JP4204857B2 - Chitosan degrading enzyme and its use - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)、アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)、アスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)の少なくとも1種の培養物から分離精製されるキトサン分解酵素に関する。また、該キトサン分解酵素をコードするDNA、該DNAを挿入された組換えプラスミド、該組換えプラスミドにより形質転換された宿主細胞、該キトサン分解酵素の製造方法、該キトサン分解酵素を用いた低分子キトサン及びその塩の製造方法、該方法により製造される低分子キトサン及びその塩、および該低分子キトサン及びその塩を含む医薬組成物並びに食品、該キトサン分解酵素を用いた試料の製造方法、該方法により製造される試料等に関する。
【0002】
【従来の技術】
キチン(β−1,4−ポリ−N−アセチルグルコサミン)は天然に非常に多く存在する多糖であり、主としてカニ・エビ等の甲殻類およびイカ軟甲から工業的規模で抽出され生産されている。キトサン(β−1,4−ポリグルコサミン)は、キチンを濃アルカリ水で処理することにより得られる、アミノ基を有する高分子多糖であり、さまざまな生理活性を有することが知られている(非特許文献1参照。)。なかでも、キトサンは天然物由来物質としては強力な抗菌作用を有し、かつ安全性が合成抗菌剤と比較して非常に高い(非特許文献2参照。)ことが知られている。特に、メチシリンセフェム耐性黄色ブドウ球菌(methichilin resistants aureus)(以下、「MRSA」と記す)を含むスタヒロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)(非特許文献3乃至非特許文献8参照)、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)(非特許文献9参照)、シュードモナス・エルジノーサ(Pseudomonas aeruginosa)(非特許文献10および非特許文献11参照)等の細菌に対して効果があることが知られている。
【0003】
カニ・エビ等の甲殻類やイカ軟甲から抽出されたキチンを濃アルカリ処理することによって製造されたキトサンは分子量100万以上の高分子多糖であり、酸性条件では水に溶けるが、中性あるいはアルカリ性の条件では水に溶けない。そして、水に溶けない状態ではキトサンの生理活性は十分に発揮できない。また、甲殻類を含む食品材料を加工する際、これら高分子多糖が原因で非常に粘度が高い状態になってしまい、その後の処理に手間がかかるという問題もあった。
【0004】
そこで、水に対する溶解性を増すために、高分子キトサンの誘導体化(非特許文献12)あるいは、高分子キトサンが有する生理活性を損わずに低分子化するといった試みがなされている。
【0005】
誘導体化を行うと、天然物とは異なる構造となる可能性があるので天然型のキトサンとは異なる性質を有するようになったり、使用に際しては安全性試験データ等が必要になる場合がある。更に誘導体化反応に使用した有機溶媒の除去、処理が生産コストを引き上げるという問題もある。
【0006】
そこで、水に対する溶解性を上げるためには誘導体化する方法ではなく、低分子化が望ましいと考えられている。キトサンが有する抗菌活性は、分子量が100万以上の高分子キトサンだけではなく分子量が1万以上の低分子キトサンでも発揮されることが知られている(非特許文献13)。
【0007】
一方、分子量1万以下のキトサンには、皮膚刺激性等の副作用があることが報告されており(特許文献1)、分子量1万以上の低分子キトサンの製造方法が検討されている。
【0008】
低分子キトサンの製造方法としては、化学的あるいは酵素的手法による高分子キトサンの加水分解が検討されてきた。低分子キトサンの化学的製造方法としては、過酢酸等の酸化剤で処理する方法(特許文献2および特許文献3)、超音波処理する方法(非特許文献14)等が挙げられる。しかし、酸化剤で処理する方法では分子量500−30,000のキトサンが大量に生成することが知られており、分子量1万以上のキトサンの割合は定かではない。また、超音波で処理する方法では装置の大型化が困難であり、大量製造に不向きであると考えられる。低分子キトサンの酵素的製造方法としてはキトサナーゼを用いる方法(特許文献4および特許文献5)、キチナーゼを用いる方法(非特許文献15)などが挙げられる。
【0009】
また、細菌由来のキチナーゼとしては、バチルス(Bacillus)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属(非特許文献16参照)、サイトファーガ(Cytophaga)属、アクロモバクター・ヒテロプティカム(Acromobacter hyteropticum:被特許文献17参照)、フラボバクテリウム(Flavobacterium)属及びミクロコッカス・コルポゲネス(Micrococcus colpogenes)(非特許文献17参照)の生産するキチナーゼ並びに、アルテロモナス・エスピー(Alteromonas sp.)の生産するキチナーゼA(GenBank Accession No.D13762)等が知られている。放線菌の生産するキチナーゼとしては、ストレプトミセス(Streptomyces)属、ノカルディオプシス(Nocardiopsis)属及びアクチノミセス(Actinomyces)属の生産するキチナーゼが知られている(非特許文献18)。糸状菌の生産するキチナーゼとしては、アスペルギルス(Aspergillus)属、リゾプス(Rhizopus)属、タラロミセス(Talaromyces)属、トリコデルマ(Trichoderma)属及びペニシリウム(Penicillium)属の生産するキチナーゼが知られている。アスペルギルス属の生産する酵素としては、アスペルギルス・ニジュランス(Aspergillus nidulans)、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・カンディドス(Aspergillus candidus:非特許文献19参照)及びアスペルギルス・フミガツス(Aspergillus fumigatus)の生産するキチナーゼが知られている。酵母の生産する酵素としては、サッカロミセス・セレヴィシエ(Saccharomyces cerevisiae)の生産するキチナーゼを例示することができ、好適にはサッカロミセス・セレヴィシエの生産するキチナーゼ(GenBank Accession No.M74070)及びORF D9481.7(GenBank Accession No.U28373)である。
【0010】
このように、多くの生物由来のキチナーゼが知られているが、代表的な発酵食品である、アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)およびアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)がキチナーゼを生産するとの報告はない。また、同様に味噌やしょうゆ日本酒等の生産に使用されているアスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)に関しては、キチナーゼをコードすると考えられる遺伝子について学会発表があったとの報告(非特許文献20参照)があるものの、その遺伝子がコードする蛋白質の生物活性については報告されておらず、げんざいまでに公共のデータベースなどにおいてそのヌクレオチド配列およびアミノ酸配列は確認されていない。
【0011】
一方、キトサナーゼを用いて低分子キトサンを製造する方法は、常に同じ分子量の低分子キトサンを得るための反応制御が煩雑であるという問題点もあった。
【0012】
【特許文献1】
特開2000−169327号公報
【特許文献2】
特許第3076212号公報
【特許文献3】
特開平5-65368号公報
【特許文献4】
特許第2763112号公報
【特許文献5】
特開平11-322809号公報
【非特許文献1】
「キチン・キトサンハンドブック」、1995年、技報堂、p.302-376
【非特許文献2】
「キチン・キトサンの活用法」、1998年、財界特別増刊第46巻28号、p.106-111
【非特許文献3】
「加工技術」1998年、33巻、p.512-515
【非特許文献4】
「名城大学農学部学術報告」1998年、34巻、p.25-34
【非特許文献5】
「繊維科学」1993年、35巻、p.37-39
【非特許文献6】
「大阪府立公衆衛生研究所研究報告薬事指導編No.29」、1995年、p.7-12
【非特許文献7】
「加工技術」1997年、32巻、p.339-343
【非特許文献8】
「加工技術」1998年、33巻、p.530-532
【非特許文献9】
トクラら(Tokura, S et al.)「マクロモレキュラー・シンポジア(Macromolecular Symposia)」1997年、120巻、p.1-9
【非特許文献10】
ロークら(Loke, WK et al.)「ジャーナル・オブ・バイオメディシナル・マテリアルズ・リサーチ(Journal of Biomedicinal Materials Research)」2000年、53巻、p.8-17
【非特許文献11】
キムら(Kim, H. J. et al.)「ジャーナル・オブ・バイオマテリアルズ・サイエンス、ポリマー・エディション(Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition」1999年、10巻、p.543-56
【非特許文献12】
「キチン・キトサンの活用法」財界特別増刊第46巻28号、1998年、p.78-81
【非特許文献13】
「日本農芸化学会誌74巻大会講演要旨集」講演番号2E183α、2000年
【非特許文献14】
「キチン・キトサン研究」1999年、5巻、p.75-79
【非特許文献15】
「日本農芸化学会誌74巻大会公演要旨集」講演番号2F313α、2000年
【非特許文献16】
ヴェルドカンプ(Veldkamp, H.)「ネイチャー(Nature)」1952年、169巻、p.500
【非特許文献17】
キャンプベルら(Campbell, Jr., L.L. et al.)「ジャーナル・オブ・ジェネラル・マイクロバイオロジー(Journal of General Microbiology)」1951年、5巻、p.894
【非特許文献18】
中神照太ら「工技院醗酵研究所報告」1966年、30巻、p.19
【非特許文献19】
シェリフら(Sherif, A. A., et al.)「(アプライド・マイクロバイオロジー・アンド・バイオテクノロジー(Applied Microbiology and Biotechnology)」1991年、35巻、p.228
【非特許文献20】
「キチン・キトサン研究」2002年、第8巻、第2号、p.238-239
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、中性条件下でも水に可溶であり、抗菌作用を有する低分子キトサンを効率よく生産する方法について鋭意検討を行ったところ、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae) var. sporoflavus Ohara JCM 2067)株由来のキチナーゼあるいはアスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)SANK 19288株由来のキチナーゼあるいはアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)SANK 22388株由来のキチナーゼを精製し、該キチナーゼをコードするcDNAをクローニングし、該キチナーゼを用いた酵素反応により、カニ・エビ由来の高分子キトサンから分子量1万以上の低分子非誘導体のキトサンを作製することに成功し、本発明を完成するに至った。
【0014】
本発明により、非誘導体の低分子キトサンを、1万以上の分子量分布を有する状態で供給できることが可能となる。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
(1) アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)、アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)、アスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)の少なくとも1種の培養物から分離精製されるキトサン分解酵素、
(2) アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)がアスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae var. sporoflavus Ohara JCM 2067)株であり、アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)がアスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)SANK 19288株であり、アスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)がアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)SANK 22388株である(1)記載のキトサン分解酵素、
(3) 配列表の配列番号1乃至3の部分アミノ酸配列を有することを特徴とする、(1)または(2)に記載のキトサン分解酵素、
(4) 以下の性質を示す(1)乃至(3)のいずれか1つに記載のキトサン分解酵素:
1)SDS−PAGE電気泳動法にて分子量約40,000を示す;
2)等電点電気泳動法にて等電点pI3.5乃至4.5を示す;
3)30%アセチル化キトサン(粘度100〜300cps)を、pH3.5乃至pH10.5にて加水分解する;
4)グリコールキチンを、pH3.0乃至pH10.5にて加水分解する;
5)0℃乃至80℃で3)記載の加水分解活性を発揮する;
6)45℃以下の温度で安定である;
7)pH5乃至pH9.5のpH条件下で安定である、
(5) 下記のa)乃至d)のいずれか一つに記載の蛋白質であるキトサン分解酵素:
a)配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列からなる蛋白質;
b)配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242乃至1438に示されるヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列からなる蛋白質;
c)a)またはb)に記載のアミノ酸配列において、一つまたは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加したアミノ酸配列からなり、かつ、キトサン分解活性を有することを特徴とする蛋白質;
d)a)またはb)に記載のアミノ酸配列を含むことからなる蛋白質、
(6) 下記のa)乃至c)のいずれか一つに記載の蛋白質であるキトサン分解酵素:
a)配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列からなり、N末端のセリン残基のα−アミノ基がアセチル化されていることを特徴とする蛋白質;
b)配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列において、一つまたは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加したアミノ酸配列からなり、且つ、N末端のセリン残基のα−アミノ基がアセチル化されており、且つ、キトサン分解活性を有することを特徴とする蛋白質;
c)配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列を含み、且つ、N末端のセリン残基のα−アミノ基がアセチル化されており、且つ、キトサン分解活性を有することを特徴とする蛋白質、
(7) 下記のa)乃至e)のいずれか一つに記載のDNA:
a)配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242乃至1438に示されるヌクレオチド配列からなるDNA;
b)上記a)に記載のDNAの有するヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、キトサン分解活性を有する蛋白質をコードすることを特徴とするDNA;
c)上記a)に記載のDNAと95%以上のヌクレオチド配列相同性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ、キトサン分解活性を有する蛋白質をコードすることを特徴とするDNA;
d)配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列からなる蛋白質をコードするDNA;
e)配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242乃至1438に示されるヌクレオチド配列を含むことからなるDNA、
(8) 下記のa)乃至c)のいずれか一つに記載のDNA:
a)形質転換大腸菌 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102(FERM BP−8235)により保持される組換えプラスミド、pTriplEx-Chitinase-cDNAに挿入されているDNA;
b)b)上記a)に記載のDNAの有するヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、キトサン分解活性を有する蛋白質をコードすることを特徴とするDNA;
c)上記a)に記載のDNAを含み、かつ、キトサン分解活性を有する蛋白質をコードすることを特徴とするDNA、
(9) (7)または(8)に記載のDNAにコードされる蛋白質であるキトサン分解酵素。
(10) 形質転換大腸菌 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102(FERM BP−8235)により保持される組換えプラスミド、pTriplEx-Chitinase-cDNAに挿入されているDNAによりコードされる蛋白質であるキトサン分解酵素、
(11) 下記のa)乃至b)に示される活性を有することを特徴とする、(5)、(6)、(9)または(10)に記載のキトサン分解酵素;
a)30%アセチル化キトサン(粘度100〜300cps)を、pH3.5乃至pH10.5、0℃乃至80℃の条件にて加水分解する活性;
b)グリコールキチンを、pH4.0乃至pH10.5にて加水分解する活性、
(12) (7)または(8)に記載のDNAを含む組換えプラスミド、
(13) 発現ベクターであることを特徴とする、(12)に記載の組換えプラスミド、
(14) (12)または(13)に記載の組換えプラスミドで形質転換された宿主細胞、
(15) 原核細胞または真核細胞であることを特徴とする、(14)に記載の宿主細胞、
(16) 形質転換大腸菌 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102(FERM BP−8235)である(14)記載の宿主細胞、
(17) 下記1)乃至2)を含む、キトサン分解酵素の製造方法:
1)下記のa)乃至e)のいずれか一つに記載の細胞を、キトサン分解酵素を産生する条件下で培養する工程;
a)アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae);
b)アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus);
c)アスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae);
d)(14)乃至(16)のいずれか一つに記載の宿主細胞;
e)(5)、(6)、(9)乃至(11)のいずれか一つに記載のキトサン分解酵素を産生する細胞;
2)1)の培養産物からキトサン分解酵素を分離・精製する工程。
(18) アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)がアスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae var. sporoflavus Ohara JCM 2067)株であり、アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)がアスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)SANK 19288株であり、アスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)がアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)SANK 22388株である(17)記載の方法、
(19) (17)または(18)に記載の方法により製造されるキトサン分解酵素、
(20) 以下の工程1)および2)を含む低分子キトサンの製造方法:
1)アセチル化度が10%乃至30%のアセチル化キトサン水溶液に(1)乃至(6)、(9)乃至(11)および(19)のいずれか一つに記載のキトサン分解酵素を添加する;
2)pH3乃至12、10℃乃至60℃の条件で10分以上酵素反応を行なう、
(21) (20)に記載の方法により製造される低分子キトサン又はその塩、
(22) 分子量が4万〜25万でアセチル化度が10%である(21)記載の低分子キトサン又はその塩、
(23) 分子量が1万〜11万でアセチル化度が20%である(21)記載の低分子キトサン又はその塩、
(24) 分子量が1万〜7万でアセチル化度が30%である(21)記載の低分子キトサン又はその塩、
(25) (21)乃至(24)のいずれか一つに記載の低分子キトサン又はその塩を有効成分として含有する医薬組成物、
(26) 外傷、床ずれまたはアトピー性皮膚炎の治療剤であることを特徴とする、(25)記載の医薬組成物
(27) (21)乃至(24)のいずれか一つに記載の低分子キトサン又はその塩を有する化粧料、
(28) (21)乃至(24)のいずれか一つに記載の低分子キトサン又はその塩を有する食品、
(29) (21)乃至(24)のいずれか一つに記載の低分子キトサン又はその塩を有する水等処理剤、
(30) 以下の工程1)および2)を含む、その液体成分中に分子量100万以上の高分子部分アセチル化キトサンを実質的に含有しない試料の製造方法:
1)分子量100万以上の高分子部分アセチル化キトサンを含む試料に(1)乃至(6)、(9)乃至(11)および(19)のいずれか一つに記載のキトサン分解酵素を添加する;
2)pH3乃至12、10℃乃至60℃の条件で10分間以上酵素反応を行なう、
(31) 分子量100万以上の高分子部分アセチル化キトサンを含有する試料が、甲殻類を含む試料であることを特徴とする、(30)記載の方法、
(32) 甲殻類がエビおよびカニのいずれか一つまたは両方である(31)記載の方法、
(33) (30)乃至(32)のいずれか一つの方法により製造される、その液体成分中に分子量100万以上の高分子部分アセチル化キトサンを実質的に含有しない試料,
に関する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0017】
本発明は低分子キトサンを製造するために有用な糸状菌として、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)由来のキチナーゼあるいはアスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)由来のキチナーゼあるいはアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)由来のキチナーゼ、該キチナーゼによって製造される低分子キトサン、該低分子キトサンを含む医薬組成物等に関する。
【0018】
本発明においてキチナーゼとはキチン又は部分アセチル化キトサンを加水分解する活性を有する酵素をいい、キチンを加水分解するとN−アセチルグルコサミンとそのオリゴ糖が生成する。この「キチン又は部分アセチル化キトサンを加水分解する活性」を「キトサン分解活性」と定義する。キチンとは、部分アセチル化キトサンのうち、アセチル化の割合が高いものをいい、本発明においては、特に断りが無い限り、これらもあわせて部分アセチル化キトサンと呼ぶ。また、本発明において、キトサン分解酵素とキチナーゼはいずれも上記キトサン分解活性を有する酵素を指し、同義語として用いる。本発明のキチナーゼには、キチナーゼを生産する微生物の培養物中のキトサン分解活性を有する蛋白質が含まれる。このようなキチナーゼの例としては、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)由来のキチナーゼ、アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)由来のキチナーゼまたはアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)由来のキチナーゼが挙げられる。より好適なものは、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae) var. sporoflavus Ohara JCM 2067)由来のキチナーゼ、アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)SANK 19288株由来のキチナーゼまたはアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)SANK 22388株由来のキチナーゼであり、さらにより好適には、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae) var. sporoflavus Ohara JCM 2067)由来のキチナーゼである。
また、本発明のキチナーゼの別の例としては、配列表の配列番号1、配列番号2および配列番号3に示されるアミノ酸配列を全て含み、且つ、キトサン分解活性を有する蛋白質が挙げられる。該蛋白質は、各々のアミノ酸配列の順序によらず、内部アミノ酸配列としてこれらの全てを含むものであればよい。このようなキチナーゼの中で好ましいものは、配列表の配列番号1、配列番号2および配列番号3に示されるアミノ酸配列を全て含み、且つ、N末端の配列が“Ser−Ser−Gly−Leu−Lys(配列表の配列番号14のアミノ酸番号1乃至5)”からなり、且つ、キトサン分解活性を有する蛋白質が挙げられる。より好ましいものとしては、配列表の配列番号1、配列番号2および配列番号3に示されるアミノ酸配列を全て含み、且つ、N末端の配列がSer−Ser−Gly−Leu−Lys−からなり、且つ、N末端がアセチル化されており、且つ、キトサン分解活性を有する蛋白質が挙げられる。
【0019】
また、本発明のキチナーゼの別の例としては、配列表の配列番号11、配列番号12および配列番号13に示されるアミノ酸配列を全て含み、且つ、キトサン分解活性を有する蛋白質が挙げられる。
【0020】
また、配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列からなる蛋白質において、一個または数個の部位に、1個または数個のアミノ酸残基が、置換、欠失、挿入および/または付加した蛋白質も、キトサン分解活性を有する限り、本発明に含まれる。数個とは10個を超えない個数を意味し、好適には5個を超えない個数をいう。置換したアミノ酸配列を有する蛋白質が、天然型蛋白質と同等の活性を有する例として、例えば、インターロイキン2(IL−2)遺伝子のシステインに相当するヌクレオチド配列をセリンに相当するヌクレオチド配列に変換して得られた蛋白質が、IL−2活性を保持することが知られている(Wang, A. et al. (1984) Science 224, 1431-1433)。
【0021】
また、本発明のキチナーゼの別の例としては、配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列からなる蛋白質を挙げる事ができる。また、配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列を含むことからなる蛋白質であっても、キトサン分解活性を有する限り本発明に含まれる。
【0022】
また、本発明のキチナーゼの別の例としては配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列からなり、N末端のα−アミノ基がアセチル化されている蛋白質が挙げられる。また、このような蛋白質を含むことからなる蛋白質も、キトサン分解活性を有する限り本発明に含まれる。
【0023】
本発明のキチナーゼとして好適なものは、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae) var. sporoflavus Ohara JCM 2067)由来のキチナーゼ、アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)SANK19288株由来のキチナーゼ、アスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)SANK 22388株由来のキチナーゼ、配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列からなる蛋白質および配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列からなり、N末端のα−アミノ基がアセチル化されている蛋白質が挙げられるが、より好適なものは、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae) var. sporoflavus Ohara JCM 2067)由来のキチナーゼおよび配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列からなり、且つN末端のα−アミノ基がアセチル化されている蛋白質である。
本発明において、「本発明のDNA」とは、本発明のキチナーゼをコードするDNAをいう。DNAとしては、cDNA、ゲノムDNA、人工的に改変されたDNA、化学的に合成されたDNAなど、現在知られる限りどのような形態をとっていても良い。
【0024】
本発明のDNAの例としては、配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242から1438に示されるヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、且つ、キトサン分解活性を有する蛋白質をコードするDNAが挙げられる。
【0025】
