (1987)). The genomic DNA is cleaved with the restriction enzyme EcoRI, ligated to the vector pUC19 (purchased from Takara Shuzo Co., Ltd.) cleaved with EcoRI, E. coli DH5α is transformed, and the color on the LB medium containing ampicillin, X-gal and IPTG White colonies (transformants) were selected by selection.
[0035]
First, the obtained white colonies were screened for tributyrin degrading activity. The white colonies selected above were transferred to tributyrin medium, cultured at 37 ° C for 1-2 days, and stored at 4 ° C for about one week. Among these, the one that formed the clear zone was transferred again to the tributyrin medium, and 56 colonies that surely formed the clear zone were obtained.
[0036]
Next, pNPB was used as a substrate, and transformants having pNPB degrading activity were screened. First, the 56 colonies were inoculated on LB + 1% Neugen agar medium, cultured at 37 ° C. overnight, and stored at 4 ° C. for one day. Next, 150 μl of 1 M KPB buffer (pH 7.5) and 150 μl of 50 mM pNPB (acetonitrile solution) were added to soft agar (0.7% agar, 3 ml), and the mixture was overlaid on the storage plate. After culturing at 37 ° C. for a day, the medium around the cells turned yellow and a strain that formed a clear zone was selected as a pNPB hydrolyzing active strain. Six colonies (KE1, KE3, KE10, KE31, KE32, KE33) were selected.
[0037]
As a result of extracting plasmids retained by these colonies and comparing them with restriction enzyme cleavage patterns, it was found that 4 colonies of KE1, KE10, KE32, and KE33 had the same fragment (1.2 kbp), The plasmid derived from the KE32 strain was named pKE32. The fragment (1.6 kbp) on the plasmid (pKE3) carried by KE3 almost overlaps with the inserted fragment on pKE32, but additionally had an extra EcoRI fragment of about 400 bp. Therefore, the pNPB activity of three types of KE3, KE31 and KE32 was confirmed.
[0038]
(Confirmation of pNPB hydrolysis activity)
For KE3, KE31, KE32 and pUC19 as a control, the pNPB degradation activity was confirmed by absorbance measurement. First, the transformed strain was inoculated into 3 ml of LB liquid medium containing 50 μg / ml of ampicillin and cultured at 120 ° C. for 16 hours at 37 ° C. 3 ml of this culture solution was inoculated into 250 ml of LB liquid medium containing 50 μg / ml of ampicillin and OB 5%, and cultured at 37 ° C. for 47 hours at 170 sp.pm. The cells were collected by centrifugation, suspended in 10 ml of 50 mM KPB buffer (pH 6.5) per gram of bacterial cells, and the enzyme solution was prepared by ultrasonic disruption (30 seconds × 4, 4 ° C.).
[0039]
The pNPB degradation reaction was carried out at 37 ° C. for 10 minutes by adding 25 μl of 50 mM pNPB to a test tube containing 10 μl of enzyme solution and 465 μl of KPB buffer (pH 6.5). The reaction was stopped by adding 500 μl of ethanol, and the activity was calculated from the results of absorbance measurement at 400 nm. In KE3 7.68 × 10 - it was 1 units / ml, the KE31 2.45 × 10 -2 units / ml , the KE32 1.24units / ml, 1.39 × 10 -2 units / ml in pUC19.
[0040]
The OB hydrolytic ability of KE3 was measured by liquid chromatography. The hydrolysis reaction was performed by adding 100 μl of OB to 5 ml of the enzyme solution, and in a 50 ml vial at 37 ° C. and 170 sp.pm for 18 hours. The reaction was stopped by adding 2 ml of ethyl acetate to 1 ml of the reaction solution. The ethyl acetate layer was extracted, evaporated, dissolved in 200 μl of acetonitrile, 10 μl of which was subjected to HPLC. A calibration curve was prepared with oleyl alcohol, and the activity was measured by the amount of oleyl alcohol produced. The column was measured using a CAPCELPAK C 18 SG120 (Shiseido) and 95% acetonitrile (0.5% TFA) as a solvent at a wavelength of 210 nm. The retention time of oleyl alcohol was 12 minutes. When the enzyme activity was calculated from the HPLC results, it was 8.70 nmoles / h (per 1 ml of reaction solution for 18 hours) for KE3.
[0041]
Comparison of the activities of clones KE3, KE31, and KE32 revealed that KE32 had the greatest pNPB-degrading activity, but it was estimated that the fragment on pKE3 covers a wider region, so both bases of pKE3 and pKE32 The sequence was determined. The sequence of the structural gene and the deduced amino acid sequence are as described in SEQ ID NO: 1.
[0042]
As a result of homology search, a sequence identical to this amino acid sequence was not found, and it was confirmed that the enzyme having this sequence is novel.
[0043]
【The invention's effect】
The present invention provides an enzyme useful for hydrolyzing a bulky substrate, its structural gene. As a result, a large amount of an enzyme that is considered useful for the production of an optically active substance necessary for an intermediate raw material for pharmaceuticals can be supplied.
[0044]
[Sequence Listing]
Figure 0004198261
Figure 0004198261
Figure 0004198261

Claims (6)

オレイルベンゾエート及びp−ニトロフェニルベンゾエートを加水分解する酵素であって、配列番号1に記載のアミノ酸配列からなるエステル分解酵素、あるいは、配列番号1に記載のアミノ配列において、1又は2以上のアミノ酸の置換、欠失、または挿入を有し、かつ、オレイルベンゾエート加水分解活性及びp−ニトロフェニルベンゾエート加水分解活性を有するエステル分解酵素An enzyme that hydrolyzes oleyl benzoate and p-nitrophenyl benzoate, comprising an esterolytic enzyme consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, or one or more amino acids in the amino sequence set forth in SEQ ID NO: 1. An esterolytic enzyme having a substitution, deletion, or insertion and having oleyl benzoate hydrolyzing activity and p-nitrophenyl benzoate hydrolyzing activity . 請求項1に記載のエステル分解酵素をコードする遺伝子。A gene encoding the esterolytic enzyme according to claim 1 . 前記エステル分解酵素をコードする遺伝子が配列番号1に記載のDNA配列からなる、請求項に記載の遺伝子。Gene encoding the esterolytic enzyme comprising DNA sequence set forth in SEQ ID NO: 1, gene of claim 2. 請求項2または3に記載の遺伝子を有する、エステル分解酵素の発現ベクター。An expression vector for an esterolytic enzyme comprising the gene according to claim 2 or 3 . 請求項4に記載の発現ベクターを有する形質転換細胞。A transformed cell comprising the expression vector according to claim 4 . 請求項5に記載の形質転換細胞を培養する工程を含む、オレイルベンゾエート及びp−ニトロフェニルベンゾエートを加水分解するエステル分解酵素の製造方法。A method for producing an esterolytic enzyme comprising hydrolyzing oleyl benzoate and p-nitrophenyl benzoate, comprising a step of culturing the transformed cell according to claim 5 .
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