本発明のDNAの別の例としては、配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242から1438に示されるヌクレオチド配列と70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは95%以上のヌクレオチド配列相同性を有するDNAが挙げられる。このようなDNAとしては、自然界で発見される変異型DNA、人為的に改変した変異型DNA、異種生物由来の相同DNAなどが含まれる。
【0026】
また、本発明のヌクレオチドのさらに他の例としては、配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列からなる蛋白質をコードするDNAが挙げられる。なお、所望のアミノ酸に対応するコドンは、その選択も任意でよく、例えば利用する宿主のコドン使用頻度を考慮して常法に従い決定できる。(Grantham, R. et al. (1981) Nucleic Acids Res. 9, 143-174)。さらに、これらヌクレオチド配列のコドンの一部改変は、常法に従い、所望の改変をコードする合成オリゴヌクレオチドからなるプライマーを利用した、部位特異的変異導入法(site specific mutagenesis/Mark, D. F. et al. (1984) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 5662-5666)などに従うことができる。
【0027】
本発明のDNAのまた別の例としては、配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242から1438に示されるヌクレオチド配列からなるDNAが挙げられる。又、配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242から1438に示されるヌクレオチド配列からなるDNAを含むことからなるDNAも、キトサン分解活性を有する蛋白質をコードする領域を含む限り、本発明に含まれるものである。
【0028】
本発明のDNAが挿入された組換えプラスミドを保持する形質転換大腸菌 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102は、平成14年11月8日付けで独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(日本国茨城県つくば市東1-1-1 中央第6)に国際寄託され、受託番号FERM BP−8235が付されている。したがって、本発明のDNAは、該菌株からも取得することが可能である。また、この寄託菌株の保持する組換えプラスミドに挿入されたDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAも、コードする蛋白質がキトサン分解活性を有する限り、本発明に含まれる。また、上記のヌクレオチド配列を含むことからなるDNAも本発明に含まれる。さらに,このようなDNAによってコードされる蛋白質も本発明のキチナーゼに含まれる。
【0029】
本発明のDNAとして好適なものは、配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242乃至1438に示されるヌクレオチド配列からなるDNA、および、形質転換大腸菌 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK72102(FERM BP−8235)により保持される組換えプラスミド、pTriplEx-Chitinase-cDNAに挿入されているDNAであるが、最適には形質転換大腸菌 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102(FERM BP−8235)により保持される組換えプラスミド、pTriplEx-Chitinase-cDNAに挿入されているDNAである。
【0030】
また、本発明のキチナーゼには、本発明のDNAによりコードされるアミノ酸配列からなる蛋白質を挙げることができる。また、本発明のキチナーゼにおいて、任意の一つもしくは二つ以上のアミノ酸を欠失させた改変体を作製するためには、エキソヌクレアーゼBal31等を用いてDNAを末端から削る方法(岸本利光ら“続生化学実験講座1・遺伝子研究法II”335-354)、カセット変異法(岸本 利光、“新生化学実験講座2・核酸III 組換えDNA技術 ”242-251)などに従うことができる。このように、本発明のDNAを元に遺伝子工学的手法により得られる蛋白質であっても、キトサン分解活性を有する限り本発明に含まれる。このようなキチナーゼは、必ずしも配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列の全てを有するものである必要はなく、例えばその部分配列からなる蛋白質であっても、該蛋白質がキトサン分解活性を示す限り本発明のキチナーゼに包含される。また、このようなキチナーゼをコードするDNAも本発明に含まれる。
【0031】
本発明に用いるキチナーゼはキチナーゼ生産菌から精製したもの、粗精製したもの、菌体の破砕液の他、菌体の培養上清をそのまま用いたものでも良い。キチナーゼ生産菌を培養する際には、培地中に炭素源、窒素源の他に粉末キチン、粉末キトサン、コロイダルキチン、コロイダルキトサン等を添加して培養するのが好ましい。キチナーゼ生産菌の培養終了後に遠心分離を行ない、菌体を除いた培養上清をそのまま粗酵素液として用いることができる。また、粗酵素液をイオン交換クロマトグラフィー等によって粗精製したり、精製したりしたものを用いることもできる。
【0032】
キチナーゼ生産菌とはキチナーゼ生産能を本質的に先天的に有する微生物をいい、キチナーゼを菌体内に蓄積する微生物や、菌体外に分泌する微生物等を含む。キチナーゼ生産菌の培養上清又は培養上清から精製したキチナーゼを用いる場合には菌体外にキチナーゼを分泌する菌を用いることができる。
【0033】
本発明に用いるキチナーゼ生産菌としては、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)あるいはアスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)あるいはアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)を挙げることができ、好ましくはアスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae) var. sporoflavus Ohara JCM 2067株あるいはアスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)SANK 19288あるいはアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)SANK 22388株を挙げることができる。キチナーゼ生産菌の培養は通常の培地を培養装置、培地を用いて行なうことができる。培養は液体培養、固体培養等の方法を適宜選択できる。液体培養の場合はフラスコ培養や発酵槽を用いた培養を行なうことができ、培養開始後は培地の追加のないバッチ培養法や培養中に適宜培地を添加していく流加培養法を用いることができる。培地には炭素源、窒素源を添加し、必要に応じてビタミン、微量金属等を添加することができる。炭素源としては、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース等の単糖類、マルトース、セロビオース、イソマルトース、ラクトース、スクロース等の二糖類、デンプン等の多糖類、マルトエキストラクト等を挙げることができるがキチナーゼ生産菌が生育する限りこれらに限定されない。窒素源としてはアンモニア、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム等の無機窒素、イースト・エクストラクト、マルトエクストラクト、コーンスティープリカー、ペプトン等の有機窒素が用いられるがキチナーゼ生産菌が生育する限りこれらに限定されない。また、キチナーゼ生産菌のキチナーゼの生産量を増やすために培地中に粉末キチンやコロイダルキチンを添加することもできる。これらの培地中の組成物量は適宜選択することができる。培養温度、pH、通気攪拌量はキチナーゼ生産に適するように適宜選択することができる。
【0034】
本発明に用いるキチナーゼとしては、アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)あるいはアスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)あるいはアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)由来のキチナーゼを用いることができ、好ましくはアスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae) var. sporoflavus Ohara JCM 2067株あるいはアスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)SANK 19288あるいはアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)SANK 22388株由来のキチナーゼを用いることができる。キチナーゼは、これらキチナーゼ生産菌自身が生産するものでもよいし、その変異体または修飾体が生産するものであってもよく、更に、これらキチナーゼ生産菌のキチナーゼをコードする遺伝子を宿主に導入して得られた形質転換体から生産される組換えタンパク質であってもよい。
キチナーゼ生産菌の入手
アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae) var. sporoflavus Ohara JCM 2067株は理化学研究所 生物基盤研究部 微生物系統保存施設(JCM:Japan Collection of Microorganisms;住所 〒351−0198 日本国埼玉県和光市広沢2−1、ホームページアドレス <http://www.jcm.riken.go.jp/>)より購入することができる。
【0035】
アスペルギルス・ジャポニクス(Aspergillus japonicus)SANK 19288株とアスペルギルス・ソジャエ(Aspergillus sojae)SANK 22388株の菌学的性質を以下に示す。
【0036】
アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株とアスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株をクリックとピットの文献 (Klich, M. A. and Pitt, J. I. (1988) A laboratory guide to the common Aspergillus species and their teleomorphs. CSIRO, Division of Food Processing, North Ryde N.S.W., Austraria.)に従い、3種類の培地(CYA培地, MEA培地, CY20S培地)に接種して、菌学的性状を観察した。
【0037】
色調の表示は「メチューン・ハンドブック・オブ・カラー」 (Kornerup, A. and Wanscher, J. H. (1978) Methuen handbook of colour(3rd. edition). Erye Methuen, London.)に従った。
【0038】
3種類の培地(CYA培地, MEA培地, CY20S培地)の組成は以下の通りである。
CYA培地[ザペックイーストアガー(Czapek Yeast Extract Agar) 培地](K2HPO4 1.0 g, *ザペック濃縮液 10 ml, イーストエキス 5 g, シュークロース 30 g, 寒天 15 g, 蒸留水 1000 ml)
*ザペック濃縮液(NaNO3 30 g, KCl 5 g, MgSO4・7H2O 5 g, FeSO4・7H2O 0.1 g, ZnSO4・7H2O 0.1 g, CuSO4・5H2O 0.05 g 蒸留水 100ml)
MEA培地[モルトエキスアガー(Malt Extract Agar)培地](モルトエキス 20 g, ペプトン 1 g, グルコース 20 g, 寒天 20 g, 蒸留水 1000ml)
CY20S培地[20%シュークロースザペックイーストアガー(Czapek Yeast Extract Agar with 20% Sucrose)培地](K2HPO4 1.0 g, *ザペック濃縮液 10 ml, イーストエキス 5 g, シュークロース 200 g, 寒天 15 g, 蒸留水 1000 ml)
1) 菌学的性状
a) アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株の菌学的性状
CYA培地でのコロニーは、25℃、1週間の培養で直径45乃至60 mmである。菌糸は白色である。分生子形成は中心部で旺盛、形成部の色はオリーブブラウン(4F4)乃至黒色をを呈する。裏面の色はグレイッシュイエロー(4B4)乃至イエローイッシュホワイト(4A2)を呈する。菌核は観察されない。浸出液や可溶性色素は観察されない。CY20S培地でのコロニーは、25℃、1週間の培養で直径57乃至68 mmである。コロニーはCYA培地のコロニーに似る。裏面の色はパストラルイエロー(3A4)を呈する。MEA培地でのコロニーは、25℃、1週間の培養で直径51乃至57 mmである。分生子形成は旺盛、形成部の色は黒色である。裏面の色は無色である。37℃、1週間培養したCYA培地 のコロニーは、直径13乃至20 mmである。5℃では生育しない。
【0039】
分生子頭は放射状、分生子柄は平滑、無色または頂部で褐色、幅4乃至11 μmである。頂のうは球形乃至楕円形、幅19乃至50 μmである。アスペルジラは単列である。フィアライドは頂のうの3/4を覆い、7乃至10 × 3.5乃至4.5 μmである。分生子は楕円乃至球形、やや疎な棘で覆われ、直径3.5乃至4.5 × 3.5乃至4 μmである。
【0040】
以上の菌学的性状より、本菌に該当する菌を検索したところ、クリックとピットの文献に記載されているアスペルギルス ジャポニクス バール アキュリ−タス(Aspergillus japonicus var. aculeatus (Iizuka) Al-Musallam)の性状とほぼ一致した。よって本菌株をアスペルギルス ジャポニクス バール アキュリ−タス(Aspergillus japonicus var. aculeatus (Iizuka) Al-Musallam)と同定した。
【0041】
尚、アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株は、アスペルギルス ジャポニクス バール アキュリ−タス SANK 19288株として、平成13年9月13日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(日本国茨城県つくば市東1-1-1 中央第6)に国際寄託され、受託番号 FERM BP−7736が付された。
【0042】
b) アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株の菌学的性状
CYA培地でのコロニーは、25℃、1週間の培養で直径46乃至52 mmである。コロニーは綿毛状である。菌糸は白色、密である。分生子形成は旺盛、形成部の色はオリーブ(2F-E7)を呈する。裏面の色はイエローイッシュホワイト(2A2)を呈する。CY20S培地でのコロニーは、25℃、1週間の培養で直径42乃至45 mmである。コロニーはCYA培地のコロニーに似る。分生子形成は旺盛、形成部の色はオリーブイエロー(3D6)乃至オリーブ(3E7)を呈する。MEA培地でのコロニーは、25℃、1週間の培養で直径43乃至47 mmである。コロニーはやや綿毛状、やや疎である。菌糸は白色、目立たない。分生子形成は旺盛、形成部の色はオリーブ(1E8)を呈する。裏面の色は無色である。37℃、1週間培養したCYA培地のコロニーは、直径52乃至56 mmである。5℃では生育しない。
【0043】
分生子頭は放射状、分生子柄は粗面、無色、幅7乃至12 μmである。頂のうは洋なし形乃至球形、幅24乃至41 μmである。アスペルジラは単列、ときどき二列である。メトレは8乃至12 × 4乃至8 μmである。フィアライドは10乃至11× 4.5乃至6 μmである。分生子は球形、粗面、直径5乃至6.5 μmである。
【0044】
以上の菌学的性状より、本菌に該当する菌を検索したところ、クリックとピットの文献に記載されているアスペルギルス ソジャエ(Aspergillus sojae Sakaguchi & Yamada)の性状とほぼ一致した。よって本菌株をアスペルギルス ソジャエ(Aspergillus sojae Sakaguchi & Yamada)と同定した。
【0045】
尚、アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株は、アスペルギルスソジャエ SANK 22388株として、平成13年9月13日に独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター(日本国茨城県つくば市東1-1-1 中央第6)に国際寄託され、受託番号 FERM BP−7738が付された。
【0046】
周知の通り、糸状菌は自然界において、または人工的な操作(例えば、紫外線照射、放射線照射、化学薬品処理等)により、変異を起こしやすく、本発明のアスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae var. sporoflavus Ohara JCM 2067)株、アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株やアスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株もその点は同じである。本発明にいうアスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae var. sporoflavus Ohara JCM 2067)株、アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株やアスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株はその全ての変異株を包含する。また、これらの変異株の中には、遺伝的方法、たとえば組み換え、形質導入、形質転換等によりえられたものも含有される。即ち、キチナーゼを生産するアスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae var. sporoflavus Ohara JCM 2067)株、それらの変異株およびそれらと明確に区別されない菌株は全てアスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae var. sporoflavus Ohara JCM 2067)株に包含される。キチナーゼを生産するアスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株、それらの変異株およびそれらと明確に区別されない菌株は全てアスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株に包含される。キチナーゼを生産するアスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株、それらの変異株およびそれらと明確に区別されない菌株は全てアスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株に包含される。
また、本発明のキチナーゼは、ベクターに本発明のDNAが挿入された組換えプラスミドで宿主細胞を形質転換し、該形質転換された細胞の培養産物から得る事もできる。このように適当なベクターに本発明のDNAが挿入された組換えプラスミドも本発明に含まれる。このような目的に用いるベクターとしては、一般に知られているさまざまなベクターを用いることができる。好適なものとしては、原核細胞用ベクター、真核細胞用ベクター、哺乳動物由来の細胞用ベクターなどが挙げられるが、これに限定されない。このような組換えプラスミドにより、他の原核生物、または真核生物の宿主細胞を形質転換させることができる。さらに、適当なプロモーター配列および/または形質発現に関わる配列を有するベクターを用いるか、もしくはそのような配列を導入することにより、発現ベクターとすることで、それぞれの宿主において遺伝子を発現させることが可能である。このような発現ベクターは、本発明の組換えプラスミドの好適な態様である。
【0047】
本発明の組換えプラスミドを、各種細胞に導入することにより、宿主細胞を得ることができる。このような細胞は、プラスミドを導入することができる細胞であれば原核細胞であっても真核細胞であってもよい。
【0048】
原核細胞の宿主としては、例えば、大腸菌(Escherichia coli)や枯草菌(Bacillus subtilis)などが挙げられる。目的の遺伝子をこれらの宿主細胞内で形質転換させるには、宿主と適合し得る種由来のレプリコンすなわち複製起点と、調節配列を含んでいるプラスミドベクターで宿主細胞を形質転換させる。また、ベクターとしては、形質転換細胞に表現形質(表現型)の選択性を付与することができる配列を有するものが好ましい。
【0049】
例えば、大腸菌としてはK12株などがよく用いられ、ベクターとしては、一般にpBR322やpUC系のプラスミドが用いられるが、これらに限定されず、公知の各種菌株、およびベクターがいずれも使用できる。
【0050】
プロモーターとしては、大腸菌においては、トリプトファン(trp)プロモーター、ラクトース(lac)プロモーター、トリプトファン・ラクトース(tac)プロモーター、リポプロテイン(lpp)プロモーター、ポリペプチド鎖伸張因子Tu(tufB)プロモーター等が挙げられ、どのプロモーターも本発明のキチナーゼの産生に使用することができる。
【0051】
枯草菌としては、例えば207−25株が好ましく、ベクターとしてはpTUB228(Ohmura, K. et al. (1984) J. Biochem. 95, 87-93)などが用いられるが、これに限定されるものではない。
【0052】
プロモーターとしては、枯草菌のα−アミラーゼのシグナルペプチド配列をコードするDNA配列を連結することにより、菌体外での分泌発現も可能となる。
【0053】
真核細胞の宿主細胞には、脊椎動物、昆虫、酵母などの細胞が含まれ、脊椎動物細胞としては、哺乳動物由来の細胞、例えば、サルの細胞であるCOS細胞(Gluzman, Y. (1981) Cell 23, 175-182、ATCC CRL−1650)やチャイニーズ・ハムスター卵巣細胞(CHO細胞、ATCC CCL−61)のジヒドロ葉酸還元酵素欠損株(Urlaub, G. and Chasin, L. A. (1980) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 77, 4126-4220)等がよく用いられているが、これらに限定されない。
【0054】
脊椎動物細胞の発現プロモーターとしては、通常発現しようとする遺伝子の上流に位置するプロモーター、RNAのスプライス部位、ポリアデニル化部位、および転写終結配列等を有するものを使用でき、さらにこれは必要により複製起点を有してもよい。該発現ベクターの例としては、SV40の初期プロモーターを有するpSV2dhfr(Subramani, S. et al. (1981) Mol. Cell. Biol. 1, 854-864)等が挙げられるが、これに限定されない。
【0055】
宿主細胞として、COS細胞を用いる場合を例に挙げると、発現ベクターとしては、SV40複製起点を有し、COS細胞において自立増殖が可能であり、さらに、転写プロモーター、転写終結シグナル、およびRNAスプライス部位を具えたものを用いることができる。該発現ベクターは、ジエチルアミノエチル(DEAE)−デキストラン法(Luthman, H. and Magnusson, G. (1983) Nucleic Acids Res, 11, 1295-1308)、リン酸カルシウム−DNA共沈殿法(Graham, F. L. and van der Eb, A. J. (1973) Virology 52, 456-457)、および電気パルス穿孔法(Neumann, E. et al. (1982) EMBO J. 1, 841-845)などによりCOS細胞に取り込ませることができ、かくして所望の形質転換細胞を得ることができる。また、宿主細胞としてCHO細胞を用いる場合には、発現ベクターと共に、抗生物質G418耐性マーカーとして機能するneo遺伝子を発現し得るベクター、例えばpRSVneo(Sambrook, J. et al. (1989) : "Molecular Cloning A Laboratory Manual" Cold Spring Harbor Laboratory, NY)やpSV2−neo(Southern, P. J. and Berg, P. (1982) J. Mol. Appl. Genet. 1, 327-341)などをコ・トランスフェクトし、G418耐性のコロニーを選択することにより、本発明のキチナーゼを安定に産生する形質転換細胞を得ることができる。
【0056】
昆虫細胞を宿主細胞として用いる場合には、鱗翅類ヤガ科のSpodoptera frugiperdaの卵巣細胞由来株化細胞(Sf−9またはSf−21)やTrichoplusia niの卵細胞由来High Five細胞(Wickham, T. J. et al, (1992) Biotechnol. Prog. I: 391-396)などが宿主細胞としてよく用いられ、バキュロウイルストランスファーベクターとしてはオートグラファ核多角体ウイルス(AcNPV)のポリヘドリン蛋白質のプロモーターを利用したpVL1392/1393がよく用いられる(Kidd, I. M. and V.C. Emery (1993) The use of baculoviruses as expression vectors. Applied Biochemistry and Biotechnology 42, 137-159)。この他にも、バキュロウイルスのP10や同塩基性蛋白質のプロモーターを利用したベクターも使用できる。さらに、AcNPVのエンベロープ表面蛋白質GP67の分泌シグナル配列を目的蛋白質のN末端側に繋げることにより、組換え蛋白質を分泌蛋白質として発現させることも可能である(Zhe-mei Wang, et al. (1998) Biol. Chem., 379, 167-174)。
【0057】
真核微生物を宿主細胞とした発現系としては、酵母が一般によく知られており、その中でもサッカロミセス属酵母、例えばパン酵母Saccharomyces cerevisiaeや石油酵母Pichia pastorisが好ましい。該酵母などの真核微生物の発現ベクターとしては、例えば、アルコール脱水素酵素遺伝子のプロモーター(Bennetzen, J. L. and Hall, B. D. (1982) J. Biol. Chem. 257, 3018-3025)や酸性フォスファターゼ遺伝子のプロモーター(Miyanohara, A. et al. (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80, 1-5)などを好ましく利用できる。また、分泌型蛋白質として発現させる場合には、分泌シグナル配列と宿主細胞の持つ内在性プロテアーゼあるいは既知のプロテアーゼの切断部位をN末端側に持つ組換え体として発現することも可能である。例えば、トリプシン型セリンプロテアーゼのヒトマスト細胞トリプターゼを石油酵母で発現させた系では、N末端側に酵母のαファクターの分泌シグナル配列と石油酵母の持つKEX2プロテアーゼの切断部位をつなぎ発現させることにより、活性型トリプターゼが培地中に分泌されることが知られている(Andrew, L. Niles,et al. (1998) Biotechnol.Appl. Biochem. 28, 125-131)。
【0058】
上記のようにして得られる形質転換体は、常法に従い培養することができ、該培養により細胞内、または細胞外に本発明のキチナーゼが産生される。該培養に用いられる培地としては、採用した宿主細胞に応じて慣用される各種のものを適宜選択でき、例えば、上記COS細胞であれば、RPMI1640培地やダルベッコ改変イーグル培地(以下「DMEM」という)などの培地に、必要に応じウシ胎児血清などの血清成分を添加したものを使用できる。培養条件としては、CO2濃度は0乃至50%の範囲であればよく、好適には1乃至10%でありより好適には5%である。培養温度は0乃至99℃であればよく、好適には20乃至50℃であり、より好適には35乃至40℃である。
【0059】
上記培養により形質転換体の細胞内または細胞外に組換え蛋白質として産生される本発明のキチナーゼは、培養産物中から、その蛋白質の物理化学的性質、化学的性質、生化学的性質(酵素活性など)等を利用した各種の分離操作(「生化学データブックII」、1175-1259項、第1版第1刷、1980年6月23日株式会社東京化学同人発行;Biochemistry, vol. 25, No.25, p8274-8277 (1986); Eur. J. Biochem., 163, p313-321 (1987)等参照)により分離、精製することができる。該方法としては、具体的には例えば通常の再構成処理、蛋白沈殿剤による処理(塩析法)、遠心分離、浸透圧ショック法、凍結融解法、超音波破砕、限外ろ過、ゲル濾過、吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アッフィニティークロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)等の各種液体クロマトグラフィー、透析法、それらの組み合わせ等を例示できる。上記により、高収率で所望の組替え蛋白質を工業的規模で製造できる。また、発現させる組換え蛋白質に6残基からなるヒスチジンを繋げることにより、ニッケルアフィニティーカラムで効率的に精製することができる。上記方法を組み合わせることにより容易に高収率、高純度で本発明のキチナーゼを大量に製造できる。
【0060】
以上のような方法により製造されたキチナーゼも本発明の好適な例としてあげる事ができる。
本発明に用いる低分子キトサン又はその塩は、0〜100℃の水100gに対して10g以上溶解する。ここでいう水とは、蒸留水、水道水、井戸水であるとよい。さらに、低分子キトサン又はその塩は、pH1.0〜7.0の条件下で、100gの水に10g以上溶解する。また、低分子キトサンは抗菌活性を有する。
【0061】
部分アセチル化キトサンとは、キトサンのアミノ基の一部がアセチル化されているものをいい、アセチル化度が低い部分アセチル化キトサンは、キチンをアルカリで脱アセチル化することによって製造することができる。部分アセチル化キトサンのアセチル化度はアルカリ濃度、反応時間等により制御することができる。また、分子量が100万以上のものを特に高分子部分アセチル化キトサンと呼ぶ。分子量100万以上の高分子部分アセチル化キトサンとしては、例えば、エビ・カニ由来の30%、20%、10%アセチル化キトサン(商品名 キトサン7B、8B、9B(いずれも加ト吉(株)製)を用いることができるが、これらに限定されない。エビ、カニに含まれる天然のキチンは、よりアセチル化度が高い高分子部分アセチル化キトサンであり、これらも部分アセチル化キトサンとして用いることができる。
【0062】
高分子部分アセチル化キトサンの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用いる高速液体クロマトグラフィー(プルランを標準物質とする)により、測定することができる(滝口ら、キチン・キトサン研究 p.75-79, 1999)。
【0063】
高分子部分アセチル化キトサンのアセチル化度は、指示薬としてトルイジンブルー溶液を用い、1/400 Nポリビニル硫酸カリウム溶液でPVSKコロイド滴定を行うことにより測定することができる(Toei K. et al. Anal. Chem. Acta 83, 59, 1976)。この方法で測定したアセチル化度は、アセチル化されているアミノ基の%(例えば、アセチル化度が1%とは、100個のアミノ基のうち1個がアセチル化されていることを意味する)を表す値である。
【0064】
キトサンのアセチル化度は、1H-NMRにより得られるアセチル基の3Hとアセチル基以外の水酸基を除く7Hとの積分比からも算出することができる。
【0065】
キチナーゼの加水分解活性は、Randle-Morgan法(Randle C.J.M et al. Biochem. J. GL 586-589, 1955)に従って、測定することができる。また、Schales変法(Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154(1971))に従っても測定できる。
【0066】
本発明は低分子キトサンの製造方法に関する。
【0067】
該方法において使用されるキチナーゼは、pH4.0〜5.5、温度37℃で10〜30分間の反応条件下での30%アセチル化キトサン(粘度100〜300 cps)を基質とした場合の加水分解活性を100%とした場合に、グリコールキチンを基質とした場合の加水分解活性が100%より小さく、アセチル化度が1%以下のキトサン(粘度50〜200 cps)を基質とした場合の前記キチナーゼの加水分解活性が15%以下である。
【0068】
該方法における酵素の使用量及び使用濃度については、特に限定されない。
【0069】
該方法において、キチナーゼの基質となる高分子部分アセチル化キトサンの水溶液は、0.1〜5質量%、好適には0.25〜2質量%、さらに好適には0.5〜1質量%濃度である。該水溶液は、酸性条件下(例えば、pH1〜6)で水に溶解した溶液として用いることもできる。また、この溶液に更にアルカリ(例えば、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、苛性ソーダなど)を加えて弱酸性(例えば、pH4.0〜6.0)にした溶液として、該方法に用いる事もできる。
【0070】
高分子部分アセチル化キトサン溶液を酸性にして水に溶解させるために使用する酸としては、塩酸、酢酸、トリフルオロ酢酸、パラトルエンスルホン酸、アクリル酸、乳酸、アミノ酸、クエン酸、サリチル酸、グルクロン酸、グリコール酸等を挙げることができるが酸性溶液を作ることができればこれらに限定されない。
【0071】
本発明のキチナーゼを用いて低分子キトサンを製造する際の反応溶液のpH範囲としては、pH3〜12の範囲を挙げることができるが、好適にはpH3〜7の範囲であり、さらに好適にはpH4〜6の範囲である。該反応溶液の温度は、0℃〜70℃であればよく、好適には10℃〜60℃であり、さらに好適には40〜50℃である。反応時間は10分〜7日間を挙げることができるが、好適には3時間〜5日間であり、より好適には1〜3日間である。
【0072】
高分子部分アセチル化キトサンを様々な酸を用いて水溶液にした後に、本発明のキチナーゼによる加水分解反応をおこなうことにより、分子量1万以上、100万未満の様々な低分子キトサン塩が生成する。塩の種類としては使用した酸に応じて塩酸塩、酢酸塩、トリフルオロ酢酸塩、パラトルエンスルホン酸塩、アクリル酸塩、乳酸塩、アミノ酸塩、クエン酸塩、サリチル酸塩、グルクロン酸塩、グリコール酸塩等が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明によって、0〜100℃の水100gに対して10g以上溶解する低分子キトサン又はその塩が提供される。
【0073】
さらに、本発明は、0〜100℃の水100gに対して10g以上溶解する低分子キトサンを含む医薬組成物を提供する。
【0074】
キチナーゼの加水分解活性は、Randle-Morgan法(Randle C.J.M et al. Biochem. J. GL 586-589, 1955)に従って、測定することができる。また、Schales変法(Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154(1971))に従っても測定できる。
【0075】
グリコールキチンは、R. Senzyu and S. Okimatsu, Nippon Nogeikagaku Kaishi, 23, 432 (1950)に記載されている方法によって製造することができる。
キチナーゼ生産菌から得られたキチナーゼの具体的な性質について以下に示すが、本発明のキチナーゼの有する性質はこれらに限定されるものではない。
【0076】
アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae) var. sporoflavus Ohara JCM 2067)株により生産され、精製されたキチナーゼは、以下の性質を有する。
1)SDS−PAGE電気泳動法にて分子量約40,000を示す。
2)等電点電気泳動法にて等電点pI4.5を示す。
3)キトサン7B(加ト吉(株)製)を、pH3.5乃至pH10.5にて加水分解する。
4)グリコールキチンを、pH3.0乃至pH10.5にて加水分解する。
5)80℃以下で3)記載の加水分解活性を発揮する。
6)3)記載の加水分解活性の最適pHはpH5.5である。
7)4)記載の加水分解活性の最適pHはpH10.0である。
8)3)記載の加水分解活性の最適温度はpH5.5では60℃である。
9)45℃以下の温度で安定である。
10)pH5乃至pH9.5のpH条件下で安定である。
11)キトサン7Bに対する酵素のpH5.5あるいはpH10.0、温度37℃における10分間の加水分解活性を100%としたときの、他の基質に対する酵素のpH5.5あるいはpH10.0、温度37℃における10分間の加水分解活性が相対値として表1の値を示す。表中、キトサン10Bは1%アセチル化キチン、キトサン9Bは10%アセチル化キチン、キトサン8Bは20%アセチル化キチン、キトサン7Bは30%アセチル化キチンである(いずれも加ト吉(株)製)。CM−セルロースは、カルボキシメチルセルロースナトリウムである(和光純薬社製)。グリコールキチンは、前述の方法により調製する。
【0077】
【表1】

Figure 0004204857
表1から、この酵素は、pH5.5においてはグリコールキチンよりもアセチル化度が10〜30%の部分アセチル化キトサン(キトサン9B、8B、7B)に対する加水分解活性が高く、アセチル化度が1%以下のキトサン(キトサン10B)に対する加水分解活性がほとんどないことがわかる。カルボキシメチルセルロースナトリウムに対する加水分解活性はない。
12)下記に示す部分アミノ酸配列を有する。配列は、N末端側から記す。
Glu-Met-Thr-Pro-Tyr-Leu-Asp-Phe-Tyr-Arg-Leu-Met-Ala-Tyr-Gln (配列表の配列番号1)
Ile-Val-Val-Gly-Met-Pro-Ile-Tyr-Gly-Arg-Lys-Glu (配列表の配列番号2)
Ala-Leu-Pro-Lys-Pro-Gly-Ala-Thr-Glu-Tyr-Val-Asp-Pro-Ser-Ile [配列表の配列番号3)
アスペルギルス・ジャポニクスSANK 19288株により生産されるキチナーゼは、粗酵素液において、以下の性質を有する。
1)SDS−PAGE電気泳動法にて分子量約40,000を示す。
2)等電点転記泳動法にて等電点pI約3.5を示す。
3)キトサン7Bを、pH3.5乃至pH10.5にて加水分解する。
4)3)記載の加水分解活性の最適pHはpH4.0である。
5)キトサン7Bに対する酵素のpH4.0、温度37℃における10分間の加水分解活性を100%としたときの、他の基質に対する酵素のpH4.0、温度37℃における10分間の加水分解活性が相対値として表2の値を示す。
【0078】
【表2】
――――――――――――――――――――
基質 相対活性(%)
――――――――――――――――――――
キトサン10B 8.2
キトサン 9B 67.6
キトサン 8B 74.4
キトサン 7B 100
グリコールキトサン 8.2
グリコールキチン 23.3
CM−セルロース 11.4
リケナン 25.3
――――――――――――――――――――
表2から、この酵素は、グリコールキチンよりもアセチル化度が10〜30%の部分アセチル化キトサン(キトサン9B、8B、7B)に対する加水分解活性が高く、アセチル化度が1%以下のキトサン(キトサン10B)に対する加水分解活性は弱いことがわかる。
また、アスペルギルス・ジャポニクスSANK 19288株により生産され、精製されたキチナーゼは、以下の性質を有する。
1)SDS−PAGE電気泳動法にて分子量約40,000を示す。
2)等電点転記泳動法にて等電点pI約3.5を示す。
3)キトサン7Bを、pH3.5乃至pH10.5にて加水分解する。
4)3)記載の加水分解活性の最適pHはpH5.0である。
5)3)記載の加水分解活性の最適温度はpH5.0では65℃である。
6)50℃以下の温度で安定である。
7)pH4乃至pH9.5のpH条件下で安定である。
8)キトサン7Bに対する酵素のpH5.0、温度37℃における10分間の加水分解活性を100%としたときの、他の基質に対する酵素のpH5.0、温度37℃における10分間の加水分解活性が相対値として表3の値示す。表中、キトサン10Bは1%アセチル化キチン、キトサン9Bは10%アセチル化キチン、キトサン8Bは20%アセチル化キチン、キトサン7Bは30%アセチル化キチンである(いずれも加ト吉(株)製)。CM−セルロースは、カルボキシメチルセルロースナトリウムである(和光純薬社製)。グリコールキチンは、前述の方法により調製する。
【0079】
【表3】
――――――――――――――――――
基質 相対活性(%)
――――――――――――――――――
キトサン10B 0
キトサン9B 58.6
キトサン8B 72.4
キトサン7B 100
グルコールキトサン 0
グリコールキチン 28.3
CM−セルロース 0
リケナン 4.2
――――――――――――――――――
表3に示すとおり、アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼはキトサン7Bに対して最も加水分解活性が高く、アセチル化度が小さくなるにつれて加水分解活性は低下する。また、該精製キチナーゼはキチン加水分解活性を有し、セルラーゼ加水分解活性は無い。
9)下記に示す部分アミノ酸配列を有する。配列は、N末端側から記す。
His-Tyr-Pro-Thr-Asp-Ser-Trp-Asn-Asp-Val-Gly-Thr-Asn-Val-Tyr(配列表の配列番号11)
Ala-Phe-Thr-Asn-Thr-Asp-Gly-Pro-Gly-Thr-Ala-Phe-Ser-Gly-Val(配列表の配列番号12)
Leu-Ser-Gln-Met-Thr-Pro-Tyr-Leu-Asp-Phe-Tyr-Asn-Leu-Met-Ala-Tyr-Asp-Tyr-Ala-Gly(配列表の配列番号13)
アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株により生産されるキチナーゼは、粗酵素液において、以下の性質を有する。
1)SDS−PAGE電気泳動法にて分子量約40,000を示す。
2)等電点電気泳動法にてpI約4.5を示す。
3)キトサン7Bを、pH3.5乃至pH9.5にて加水分解する。
4)3)記載の加水分解活性の最適pHはpH4.5である。
5)キトサン7Bに対する酵素のpH4.5、温度37℃における10分間の加水分解活性を100%としたときの、他の基質に対する酵素のpH4.5、温度37℃における10分間の加水分解活性が相対値として表4の値を示す。
【0080】
【表4】
――――――――――――――――――――
基質 相対活性(%)
――――――――――――――――――――
キトサン10B 0
キトサン9B 67.7
キトサン8B 71.6
キトサン7B 100
グリコールキトサン 2.9
グリコールキチン 81.9
CM―セルロース 0
リケナン 11.9
――――――――――――――――――――
表4から、この酵素は、アセチル化度が10〜30%の部分アセチル化キトサン(キトサン9B、8B、7B)に対する加水分解活性が高く、アセチル化度が1%以下のキトサン(キトサン10B)に対する加水分解活性がほとんどないことがわかる。カルボキシメチルセルロースナトリウムに対する加水分解活性はない。
また、アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株により生産され、精製されたキチナーゼは、以下の性質を有する。
1)SDS−PAGE電気泳動法にて分子量約40,000を示す。
2)等電点転記泳動法にて等電点pI約4.5を示す。
3)キトサン7Bを、pH3.5乃至pH9.5にて加水分解する。
4)3)記載の加水分解活性の最適pHはpH5.5およびpH9.0である。
5)3)記載の加水分解活性の最適温度はpH5.5では60℃、pH9.0では35℃である。
6)pH5.5およびpH9.0において、40℃以下の温度で安定である。
7)pH4.5乃至pH10のpH条件下で安定である。
8)キトサン8Bに対する酵素のpH5.0、温度37℃における10分間の加水分解活性を100%としたときの、他の基質に対する酵素のpH5.0、温度37℃における10分間の加水分解活性が相対値として表5の値を示す。表中、キトサン10Bは1%アセチル化キチン、キトサン9Bは10%アセチル化キチン、キトサン8Bは20%アセチル化キチン、キトサン7Bは30%アセチル化キチンである(いずれも加ト吉(株)製)。CM−セルロースは、カルボキシメチルセルロースナトリウムである(和光純薬社製)。グリコールキチンは、前述の方法により調製する。
【0081】
【表5】
――――――――――――――――――
基質 相対活性(%)
――――――――――――――――――
キトサン10B 14.3
キトサン9B 73.6
キトサン8B 100
キトサン7B 97.4
グルコールキトサン 0
グリコールキチン 23.8
CM−セルロース 0
リケナン 0
――――――――――――――――――
表5に示すとおり、アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼはキトサン7Bおよび8Bに対して最も加水分解活性が高く、アセチル化度が小さくなるにつれて加水分解活性は低下する。また、該精製キチナーゼはキチン加水分解活性を有し、セルラーゼ加水分解活性はない。
以上のことから、本発明のキチナーゼの有する性質としては以下のようなものが挙げられるが、これに限定されるものではない。
1)SDS−PAGE電気泳動法にて分子量約40,000を示す。
2)等電点電気泳動法にて等電点pI3.0乃至5.0(好適にはpI3.5乃至4.5)を示す。
3)キトサン7Bを、pH3.0乃至pH11.0(好適にはpH3.5乃至10.5)にて加水分解する。
4)グリコールキチンを、pH3.0乃至pH11.5(好適にはpH4乃至pH10.5)にて加水分解する;
5)0℃乃至80℃で3)記載の加水分解活性を発揮する;
6)50℃以下(好適には45℃以下)の温度で安定である;
7)pH4.0乃至pH10(好適にはpH5乃至pH9.5)のpH条件下で安定である。
【0082】
また、本発明のキチナーゼを製造する方法も本発明に含まれる。
【0083】
アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM 2067株、アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株、アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株を初めとするキチナーゼ産生微生物を培地で培養することにより、キチナーゼを生産することができる。例えば、0.1〜5.0%マルトエクストラクト(Difco(株)製)、0.1〜1.0%イーストエキストラクト(Difco(株)製)、0.05〜1.0%キチンあるいは0.05〜1.0%キトサンの培地で、16〜45℃で1〜15日間、100〜250rmpで振とう培養する。
【0084】
アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM 2067株、アスペルギルス・ジャポニクス SANK19288株、アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の酵素は、次の各点が共通である。
1)弱酸性で最も高い部分アセチル化キトサン分解活性を有する。
2)30%アセチル化キトサンに対する、pH4.0〜6.0、温度37℃における10〜30分間の加水分解活性を100%とすると、1%アセチル化キトサンに対する該活性は15%以下である。
【0085】
本発明によって得られるキトサン低分子キトサン及び各種塩溶液は、そのまま用いることもできるが、硫安沈殿・有機溶媒沈殿・遠心分離・凍結乾燥・限外濾過等により、濃縮することもできる。また、透析・限外濾過・ゲル濾過・カラムクロマトグラフィー等により精製と脱塩及び分子量分画をすることもできる。
【0086】
このようにして作製した低分子キトサン塩酸塩は、水に対する溶解性に優れ、最大約10質量%濃度の溶液とすることができる。また、低分子キトサン塩酸塩の1質量%水溶液は、pH4.9〜5.6を示し、アルカリを添加した場合に沈殿物(コロイド)が析出するpHはpH6.6〜7.4である。
【0087】
ここで作製した低分子キトサン塩酸塩が有する生理活性を、抗菌活性を指標として調べる。抗菌活性を有するための低分子キトサン9B、8B、7B各塩酸塩の最小阻止濃度(Minimum Inhibitory Concentration; MIC)を測定する。高分子キトサン塩酸塩の抗菌活性と比較すると、グラム陽性菌・陰性菌にかかわらず、低分子キトサン塩酸塩は高分子キトサン塩酸塩と同等以上の活性を有している。したがって、低分子キトサンは高分子キトサンと同等以上の優れた生理活性を有している。このことから高分子キトサンが有するとされている抗菌活性は、本発明の低分子キトサンにおいても保持されているものと考えられる。また、皮膚欠損傷動物の治癒試験においても、治癒日数の短縮効果がみられ、動物における生理活性も有している.
このように優れた生理活性を有していることから、本発明で得られる低分子キトサンまたはその塩は、例えば、創傷・褥創用外用剤、床ずれ治療薬、アトピー性皮膚炎治療薬、ニキビ治療薬等の皮膚外用剤、入浴剤、化粧料、洗顔剤、基礎化粧品、虫歯予防薬等の口腔衛生剤、液状洗口剤、歯科向けの素材、腸内細菌改善薬等の整腸剤、院内感染予防薬等の医療分野、ダイエットフード、食品保存剤、防腐剤等の食品添加物分野、動物・魚類用飼料等の分野、植物活性増強剤などの農業分野、水等処理剤、金属吸着剤、原子力廃棄物吸着剤薬剤除法剤等に本発明の低分子キトサンを使用することが考えられるが、用途は特にこれらの例に限定されるものではない。また本発明の低分子キトサンまたはその塩の有効量を動物に投与することを含む、外傷、床ずれ,アトピー性皮膚炎等の疾患の治療方法も本発明に含まれる。また、これらの疾患を治療するための本発明の低分子キトサンまたはその塩の使用も本発明に含まれるものとする。
本発明によって得られる低分子キトサン又は低分子キトサン塩の用法は目的に応じて変わるが、上述のような用途に使用するには、さまざまな形態をとり得る。以下に形態を列挙するが、特に限定されるわけではない。低分子キトサンは、固体のまま用いることができる。また、10質量%濃度の水溶液あるいは有機溶媒溶液、さらに適宜これを希釈して任意の濃度で用いることができる。希釈剤は水あるいは有機溶媒(アルコール類など)等を使用することができる。最終的にpHが6.5より酸性であれば溶液として、アルカリ性であればコロイド状化合物として使用できるが、塩の種類によっては弱アルカリ性でも溶液として使用できる。さらに、無機物あるいは有機物を共存させることにより、任意のpHで溶液として用いることができる。また、低分子キトサン溶液あるいは希釈溶液を10質量%以下の任意の濃度においてクリーム基材と混合することにより、クリーム剤として使用することができる。低分子キトサン溶液あるいは希釈溶液を、任意の厚さを有するフィルムとして使用することができる。プラスチック様の硬さを有するフィルムは、低分子キトサン溶液を、さまざまな厚さを有する枠の中で乾燥させることにより得られる。また、柔軟性を有する軟質シートは、低分子キトサン溶液に例えばグリセリン等の溶剤を任意の割合で混合して、さまざまな厚さを有する枠の中で乾燥させることにより得られる。柔軟性の度合いは、例えばグリセリン等の溶剤を加える割合で調節される。さらに、キトサンーメチルセルロ−ス複合フィルムは、低分子キトサン溶液にメチルセルロースを混合し、さまざまな厚さを有する枠の中で乾燥させることにより得られる。
【0088】
用量は、疾患の種類、症状、患者の性別、年令、剤型、投与法に応じて変わるが、安全性が高いので、任意の量を用いることができる。生体に投与する場合には2g/kg体重以下が好ましく、それ以外の場合には、適宜調節される。
また、本発明のキチナーゼは、扱いにくい試料をより扱い易くする為にも有効に用いる事ができる。従来、甲殻類などを含む試料を、粉砕する,すり潰す、ミキサーにかけるなどの加工をした場合、粘度が非常に高くなり、扱いにくかった。これは、これら甲殻類に大量に含まれる高分子多糖(主成分は高分子部分アセチル化キトサン)が原因であった。たとえば、このような食品加工の過程に、本発明のキチナーゼを加えて反応させ、その液性成分中の高分子部分アセチル化キトサンを分解し、その液性成分中に高分子部分アセチル化キトサンを実質的に含まない、扱い易い試料を製造することが可能であり、キチナーゼを用いた該扱い易い試料の製造方法も本発明に含まれる。このような製造方法に用いる原材料としては、高分子部分アセチル化キトサンを含む試料であれば特に限定されないが、好ましくは、甲殻類を含む試料であり,より好ましくはエビおよびカニのいずれか一つまたは両方を含む試料である。原材料とキチナーゼの反応条件としては上記のキトサン分解活性を発揮する条件を適用することができる。反応時間は10分以上であって、試料の粘度が低い状態になる時間であれば特に限定されないが、好ましくは10分間から10日間程度であり、より好ましくは1日間から5日間程度である。また、このような方法によって製造された試料も本発明に含まれる。
【0089】
「その液性成分中に高分子部分アセチル化キトサンを実質的に含まない」とは、試料に高分子部分アセチル化キトサンが含有される事によりもたらされる、高い粘性が減少または消失した状態を指し、厳密に濃度として0%であることを指さないが、好ましくは高分子部分アセチル化キトサンの含有量が20%以下であり、より好ましくは10%以下であり、さらに好ましくは5%以下であり、最適には0%である。
【0090】
【実施例】
以下に、実施例及び試験例を挙げるが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【0091】
実施例1.アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067株からのキチナーゼの精製
1)粗酵素液の調製
滅菌した表6の組成の培地100mlが入っている500ml容の三角フラスコ(種フラスコ)にアスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM 2067株の菌体を接種し、26℃にて8日間、100rpmの振とう培養を行った。
【0092】
【表6】
培地
――――――――――――――――――――――――――――――
マルトエクストラクト 10g
イースト・エクストラクト 5g
粉末キチン 2g
あるいは コロイダルキトサン(キミツ化学(株)製) 2g
純水で1,000mlとした。
――――――――――――――――――――――――――――――
培養終了後、4℃、10,000×Gにて10分間の遠心分離を行った。得られた上清を粗酵素液とした。
【0093】
2)酵素活性測定法
キチナーゼの加水分解活性は以下のようにして測定した。
【0094】
▲1▼部分アセチル化キトサンの加水分解反応
キトサン7B(30%アセチル化キトサン、加ト吉(株)製)125mgに水50mlおよび酢酸30μlを加え、粉末キトサンを完全に溶解させた。キトサン8B(20%アセチル化キトサン、加ト吉(株)製)125mgに水50mlおよび酢酸50μlを加え、粉末キトサンを完全に溶解させた。キトサン9B(10%アセチル化キトサン、加ト吉(株)製)125mgに水50mlおよび酢酸50μlを加え、粉末キトサンを完全に溶解させた。キトサン10B(ほぼ完全な脱アセチル化キトサン、加ト吉(株)製)125mgに水50mlおよび酢酸90μlを加え、粉末キトサンを完全に溶解させた。これらのキトサン水溶液160μlおよび400mM酢酸緩衝液(pH5.0)100μlの混合液に酵素液140μlを加え撹拌して均一にし、37℃で保温して20分間酵素反応を行った。
【0095】
▲2▼ランドル・モーガン法による遊離還元糖の定量
アセチルアセトン10μlを0.5M炭酸ナトリウム水溶液500μlに溶かした溶液400μlを酵素反応液に加えて反応を停止させた後、100℃で20分間保温した。氷冷後、N,N-ジメチルアミノベンズアルデビド0.8gをエタノール30ml及び濃塩酸30mlに溶解した混合溶液400μlとエタノール1200μlを酵素反応溶液に加え、65℃で10分間発色反応をさせた。氷冷後、沈殿物を遠心分離し上清の530 nmにおける吸光度を測定した。酵素反応1分間当たり1μmolのグルコサミンを生成する酵素活性を1単位とした。
【0096】
3)粗精製酵素液の調製
1)で得られた粗酵素液500mlに、氷冷下攪拌しながら硫酸アンモニウム280gを徐々に加えた。混合溶液を一晩4℃で静置したのち、10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)3,000mlに対して12時間ずつ5回透析した。これを、予め10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)で平衡化したDEAEトヨパール(東ソー(株)製)カラム(直径2.2cm×長さ20cm)に添加し、吸着させた。10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)で該カラム十分洗浄した後、10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)600ml中に0乃至0.4Mの塩化ナトリウムの直線的濃度勾配を作製して該カラムに吸着した成分を溶出させた。キトサン分解活性は塩化ナトリウム濃度が0.20M乃至0.30Mの画分(135ml)に溶出された。これを粗精製酵素画分とした。
【0097】
4)精製酵素溶液の調製
3)で得られた活性画分135 mlを20mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)3,000mlに対して12時間ずつ3回透析した後、予め20mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)で平衡化したMonoQ(ファルマシア社製)カラム(直径7mm×長さ5cm)に添加し、吸着させた。該カラムを20mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)で十分洗浄した後、10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)250ml中に0乃至0.15 Mの塩化ナトリウムの直線的濃度勾配を作製して該カラムに吸着した成分を溶出させた。キトサン分解活性は塩化ナトリウム濃度が0.054M乃至0.057Mの画分(10ml)に溶出された。この画分を精製酵素溶液とした。
【0098】
5)精製酵素の分子量測定
12.5%ポリアクリルアミドゲルを用いたSDS−PAGE電気泳動法(Laemmli, U.K., Nature, 227, 680(1970)参照)により、精製酵素の分子量を求めた。標準タンパク質として次のものを用いた:a.ホスホリラーゼ(phosphorylase)、分子量94,000:b.アルブミン(albumin)、分子量67,000:c.オバルブミン(ovalbumin)、分子量43000:d.カルボニック・アンヒドラーゼ(carbonic anhydrase)、分子量30,000:e.トリプシン・インヒビター(trypsin inhibitor)、分子量20,100:f.α−ラクタルブミン(α-lactalbumin)、分子量14,400。
これら標準タンパクの移動度から求められた検量線を図1に記載した。図1に示す通り、精製酵素は分子量約40,000の単一バンドを示した。
【0099】
6)精製酵素の等電点
精製酵素を等電点電気泳動(日本生化学会編「生化学実験講座1 タンパク質の化学I 分離精製、東京化学同人刊(1976年)」262乃至312頁参照)に供した。精製酵素の等電点は約pI4.5であった。
【0100】
7)部分アミノ酸配列の決定
精製した酵素溶液を約1mg/ml程度まで限外濾過膜(ADVANTEC社製ULTRA FILTER UNIT USY-1、分子量分画1万)を用いて濃縮した。濃縮酵素液400μlにDenature buffer(6M塩酸グアニジン、10mM EDTA、0.1M炭酸水素アンモニウムpH 7.8)400μlおよび50mM Dithiothreitol 8μlを加え、95℃で10分間反応させた。室温まで冷却後、反応液にDenature buffer溶液に溶解した50mM Iodoacetoamide40μlを加え、暗所室温で1時間反応させた。この溶液をSlide-A-Lyzer Mini Dialysis Units Plus Float(PIERCE社製、分子量分画1万)で水1Lに対して透析した。得られた溶液にトリプシン(Modified、Promega社製)8μlを加え、37℃で7時間酵素反応させた。反応液をSMART system(Pharmacia Biotech社製)にかけて分解アミノ酸のピークを分離した。分離条件を以下に示す。
カラム:Nomura Chemical Develosil 300 CDS-HG-5 (1mm×150mm)
A buffer:0.1%TFA/Water
B buffer:0.1%TFA/Acetonitril
グラジエント:5→60%B 1%/分.
Flow:50μl/ml
分離した分解アミノ酸のうち、B buffer濃度15%程度の2つのピークおよび35%程度のピークを分取した。この3つ(No.1〜No.3)についてアミノ酸配列解析装置(Procise cLC、Applied Biosystem社製)でアミノ酸配列を解析した。その結果得られた部分アミノ酸配列をアミノ末端側から記す。
No.1:Glu Met Thr Pro Tyr Leu Asp Phe Tyr Arg Leu Met Ala Tyr Gln(配列表の配列番号1);
No.2:Ile Val Val Gly Met Pro Ile Tyr Gly Arg Lys Glu(配列表の配列番号2);
No.3:Ala Leu Pro Lys Pro Gly Ala Thr Glu Tyr Val Asp Pro Ser Ile(配列表の配列番号3)。
【0101】
実施例2.アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株からのキチナーゼの精製
1)粗酵素液の調製
滅菌した表7の組成の培地100mlが入っている500ml容の三角フラスコ(種フラスコ)にアスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株の菌体を接種し、26℃にて8日間、100rpmの振とう培養を行った。培養終了後、4℃条件下、10,000×Gにて10分間の遠心分離を行った。得られた上清を粗酵素液とした。
【0102】
【表7】
培地
――――――――――――――――――――
マルトエクストラクト 10g
イースト・エクストラクト 5g
粉末キチン 5g
純水で1,000mlとした。
――――――――――――――――――――
2)精製酵素溶液の調製
1)で得られた粗酵素液200mlに、氷冷下攪拌しながら硫酸アンモニウム112gを徐々に加えた。混合溶液を一晩4℃で静置したのち、20mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)3,000mlに対して12時間ずつ5回透析し、これを粗精製酵素画分とした。予め20mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)で平衡化したMonoQ(ファルマシア社製)カラム(直径7mm×長さ5cm)に粗精製酵素画分を添加し、吸着させた。該カラムを20mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)で十分洗浄した後、10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)250ml中に0乃至0.15 Mの塩化ナトリウムの直線的濃度勾配を作製して該カラムに吸着した成分を溶出させた。キトサン分解活性は塩化ナトリウム濃度が0.063M乃至0.066Mの画分(10ml)に溶出された。この画分を精製酵素溶液とした。
【0103】
3)精製酵素の分子量
実施例1 5)と同じ方法で分子量を測定した。本酵素は分子量約40,000の単一バンドを示した。
【0104】
4)精製酵素の等電点
実施例1 6)と同じ方法で等電点を測定した。本酵素の等電点は約pI3.5であった。
【0105】
実施例3.アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株からのキチナーゼの精製
1)粗酵素液の調製
滅菌した表8の組成の培地100mlが入っている500ml容の三角フラスコ(種フラスコ)にアスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株の菌体を接種し、26℃にて8日間、100rpmの振とう培養を行った。培養終了後、4℃条件下、10,000×Gにて10分間の遠心分離を行った。得られた上清を粗酵素液とした。
【0106】
【表8】
培地
――――――――――――――――――――
マルトエクストラクト 10g
イースト・エクストラクト 5g
粉末キチン 5g
純水で1,000mlとした。
――――――――――――――――――――
2)精製酵素溶液の調製
1)で得られた粗酵素液200mlに、氷冷下攪拌しながら硫酸アンモニウム112gを徐々に加えた。混合溶液を一晩4℃で静置したのち、20mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)3,000mlに対して12時間ずつ5回透析し、これを粗精製酵素画分とした。予め20mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)で平衡化したMonoQ(ファルマシア社製)カラム(直径7mm×長さ5cm)に粗精製酵素画分を添加し、吸着させた。該カラムを20mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)で十分洗浄した後、10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)250ml中に0乃至0.15 Mの塩化ナトリウムの直線的濃度勾配を作製して該カラムに吸着した成分を溶出させた。キトサン分解活性は塩化ナトリウム濃度が0.062M乃至0.064Mの画分(10ml)に溶出された。この画分を精製酵素溶液とした。
3)精製酵素の分子量
実施例1 5)と同じ方法で分子量を測定した。本酵素は分子量約40,000の単一バンドを示した。
【0107】
4)精製酵素酵素の等電点
実施例1 6)と同じ方法で等電点を測定した。本酵素の等電点は約pI4.5であった。
実施例4. アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM 2067株由来キチナーゼを用いた低分子キトサン塩酸塩の調製
キトサン9Bあるいはキトサン8Bあるいはキトサン7B、2.0gを水800mlに懸濁し、濃塩酸を加えてpH2.5として粉末を完全に溶解した。飽和炭酸水素ナトリウム水でpHを5.0に合わせた後、水を加えて全量を1,000 mlとし、200 mlずつを500 ml三角フラスコに移し、実施例11)で調製した酵素液10mlを加え、40℃で3日間80rpmで振とうして酵素反応を行わせた。反応終了後、全ての反応液を回収し、氷冷下1%苛性ソーダ水でpH12以上としたのち、10,000rpm、10分間の遠心分離で沈殿物を得た。回収した沈殿物を200mlの水に懸濁し、氷冷下濃塩酸を加えてpH2.5として溶解し、分子量分画10,000の透析膜を用いて、水に対して透析を行なった。透析終了後、溶液を濾過し、濾液を凍結乾燥した。低分子キトサン9B塩酸塩は、2.0 gの白色綿状固体として得られた。低分子キトサン8B塩酸塩が1.6 gの白色綿状固体として得られた。低分子キトサン7B塩酸塩が0.6 gの白色綿状固体として得られた。
【0108】
実施例5. アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来キチナーゼを用いた低分子キトサン塩酸塩の調製
実施例4と同様の方法で低分子キトサン塩酸塩を調製した。酵素液は実施例2 1)で得られたものを用い、酵素反応はpH4.0で行った。低分子キトサン9B塩酸塩は、1.3gの白色綿状固体として得られた。低分子キトサン8B塩酸塩が1.3gの白色綿状固体として得られた。低分子キトサン7B塩酸塩が0.9gの白色綿状固体として得られた。
【0109】
実施例6. アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来キチナーゼを用いた低分子キトサン塩酸塩の調製
実施例4と同様の方法で低分子キトサン塩酸塩を調整した。但し、酵素液は実施例3で調整したものを用い、酵素反応はpH4.5で行った。低分子キトサン9B塩酸塩は、2.1gの白色綿状固体として得られた。低分子キトサン8B塩酸塩が1.7gの白色綿状固体として得られた。低分子キトサン7B塩酸塩が1.0gの白色綿状固体として得られた。
【0110】
実施例7. 低分子キトサン塩酸塩のアセチル化度
実施例4〜6にて調製した低分子キトサン塩酸塩100mgを蒸留水10mlに溶解し、キトサナーゼ10U(和光純薬(株)製)を加えて室温で3時間攪拌した。反応溶液を凍結乾燥し、乾燥固体をD2Oに溶かして1H−NMRを測定した。
アセチル基の3Hとアセチル基以外の、水酸基を除く7Hとの積分比から、アセチル化度を算出した。結果は表9に示す。
【0111】
【表9】
Figure 0004204857
実施例8. ゲル濾過法での分子量分画の決定
分子量マーカーとして、デキストランT10(分子量10,000)、T40(分子量40,000)、T70(分子量70,000)、T110(分子量110,000)、T250(分子量250,000)(ファルマシア(株)製)の各1%溶液200μlを、あらかじめpH4.5の200mM酢酸緩衝液で膨潤させたゲル濾過材(Toyopearl HW55 Fine)をつめたカラム(86×2cm)に展開し、1.75mlずつに分画した。水1容に濃硫酸8容を加えた硫酸液1.8ml、カルバゾール0.25gをエタノール50mlに溶かした溶液60μlを各々の分画液200μlに加え、100℃で10分間保温した。氷冷後420nmにおける吸光度を測定した。
【0112】
実施例4、5、6で作製した低分子キトサン塩酸塩の各5%溶液200μlを、同様にして1.75mlずつに分画した。各分画280μlにpH6.5の400mM MOPS−炭酸ナトリウム緩衝液100μlおよびキトサナーゼ10U(和光純薬(株)製)を加えて、37℃で10分間酵素反応を行なった。遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。分子量マーカーと各低分子キトサンについて、最大吸光度を示す分画を100%とし同一グラフ上にプロットした(図2〜4)。図から推定した低分子キトサンの分子量を表10にまとめた。
【0113】
【表10】
Figure 0004204857
実施例9.アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)由来のキチナーゼをコードするゲノムDNAの分離
9−1)アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)のゲノムDNAの分離アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)var. sporoflavus Ohara JCM 2067株を培地(1% Malt Extract, 0.5% Yeast Extract)100mlにて30℃で4日間振盪培養した後、この培養液をろ過装置を用い、菌体を集菌した。続いて、この菌体を-80℃に冷却した乳鉢に入れ、液体窒素を注いだ。液体窒素を加えながら乳棒を用いて菌体が粉末状になるまで十分砕いた。粉末状の菌体約1.5gを20mlの溶菌バッファー(62.5mM EDTA、50mM Tris-HCl、50mM SDS:pH8.0)に加え、穏やかに攪拌した。次に、これに10mlの9.5M 酢酸アンモニウムを添加し、さらに15mlのTE飽和フェノールを添加し穏やかに攪拌した。この溶液を高速冷却遠心機(日立製ローターNo.3)を用い、4℃, 5000rpmで5分間遠心し、上清を約25ml回収した。回収した上清に15mlのクロロホルムを添加し、穏やかに攪拌した後、4℃, 5000rpmで10分間遠心した。上清を新しいチューブに回収し、上清と等量の2-プロパノールを添加し攪拌した後、4℃, 10000rpmで10分間遠心した。沈殿を400μlのTEに溶解した後、1mlのマイクロチューブに移し、10μlの10mg/ml リボヌクレアーゼを添加し37℃で20分処理した。次いで、40μlの3M 酢酸ナトリウム、400μl クロロホルムを添加し攪拌し、室温で10000rpm, 5分間遠心分離した。分離した上清をマイクロチューブに回収し、1mlの100%エタノール(-20℃で冷却)を添加して穏やかに攪拌した。ガラス棒で糸状になったDNAを巻き取り、エタノールをきった後に200μlのTEに溶解させた。
9−2)アスペルギルス・オリザエ・ゲノムDNAライブラリーの作製
9−1)で得られたアスペルギルス・オリザエ・ゲノムDNA10μgを、制限酵素EcoRI(宝酒造社製)10μlを用い、50mM Tris-HCl(pH7.5)、10mM MgCl2、1mM DTT及び100mM NaClからなる溶液中で、37℃で約2時間切断処理した後、DNAを回収した。アスペルギルス・オリザエ・ゲノムDNAのEcoRI切断産物と、同じくEcoRIで切断されたベクター、pUC118 EcoRI/BAP(宝酒造社製)をRapid DNA Ligation Kit(ロシュ・ダイアグノスティック社製)を用いてライゲーションを行い、アスペルギルス・オリザエのゲノムDNAライブラリーとした。
9−3)DIG(ジゴキシゲニン)標識DNAプローブの作製
実施例1で同定した内部アミノ酸配列(配列表の配列番号2)を元に作製したミックスプライマーF21、およびF21を用いてアスペルギルス・オリザエのゲノムライブラリーから同定したオリゴプライマーPR50を合成した。
【0114】
F21:5'-attggcataccaacaactatcttagagc-3' (配列表の配列番号7)
PR50:5'-taaattgacccatatcctctatgcatt-3' (配列表の配列番号8)
この2種類のプライマーを用いて、アスペルギルス・オリザエのゲノムDNAをテンプレートとしたPCRにより、約800bpのDNAを増やした。このDNAは電気泳動により分離し、アガロースゲルから切り出した後、QIAquick Gel Extraction Kit (キアゲン社製)を用いて精製した。こうして精製したDNAをDIG DNA Labeling Kit (ロシュ・ダイアグノスティック社製)を用いて標識した。標識の方法は以下の様に行った。まず、精製したDNAを100℃で10分間加熱し、1本鎖にした後、氷上で急冷した。次いで10μl ヘキサヌクレオチド・ミックス(0.5M Tris、0.1M MgCl2、1mM Dithioerithritol、2mg/ml BSA;pH7.2)、10μl dNTPラベリング・ミックス(1mM dATP, 1mM dCTP, 1mM dGTP, 0.65mM dTTP, 0.35mM DIG-11-dUTP; pH7.5)、5μl DNAポリメラーゼ(Klenow fragment)を加え、滅菌水で全量が100μlになるように調整した。この反応液を37℃で一晩反応させた後、10μl 0.2M EDTA(pH8.0)を添加して反応を停止させた。次いで、10μl 4N LiClと500μl 100%エタノール(-20℃で冷却させたもの)を加え、-70℃で30分間静置し、標識されたDNAを沈殿させた。冷却遠心機で4℃、15000rpm、10分間遠心した。エタノールを捨て、100μl 70%エタノール(-20℃で冷却したもの)を添加してペレットを洗浄した後、15000rpm、10分間遠心し、ピペットで完全にエタノールを除去した。ペレットを乾燥した後、50μl TEに溶解し、25ml DIG Easy Hyb(ロシュ・ダイアグノスティック社製)に加え、キチナーゼ遺伝子プローブとした。
9−4)キチナーゼ遺伝子を含む部分DNAライブラリーの作製
9−1)で得られたアスペルギルス・オリザエ・ゲノムDNA 20μgを制限酵素EcoRIで切断処理を行った後、精製しDNAを回収した。精製したDNAをアガロースゲルで電気泳動により分離し、ナイロンメンブレンにブロッティングを行った。次いで、9−3)で得られたキチナーゼ遺伝子プローブを用い、サザンハイブリダイゼーションを行った結果、キチナーゼ遺伝子を含む一本の単一のバンドが得られた。そこで、次に9−1)で得られたアスペルギルス・オリザエ・ゲノムDNA 80μgを制限酵素EcoRIで切断処理を行った後、精製しDNAを回収した。このDNAをアガロースゲルで電気泳動し、上記のサザンハイブリダイゼーションによって見られたバンドの位置と同じ位置をゲルから切り出し、DNAを抽出した。抽出したDNAをpUC118 EcoRI/BAPベクターにライゲーションを行い、キチナーゼ遺伝子を含むDNAライブラリーとした。
9−5)キチナーゼ遺伝子含有DNAのスクリーニング
9−4)で得たDNAライブラリーにより、大腸菌JM109株(宝酒造社製)を形質転換させた。寒天培地上に形質転換体コロニーを形成させ、その上に、ナイロントランスファーメンブレン(アマシャム社製)を重ねて、メンブレン上にコロニーの一部を移行させた。このメンブレンをアルカリ変性溶液(0.5M NaOH、3.0M NaCl)を浸したろ紙上に20分間静置し、その後中和溶液(1M Tris-HCl (pH7.5))を浸したろ紙上に10分間置いた。さらに、2×SSC溶液で振盪しながら洗浄した。次に、このメンブレンをDIG Easy Hybでプレハイブリダイゼーションを1時間行った。その後、メンブレンを9−3)で得られたキチナーゼ遺伝子プローブと37℃で一晩ハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーション後、常温の2×SSCバッファーで三回洗浄し、さらに53℃に温めた2×SSCバッファーで二回洗浄した。その後、DIG Wash and Block Buffer Set(ロシュ・ダイアグノスティック社製)を用いて検出を行った。まず、Wash buffer (0.1M マレイン酸、0.15M NaCl、0.3% Tween 20:pH7.5)でメンブレンを順化した。次いで、このメンブレンをブロッキング溶液(0.1M マレイン酸、0.15M NaCl:pH7.5に10%ブロッキング試薬を含む溶液)に浸して60分間ブロッキングを行い、非特異的な結合をブロッキングした。次に、メンブレンをブロッキング溶液に抗ジゴキシゲニン抗体を10000倍希釈で加えた溶液に浸し、37℃で30分間反応させた後、Wash Bufferで二回洗浄した。その後、Detection buffer (0.1M Tris-HCl、0.1M NaCl:pH9.5)でメンブレンを順化した。Detection bufferにCSPD (Chemiluminescence substrate)を100倍希釈で加え、純化したメンブレンに滴下した後、37℃で15分間発色を安定させた。その後Lumi-Film Chemiluminescent Detecion Film(コニカ社製)に感光させ、現像した。その結果、ポジティブシグナルを示すクローンを確認できた。
9−6)組換え体プラスミドDNAの抽出と配列解析
9−5)で得たポジティブシグナルを示すクローンをL-broth(和光純薬工業社製)で一晩培養し、組換え体プラスミドのDNAを抽出した。QIAprep Spin Miniprep Kit (キアゲン社製)を用い、プラスミドDNAを抽出した。次いで、抽出したDNAをこのプラスミド特有のユニバーサルプライマー、M13M4, M13RVを用いて配列解析を行い、その結果と9−3)で得られたキチナーゼ遺伝子プローブのヌクレオチド配列とをアラインメントし、キチナーゼの配列を含むことを確認した。キチナーゼの配列を含むことが確認できたプラスミドDNAをGPS-1 Genome Priming System(ニューイングランド バイオ・ラボ社製)を用いて、全体の配列を決定した。手順は、まず上記で抽出したプラスミドDNA 4μlに2μl 10×GPS Buffer (250mM Tris-HCl;pH8.0、20mM DTT、20mM ATP、500μg/ml BSA)、1μl pGPS1(Transprimer-1 Donor plasmid)、11μl 滅菌水を加え混合した後、1μl TnsABC Transposaseを添加し37℃で10分間結合させた。その後、1μl Start Solution (300mM magnesium acetate)を添加し、37℃で1時間反応させた後、75℃で10分間処理することで、反応を停止した。次いで、この反応産物10μlを大腸菌JM109株に形質転換し、アンピシリンとカナマイシンを含むLB寒天培地に塗布し、37℃で一晩培養した。生育してきたコロニーをLB液体培地で一晩培養し、プラスミドDNAを抽出した。この抽出したプラスミドDNAをpGPS1のプライマーであるNプライマーおよびSプライマーで配列をよみ、キチナーゼをコードするゲノム配列の全配列を決定した。
実施例10.アスペルギルス・オリザエ由来のキチナーゼをコードするcDNAの同定
10−1)アスペルギルス・オリザエの全RNAの精製
アスペルギルス・オリザエ(Aspergillus oryzae)var. sporoflavus Ohara JCM 2067株をPotato Dextrose培地20mlで30℃、3日間前培養した。その後、液体培地(1% Malt Extract、0.5% Yeast Extract)に1%植菌し、30℃で3日間培養した。培養した菌体を吸引集菌し、-80℃で冷やした乳鉢(オートクレーブ滅菌済)に移した。液体窒素を加えながら、乳棒で菌体を破砕し、粉末状にした。完全に粉末状になった菌体をRneasy Plant Mini Kit (キアゲン社製)を用いて次のように全RNAの精製を行った。まず粉末状の菌体約1gを4.5ml RLT buffer (β- Mercaptoethanol)に加え、激しく振とうし菌体を溶解させ、氷上に置いた。0.5mlずつQIAshredderスピンカラムに分注し、室温で15000rpm、2分間遠心した。通過液に0.5倍量のエタノールを添加し、ピペッティングで攪拌した。その後、675μlずつRneasy Miniスピンカラムに分注し、室温で16000rpm、15秒間遠心した。700μlのRW1 Wash bufferを加え、同じように室温で16000rpm、15秒間遠心した。次に500μl RPE Wash bufferを添加し、室温で16000rpm、2分間遠心してRNAを洗浄した。スピンカラムをマイクロチューブにセットし、50μlのRnase free waterでRNAを溶出させ室温で10000rpm、1分間遠心して回収した。
10−2)アスペルギルス・オリザエcDNAライブラリーの作製
アスペルギルス・オリザエのcDNAライブラリーは、SMART cDNA Library Construction Kit (クロンテック社製)を用いて作製した。まず、滅菌した0.5mlチューブに10−1)で精製した全RNA 1μgと1μl SMART IV Oligonucleotide、1μl CDS III/3' PCR Primerを混合し、72℃で2分間インキュベートした。その後、氷上に2分間置き、冷却した。この冷却した試料に2μl 5× First-Strand Buffer、1μl 20mM DTT、1μl 10mM dNTP Mixおよび1μl Power Script Reverse Transcriptaseを添加した。内容物を混合し、42℃で1時間反応させた後、氷上に置き、first-strand DNA合成を停止させた。次いで、LD PCRによるcDNAの増幅を行った。PCRチューブに前記のFirst-Strand DNAを2μl添加し、さらに次の試薬を添加した:80μl 脱イオン水、10μl 10×Advantage2 PCR Buffer、2μl 50×dNTP Mix、2μl 5'PCR Primer、2μl CDS III/3' PCR Primer、2μl 50× Advantage2 Polymerase Mix。このPCRチューブを95℃に予熱したサーマルサイクラーにセットし、95℃で20秒反応させた後、95℃で5秒、68℃で6分のサイクルを20サイクル行った。この反応液(ds cDNAを含む)50μlを滅菌したチューブに取り、2μl プロテアーゼKを添加して45℃で20分間インキュベートし、プロテアーゼ処理を行った後、50μlの脱イオン水を添加した。100μl フェノール:クロロホルム:イソアミルアルコール混合液(25:24:1)を添加し、1分間混合して14000rpmで5分間遠心分離した。上清を新しいチューブに移し、100μl クロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)を添加した。1分間混合した後、再度14000rpmで5分間遠心分離した。上清を新しいチューブに移し、10μl 3M 酢酸ナトリウム、1.3μl グリコーゲン及び260μl 95%エタノール(室温)を加え、直ちに室温で14000rpmで20分間遠心分離した。ピペットで上清を除去し、80%エタノール100μlでペレットを洗浄した後、ペレットを乾燥させた。ペレットを79μl 脱イオン水に溶解した。続いて、制限酵素Sfi Iによる処理を行った。79μl cDNA、10μl 10× Sfi Buffer、10μl Sfi Enzymeおよび1μl 100× BSAを混合し、試験管を50℃で2時間インキュベートした。その後、2μl 1% xylene cyanol染色液を添加した。CHROMA SPIN-400カラムを使い、cDNAを分子ふるいにかけた。CHROMA SPINカラムは数回転倒混和してゲルマトリックスを懸濁させ、さらにピペットマンで懸濁した。カラムの蓋を取り、カラムが自然にドリップするように設置した。次にカラムバッファーを静かに添加し、重力で自然にドリップさせた。このバッファーのドリップが終了した後、マトリックスの上面中央にSfi Iで分解したcDNAサンプルをアプライし、マトリックスの表面に十分吸収させた。表面から液体がなくなり、ドリップが終了したら、600μl カラムバッファーを添加し、直ちに試験管16本に1滴ずつフラクションを収集した。このフラクションの各3μlをアガロースゲル電気泳動にかけ、ピークフラクションを判定した。cDNAを含むフラクションを収集し、1本の新しい試験管に集めた。この試験管に1/10倍量の酢酸ナトリウム(3M;pH4.8)、1.3μl グリコーゲン、2.5倍量の95%エタノール(-20℃)を加え、軽く振って混合し、-20℃で一晩インキュベートした。室温で14000rpm、20分間遠心分離し、上清を除去した。ペレットを完全に乾燥させた後、7μl 脱イオン水にペレットを再懸濁した。上記のcDNA 0.5μlを1μl λTriplEx2ベクター、0.5μl 10× Ligation Buffer、0.5μl ATP、0.5μl T4 DNA Ligaseおよび2.0μl 脱イオン水と混合し、16℃で一晩インキュベートした。次に、このライゲーションサンプルに対してλファージパッケージング反応を行った。パッケージングにはGigapack III Gold Packaging Extract(STRATAGENE社製)を用いた。Packaging Extractが入ったマイクロチューブに上記でライゲーションしたDNAベクターを4μlμl加え、静かにピペッティングで混合した後、室温で2時間インキュベートした。2時間後、500μl SM bufferを加え、さらに20μlのクロロホルムを混合した後、軽く遠心分離することによりパッケージング液を調製した。次に、パッケージングしたファージを感染させるホスト細胞を培養した。E. coli XL1-Blueの凍結ストックをLB/tetracyclineアガープレートに植菌し、37℃で一晩培養した。生育したシングルコロニーをMgSO4とtetracyclineを含むプレートに移し、37℃で一晩培養した。生育したシングルコロニーを15mlのLB/MgSO4/マルトースブロスに植菌し、培養液のOD600が2.0になるまで37℃で培養した。培養液を5000rpmで5分間を遠心分離し、ペレットを7.5mlの10mM MgSO4に再懸濁した。パッケージング液を1×λ希釈バッファーで希釈した後、該パッケージング液 1μlを、200μl E. coli XL1-Blue懸濁液に添加し、37℃で15分間吸着させた。該反応液に、融解した2mlのLB/ MgSO4トップアガーを混合し、温めておいたLB/ MgSO4プレートに均等に広げた。室温で10分間冷やし、トップアガーを固めた後、37℃で一晩培養した。得られたプラークをSMバッファーを加えて一晩振とうして溶出させ、アスペルギルス・オリザエcDNAライブラリーを含むファージを得た。
10−3)キチナーゼ遺伝子含有cDNAのスクリーニング
10−2)で得たcDNAライブラリーを含むファージを大腸菌XL1-Blue株(クロンテック社製)に感染させた。希釈したファージ1μlを培養した200μl XL1-Blueに添加し、37℃で10分から15分間吸着させた。2mlの融解したLB/ MgSO4トップアガーを添加し、混合し、温めておいたLB/ MgSO4プレートに注ぎ、プレートをまわしてトップアガーを均等に広げた。室温で10分間冷やし、トップアガーを固めた後、37℃で一晩インキュベートし、寒天培地上にプラークを形成させた。その上に、ナイロントランスファーメンブレン(アマシャム社製)を1分間ほど重ねて、ファージの一部をナイロンメンブレン上に移行させた。このメンブレンをろ紙上で20分間乾燥させた後、アルカリ変性溶液(0.2N NaOH、1.5M NaCl)を浸したろ紙上に5分間静置し、その後中和溶液(0.4M Tris-HCl (pH7.5)、2×SSC)を浸したろ紙上に5分間置いた。さらに、中和溶液で1分間振盪しながら洗浄した後、2×SSCでさらに5分間洗浄した。フィルターをろ紙上で1時間程乾燥させ、80℃のオーブンで2時間ベーキングを行った。その後、メンブレンをX−3で得られたDNAプローブと37℃で一晩ハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーション後、常温の2×SSCバッファーで三回洗浄し、さらに53℃に温めた2×SSCバッファーで二回洗浄した。その後、DIG Wash and Block Buffer Set(ロシュ・ダイアグノスティック社製)を用いて検出を行った。まず、Wash buffer (0.1M マレイン酸、0.15M NaCl、0.3% Tween 20;pH7.5)でメンブレンを順化した。次いで、このメンブレンをブロッキング溶液(0.1M マレイン酸、0.15M NaCl;pH7.5に10%ブロッキング試薬を含む溶液)に浸して60分間ブロッキングを行い、非特異的な結合をブロッキングした。次に、メンブレンをブロッキング溶液に抗ジゴキシゲニン抗体を10000倍希釈で加えた溶液に浸し、37℃で30分間反応させた後、Wash Bufferで二回洗浄した。その後、Detection buffer(0.1M Tris-HCl、0.1M NaCl;pH9.5)でメンブレンを順化した。Detection bufferにCSPD (Chemiluminescence substrate)を100倍希釈で加え、純化したメンブレンに滴下した後、37℃で15分間発色を安定させた。その後Lumi-Film Chemiluminescent Detecion Film(コニカ社製)に感光させ、現像し、検出した結果、ポジティブシグナルを示すクローンを検出できた。このポジティブを示すファージプラークを寒天培地ごとくり抜き、SMバッファーに溶解させた後、大腸菌BM25.8株に形質転換させ、形質転換大腸菌株 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102株を得た。この菌株は平成14年11月8日付けで、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターに国際寄託され、受託番号:FERM BP−8235を付与された。感染したファージDNAであるλTriplEx-Chitinase-cDNAは、大腸菌BM25.8株の細胞内で環状化し、組換えプラスミドpTriplEx-Chitinase-cDNAとして存在する。得られたEscherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102株のコロニーをLB/Ampicilinブロスで一晩培養し、組換え体プラスミドpTriplEx-Chitinase-cDNAのDNAを抽出した。QIAprep Spin Miniprep Kit (キアゲン社製)を用い、プラスミドDNAを抽出した。次いで、該プラスミドDNA 4μlに2μl 10×GPS Buffer (250mM Tris-HCl;pH8.0、20mM DTT、20mM ATP、500μg/ml BSA)、1μl pGPS1 (Transprimer-1 Donor plasmid)、11μl 滅菌水を加え混合した後、1μl TnsABC Transposaseを添加し37℃で10分間結合させた。その後、1μl Start Solution (300mM magnesium acetate)を添加し、37℃で1時間反応させた後、75℃で10分間処理することで、反応を停止した。次いで、この反応産物10μlを大腸菌JM109株に形質転換し、アンピシリンとカナマイシンを含むLB寒天培地に塗布し、37℃で一晩培養した。生育してきたコロニーをLB液体培地で一晩培養し、プラスミドDNAを抽出した。この抽出したプラスミドDNAをpGPS1のプライマーであるNプライマーおよびSプライマーで配列をよみ、アスペルギルス・オリザエのキチナーゼをコードするDNAのヌクレオチド配列を決定した(配列表の配列番号4)。また、配列表の配列番号4に記載のヌクレオチド配列から、オープンリーディングフレーム(ORF)は、ヌクレオチド番号242から244番目の“ATG”を開始コドンとし、ヌクレオチド番号1436から1438番目の“TAG”を終止コドンとする領域であり、コードするアミノ酸配列は配列表の配列番号5に示される配列であることが推察された。
実施例11.アスペルギルス・オリザエ由来キチナーゼのN末端アミノ酸配列の決定
実施例1で精製した酵素溶液を約1mg/ml程度まで限外濾過膜(ADVANTEC社製ULTRA FILTER UNIT USY-1、分子量分画1万)を用いて濃縮した。濃縮酵素液400μlにDenature buffer(6M塩酸グアニジン、10mM EDTA、0.1M炭酸水素アンモニウムpH 7.8)400μlおよび50mM Dithiothreitol 8μlを加え、95℃で10分間反応させた。室温まで冷却後、反応液にDenature buffer溶液に溶解した50mM Iodoacetoamide40μlを加え、暗所室温で1時間反応させた。この溶液をSlide-A-Lyzer Mini Dialysis Units Plus Float(PIERCE社製、分子量分画1万)で水1Lに対して透析した。得られた溶液にトリプシン(Modified、Promega社製)8μlを加え、37℃で7時間酵素反応させた。得られた酵素反応液をLC/MS (Pencon/Q-Tof2)で測定した。Include massとしてm/z 533を設定し、MS/MSスペクトルを測定した。フラグメントイオンの帰属からN末端アミノ酸はSerであること、N末端にSer-Ser-Gly-Leu-Lysというアミノ酸配列を含むこと、および、N末端にアセチル基の存在が示唆された(配列表の配列番号14のアミノ酸番号1から5に記載のアミノ酸配列)。この結果を配列表の配列番号5のアミノ酸配列と照らし合わせると、アスペルギルス・オリザエが産生するキチナーゼは、そのN末端、“Met-Ser-Ser”、が翻訳後修飾をうけて、“Acetyl-Ser-Ser”の形(配列表の配列番号14)で産生されていることが示唆された。
実施例12.アスペルギルス・オリザエのキチナーゼ遺伝子の発現
キチナーゼORFの5'末端と3'末端にそれぞれBamHIサイトを接続させたプライマー、BamHI-cDNAおよびcDNA-BamHIを設計し,合成したた。
【0115】
BamHI-cDNA:5'-gaggatccatgtcttccggactaaagtcgg-3' (配列表の配列番号9)
cDNA-BamHI:5'-ctggatccagcgaaaccggctcgcaggttg-3' (配列表の配列番号10)
実施例10−3)で得られた組換えプラスミド、pTriplEx-Chitinase-cDNAを鋳型とし、プライマーとして上記のBamHI-cDNAおよびcDNA-BamHIを用いてPCRを行い、制限酵素サイトを導入したキチナーゼDNAを増幅させた。さらにpCR 2.1-TOPOベクター(インヴィトロジェン社製)に挿入し、大腸菌JM109株に形質転換させ、増幅させた。JM109株を生育させたコロニーをLb/Ampicilinブロスで一晩培養し、プラスミドDNAを抽出した。このプラスミドDNAを制限酵素BamHIで処理し、キチナーゼORFを切断した。また、この断片を連結させるベクターとして、pQE-60(キアゲン社製)をBamHIで切断し、さらにアルカリフォスファターゼで5'末端にあるリン酸基を除去する処理を行った。その後、TOPO TA Cloning Kit(インヴィトロジェン社製)を用いて上記のキチナーゼORFとライゲーションを行った。該反応液を大腸菌JM109株に形質転換させ、Lb/Ampicilinアガープレートで一晩培養した。生育してきたコロニーをLb/Ampicilinブロス3mlに植菌し、振とうしながら一晩培養した。該培養液からプラスミドDNAをQIAprep Spin Miniprep Kit(キアゲン社製)で抽出し、大腸菌M15[pREP4]株に形質転換した。Lb/Ampicilin、 Kanamaicinアガープレートで一晩培養し、生育してきたコロニーをLb/Ampicilin、 Kanamaicinブロス20mlに植菌し、振とうしながら37℃で一晩培養した。この培養液から2.5mlをLb/Ampicilin、 Kanamicinブロス100mlに植菌し、37℃で培養した。培養開始後1時間後から30分おきにOD600を測定し、0.6−0.7の間になるまで培養後、1mM IPTGを加えた。IPTG添加後、18℃で培養を続け、4及び6時間後に集菌した。菌体に10ml PBS(137mM NaCl、8.1mM Na2HPO4・12H2O、2.68mM KCl、1.47mM KH2PO4)を添加し、ヴォルテックスをかけよく懸濁した。この懸濁液をソニケーションにより、菌体を破砕した後、4℃で8000rpm、5分間遠心分離した。上清100μlを1.5mlチューブに取り、50μl変性剤(6% SDS、24% glycerol、12% β−メルカプトエタノール、0.3M Tris-HCl (pH6.8)、0.15% BPB)を添加し100℃で5分間処理した。この反応液を各サンプル10μlずつe-PAGEL(ATTO社製)で電気泳動した後、Simply Blue SafeStain(インヴィトロジェン社製)で染色、検出した。その結果、約44kDa付近に濃いバンドが見られた。
【0116】
6時間培養し集菌した菌体の上清中にキチナーゼが存在することは、試験例1−6)に記載のシェールズ法により確認した。
【0117】
4時間培養し集菌した菌体の上清は、Hisタグ精製を行った。カラムチューブにNi-NTAアガロースを詰め、0.1M Tris-HCl (pH8.0)約10mlで洗浄した後、上清をカラムに吸着させた。次いで、8mlの10mMイミダゾールで非特異的な結合物を洗い流した後、8mlの200mMイミダゾールでカラムに吸着している蛋白質を溶出させ、。この溶出液をe-PAGELで電気泳動した結果、単一のバンドとして現れた。また、この溶出液と実施例1で得られたアスペルギルス・オリザエの培養物から精製したキチナーゼを12.5%アクリルアミドゲルによってSDS電気泳動を行なった(図30に示す)。溶出液に含まれる蛋白質の分子量は、アスペルギルス・オリザエ由来の精製キチナーゼよりも少し大きくなっているが、これはHisタグによるものと考えられ、溶出液に含まれるリコンビナント蛋白質がHis融合リコンビナントキチナーゼであることが推察された。この溶出液のキトサン分解活性を試験例1−6)に記載のシェールズ法により測定したところ、2.0U/mlであり、この溶出液に含まれるリコンビナント蛋白質がキチナーゼであることが確認された。なお、1分間に1μmolのアセチルグルコサミンを生成する酵素量を1Uと定義した。
【0118】
本発明においてアミノ酸配列が同定されたアスペルギルス・オリザエ由来のキチナーゼは、翻訳後修飾を受ける前の399アミノ酸からなるもの(配列表の配列番号5)および翻訳後修飾を受けた398アミノ酸からなるもの(配列表の配列番号14)である。キチナーゼ遺伝子として報告(キチン・キトサン研究 第8巻 第2号 238-239頁 2002年)されているアスペルギルス・オリザエ由来の遺伝子は431アミノ酸からなる蛋白質をコードするものであり、コードする蛋白質の活性も不明であるので、本発明のアスペルギルス・オリザエ由来のキチナーゼとは異なる分子であると推測される。
試験例1.アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM 2067株由来のキチナーゼの粗酵素液の諸性質
実施例1.1)で得られた粗酵素液について、活性測定を行なった。
1)加水分解活性
実施例1 2)の方法にしたがって、還元糖の定量を行った。キトサン7Bを基質として測定した場合、上清中1mlあたり4.2×10-3Uの酵素活性を有していた。キトサン7Bを基質としたときの酵素活性を100%としたときの、キトサン10B分解活性の相対値を表11に示す。キトサン7B分解活性を有し、キトサン10B分解活性がほとんどないことが判明した。
【0119】
【表11】
Figure 0004204857
2)pH活性
キトサン7B溶液160μlおよび400mM緩衝液100μlの混合液に、酵素液140μlを加え撹拌して均一にし、37℃で20分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量は実施例1 2)記載の方法にしたがった。緩衝液は次のものを用いた:pH3.6乃至pH5.9の場合、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液:pH 5.9乃至pH8.2の場合、3-(N-Morpholine) propanesulfonic acid(以下「MOPS」と記す)−炭酸ナトリウム緩衝液:pH9.0乃至pH10.2の場合、炭酸水素ナトリウム−炭酸ナトリウム緩衝液。最も活性が高かったpH条件での加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図5に記載した。至適pHはpH5.0付近であった。
【0120】
3)培養上清中の酵素の温度活性
pH5.0の条件下において、種々の温度で加水分解活性を測定した。5分間予熱した実施例1で作製したキトサン7B溶液160μlおよび400mM酢酸緩衝液(pH5.0)100μlの混合液に、酵素液140μlを加え撹拌して均一にし、10分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。最も高い活性を示した温度条件で測定された加水分解活性を100%とし、各温度における加水分解活性を相対値として図6にまとめた。
【0121】
4)培養上清中の酵素の温度安定性
培養上清中の酵素を種々の温度で30分間処理した後、その加水分解活性を測定した。あらかじめ処理温度に保持した400mM酢酸緩衝液(pH5.0)200μlに、酵素液280μlを加え撹拌して均一にし、30分間保温した。実施例1で作製したキトサン7B溶液160μlに加温処理した酵素液240μlを加え、37℃で20分間酵素反応を行った。遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。無処理(0℃保温)群の酵素および緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各温度における加水分解活性を相対値として図7にまとめた。
【0122】
5)培養上清中の酵素のpH安定性
培養上清400μlに、以下に述べる各pHの400mM緩衝液70μl及び水90μlを添加し、37℃にて1時間保温した。緩衝液は次のものを用いた:pH3.9乃至pH7.3の場合、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液:pH6.5乃至pH8.6の場合、MOPS−炭酸ナトリウム緩衝液:pH9.3乃至pH10.4の場合、炭酸水素ナトリウム−炭酸ナトリウム緩衝液:pH10.0乃至pH11.4の場合、リン酸水素2ナトリウム−水酸化ナトリウム緩衝液。400mM酢酸緩衝液(pH5.0)100μlおよび実施例1 2)記載の方法で作製したキトサン7B溶液160μlの混合液に、加温した酵素混合液140μlを加え撹拌して均一にし、37℃で20分間酵素反応を行った。遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。無処理(0℃保温)群の酵素および緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各pHにおける加水分解活性を相対値として図8にまとめた。
【0123】
6)培養上清中の酵素の基質選択性
次に、pH5.0における基質選択性を測定した。実施例2で調製した培養上清10mlを10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)1,000 mlに対して12時間ごとに3回透析したものを酵素液として用いた。0.25% wt/vの基質溶液160μlおよび400mM酢酸緩衝液(pH5.0)および水160μlの混合液に酵素液50μlを加え撹拌して均一にし反応を開始し、37℃で保温して10分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量はシェールズ法(Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154(1971)参照)により行った。最大活性を示す基質を用いたときの加水分解活性を100%としたときの、相対活性を表12に示す。
【0124】
【表12】
――――――――――――――――――――
基質 相対活性(%)
――――――――――――――――――――
キトサン10B 12.7
キトサン9B 78.9
キトサン8B 82.3
キトサン7B 100
グルコールキトサン 17.7
グルコールキチン 52.5
CM−セルロース 2.2
リケナン 31.6
――――――――――――――――――――
試験例2.アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM
2067株由来の粗精製キチナーゼの諸性質
実施例1.2)で得られたアスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM 2067株由来の粗精製キチナーゼの諸性質を調べた。
1)粗精製画分中の酵素が有する加水分解活性のpH活性
実施例1で作製したキトサン7B溶液160μlおよび400mM緩衝液100μlの混合液に、酵素液140μlを加え撹拌して均一にし反応を開始し、37℃で保温して20分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。緩衝液は次のものを用いた:pH3.3乃至pH5.9の場合、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液:pH5.9乃至pH8.5の場合、MOPS−炭酸ナトリウム緩衝液:pH9.2乃至pH10.3の場合、炭酸水素ナトリウム−炭酸ナトリウム緩衝液。最も活性が高かったpH条件での加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図9に記載した。至適pHはpH5.0付近であった。
【0125】
2)粗精製画分中の酵素が有する加水分解活性の温度活性
pH5.0の条件下において、種々の温度で加水分解活性を測定した。あらかじめ処理温度に保持した実施例1で作製したキトサン7B溶液160μlおよび400mM酢酸緩衝液(pH 5.0)100μlの混合液に、酵素液140μlを加え撹拌して均一にし、10分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。最も高い活性を示した温度条件で測定された加水分解活性を100%とし、各温度における加水分解活性を相対値として図10にまとめた。
【0126】
3)粗精製画分中の酵素の温度安定性
粗精製画分中の酵素を種々の温度で30分間処理した後、その加水分解活性を測定した。処理温度に保持した、400mM酢酸緩衝液(pH5.0)200μlおよび酵素液280μlを加え撹拌して均一にし、30分間保温した。実施例1で作製したキトサン7B溶液160μlに加温処理した酵素液240μlを加え、37℃で20分間酵素反応を行った。遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。無処理(0℃保温)群の酵素および緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各温度における加水分解活性を相対値として図11にまとめた。
【0127】
4)粗精製画分中の酵素のpH安定性
粗精製画分中の酵素400μlに、以下に述べる各pHの400mM緩衝液140μlおよび水20μlを添加し、37℃にて1時間保温した。緩衝液は次のものを用いた:pH3.1乃至pH6.1の場合、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液:pH6.1乃至pH8.4の場合、MOPS−炭酸ナトリウム緩衝液:pH9.0乃至pH10.3の場合、炭酸水素ナトリウム−炭酸ナトリウム緩衝液:pH10.4乃至pH11.4の場合、リン酸水素2ナトリウム−水酸化ナトリウム緩衝液。400mM酢酸緩衝液(pH 5.0) 100μlおよび実施例1で作製したキトサン7B溶液160μl混合液に、加温した酵素混合液140μlを加え撹拌して均一にし、37℃で20分間酵素反応を行った。遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。無処理(0℃保温)群の酵素および緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各温度における加水分解活性を相対値として図12にまとめた。
試験例3.アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067株由来の精製キチナーゼの諸性質
実施例1.3)で得られたアスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM 2067株由来の精製キチナーゼの諸性質を調べた。
1)精製酵素が有する加水分解活性のpH活性
実施例1 2)記載の方法によって作製したキトサン7B溶液160μlおよび400mM緩衝液100μlおよび水90μlの混合液に、酵素液50μlを加え撹拌して均一にし反応を開始し、37℃で保温して40分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量は実施例1 2)記載の方法にしたがった。緩衝液は次のものを用いた:pH3.3乃至pH5.9の場合、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液:pH5.9乃至pH8.4の場合、MOPS-炭酸ナトリウム緩衝液:pH9.3乃至pH10.4の場合、炭酸水素ナトリウム−炭酸ナトリウム緩衝液。最も活性が高かったpH条件での加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図13に記載した。至適pHはpH5.5付近であった。
また、0.25% wt/vのグリコールキチン溶液240μlおよび400mM緩衝液150μl及び水135μlの混合液に、酵素液75μlを加え撹拌して均一にし反応を開始し、37℃で保温して30分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量はシェールズ法(Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154(1971)参照)により行った。緩衝液は次のものを用いた:pH3.3乃至pH6.0の場合、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液:pH6.3乃至pH7.8の場合、リン酸水素1ナトリウム-リン酸水素2ナトリウム緩衝液:pH7.3乃至pH8.7の場合、トリス・塩酸緩衝液:pH9.3乃至pH10.4の場合、炭酸水素ナトリウム−炭酸ナトリウム緩衝液:pH10.6乃至pH11.5の場合、リン酸水素2ナトリウム−水酸化ナトリウム緩衝液。最も活性が高かったpH条件での加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図14に記載した。至適pHはpH10付近であった。
【0128】
2)精製酵素が有する加水分解活性の温度活性
pH5.5の条件下において、種々の温度で精製酵素の加水分解活性を測定した。あらかじめ処理温度に保持した1)と同様に調製したキトサン7B溶液160μlおよび400 mM酢酸緩衝液(pH5.5)100μlおよび水100μlの混合液に、酵素液40μlを加え撹拌して均一にし、10分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。最も高い活性を示した温度条件で測定された精製酵素の加水分解活性を100%とし、各温度における精製酵素の加水分解活性を相対値として図15にまとめた。図15に示す通り、精製酵素の加水分解活性の最適温度は、pH 5.5において60℃であった。
【0129】
3)精製酵素の温度安定性
精製酵素を種々の温度で30分間処理した後、その加水分解活性を測定した。あらかじめ処理温度に保持した400mM酢酸緩衝液(pH 5.5) 200μlおよび水180μlの混合液に、酵素液100μlを加え撹拌して均一にし、30分間保温した。1)と同様に調製したキトサン7B溶液160μlに加温処理した酵素液240μlを加え、37℃で40分間酵素反応を行った。遊離還元糖の定量は実施例1にしたがった。無処理(0℃保温)群の精製酵素および緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各温度における精製酵素の加水分解活性を相対値として図16にまとめた。図16に示す通り、精製酵素は45℃以下で安定であった。
【0130】
4)精製酵素のpH安定性
精製酵素150μlに、以下に述べる各pHの400mM緩衝液50μlを添加し、37℃にて1時間保温した。緩衝液は次のものを用いた:pH3.2乃至pH6.2の場合、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液:pH6.1乃至pH8.2の場合、MOPS−炭酸ナトリウム緩衝液:pH8.8乃至pH10.1の場合、炭酸水素ナトリウム−炭酸ナトリウム緩衝液:pH9.6乃至pH11.3の場合、リン酸水素2ナトリウム−水酸化ナトリウム緩衝液。400mM酢酸緩衝液(pH5.5)100μlおよび実施例1で作製したキトサン7B溶液160μl及び水70μlの混合液に、加温した酵素混合液70μlを加え撹拌して均一にし、37℃で40分間酵素反応を行い、遊離還元糖の定量をした。無処理(0℃保温)群の精製酵素および緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各温度における精製酵素の加水分解活性を相対値として図17にまとめた。図17に示す通り、精製酵素はpH5乃至pH9.5で安定であった。
【0131】
5)精製酵素の基質特異性
精製酵素の種々の基質に対する加水分解活性を実施例5の方法にしたがって測定した。但し酵素反応は、pH5.5及びpH10.0で行なった。キトサン7Bに対する精製酵素の加水分解活性を100%としたときの、他の各基質に対する精製酵素の加水分解活性を相対値として表13に記載した。
【0132】
【表13】
Figure 0004204857
表11に示す通り、精製酵素はキトサン7Bに対して最も加水分解活性が高く、アセチル化度が小さくなるにつれて加水分解活性は低下した。また、精製酵素はキチン加水分解活性を有し、セルラーゼ加水分解活性は見られなかった。
試験例4.アスペルギルス・ジャポニクス SANK19288株由来のキチナーゼ粗酵素液の諸性質
1)実施例1 2)記載の方法にしたがって、還元糖の定量を行った。キトサン7Bを基質として測定した場合、上清中1mlあたり3.4×10-3Uの酵素活性を有していた。キトサン7Bを基質としたときの酵素活性を100%としたときの、キトサン10B分解活性の相対値を表14に示す。
【0133】
【表14】
Figure 0004204857
キトサン7B分解活性を有し、キトサン10B分解活性がほとんどないことから、上清中にはキチナーゼが生産されていることが判明した。
【0134】
2)粗酵素液のpH活性
実施例1 2)記載の方法にしたがって調製したキトサン7B溶液160μlおよび400mM緩衝液100μlの混合液に粗酵素液140μlを加え撹拌して均一にし、37℃で保温して20分間酵素反応を行い、酵素反応後の遊離還元糖の定量を行なった。緩衝液は次のものを用いた:pH3.7乃至pH6.0の場合、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液:pH6.0乃至pH8.5の場合、MOPS−炭酸ナトリウム緩衝液:pH9.3乃至pH10.4の場合、炭酸水素ナトリウム−炭酸ナトリウム緩衝液。最も活性が高かったpH条件での加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図18に記載した。至適pHはpH4.0付近であった。
【0135】
3)粗酵素の基質選択性
pH4.0における基質選択性を測定した。実施例2で得られた調製した培養上清10mlを10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)1,000 mlに対して12時間ごとに3回透析したものを酵素液として用いた。0.25% wt/vの基質溶液160μlおよび400mM酢酸緩衝液(pH4.0)および水160μlの混合液に酵素液50μlを加え撹拌して均一にし反応を開始し、37℃で保温して10分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量はシェールズ法(Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154(1971)参照)により行った。最大活性を示す基質を用いたときの加水分解活性を100%としたときの、相対活性を表15に示す。
【0136】
【表15】
―――――――――――――――――――――
基質 相対活性(%)
―――――――――――――――――――――
キトサン10B 8.2
キトサン9B 67.6
キトサン8B 74.4
キトサン7B 100
グリコールキトサン 8.2
グリコールキチン 23.3
CM−セルロース 11.4
リケナン 25.3
―――――――――――――――――――――
試験例5.アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来のキチナーゼ粗酵素液の諸性質
1)加水分解活性
実施例1 2)に記載の方法にしたがって還元糖の定量を行った。キトサン7Bを基質として測定した場合、上清中1mlあたり2.6×10-3Uの酵素活性を有していた。キトサン7Bを基質としたときの酵素活性を100%としたときの、キトサン10B分解活性の相対値を表16に示す。
【0137】
【表16】
Figure 0004204857
キトサン7B分解活性を有し、キトサン10B分解活性がほとんどないことから、上清中にはキチナーゼが生産されていることが判明した。
【0138】
2)培養上清中の酵素のpH活性
測定法は実施例6にしたがった。緩衝液は次のものを用いた:pH3.8乃至pH6.3の場合、酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液:pH6.2乃至pH8.6の場合、MOPS−炭酸ナトリウム緩衝液:pH9.3乃至pH10.4の場合、炭酸水素ナトリウム−炭酸ナトリウム緩衝液。最も活性が高かったpH条件での加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図19に記載した。至適pHはpH4.5付近であった。
【0139】
3)培養上清中の酵素の基質選択性
pH4.5における基質選択性を測定した。実施例4で調製した培養上清10mlを10mMトリス・塩酸緩衝液(pH7.5)1,000mlに対して12時間ごとに3回透析したものを酵素液として用いた。0.25%wt/vの基質溶液160μlおよび400mM酢酸緩衝液(pH 4.5)および水160μlの混合液に酵素液50μlを加え撹拌して均一にし反応を開始し、37℃で保温して10分間酵素反応を行った。酵素反応後の遊離還元糖の定量はシェールズ法(Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154(1971)参照)により行った。最大活性を示す基質を用いたときの加水分解活性を100%としたときの、相対活性を表17に示す。
【0140】
【表17】
――――――――――――――――――
基質 相対活性(%)
――――――――――――――――――
キトサン10B 0
キトサン9B 67.7
キトサン8B 71.6
キトサン7B 100
グルコールキトサン 2.9
グリコールキチン 81.9
CM−セルロース 0
リケナン 11.9
――――――――――――――――――
試験例6. 各低分子キトサン塩酸塩の水に対する溶解性
実施例4〜6にて調製した各低分子キトサン塩酸塩100mgを水10mlに溶かし、pHを測定した。この溶液に1N苛性ソーダ水を少しずつ加え、溶液が白濁してコロイドが析出するpHを測定した。結果を表18に示す。
【0141】
【表18】
Figure 0004204857
試験例7. 高分子キトサン塩酸塩の調製
キトサン9B、1gを200mlの水に懸濁し、濃塩酸でpH2.5に合わせて、完全に溶解した。これを水に対して透析後、凍結乾燥を行い、537mgの白色綿状固体として、高分子キトサン9B塩酸塩が得られた。高分子キトサン10B及び8Bおよび7B塩酸塩も同じ方法で調製した。各高分子キトサン塩酸塩100mgを蒸留水50mlに溶解し、キトサナーゼ20U(和光純薬(株)製)を加えて室温で3時間攪拌した。反応溶液を凍結乾燥し、乾燥固体をD2Oに溶かして1H−NMRを測定した。
アセチル基の3Hとアセチル基以外の、水酸基を除く7Hとの積分比から、アセチル化度を算出した。結果を表19に示す。
【0142】
【表19】
Figure 0004204857
試験例8.低分子キトサンの抗菌活性
被検菌としてスタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus) 209P JC-1株及びシュードモナス・アエルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa) PAO1株を被検菌とし、試験例7で作製した高分子キトサン塩酸塩並びに実施例4、実施例5および実施例6にて各種アスペルギルス族由来のキチナーゼを用いて調製した低分子キトサン塩酸塩のMICを測定した。結果は表18に示した。
【0143】
使用培地
Mueller Hinton Broth(Difco(株)製)を用い、いずれもpH6.5に調整した。
【0144】
試料菌液の調製
試験に使用する菌を上記培地で一晩培養し、菌数が2×106になるように同培地で希釈した。
検体の調製
各低分子キトサン塩酸塩20mgを蒸留滅菌水に溶かし、10mlとした。
【0145】
試験方法
あらかじめ蒸留滅菌水を希釈液とし、検体溶液の倍数希釈系列を作製しておき、これに上記培地50μl及び試験菌液50μlを加え、37℃で18時間培養し、MICを判定した。結果は表20に示した。
【0146】
【表20】
Figure 0004204857
試験例9.アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼの諸性質
実施例2.2)で得られたアスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼの諸性質を調べた。
【0147】
1)アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼが有する加水分解活性のpH活性
アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼが有する加水分解活性のpH活性を、試験例3 1)に記載の方法により測定した。最も活性が高かったpH条件での加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図20に記載した。至適pHはpH5.0付近であった。
【0148】
2)アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼが有する加水分解活性の温度活性
アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼが有する加水分解活性の温度活性を、試験例3 2)に記載の方法により測定した。最も活性が高かった温度条件での加水分解活性を100%とし、各温度における酵素の加水分解活性を相対値として図21にまとめた。至適温度はpH5.0において65℃であった。
【0149】
3)アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼの温度安定性
アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼの温度安定性を、試験例3 3)に記載の方法により測定した。無処置(0℃保温)群の該精製キチナーゼおよび緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各温度における酵素の加水分解活性を相対値として図22にまとめた。該精製キチナーゼは50℃以下で安定であった。
【0150】
4)アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼのpH安定性
アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼのpH安定性を、試験例3 4)に記載の方法により測定した。無処置(0℃保温)群の該精製キチナーゼおよび緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図23にまとめた。該精製キチナーゼはpH4乃至pH9.5で安定であった。
【0151】
5)アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼの基質特異性
アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼの基質特異性を、試験例3 5)に記載の方法により測定した。キトサン7Bに対する、pH5.0、37℃、10分間の条件における該精製キチナーゼの加水分解活性を100%としたときの、他の各基質に対する該精製キチナーゼの加水分解活性を相対値として表21に示した。
【0152】
【表21】
――――――――――――――――――
基質 相対活性(%)
――――――――――――――――――
キトサン10B 0
キトサン9B 58.6
キトサン8B 72.4
キトサン7B 100
グルコールキトサン 0
グリコールキチン 28.3
CM−セルロース 0
リケナン 4.2
――――――――――――――――――
表21に示すとおり、アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼはキトサン7Bに対して最も加水分解活性が高く、アセチル化度が小さくなるにつれて加水分解活性は低下した。また、該精製キチナーゼはキチン加水分解活性を有し、セルラーゼ加水分解活性は見られなかった。
【0153】
6)アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼの部分アミノ酸配列の決定
アスペルギルス・ジャポニクス SANK 19288株由来の精製キチナーゼの部分アミノ酸配列の決定を、実施例1.7)記載の方法でおこなった。分離した分解アミノ酸のうち、B buffer濃度28%程度、30%程度、35%程度の3つのピークを分取した。この3つについてアミノ酸配列解析装置(Procise cLC、Applied Biosystem社製)で配列を解析した。結果をN末端側から記す。
His-Tyr-Pro-Thr-Asp-Ser-Trp-Asn-Asp-Val-Gly-Thr-Asn-Val-Tyr(配列表の配列番号11)
Ala-Phe-Thr-Asn-Thr-Asp-Gly-Pro-Gly-Thr-Ala-Phe-Ser-Gly-Val(配列表の配列番号12)
Leu-Ser-Gln-Met-Thr-Pro-Tyr-Leu-Asp-Phe-Tyr-Asn-Leu-Met-Ala-Tyr-Asp-Tyr-Ala-Gly(配列表の配列番号13)
試験例10.アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼの諸性質
実施例3.2)で得られたアスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼの諸性質を調べた。
【0154】
1)アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼが有する加水分解活性のpH活性
アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼが有する加水分解活性のpH活性を、試験例3.1)に記載の方法により測定した。最も活性が高かったpH条件での加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図24に記載した。至適pHはpH5.5およびpH9.0付近であった。
【0155】
2)アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼが有する加水分解活性の温度活性
アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼはアスペルギルス・オリザエおよびアスペルギルス・ジャポニクス由来のキチナーゼと異なり、至適pHが2点存在する(試験例10 1)参照)ため、アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼの温度活性はこの2点のpHにおいて、試験例3 2)に記載の方法により測定した。最も活性が高かった温度条件での加水分解活性を100%とし、各温度における酵素の加水分解活性を相対値として図25(pH5.5における温度活性)および図26(pH9.0における温度活性)にまとめた。至適温度はpH5.5において60℃、pH9.0において35℃であった。
【0156】
3)アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼの温度安定性
アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼはアスペルギルス・オリザエおよびアスペルギルス・ジャポニクス由来のキチナーゼと異なり、至適pHが2点存在する(試験例10 1)参照)ため、アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼの温度安定性はこの2点のpHにおいて、試験例3.3)に記載の方法により測定した。無処置(0℃保温)群の該精製キチナーゼおよび緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各温度における酵素の加水分解活性を相対値として図27(pH5.5における温度安定性)および図28(pH9.0における温度安定性)にまとめた。該精製キチナーゼはいずれのpHにおいても40℃以下で安定であった。
【0157】
4)アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼのpH安定性
アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼのpH安定性を試験例3.4)に記載の方法により測定した。無処置(0℃保温)群の該精製キチナーゼおよび緩衝液の混合液が有する加水分解活性を100%とし、各pHにおける酵素の加水分解活性を相対値として図29にまとめた。該精製キチナーゼはpH4.5乃至pH10で安定であった。
【0158】
5)アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼの基質特異性
アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼの基質特異性を試験例3.5)に記載の方法により測定した。キトサン8Bに対する、pH5.0、37℃、10分間の条件における該精製キチナーゼの加水分解活性を100%としたときの、他の各基質に対する該精製キチナーゼの加水分解活性を相対値として表22に示した。
【0159】
【表22】
――――――――――――――――――
基質 相対活性(%)
――――――――――――――――――
キトサン10B 14.3
キトサン9B 73.6
キトサン8B 100
キトサン7B 97.4
グルコールキトサン 0
グリコールキチン 23.8
CM−セルロース 0
リケナン 0
――――――――――――――――――
表22に示すとおり、アスペルギルス・ソジャエ SANK 22388株由来の精製キチナーゼはキトサン7Bおよび8Bに対して最も加水分解活性が高く、アセチル化度が小さくなるにつれて加水分解活性は低下した。また、該精製キチナーゼはキチン加水分解活性を有し、セルラーゼ加水分解活性は見られなかった。
製剤例1.5%キトサン軟膏製剤の作製
プロピレングリコール3.0g、パラオキシ安息香酸メチル0.1gの精製水80ml溶液を70℃に加温し、実施例4にて調製した低分子キトサン9B塩酸塩5.0gを加えて溶解し、低分子キトサン9B溶液とした。ステアリン酸3.0g、セタール1.0g、モノステアリン酸グリセリン6.0g、流動パラフィン5.0g、パラオキシ安息香酸プロピル0.1g、ステアリン酸ポリオキシル40 2.5gを70℃にて加温溶解後、同温度で上記の低分子キトサン9B溶液を加え、精製水をくわえて全量を100gとし、混合乳化した。乳化後攪拌しながら室温まで冷却し、白色の5%低分子キトサン9B塩酸塩クリーム(5%キトサン軟膏と呼ぶ)を100g得た。
試験例10.5%キトサン軟膏の外傷治癒試験
ラット皮膚欠損傷モデルでの5%キトサン軟膏の有効性を予知する目的で外傷治癒試験を行なった。
1)試験材料
被験物質としては、製剤例1で調製した5%キトサン軟膏を用いた。対照薬としては、ユーパスタ軟膏(100g中に精製白糖70g、ポピドンヨード3gを含有、添加物としてポリエチレングリコール、濃グリセリン、ポリオキシエチレン[160]ポリオキシプロピレン[30]グリコール、プルラン、ヨウ化カリウムを含有、製造番号 BA1S、興和株式会社製)を使用した。試験に用いる動物としては、6週齢のSprague-Dawley(SD)系雄性ラット(日本エスエルシー株式会社)を購入して使用した。動物は平均温度23℃、平均湿度55%の環境制御飼育装置(日本クレア株式会社)で固形飼料(マウス・ラット飼育用FR-2、株式会社船橋農場)および水道水を与え、照明時間7時−19時の条件下で6日間馴化飼育管理を行い実験に用いた。
2)実験方法
7週齢のSD系雄性ラット(体重157.6g乃至235.9g)を1群5匹で6群用いた。ラットの背部被毛を電気バリカンで除毛した後、EBAエバクリーム(東京田辺製薬株式会社製)を塗布し、15分後に洗浄して脱毛した。背部脱毛部位を70%エタノールで消毒後、ペントバルビタール・ナトリウム(40mg/kg,i.p.)麻酔下に円形ポンチ(内径15mm)を用いて背部正中線で対称の打ち抜き創を2個所作製した。欠損傷作製24時間後に無処置群、基剤群、被験物質群および対照薬群に各群5匹で群分けし、その後被験物質および対照薬を欠損傷部2箇所に、約0.1g/部位、一日2回、10日間塗布した。ラットは実験期間中、個別ケージで飼育した。効果の判定はノギスを用いて欠損傷部の長径と短径を測定した。
【0160】
治療過程における面積変化は、(測定日の長径×短径/欠損傷作製後の長径×短径)×100の式で面積比(%)を求め、面積比から治療面積(5-15日目)を、完治率は面積比が5%以下を完治例とし治療日数を算出し、表23に示した。実験結果は平均値±標準偏差で表した。無処理群の13.7±1.3日に対して、5%キトサン軟膏群は12.6±1.9日と治療日数を短縮した。対照薬群では13.6±0.4日と治療日数の改善はみられなかった。
【0161】
【表23】
ラット皮膚欠損傷モデルの治療日数
______________________
被験物質 治療日数
______________________
無処置 13.7±1.3
5%キトサン 12.6±1.9
対照薬 13.6±0.4
______________________
【0162】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のキチナーゼを用いる事により、分子量1万以上で、中性条件でも可溶な、本発明の低分子キトサン製造することができる。更に本発明の低分子キトサンは優れた抗菌性および外傷治癒効果を示し、本発明の低分子キトサンを有効成分として含有する医薬組成物は、外傷、床ずれ、アトピー性皮膚炎などの治療剤として有用である。また、本発明のキチナーゼを用いて、高分子アセチル化キトサンを含有することにより高い粘度を示す試料を原料として、粘度の低い扱い易い試料を製造することができる。このような試料の製造方法は食品加工の過程で有用である。
【0163】
【配列表フリーワード】
配列番号6:キチナーゼ遺伝子プローブ
配列番号7:PCRプライマー F21
配列番号8:PCRプライマー PR50
配列番号9:PCRプライマー BamHI-cDNA
配列番号10:PCRプライマー cDNA-BamHI
【0164】
【配列表】
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【図面の簡単な説明】
【図1】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の精製キチナーゼの分子量
【図2】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来のキチナーゼを用いて作製した低分子キトサンの分子量分布
【図3】アスペルギルス・ジャポニクス SANK19288株由来のキチナーゼを用いて作製した低分子キトサンの分子量分布
【図4】アスペルギルス・ソジャエ SANK22388株の培養上清中のキチナーゼを用いて作製した低分子キトサンの分子量分布
【図5】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067株培養上清中のキチナーゼの活性とpHとの関係
【図6】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067株培養上清中のキチナーゼの活性と温度との関係
【図7】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067株培養上清中のキチナーゼの温度安定性
【図8】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067株培養上清中のキチナーゼのpH安定性
【図9】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の粗精製キチナーゼの活性とpHとの関係
【図10】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の粗精製キチナーゼの活性と温度との関係
【図11】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の粗精製キチナーゼのpH安定性
【図12】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の粗精製キチナーゼの温度安定性
【図13】キトサン7Bを反応基質としたときのアスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の精製キチナーゼの活性とpHとの関係
【図14】グリコールキチンを反応基質としたときのアスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の精製キチナーゼの活性とpHとの関係
【図15】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の精製キチナーゼの活性と温度との関係
【図16】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の精製キチナーゼの温度安定性
【図17】アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の精製キチナーゼのpH安定性
【図18】アスペルギルス・ジャポニクス SANK19288株培養上清中のキチナーゼの活性とpHとの関係
【図19】アスペルギルス・ソジャエ SANK22388株の培養上清中のキチナーゼの活性とpHとの関係
【図20】グリコールキチンを反応基質としたときのアスペルギルス・ジャポニクス SANK19288株由来の精製キチナーゼの活性とpHとの関係
【図21】アスペルギルス・ジャポニクス SANK19288株由来の精製キチナーゼの活性と温度との関係
【図22】アスペルギルス・ジャポニクス SANK19288株由来の精製キチナーゼの温度安定性
【図23】アスペルギルス・ジャポニクス SANK19288株由来の精製キチナーゼのpH安定性
【図24】グリコールキチンを反応基質としたときのアスペルギルス・ソジャエ SANK22388株由来の精製キチナーゼの活性とpHとの関係
【図25】pH5.5の条件における、アスペルギルス・ソジャエ SANK22388株由来の精製キチナーゼの活性と温度との関係
【図26】pH9.0の条件における、アスペルギルス・ソジャエ SANK22388株由来の精製キチナーゼの活性と温度との関係
【図27】pH5.5の条件における、アスペルギルス・ソジャエ SANK22388株由来の精製キチナーゼの温度安定性
【図28】pH9.0の条件における、アスペルギルス・ソジャエ SANK22388株由来の精製キチナーゼの温度安定性
【図29】アスペルギルス・ソジャエ SANK22388株由来の精製キチナーゼのpH安定性
【図30】キチナーゼのSDS電気泳動図(12%アクリルアミドゲル、CBB染色、レーンM:マーカー、レーン1:His融合リコンビナントキチナーゼ、レーン2:アスペルギルス・オリザエ var. sporoflavus Ohara JCM2067由来の精製キチナーゼ)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chitosan-degrading enzyme that is separated and purified from at least one culture of Aspergillus oryzae, Aspergillus japonicus, Aspergillus sojae. Further, DNA encoding the chitosan-degrading enzyme, a recombinant plasmid inserted with the DNA, a host cell transformed with the recombinant plasmid, a method for producing the chitosan-degrading enzyme, and a low molecule using the chitosan-degrading enzyme Method for producing chitosan and a salt thereof, low-molecular chitosan produced by the method and a salt thereof, a pharmaceutical composition containing the low-molecular chitosan and a salt thereof, a food, a method for producing a sample using the chitosan-degrading enzyme, The present invention relates to a sample manufactured by the method.
[0002]
[Prior art]
Chitin (β-1,4-poly-N-acetylglucosamine) is a naturally abundant polysaccharide that is extracted and produced on an industrial scale mainly from crustaceans such as crabs and shrimps and squid soft shells. . Chitosan (β-1,4-polyglucosamine) is a polymeric polysaccharide having an amino group obtained by treating chitin with concentrated alkaline water, and is known to have various physiological activities (non- (See Patent Document 1). Among these, chitosan is known to have a strong antibacterial action as a natural product-derived substance, and is extremely safer than synthetic antibacterial agents (see Non-Patent Document 2). In particular, Staphylococcus aureus (see Non-Patent Document 3 to Non-Patent Document 8), Escherichia coli (including Non-patent Document 3 to Non-Patent Document 8), including methichilin resistant s. It is known to be effective against bacteria such as Escherichia coli (see Non-Patent Document 9) and Pseudomonas aeruginosa (see Non-Patent Document 10 and Non-Patent Document 11).
[0003]
Chitosan, which is produced by treating the chitin extracted from crustaceans such as crab and shrimp and squid soft shell with concentrated alkali, is a high molecular weight polysaccharide with a molecular weight of 1 million or more, and is soluble in water under acidic conditions. Does not dissolve in water under alkaline conditions. And in the state which does not melt | dissolve in water, the physiological activity of chitosan cannot fully be exhibited. In addition, when processing food materials containing crustaceans, there has been a problem that these polymer polysaccharides are in a very high viscosity state, and the subsequent processing is troublesome.
[0004]
In order to increase the solubility in water, attempts have been made to derivatize high molecular chitosan (Non-patent Document 12) or to lower the molecular weight without impairing the physiological activity of high molecular chitosan.
[0005]
If derivatization is performed, the structure may be different from that of a natural product, so that it may have a property different from that of natural chitosan, or safety test data may be required for use. Furthermore, there is a problem that the removal and treatment of the organic solvent used in the derivatization reaction raises the production cost.
[0006]
Therefore, in order to increase the solubility in water, it is considered that low molecular weight is desirable rather than derivatization. It is known that the antibacterial activity of chitosan is exhibited not only by high molecular chitosan having a molecular weight of 1 million or more but also by low molecular chitosan having a molecular weight of 10,000 or more (Non-patent Document 13).
[0007]
On the other hand, chitosan having a molecular weight of 10,000 or less has been reported to have side effects such as skin irritation (Patent Document 1), and a method for producing a low-molecular chitosan having a molecular weight of 10,000 or more has been studied.
[0008]
As a method for producing low-molecular chitosan, hydrolysis of high-molecular chitosan by a chemical or enzymatic method has been studied. Examples of the chemical production method of low molecular chitosan include a method of treating with an oxidizing agent such as peracetic acid (Patent Document 2 and Patent Document 3), a method of ultrasonic treatment (Non-Patent Document 14), and the like. However, it is known that chitosan having a molecular weight of 500 to 30,000 is produced in a large amount by the method of treating with an oxidizing agent, and the ratio of chitosan having a molecular weight of 10,000 or more is not clear. In addition, it is difficult to increase the size of the apparatus by the ultrasonic processing method, and it is considered unsuitable for mass production. Examples of the enzymatic production method of low-molecular chitosan include a method using chitosanase (Patent Documents 4 and 5), a method using chitinase (Non-Patent Document 15), and the like.
[0009]
In addition, as the chitinase derived from bacteria, the genus Bacillus, the genus Corynebacterium (see Non-Patent Document 16), the genus Cytophaga, the Acromobacter hyteropticum (patent document) 17), chitinases produced by the genus Flavobacterium and Micrococcus colpogenes (see non-patent document 17) and chitinases A produced by Alteromonas sp. (GenBank Accession No. .D13762) is known. As chitinases produced by actinomycetes, chitinases produced by the genera Streptomyces, Nocardiopsis, and Actinomyces are known (Non-patent Document 18). As chitinases produced by filamentous fungi, chitinases produced by the genera Aspergillus, Rhizopus, Talaromyces, Trichoderma, and Penicillium are known. Examples of enzymes produced by Aspergillus include Aspergillus nidulans, Aspergillus niger, Aspergillus candidus (see Non-Patent Document 19), and Aspergillus fumigatus produced by Aspergillus fumigatus. It has been known. Examples of enzymes produced by yeast include chitinases produced by Saccharomyces cerevisiae, and chitinases produced by Saccharomyces cerevisiae (GenBank Accession No. M74070) and ORF D9481.7 (GenBank Accession No. U28373).
[0010]
As described above, chitinases derived from many organisms are known, but there is no report that typical fermented foods, Aspergillus japonicus and Aspergillus sojae, produce chitinase. Similarly, regarding Aspergillus oryzae, which is also used in the production of miso and soy sauce sake, there is a report that there was an academic conference on a gene thought to encode chitinase (see Non-Patent Document 20). However, the biological activity of the protein encoded by the gene has not been reported, and the nucleotide sequence and amino acid sequence have not been confirmed in public databases until now.
[0011]
On the other hand, the method for producing low-molecular chitosan using chitosanase also has a problem that the reaction control for obtaining low-molecular chitosan having the same molecular weight is complicated.
[0012]
[Patent Document 1]
JP 2000-169327 A
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3076212
[Patent Document 3]
JP-A-5-65368
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 2763112
[Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-322809
[Non-Patent Document 1]
“Chitin / Chitosan Handbook”, 1995, Gihodo, p.302-376
[Non-Patent Document 2]
“Utilization of chitin and chitosan”, Special Issue of Business World, Volume 46, 28, 1998, p.106-111
[Non-Patent Document 3]
“Processing Technology” 1998, 33, pp. 512-515
[Non-Patent Document 4]
"Meijo University Academic Report, 1998", 34, p.25-34
[Non-Patent Document 5]
Textile Science, 1993, 35, p.37-39
[Non-Patent Document 6]
"Osaka Prefectural Institute of Public Health Research Report Pharmaceutical Affairs No.29", 1995, p.7-12
[Non-Patent Document 7]
“Processing Technology” 1997, 32, p.339-343
[Non-Patent Document 8]
"Processing Technology" 1998, 33, p.530-532
[Non-patent document 9]
Tokura, S et al. “Macromolecular Symposia” 1997, 120, p.1-9
[Non-Patent Document 10]
Loke, WK et al. “Journal of Biomedicinal Materials Research” 2000, 53, p.8-17
[Non-Patent Document 11]
Kim, HJ et al., “Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition” 1999, 10, p.543-56
[Non-Patent Document 12]
“Utilization of chitin and chitosan” Special Issue 46, No. 28, 1998, p.78-81
[Non-Patent Document 13]
"Abstracts of the 74th Annual Meeting of the Japanese Society for Agricultural Chemistry" Lecture number 2E183α, 2000
[Non-Patent Document 14]
"Research on chitin and chitosan" 1999, Volume 5, p.75-79
[Non-Patent Document 15]
“Abstracts of the 74th Annual Meeting of the Japanese Society for Agricultural Chemistry” Lecture number 2F313α, 2000
[Non-Patent Document 16]
Veldkamp, H. "Nature" 1952, 169, p.500
[Non-Patent Document 17]
Campbell, Jr., LL et al. “Journal of General Microbiology”, 1951, Volume 5, p.894
[Non-Patent Document 18]
Shota Nakagami et al., “Technology Institute Fermentation Laboratory Report”, 1966, Volume 30, p.19
[Non-Patent Document 19]
Sherif, AA, et al., “(Applied Microbiology and Biotechnology)” 1991, 35, p.228
[Non-Patent Document 20]
“Research on chitin and chitosan”, 2002, Vol. 8, No. 2, p.238-239
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors have conducted extensive studies on a method for efficiently producing a low-molecular chitosan that is soluble in water under neutral conditions and has an antibacterial action. As a result, Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara A chitinase derived from the JCM 2067) strain or a chitinase derived from the Aspergillus japonicus SANK 19288 strain or a chitinase derived from the Aspergillus sojae SANK 22388 strain, and a cDNA encoding the chitinase is cloned. Through the enzymatic reaction using chitinase, we succeeded in producing a low molecular weight non-derivative chitosan having a molecular weight of 10,000 or more from crab / shrimp-derived high molecular chitosan, and completed the present invention.
[0014]
According to the present invention, non-derivative low-molecular chitosan can be supplied in a state having a molecular weight distribution of 10,000 or more.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention
(1) a chitosan degrading enzyme that is separated and purified from at least one culture of Aspergillus oryzae, Aspergillus japonicus, Aspergillus sojae,
(2) Aspergillus oryzae is Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 strain, Aspergillus japonicus is Aspergillus japonicus strain 19 Aspergillus japonicus 19 The chitosan-degrading enzyme according to (1), wherein Aspergillus sojae is Aspergillus sojae SANK 22388 strain,
(3) The chitosan degrading enzyme according to (1) or (2), which has a partial amino acid sequence of SEQ ID NOs: 1 to 3 in the sequence listing
(4) The chitosan degrading enzyme according to any one of (1) to (3), which exhibits the following properties:
1) Shows a molecular weight of about 40,000 by SDS-PAGE electrophoresis;
2) Isoelectric point pI3.5 to 4.5 is shown by isoelectric focusing method;
3) Hydrolyze 30% acetylated chitosan (viscosity 100-300 cps) at pH 3.5 to pH 10.5;
4) Hydrolyze glycol chitin at pH 3.0 to pH 10.5;
5) exhibits the hydrolytic activity described in 3) at 0 ° C. to 80 ° C .;
6) stable at temperatures below 45 ° C;
7) Stable under pH conditions of pH 5 to pH 9.5,
(5) Chitosan-degrading enzyme, which is a protein according to any one of the following a) to d):
a) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the Sequence Listing;
b) a protein comprising an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242-1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing;
c) a protein comprising the amino acid sequence described in a) or b), wherein one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added, and has chitosan degrading activity;
d) a protein comprising the amino acid sequence described in a) or b),
(6) Chitosan degrading enzyme, which is a protein according to any one of the following a) to c):
a) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 in the Sequence Listing, wherein the α-amino group of the N-terminal serine residue is acetylated;
b) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 in the Sequence Listing, an amino acid sequence consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added, and the N-terminal serine residue α-amino group Wherein the protein is acetylated and has chitosan degrading activity;
c) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 of the Sequence Listing, wherein the α-amino group of the N-terminal serine residue is acetylated, and has chitosan degrading activity;
(7) DNA according to any one of the following a) to e):
a) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242-1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing;
b) DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the DNA described in a) above and encodes a protein having chitosan degrading activity ;
c) a DNA comprising a nucleotide sequence having 95% or more nucleotide sequence homology with the DNA described in a) above and encoding a protein having chitosan degrading activity;
d) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the Sequence Listing;
e) DNA comprising the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242-1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing;
(8) DNA according to any one of the following a) to c):
a) a recombinant plasmid carried by transformed Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102 (FERM BP-8235), DNA inserted into pTriplEx-Chitinase-cDNA;
b) b) hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the DNA described in a) above and encodes a protein having chitosan degrading activity, DNA to do;
c) DNA comprising the DNA described in a) above and encoding a protein having chitosan degrading activity,
(9) A chitosan degrading enzyme which is a protein encoded by the DNA according to (7) or (8).
(10) A transformed plasmid carried by transformed Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102 (FERM BP-8235), a protein encoded by DNA inserted into pTriplEx-Chitinase-cDNA A chitosan-degrading enzyme,
(11) The chitosan degrading enzyme according to (5), (6), (9) or (10), which has the activity shown in the following a) to b):
a) Activity of hydrolyzing 30% acetylated chitosan (viscosity 100 to 300 cps) under the conditions of pH 3.5 to pH 10.5 and 0 ° C. to 80 ° C .;
b) activity to hydrolyze glycol chitin at pH 4.0 to pH 10.5;
(12) A recombinant plasmid containing the DNA according to (7) or (8),
(13) The recombinant plasmid according to (12), which is an expression vector,
(14) A host cell transformed with the recombinant plasmid according to (12) or (13),
(15) The host cell according to (14), which is a prokaryotic cell or a eukaryotic cell,
(16) The host cell according to (14), which is Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102 (FERM BP-8235),
(17) A method for producing a chitosan degrading enzyme comprising the following 1) to 2):
1) A step of culturing the cell according to any one of the following a) to e) under conditions for producing a chitosan degrading enzyme;
a) Aspergillus oryzae;
b) Aspergillus japonicus;
c) Aspergillus sojae;
d) The host cell according to any one of (14) to (16);
e) a cell producing the chitosan degrading enzyme according to any one of (5), (6), (9) to (11);
2) A step of separating and purifying chitosan degrading enzyme from the culture product of 1).
(18) Aspergillus oryzae is Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 strain, Aspergillus japonicus is Aspergillus japonicus 19 -The method according to (17), wherein the Aspergillus sojae is Aspergillus sojae SANK 22388 strain,
(19) A chitosan degrading enzyme produced by the method according to (17) or (18),
(20) A method for producing a low-molecular chitosan comprising the following steps 1) and 2):
1) The chitosan degrading enzyme according to any one of (1) to (6), (9) to (11) and (19) is added to an acetylated chitosan aqueous solution having an acetylation degree of 10% to 30%. ;
2) Perform enzyme reaction for 10 minutes or more under the conditions of pH 3 to 12, 10 ° C to 60 ° C.
(21) Low-molecular chitosan produced by the method according to (20) or a salt thereof,
(22) The low molecular weight chitosan or salt thereof according to (21), wherein the molecular weight is 40,000 to 250,000 and the degree of acetylation is 10%,
(23) Low molecular chitosan or a salt thereof according to (21), wherein the molecular weight is 10,000 to 110,000 and the degree of acetylation is 20%,
(24) The low molecular chitosan or a salt thereof according to (21), having a molecular weight of 10,000 to 70,000 and a degree of acetylation of 30%,
(25) A pharmaceutical composition comprising the low-molecular chitosan or salt thereof according to any one of (21) to (24) as an active ingredient,
(26) The pharmaceutical composition according to (25), which is a therapeutic agent for trauma, bed sores or atopic dermatitis
(27) A cosmetic comprising the low-molecular chitosan or a salt thereof according to any one of (21) to (24),
(28) A food having the low-molecular chitosan or salt thereof according to any one of (21) to (24),
(29) A treatment agent such as water having the low-molecular chitosan or a salt thereof according to any one of (21) to (24),
(30) A method for producing a sample which contains the following steps 1) and 2) and which does not substantially contain a polymer partially acetylated chitosan having a molecular weight of 1 million or more in the liquid component:
1) The chitosan degrading enzyme according to any one of (1) to (6), (9) to (11) and (19) is added to a sample containing a high molecular weight partially acetylated chitosan having a molecular weight of 1 million or more. ;
2) Perform an enzyme reaction for 10 minutes or more under conditions of pH 3 to 12, 10 ° C to 60 ° C.
(31) The method according to (30), wherein the sample containing a polymer partially acetylated chitosan having a molecular weight of 1 million or more is a sample containing crustaceans,
(32) The method according to (31), wherein the crustacean is one or both of shrimp and crab,
(33) A sample which is produced by the method of any one of (30) to (32) and which does not substantially contain a polymer partially acetylated chitosan having a molecular weight of 1 million or more in its liquid component,
About.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0017]
As a filamentous fungus useful for producing low-molecular chitosan, chitinase derived from Aspergillus oryzae, chitinase derived from Aspergillus japonicus or chitinase derived from Aspergillus sojae, The present invention relates to a low molecular chitosan produced by the chitinase, a pharmaceutical composition containing the low molecular chitosan, and the like.
[0018]
In the present invention, chitinase refers to an enzyme having an activity of hydrolyzing chitin or partially acetylated chitosan. When chitin is hydrolyzed, N-acetylglucosamine and its oligosaccharide are produced. This “activity for hydrolyzing chitin or partially acetylated chitosan” is defined as “chitosan decomposing activity”. Chitin refers to a partially acetylated chitosan having a high acetylation rate. In the present invention, unless otherwise specified, these are also referred to as partially acetylated chitosan. In the present invention, both chitosan degrading enzyme and chitinase refer to enzymes having the chitosan degrading activity and are used as synonyms. The chitinase of the present invention includes a protein having a chitosan degrading activity in a culture of a microorganism producing chitinase. Examples of such chitinases include chitinases derived from Aspergillus oryzae, chitinases derived from Aspergillus japonicus or chitinases derived from Aspergillus sojae. More preferred are chitinase from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067), chitinase from Aspergillus japonicus SANK 19288 strain or Aspergillus sojae 23 strain Aspergillus sojae It is a chitinase, and more preferably a chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067).
Further, another example of the chitinase of the present invention includes a protein having all the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 in the sequence listing and having chitosan degrading activity. The protein may be any protein as long as it contains all of these as an internal amino acid sequence, regardless of the order of each amino acid sequence. Preferred among such chitinases include all the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, and the N-terminal sequence is “Ser-Ser-Gly-Leu-”. A protein consisting of Lys (amino acid numbers 1 to 5 of SEQ ID NO: 14 in the sequence listing) "and having chitosan degrading activity. More preferably, it includes all the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, and the N-terminal sequence consists of Ser-Ser-Gly-Leu-Lys-, and And N-terminal acetylated protein having chitosan degrading activity.
[0019]
Further, another example of the chitinase of the present invention includes a protein having all the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 11, SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 13 in the sequence listing and having chitosan degrading activity.
[0020]
Further, in the protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the Sequence Listing, a protein in which one or several amino acid residues are substituted, deleted, inserted and / or added at one or several sites. As long as it has chitosan degrading activity, it is included in the present invention. The term “several” means a number not exceeding 10, and preferably not exceeding 5. As an example in which a protein having a substituted amino acid sequence has an activity equivalent to that of a natural protein, for example, a nucleotide sequence corresponding to cysteine of an interleukin 2 (IL-2) gene is converted into a nucleotide sequence corresponding to serine. The resulting protein is known to retain IL-2 activity (Wang, A. et al. (1984) Science 224, 1431-1433).
[0021]
Another example of the chitinase of the present invention is a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing. Moreover, even if it is a protein which consists of an amino acid sequence of sequence number 5 of a sequence table, as long as it has chitosan degradation activity, it is included in this invention.
[0022]
Another example of the chitinase of the present invention is a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 in the sequence listing and acetylated at the N-terminal α-amino group. A protein comprising such a protein is also included in the present invention as long as it has chitosan degrading activity.
[0023]
Suitable as the chitinase of the present invention is chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067, chitinase derived from Aspergillus japonicus SANK19288, Aspergillus sojae 23A88 Strain-derived chitinase, a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing, and a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 in the sequence listing, wherein the N-terminal α-amino group is acetylated. More preferred is a chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067) and the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 in the sequence listing, and having an N-terminal α-amino group Acetylated That is the protein.
In the present invention, the “DNA of the present invention” refers to DNA encoding the chitinase of the present invention. The DNA may take any form as long as it is currently known, such as cDNA, genomic DNA, artificially modified DNA, and chemically synthesized DNA.
[0024]
As an example of the DNA of the present invention, it hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242 to 1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing, and has chitosan degradation. Examples thereof include DNA encoding a protein having activity.
[0025]
Another example of the DNA of the present invention is a nucleotide sequence homology of 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 95% or more with the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242-1438 of SEQ ID NO: 4 in the Sequence Listing. DNA having Such DNA includes mutant DNA found in nature, artificially modified mutant DNA, homologous DNA derived from heterologous organisms, and the like.
[0026]
Still another example of the nucleotide of the present invention is DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing. The codon corresponding to the desired amino acid may be selected arbitrarily and can be determined according to a conventional method in consideration of the codon usage frequency of the host to be used, for example. (Grantham, R. et al. (1981) Nucleic Acids Res. 9, 143-174). Furthermore, partial modification of the codons of these nucleotide sequences is carried out by site-directed mutagenesis / Mark, DF et al., Using a primer comprising a synthetic oligonucleotide encoding a desired modification according to a conventional method. (1984) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81, 5662-5666).
[0027]
Another example of the DNA of the present invention includes DNA consisting of the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242-1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing. In addition, a DNA comprising a DNA comprising the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242 to 1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing is also included in the present invention as long as it contains a region encoding a protein having chitosan degrading activity. It is.
[0028]
The transformed Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102, which holds the recombinant plasmid inserted with the DNA of the present invention, is a patent of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology as of November 8, 2002. It is deposited internationally at the Biological Depositary Center (Higashi 1-1-1, Chuo 6th, Tsukuba City, Ibaraki, Japan) and is given the deposit number FERM BP-8235. Therefore, the DNA of the present invention can also be obtained from the strain. In addition, DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA inserted into the recombinant plasmid held by the deposited strain is also included in the present invention as long as the encoded protein has chitosan degrading activity. Further, DNA comprising the above nucleotide sequence is also included in the present invention. Furthermore, the protein encoded by such DNA is also included in the chitinase of the present invention.
[0029]
Suitable as the DNA of the present invention is DNA consisting of the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242-1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing, and transformed Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK72102 (FERM BP-8235) is a DNA inserted into a recombinant plasmid, pTriplEx-Chitinase-cDNA, optimally transformed Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102 (FERM BP- 8235) is a DNA inserted into a recombinant plasmid, pTriplEx-Chitinase-cDNA.
[0030]
The chitinase of the present invention can include a protein having an amino acid sequence encoded by the DNA of the present invention. In addition, in order to produce a modified form in which any one or more amino acids are deleted in the chitinase of the present invention, a method of cutting DNA from the end using exonuclease Bal31 or the like (Toshimitsu Kishimoto et al. “ Follow-up Biochemistry Experiment Course 1, Genetic Research Method II ”335-354), cassette mutation method (Toshimitsu Kishimoto,“ Neochemistry Experiment Course 2, Nucleic Acid III Recombinant DNA Technology ”242-251), etc. Thus, even a protein obtained by genetic engineering techniques based on the DNA of the present invention is included in the present invention as long as it has chitosan degrading activity. Such a chitinase is not necessarily required to have all of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing. For example, even a protein consisting of a partial sequence thereof is not limited as long as the protein exhibits chitosan degrading activity. It is included in the chitinase of the present invention. Further, DNA encoding such a chitinase is also included in the present invention.
[0031]
The chitinase used in the present invention may be a product purified from a chitinase-producing bacterium, a crudely purified product, a cell disruption solution, or a cell culture supernatant as it is. When culturing chitinase-producing bacteria, it is preferable to add powder chitin, powder chitosan, colloidal chitin, colloidal chitosan and the like in addition to the carbon source and nitrogen source in the medium. Centrifugation is performed after completion of the culture of the chitinase-producing bacteria, and the culture supernatant from which the cells have been removed can be used as a crude enzyme solution as it is. Moreover, the crude enzyme solution can be roughly purified by ion exchange chromatography or the like, or purified.
[0032]
A chitinase-producing bacterium refers to a microorganism having an inherently innate ability to produce chitinase, and includes a microorganism that accumulates chitinase in the microbial cell, a microorganism that secretes the microbial cell outside the microbial cell, and the like. When using a chitinase-producing bacterium culture supernatant or a chitinase purified from the culture supernatant, a bacterium that secretes chitinase outside the cell body can be used.
[0033]
Examples of the chitinase producing bacterium used in the present invention include Aspergillus oryzae, Aspergillus japonicus or Aspergillus sojae, preferably Aspergillus oryzae var. Examples include sporoflavus Ohara JCM 2067 strain, Aspergillus japonicus SANK 19288 or Aspergillus sojae SANK 22388 strain. A chitinase-producing bacterium can be cultured using a normal medium using a culture apparatus and a medium. The culture can be appropriately selected from methods such as liquid culture and solid culture. In the case of liquid culture, flask culture or culture using a fermenter can be performed, and after the start of culture, a batch culture method in which no medium is added or a fed-batch culture method in which a medium is appropriately added during the culture should be used. Can do. A carbon source and a nitrogen source can be added to the medium, and vitamins, trace metals, and the like can be added as necessary. Examples of the carbon source include monosaccharides such as glucose, mannose, galactose and fructose, disaccharides such as maltose, cellobiose, isomaltose, lactose and sucrose, polysaccharides such as starch, and malt extract. It is not limited to these as long as the fungus grows. As the nitrogen source, inorganic nitrogen such as ammonia, ammonium sulfate, and ammonium nitrate, and organic nitrogen such as yeast extract, malto extract, corn steep liquor, and peptone are used, but are not limited to these as long as the chitinase-producing bacteria grow. In addition, in order to increase the amount of chitinase produced by the chitinase-producing bacterium, powdered chitin or colloidal chitin can be added to the medium. The amount of the composition in these media can be appropriately selected. The culture temperature, pH, and aeration stirring amount can be appropriately selected so as to be suitable for chitinase production.
[0034]
As the chitinase used in the present invention, chitinase derived from Aspergillus oryzae, Aspergillus japonicus or Aspergillus sojae can be used, and preferably Aspergillus oryzae sporoflavus Ohara Chitinase derived from JCM 2067 strain, Aspergillus japonicus SANK 19288 or Aspergillus sojae SANK 22388 strain can be used. The chitinase may be produced by the chitinase-producing bacterium itself, or may be produced by a mutant or modified product thereof. Further, a gene encoding the chitinase of the chitinase-producing bacterium is introduced into the host. The recombinant protein produced from the obtained transformant may be sufficient.
Obtaining chitinase-producing bacteria
Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 strain is the National Institute for Biological Sciences, Microorganism Preservation Facility (JCM: Japan Collection of Microorganisms; address 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama, Japan 351-0198) It can be purchased from the website address <http://www.jcm.riken.go.jp/>).
[0035]
The mycological properties of Aspergillus japonicus SANK 19288 and Aspergillus sojae SANK 22388 are shown below.
[0036]
Aspergillus Japonix SANK 19288 and Aspergillus sojae SANK 22388 strain Click and Pit literature (Klich, MA and Pitt, JI (1988) A laboratory guide to the common Aspergillus species and their teleomorphs. CSIRO, Division of Food Processing, North Ryde NSW, Austraria.) Was inoculated into three types of medium (CYA medium, MEA medium, CY20S medium) and the mycological properties were observed.
[0037]
The display of the color tone was according to “Metune Handbook of Color” (Kornerup, A. and Wanscher, JH (1978) Methuen handbook of color (3rd. Edition). Erye Methuen, London.).
[0038]
The composition of the three types of medium (CYA medium, MEA medium, CY20S medium) is as follows.
CYA Medium [Czapek Yeast Extract Agar Medium] (K2HPO4 1.0 g, * Zapec Concentrate 10 ml, Yeast Extract 5 g, Sucrose 30 g, Agar 15 g, Distilled Water 1000 ml)
* Zapec concentrate (NaNO3 30 g, KCl 5 g, MgSO4 ・ 7H2O 5 g, FeSO4 ・ 7H2O 0.1 g, ZnSO4 ・ 7H2O 0.1 g, CuSO4 ・ 5H2O 0.05 g distilled water 100 ml)
MEA Medium [Malt Extract Agar Medium] (Malt Extract 20 g, Peptone 1 g, Glucose 20 g, Agar 20 g, Distilled Water 1000 ml)
CY20S Medium [Czapek Yeast Extract Agar with 20% Sucrose Medium] (K2HPO4 1.0 g, * Zapec Concentrate 10 ml, Yeast Extract 5 g, Sucrose 200 g, Agar 15 g, Distillation (1000 ml of water)
1) Mycological properties
a) Mycological properties of Aspergillus japonics SANK 19288 strain
Colonies in CYA medium are 45-60 mm in diameter at 25 ° C. for 1 week. The mycelium is white. Conidia formation is vigorous in the center, and the color of the formation is olive brown (4F4) or black. The back color is grayish yellow (4B4) or yellowish white (4A2). No sclerotia is observed. No leachate or soluble pigment is observed. Colonies in CY20S medium have a diameter of 57 to 68 mm when cultured for 1 week at 25 ° C. The colony resembles that of CYA medium. The back color is Pastoral Yellow (3A4). Colonies in MEA medium are 51 to 57 mm in diameter at 25 ° C. for 1 week. Conidia formation is vigorous, and the color of the formation part is black. The color on the back is colorless. Colonies of CYA medium cultured at 37 ° C for 1 week are 13 to 20 mm in diameter. Does not grow at 5 ° C.
[0039]
Conidia head is radial, conidia pattern is smooth, colorless or brown at the top, width 4-11 μm. The crest is spherical or elliptical and has a width of 19 to 50 μm. Aspergillus is a single row. The phialide covers 3/4 of the summit and is 7-10 × 3.5-4.5 μm. The conidia are oval or spherical, covered with somewhat sparse spines, and have a diameter of 3.5 to 4.5 x 3.5 to 4 μm.
[0040]
Based on the above bacteriological properties, a search was made for a bacterium corresponding to this bacterium. The properties of Aspergillus japonicus var. Aculeatus (Iizuka) Al-Musallam described in the click and pit literature. Almost matched. Therefore, this strain was identified as Aspergillus japonicus var. Aculeatus (Iizuka) Al-Musallam.
[0041]
In addition, Aspergillus Japonix SANK 19288 was changed to Aspergillus Japonix Bar Accuritus SANK 19288 on September 13, 2001 at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) 1-1 Centrally deposited at 6) and assigned the deposit number FERM BP-7736.
[0042]
b) Mycological properties of Aspergillus sojae SANK 22388 strain
Colonies in CYA medium are 46 to 52 mm in diameter at 25 ° C. for 1 week. The colony is fluffy. The mycelium is white and dense. Conidia formation is vigorous, and the color of the formation part is olive (2F-E7). The reverse side is yellowish white (2A2). Colonies in CY20S medium have a diameter of 42 to 45 mm when cultured for 1 week at 25 ° C. The colony resembles that of CYA medium. Conidia formation is vigorous, and the color of the formation part is olive yellow (3D6) to olive (3E7). Colonies in MEA medium are 43-47 mm in diameter at 25 ° C. for 1 week. The colony is slightly fluffy and slightly sparse. The mycelium is white and inconspicuous. Conidia formation is vigorous, and the color of the formation part is olive (1E8). The color on the back is colorless. The colonies of CYA medium cultured at 37 ° C. for 1 week are 52 to 56 mm in diameter. Does not grow at 5 ° C.
[0043]
The conidia head is radial, the conidia pattern is rough, colorless, and the width is 7 to 12 μm. The summit has a western shape or a spherical shape, and a width of 24 to 41 μm. Aspergillus is single-row, sometimes double-row. The metre is 8-12 × 4-8 μm. The phialide is 10 to 11 × 4.5 to 6 μm. The conidia are spherical, rough, and have a diameter of 5 to 6.5 μm.
[0044]
Based on the above bacteriological properties, when the bacteria corresponding to this bacterium were searched, the properties of Aspergillus sojae Sakaguchi & Yamada described in the click and pit literature were almost identical. Therefore, this strain was identified as Aspergillus sojae Sakaguchi & Yamada.
[0045]
In addition, Aspergillus sojae SANK 22388 strain was changed to Aspergillus sojae SANK 22388 strain on September 13, 2001, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Biological Depositary Center (1-1-1 Tsukuba City East, Ibaraki Prefecture, Japan). Deposited internationally in the center No. 6) and given the accession number FERM BP-7738.
[0046]
As is well known, filamentous fungi are susceptible to mutation in nature or by artificial manipulation (for example, ultraviolet irradiation, radiation irradiation, chemical treatment, etc.), and Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM of the present invention. 2067) strain, Aspergillus japonics SANK 19288 strain and Aspergillus sojae SANK 22388 strain are the same. Aspergillus oryzae (Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067) strain, Aspergillus japonics SANK 19288 strain and Aspergillus sojae SANK 22388 strain include all the mutant strains. These mutant strains also include those obtained by genetic methods such as recombination, transduction, transformation and the like. That is, the Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 strain that produces chitinase, the mutants thereof, and the strains that are not clearly distinguished from them all belong to the Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 strain. Is included. Aspergillus japonics SANK 19288 strains producing chitinase, mutants thereof and strains not clearly distinguished from them are all included in the Aspergillus japonics SANK 19288 strain. The Aspergillus sojae SANK 22388 strain, the mutants thereof, and the strains not clearly distinguished from them are all encompassed by the Aspergillus sojae SANK 22388 strain.
The chitinase of the present invention can also be obtained from a culture product of a transformed cell obtained by transforming a host cell with a recombinant plasmid in which the DNA of the present invention is inserted into a vector. Thus, a recombinant plasmid in which the DNA of the present invention is inserted into an appropriate vector is also included in the present invention. As a vector used for such a purpose, various generally known vectors can be used. Suitable examples include, but are not limited to, prokaryotic vectors, eukaryotic vectors, mammalian cell vectors, and the like. Such recombinant plasmids can transform other prokaryotic or eukaryotic host cells. Furthermore, it is possible to express a gene in each host by using a vector having an appropriate promoter sequence and / or a sequence involved in expression, or by introducing such a sequence into an expression vector. It is. Such an expression vector is a preferred embodiment of the recombinant plasmid of the present invention.
[0047]
A host cell can be obtained by introducing the recombinant plasmid of the present invention into various cells. Such a cell may be a prokaryotic cell or a eukaryotic cell as long as it can introduce a plasmid.
[0048]
Examples of the prokaryotic host include Escherichia coli and Bacillus subtilis. To transform a gene of interest into these host cells, the host cell is transformed with a plasmid vector containing a replicon or origin of replication from a species compatible with the host and regulatory sequences. The vector preferably has a sequence capable of imparting phenotypic (phenotypic) selectivity to transformed cells.
[0049]
For example, K12 strain and the like are often used as E. coli, and pBR322 and pUC-type plasmids are generally used as vectors. However, the present invention is not limited thereto, and any known various strains and vectors can be used.
[0050]
Examples of the promoter in Escherichia coli include tryptophan (trp) promoter, lactose (lac) promoter, tryptophan lactose (tac) promoter, lipoprotein (lpp) promoter, polypeptide chain elongation factor Tu (tufB) promoter, etc. Any promoter can be used to produce the chitinase of the present invention.
[0051]
As Bacillus subtilis, for example, 207-25 strain is preferable, and pTUB228 (Ohmura, K. et al. (1984) J. Biochem. 95, 87-93) is used as a vector, but is not limited thereto. is not.
[0052]
As a promoter, secretory expression outside the cell can be achieved by ligating a DNA sequence encoding a signal peptide sequence of Bacillus subtilis α-amylase.
[0053]
Eukaryotic host cells include cells such as vertebrates, insects, and yeasts. Examples of vertebrate cells include mammalian cells such as COS cells (Gluzman, Y. (1981 Cell 23, 175-182, ATCC CRL-1650) and Chinese hamster ovary cells (CHO cells, ATCC CCL-61) dihydrofolate reductase-deficient strains (Urlaub, G. and Chasin, LA (1980) Proc. Natl Acad. Sci. USA 77, 4126-4220) is often used, but is not limited thereto.
[0054]
As an expression promoter for vertebrate cells, a promoter that is usually located upstream of the gene to be expressed, an RNA splice site, a polyadenylation site, a transcription termination sequence, and the like can be used. You may have. Examples of the expression vector include, but are not limited to, pSV2dhfr (Subramani, S. et al. (1981) Mol. Cell. Biol. 1, 854-864) having the SV40 early promoter.
[0055]
For example, when a COS cell is used as a host cell, the expression vector has an SV40 origin of replication, and can self-propagate in the COS cell. Furthermore, a transcription promoter, a transcription termination signal, and an RNA splice site Can be used. The expression vector includes diethylaminoethyl (DEAE) -dextran method (Luthman, H. and Magnusson, G. (1983) Nucleic Acids Res, 11, 1295-1308), calcium phosphate-DNA coprecipitation method (Graham, FL and van der Eb, AJ (1973) Virology 52, 456-457), and electric pulse perforation (Neumann, E. et al. (1982) EMBO J. 1, 841-845), etc. Thus, a desired transformed cell can be obtained. When a CHO cell is used as a host cell, an expression vector and a vector capable of expressing a neo gene that functions as an antibiotic G418 resistance marker, such as pRSVneo (Sambrook, J. et al. (1989): "Molecular Cloning A Laboratory Manual "Cold Spring Harbor Laboratory, NY) and pSV2-neo (Southern, PJ and Berg, P. (1982) J. Mol. Appl. Genet. 1, 327-341) By selecting resistant colonies, transformed cells that stably produce the chitinase of the present invention can be obtained.
[0056]
When insect cells are used as host cells, cell lines derived from ovarian cells of Spodoptera frugiperda (Sf-9 or Sf-21) of Lepidoptera gourdaceae or high five cells derived from egg cells of Trichoplusia ni (Wickham, TJ et al, ( 1992) Biotechnol. Prog. I: 391-396) is often used as a host cell, and pVL1392 / 1393 using a polyhedrin protein promoter of autographer nuclear polyhedrosis virus (AcNPV) is often used as a baculovirus transfer vector. (Kidd, IM and VC Emery (1993) The use of baculoviruses as expression vectors. Applied Biochemistry and Biotechnology 42, 137-159). In addition, vectors using baculovirus P10 and promoters of the same basic protein can also be used. Furthermore, it is also possible to express a recombinant protein as a secreted protein by connecting the secretory signal sequence of the envelope surface protein GP67 of AcNPV to the N-terminal side of the target protein (Zhe-mei Wang, et al. (1998)). Biol. Chem., 379, 167-174).
[0057]
As an expression system using a eukaryotic microorganism as a host cell, yeast is generally well known, and among them, Saccharomyces yeasts such as baker's yeast Saccharomyces cerevisiae and petroleum yeast Pichia pastoris are preferable. Examples of expression vectors for eukaryotic microorganisms such as yeast include alcohol dehydrogenase gene promoters (Bennetzen, JL and Hall, BD (1982) J. Biol. Chem. 257, 3018-3025) and acid phosphatase gene. A promoter (Miyanohara, A. et al. (1983) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80, 1-5) and the like can be preferably used. When expressed as a secreted protein, it can also be expressed as a recombinant having a secretory signal sequence and an endogenous protease possessed by the host cell or a known protease cleavage site on the N-terminal side. For example, in a system in which human mast cell tryptase of a trypsin type serine protease is expressed in petroleum yeast, it is activated by connecting the yeast α-factor secretion signal sequence to the N-terminal side of the yeast yeast factor KEX2 protease cleavage site. Type tryptase is known to be secreted into the medium (Andrew, L. Niles, et al. (1998) Biotechnol. Appl. Biochem. 28, 125-131).
[0058]
The transformant obtained as described above can be cultured according to a conventional method, and the chitinase of the present invention is produced intracellularly or extracellularly by the culture. As the medium used for the culture, various commonly used media can be appropriately selected depending on the employed host cells. For example, in the case of the COS cells, RPMI1640 medium and Dulbecco's modified Eagle medium (hereinafter referred to as “DMEM”). A medium supplemented with a serum component such as fetal calf serum can be used if necessary. As culture conditions, the CO2 concentration may be in the range of 0 to 50%, preferably 1 to 10%, and more preferably 5%. The culture temperature may be 0 to 99 ° C., preferably 20 to 50 ° C., more preferably 35 to 40 ° C.
[0059]
The chitinase of the present invention produced as a recombinant protein inside or outside of the transformant by the above-described culture is the physicochemical property, chemical property, biochemical property (enzyme activity) of the protein from the culture product. Etc.), etc. ("Biochemistry Data Book II", 1175-1259, 1st edition, 1st print, published on June 23, 1980 by Tokyo Chemical Co., Ltd .; Biochemistry, vol. 25, No. 25, p8274-8277 (1986); see Eur. J. Biochem., 163, p313-321 (1987), etc.). Specific examples of the method include normal reconstitution treatment, treatment with a protein precipitating agent (salting out method), centrifugation, osmotic shock method, freeze-thaw method, ultrasonic crushing, ultrafiltration, gel filtration, Examples include adsorption chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, various liquid chromatography such as high performance liquid chromatography (HPLC), dialysis methods, combinations thereof, and the like. As described above, a desired recombinant protein can be produced on an industrial scale in a high yield. Further, by connecting histidine consisting of 6 residues to a recombinant protein to be expressed, it can be efficiently purified with a nickel affinity column. By combining the above methods, the chitinase of the present invention can be easily produced in large quantities with high yield and high purity.
[0060]
A chitinase produced by the above method can also be mentioned as a preferred example of the present invention.
10 g or more of low molecular chitosan or a salt thereof used in the present invention is dissolved in 100 g of water at 0 to 100 ° C. The water here is preferably distilled water, tap water, or well water. Furthermore, 10 g or more of low-molecular chitosan or a salt thereof is dissolved in 100 g of water under the condition of pH 1.0 to 7.0. Low molecular chitosan has antibacterial activity.
[0061]
Partially acetylated chitosan means that part of the amino group of chitosan is acetylated. Partially acetylated chitosan having a low degree of acetylation can be produced by deacetylating chitin with an alkali. . The degree of acetylation of partially acetylated chitosan can be controlled by alkali concentration, reaction time, and the like. Further, those having a molecular weight of 1 million or more are particularly referred to as polymer partially acetylated chitosan. Examples of polymer partially acetylated chitosan having a molecular weight of 1 million or more include, for example, 30%, 20%, 10% acetylated chitosan derived from shrimp crabs (trade names: Chitosan 7B, 8B, 9B (all manufactured by Katoyoshi Co., Ltd.)) However, natural chitin contained in shrimp and crab is a polymer partially acetylated chitosan having a higher degree of acetylation, and these can also be used as partially acetylated chitosan.
[0062]
The molecular weight of partially polymerized acetylated chitosan can be measured by high performance liquid chromatography using gel permeation chromatography (GPC) (with pullulan as a standard substance) (Takiguchi et al., Chitin Chitosan Research p.75-). 79, 1999).
[0063]
The degree of acetylation of the polymer partially acetylated chitosan can be measured by performing a PVSK colloid titration with a 1/400 N potassium potassium sulfate solution using a toluidine blue solution as an indicator (Toei K. et al. Anal. Chem. Acta 83, 59, 1976). The degree of acetylation measured by this method is the percentage of amino groups that are acetylated (for example, 1% acetylation means that one of 100 amino groups is acetylated). ).
[0064]
The degree of acetylation of chitosan is 1 It can also be calculated from the integral ratio of 3H of the acetyl group obtained by H-NMR and 7H excluding the hydroxyl group other than the acetyl group.
[0065]
The hydrolytic activity of chitinase can be measured according to the Randle-Morgan method (Randle CJM et al. Biochem. J. GL 586-589, 1955). Moreover, it can also measure according to the modified Schales method (Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154 (1971)).
[0066]
The present invention relates to a method for producing a low-molecular chitosan.
[0067]
The chitinase used in the method is hydrolyzed when 30% acetylated chitosan (viscosity 100 to 300 cps) is used as a substrate under reaction conditions of pH 4.0 to 5.5 and temperature of 37 ° C. for 10 to 30 minutes. When the degradation activity is 100%, the hydrolysis activity when glycol chitin is used as a substrate is less than 100%, and chitosan (viscosity 50 to 200 cps) having a degree of acetylation of 1% or less is used as the substrate. The hydrolysis activity of chitinase is 15% or less.
[0068]
There are no particular restrictions on the amount and concentration of enzyme used in the method.
[0069]
In the method, the aqueous solution of the polymer partially acetylated chitosan serving as a substrate for chitinase is 0.1 to 5% by mass, preferably 0.25 to 2% by mass, and more preferably 0.5 to 1% by mass. It is. The aqueous solution can also be used as a solution dissolved in water under acidic conditions (for example, pH 1 to 6). Moreover, it can also use for this method as a solution which added alkali (for example, sodium carbonate, sodium hydrogencarbonate, caustic soda, etc.) to this solution, and was made weakly acidic (for example, pH 4.0-6.0).
[0070]
Acids used to make the polymer partially acetylated chitosan solution acidic and dissolved in water include hydrochloric acid, acetic acid, trifluoroacetic acid, p-toluenesulfonic acid, acrylic acid, lactic acid, amino acid, citric acid, salicylic acid, glucuronic acid , Glycolic acid and the like can be mentioned, but are not limited thereto as long as an acidic solution can be produced.
[0071]
The pH range of the reaction solution when producing a low-molecular chitosan using the chitinase of the present invention can include a pH range of 3 to 12, preferably a pH range of 3 to 7, and more preferably It is in the range of pH 4-6. The temperature of the reaction solution may be 0 ° C to 70 ° C, preferably 10 ° C to 60 ° C, and more preferably 40-50 ° C. Although reaction time can mention 10 minutes-7 days, Preferably it is 3 hours-5 days, More preferably, it is 1-3 days.
[0072]
Various low-molecular chitosan salts having a molecular weight of 10,000 or more and less than 1,000,000 are produced by making a polymer partially acetylated chitosan into an aqueous solution using various acids and then performing a hydrolysis reaction with the chitinase of the present invention. Depending on the acid used, the salt type is hydrochloride, acetate, trifluoroacetate, p-toluenesulfonate, acrylate, lactate, amino acid salt, citrate, salicylate, glucuronate, glycol Examples of the acid salt include, but are not limited to.
The present invention provides a low-molecular chitosan or a salt thereof that dissolves 10 g or more in 100 g of water at 0 to 100 ° C.
[0073]
Furthermore, this invention provides the pharmaceutical composition containing the low molecular chitosan which melt | dissolves 10g or more with respect to 100g of water of 0-100 degreeC.
[0074]
The hydrolytic activity of chitinase can be measured according to the Randle-Morgan method (Randle CJM et al. Biochem. J. GL 586-589, 1955). Moreover, it can also measure according to the modified Schales method (Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154 (1971)).
[0075]
Glycolchitin can be produced by the method described in R. Senzyu and S. Okimatsu, Nippon Nogeikagaku Kaishi, 23, 432 (1950).
Specific properties of the chitinase obtained from the chitinase-producing bacterium are shown below, but the properties of the chitinase of the present invention are not limited to these.
[0076]
The chitinase produced and purified by Aspergillus oryzae (var. Sporoflavus Ohara JCM 2067) strain has the following properties.
1) Shows a molecular weight of about 40,000 by SDS-PAGE electrophoresis.
2) The isoelectric point pI4.5 is shown by isoelectric focusing.
3) Chitosan 7B (manufactured by Katoyoshi Co., Ltd.) is hydrolyzed at pH 3.5 to pH 10.5.
4) Glycol chitin is hydrolyzed at pH 3.0 to pH 10.5.
5) The hydrolysis activity described in 3) is exhibited at 80 ° C. or lower.
6) The optimum pH of the hydrolysis activity described in 3) is pH 5.5.
7) The optimum pH of the hydrolysis activity described in 4) is pH 10.0.
8) The optimum temperature for the hydrolytic activity described in 3) is 60 ° C. at a pH of 5.5.
9) Stable at temperatures below 45 ° C.
10) Stable under pH conditions of pH 5 to pH 9.5.
11) pH 5.5 or pH 10.0 of the enzyme for other substrates at a temperature of 37 ° C. when the hydrolysis activity for 10 minutes at chitosan 7B at pH 5.5 or pH 10.0 at a temperature of 37 ° C. is taken as 100%. The hydrolytic activity for 10 minutes in Table 1 shows the values in Table 1 as relative values. In the table, chitosan 10B is 1% acetylated chitin, chitosan 9B is 10% acetylated chitin, chitosan 8B is 20% acetylated chitin, and chitosan 7B is 30% acetylated chitin (all manufactured by Katoyoshi Co., Ltd.). CM-cellulose is sodium carboxymethyl cellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Glycolchitin is prepared by the method described above.
[0077]
[Table 1]
Figure 0004204857
From Table 1, this enzyme has a high hydrolytic activity for partially acetylated chitosan (chitosan 9B, 8B, 7B) having a degree of acetylation of 10 to 30% than glycol chitin at pH 5.5, and the degree of acetylation is 1 % Of chitosan (chitosan 10B) is hardly hydrolyzed. There is no hydrolysis activity for sodium carboxymethylcellulose.
12) It has the partial amino acid sequence shown below. The sequence is described from the N-terminal side.
Glu-Met-Thr-Pro-Tyr-Leu-Asp-Phe-Tyr-Arg-Leu-Met-Ala-Tyr-Gln (SEQ ID NO: 1 in the sequence listing)
Ile-Val-Val-Gly-Met-Pro-Ile-Tyr-Gly-Arg-Lys-Glu (SEQ ID NO: 2 in the sequence listing)
Ala-Leu-Pro-Lys-Pro-Gly-Ala-Thr-Glu-Tyr-Val-Asp-Pro-Ser-Ile [SEQ ID NO: 3 in the Sequence Listing]
Chitinase produced by Aspergillus japonics SANK 19288 has the following properties in the crude enzyme solution.
1) Shows a molecular weight of about 40,000 by SDS-PAGE electrophoresis.
2) Isoelectric point pI of about 3.5 is shown by isoelectric point transfer electrophoresis.
3) Hydrolyze chitosan 7B at pH 3.5 to pH 10.5.
4) The optimum pH of the hydrolysis activity described in 3) is pH 4.0.
5) When the enzyme activity for chitosan 7B at pH 4.0 at 37 ° C. for 10 minutes is defined as 100%, the enzyme activity for other substrates at pH 4.0 at 10 ° C. for 10 minutes at 37 ° C. The values in Table 2 are shown as relative values.
[0078]
[Table 2]
――――――――――――――――――――
Substrate Relative activity (%)
――――――――――――――――――――
Chitosan 10B 8.2
Chitosan 9B 67.6
Chitosan 8B 74.4
Chitosan 7B 100
Glycol chitosan 8.2
Glycolchitin 23.3
CM-cellulose 11.4
Rikennan 25.3
――――――――――――――――――――
From Table 2, this enzyme has higher hydrolytic activity for partially acetylated chitosan (chitosan 9B, 8B, 7B) having a degree of acetylation of 10 to 30% than glycol chitin, and chitosan having a degree of acetylation of 1% or less ( It can be seen that the hydrolytic activity for chitosan 10B) is weak.
Moreover, the chitinase produced and purified by Aspergillus japonics SANK 19288 has the following properties.
1) Shows a molecular weight of about 40,000 by SDS-PAGE electrophoresis.
2) Isoelectric point pI of about 3.5 is shown by isoelectric point transfer electrophoresis.
3) Hydrolyze chitosan 7B at pH 3.5 to pH 10.5.
4) The optimum pH of the hydrolysis activity described in 3) is pH 5.0.
5) The optimum temperature for the hydrolytic activity described in 3) is 65 ° C. at pH 5.0.
6) Stable at a temperature of 50 ° C. or lower.
7) Stable under pH conditions of pH 4 to pH 9.5.
8) When the enzyme activity for chitosan 7B is 5.0% and the hydrolysis activity for 10 minutes at a temperature of 37 ° C. is 100%, the enzyme activity for other substrates is pH 5.0 and the hydrolysis activity for 10 minutes at a temperature of 37 ° C. The values in Table 3 are shown as relative values. In the table, chitosan 10B is 1% acetylated chitin, chitosan 9B is 10% acetylated chitin, chitosan 8B is 20% acetylated chitin, and chitosan 7B is 30% acetylated chitin (all manufactured by Katoyoshi Co., Ltd.). CM-cellulose is sodium carboxymethyl cellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Glycolchitin is prepared by the method described above.
[0079]
[Table 3]
――――――――――――――――――
Substrate Relative activity (%)
――――――――――――――――――
Chitosan 10B 0
Chitosan 9B 58.6
Chitosan 8B 72.4
Chitosan 7B 100
Glucol Chitosan 0
Glycolchitin 28.3
CM-cellulose 0
Rikennan 4.2
――――――――――――――――――
As shown in Table 3, purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 strain has the highest hydrolysis activity against chitosan 7B, and the hydrolysis activity decreases as the degree of acetylation decreases. The purified chitinase has chitin hydrolyzing activity and no cellulase hydrolyzing activity.
9) It has the partial amino acid sequence shown below. The sequence is described from the N-terminal side.
His-Tyr-Pro-Thr-Asp-Ser-Trp-Asn-Asp-Val-Gly-Thr-Asn-Val-Tyr (SEQ ID NO: 11 in the Sequence Listing)
Ala-Phe-Thr-Asn-Thr-Asp-Gly-Pro-Gly-Thr-Ala-Phe-Ser-Gly-Val (SEQ ID NO: 12 in the Sequence Listing)
Leu-Ser-Gln-Met-Thr-Pro-Tyr-Leu-Asp-Phe-Tyr-Asn-Leu-Met-Ala-Tyr-Asp-Tyr-Ala-Gly (SEQ ID NO: 13 in the Sequence Listing)
The chitinase produced by Aspergillus sojae SANK 22388 has the following properties in the crude enzyme solution.
1) Shows a molecular weight of about 40,000 by SDS-PAGE electrophoresis.
2) pI of about 4.5 is shown by isoelectric focusing.
3) Hydrolyze chitosan 7B at pH 3.5 to pH 9.5.
4) The optimum pH of the hydrolysis activity described in 3) is pH 4.5.
5) When the hydrolysis activity of chitosan 7B for enzyme at pH 4.5 at a temperature of 37 ° C. for 10 minutes is defined as 100%, the enzyme has a hydrolysis activity for other substrates of pH 4.5 at a temperature of 37 ° C. for 10 minutes. The values in Table 4 are shown as relative values.
[0080]
[Table 4]
――――――――――――――――――――
Substrate Relative activity (%)
――――――――――――――――――――
Chitosan 10B 0
Chitosan 9B 67.7
Chitosan 8B 71.6
Chitosan 7B 100
Glycol chitosan 2.9
Glycolchitin 81.9
CM-cellulose 0
Rikennan 11.9
――――――――――――――――――――
From Table 4, this enzyme has high hydrolytic activity for partially acetylated chitosan (chitosan 9B, 8B, 7B) having a degree of acetylation of 10 to 30%, and chitosan (chitosan 10B) having a degree of acetylation of 1% or less. It can be seen that there is almost no hydrolysis activity. There is no hydrolysis activity for sodium carboxymethylcellulose.
The chitinase produced and purified by Aspergillus sojae SANK 22388 has the following properties.
1) Shows a molecular weight of about 40,000 by SDS-PAGE electrophoresis.
2) Isoelectric point pI of about 4.5 is shown by isoelectric point transfer electrophoresis.
3) Hydrolyze chitosan 7B at pH 3.5 to pH 9.5.
4) The optimum pH of the hydrolytic activity described in 3) is pH 5.5 and pH 9.0.
5) The optimum temperature for the hydrolytic activity described in 3) is 60 ° C. at pH 5.5 and 35 ° C. at pH 9.0.
6) It is stable at a temperature of 40 ° C. or lower at pH 5.5 and pH 9.0.
7) Stable under pH conditions of pH 4.5 to pH 10.
8) When the hydrolysis activity of chitosan 8B for enzyme at pH 5.0 at a temperature of 37 ° C. for 10 minutes is defined as 100%, the enzyme has a hydrolysis activity for other substrates of pH 5.0 at a temperature of 37 ° C. for 10 minutes. The values in Table 5 are shown as relative values. In the table, chitosan 10B is 1% acetylated chitin, chitosan 9B is 10% acetylated chitin, chitosan 8B is 20% acetylated chitin, and chitosan 7B is 30% acetylated chitin (all manufactured by Katoyoshi Co., Ltd.). CM-cellulose is sodium carboxymethyl cellulose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Glycolchitin is prepared by the method described above.
[0081]
[Table 5]
――――――――――――――――――
Substrate Relative activity (%)
――――――――――――――――――
Chitosan 10B 14.3
Chitosan 9B 73.6
Chitosan 8B 100
Chitosan 7B 97.4
Glucol Chitosan 0
Glycolchitin 23.8
CM-cellulose 0
Rikenan 0
――――――――――――――――――
As shown in Table 5, purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain has the highest hydrolysis activity against chitosan 7B and 8B, and the hydrolysis activity decreases as the degree of acetylation decreases. The purified chitinase has chitin hydrolyzing activity and no cellulase hydrolyzing activity.
From the above, the following properties can be mentioned as the properties of the chitinase of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
1) Shows a molecular weight of about 40,000 by SDS-PAGE electrophoresis.
2) Isoelectric point pI3.0 to 5.0 (preferably pI3.5 to 4.5) is shown by isoelectric focusing.
3) Chitosan 7B is hydrolyzed at pH 3.0 to pH 11.0 (preferably pH 3.5 to 10.5).
4) Hydrolyze glycol chitin at pH 3.0 to pH 11.5 (preferably pH 4 to pH 10.5);
5) exhibits the hydrolytic activity described in 3) at 0 ° C. to 80 ° C .;
6) stable at a temperature of 50 ° C. or lower (preferably 45 ° C. or lower);
7) Stable under pH conditions of pH 4.0 to pH 10 (preferably pH 5 to pH 9.5).
[0082]
Moreover, the method for producing the chitinase of the present invention is also included in the present invention.
[0083]
A chitinase can be produced by culturing chitinase-producing microorganisms, such as Aspergillus oryzae var. For example, 0.1 to 5.0% malto extract (manufactured by Difco), 0.1 to 1.0% yeast extract (manufactured by Difco), 0.05 to 1.0% chitin or Culture with shaking at 100 to 250 rpm in a medium of 0.05 to 1.0% chitosan at 16 to 45 ° C. for 1 to 15 days.
[0084]
Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 strain, Aspergillus Japonix SANK19288 strain and Aspergillus sojae SANK 22388 strain have the following common points.
1) It is weakly acidic and has the highest partially acetylated chitosan degrading activity.
2) If the hydrolysis activity for 30% acetylated chitosan at pH 4.0-6.0 and temperature of 37 ° C. for 10-30 minutes is 100%, the activity for 1% acetylated chitosan is 15% or less.
[0085]
The chitosan low-molecular chitosan and various salt solutions obtained by the present invention can be used as they are, but can also be concentrated by ammonium sulfate precipitation, organic solvent precipitation, centrifugation, lyophilization, ultrafiltration, or the like. Further, purification, desalting, and molecular weight fractionation can be performed by dialysis, ultrafiltration, gel filtration, column chromatography, or the like.
[0086]
The low-molecular chitosan hydrochloride thus prepared has excellent solubility in water and can be made into a solution having a maximum concentration of about 10% by mass. Moreover, the 1 mass% aqueous solution of low molecular weight chitosan hydrochloride shows pH 4.9-5.6, and the pH at which a deposit (colloid) precipitates when alkali is added is pH 6.6-7.4.
[0087]
The physiological activity of the low molecular chitosan hydrochloride prepared here is examined using antibacterial activity as an index. The minimum inhibitory concentration (Minimum Inhibitory Concentration; MIC) of each low molecular weight chitosan 9B, 8B, 7B hydrochloride for antibacterial activity is measured. Compared with the antibacterial activity of high molecular chitosan hydrochloride, low molecular chitosan hydrochloride has an activity equal to or higher than that of high molecular chitosan hydrochloride, regardless of whether it is a gram-positive or negative bacterium. Therefore, low molecular chitosan has excellent physiological activity equivalent to or higher than that of high molecular chitosan. From this, it is considered that the antibacterial activity which is assumed to be possessed by the high molecular chitosan is also retained in the low molecular chitosan of the present invention. In addition, in the healing test of animals lacking skin damage, the effect of shortening the healing days was observed, and it has physiological activity in animals.
Since it has such an excellent physiological activity, the low-molecular chitosan obtained by the present invention or a salt thereof is, for example, an external preparation for wounds / wound wounds, a bed socking agent, an atopic dermatitis therapeutic agent, an acne. Skin preparations such as therapeutic agents, bath preparations, cosmetics, facial cleansers, basic cosmetics, oral hygiene agents such as anti-cavities, liquid mouthwashes, dental materials, intestinal preparations such as enteric bacteria improving agents, hospital infections Medical fields such as preventive drugs, food additives such as diet foods, food preservatives, preservatives, fields such as animal and fish feed, agricultural fields such as plant activity enhancers, water treatment agents, metal adsorbents, Although it is possible to use the low molecular weight chitosan of this invention for a nuclear waste adsorbent chemical | medical agent method etc., a use is not specifically limited to these examples. Further, the present invention also includes a method for treating diseases such as trauma, bed sores and atopic dermatitis, which comprises administering an effective amount of the low molecular weight chitosan or a salt thereof of the present invention to an animal. In addition, the use of the low-molecular chitosan or a salt thereof of the present invention for treating these diseases is also included in the present invention.
The usage of the low-molecular chitosan or low-molecular chitosan salt obtained by the present invention varies depending on the purpose, but can be in various forms for use in the above-mentioned applications. The forms are listed below, but are not particularly limited. The low molecular chitosan can be used as a solid. In addition, a 10% by weight aqueous solution or organic solvent solution can be used by diluting it appropriately and using any concentration. As the diluent, water or an organic solvent (alcohol or the like) can be used. If the pH is finally more acidic than 6.5, it can be used as a solution, and if it is alkaline, it can be used as a colloidal compound. Furthermore, it can be used as a solution at an arbitrary pH by coexisting inorganic or organic substances. Moreover, it can be used as a cream agent by mixing a low molecular chitosan solution or a diluted solution with a cream base at an arbitrary concentration of 10% by mass or less. A low molecular chitosan solution or a diluted solution can be used as a film having an arbitrary thickness. A film having a plastic-like hardness can be obtained by drying a low-molecular chitosan solution in a frame having various thicknesses. Moreover, the soft sheet | seat which has a softness | flexibility is obtained by mixing solvents, such as glycerol, for example in a low molecular chitosan solution in arbitrary ratios, and making it dry in the frame which has various thickness. The degree of flexibility is adjusted by the ratio of adding a solvent such as glycerin. Furthermore, a chitosan-methyl cellulose composite film can be obtained by mixing methyl cellulose into a low molecular chitosan solution and drying it in frames having various thicknesses.
[0088]
The dose varies depending on the type of disease, symptoms, patient's sex, age, dosage form, and administration method, but since the safety is high, any amount can be used. When administered to a living body, 2 g / kg body weight or less is preferable, and in other cases, it is adjusted appropriately.
In addition, the chitinase of the present invention can be used effectively to make it difficult to handle difficult samples. Conventionally, when samples such as crustaceans were processed by crushing, crushing, and applying to a mixer, the viscosity became very high and difficult to handle. This was caused by a high molecular weight polysaccharide (the main component is a partially polymerized acetylated chitosan) contained in these crustaceans. For example, in the process of food processing, the chitinase of the present invention is added and reacted to decompose the polymer partially acetylated chitosan in the liquid component, and the polymer partially acetylated chitosan in the liquid component. It is possible to produce a sample that is substantially free and easy to handle, and a method for producing the easy sample using chitinase is also included in the present invention. The raw material used in such a production method is not particularly limited as long as it is a sample containing a polymer partially acetylated chitosan, but is preferably a sample containing crustaceans, more preferably any one of shrimp and crab. Or a sample containing both. As the reaction conditions for the raw material and chitinase, the above-mentioned conditions for exhibiting chitosan degrading activity can be applied. The reaction time is 10 minutes or longer and is not particularly limited as long as the viscosity of the sample is low, but is preferably about 10 minutes to 10 days, more preferably about 1 day to 5 days. A sample produced by such a method is also included in the present invention.
[0089]
“Substantially free of polymer partially acetylated chitosan in its liquid component” refers to a state in which high viscosity is reduced or eliminated due to the sample containing polymer partially acetylated chitosan. Strictly, it does not indicate that the concentration is 0%, but the content of the polymer partially acetylated chitosan is preferably 20% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less. Yes, optimally 0%.
[0090]
【Example】
Examples and test examples are given below, but the scope of the present invention is not limited to these examples.
[0091]
Example 1. Purification of chitinase from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
1) Preparation of crude enzyme solution
Inoculate cells of Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 strain into a 500 ml Erlenmeyer flask (seed flask) containing 100 ml of a sterilized medium having the composition shown in Table 6 and shake at 100 rpm for 8 days at 26 ° C. Culture was performed.
[0092]
[Table 6]
Culture medium
――――――――――――――――――――――――――――――
Marut Extract 10g
East Extract 5g
Powdered chitin 2g
Or colloidal chitosan (Kimitsu Chemical Co., Ltd.) 2g
Made up to 1,000 ml with pure water.
――――――――――――――――――――――――――――――
After completion of the culture, centrifugation was performed at 4 ° C. and 10,000 × G for 10 minutes. The obtained supernatant was used as a crude enzyme solution.
[0093]
2) Enzyme activity measurement method
The hydrolysis activity of chitinase was measured as follows.
[0094]
(1) Hydrolysis reaction of partially acetylated chitosan
50 ml of water and 30 μl of acetic acid were added to 125 mg of chitosan 7B (30% acetylated chitosan, manufactured by Katoyoshi Co., Ltd.) to completely dissolve the powdered chitosan. 50 ml of water and 50 μl of acetic acid were added to 125 mg of chitosan 8B (20% acetylated chitosan, manufactured by Katoyoshi Co., Ltd.) to completely dissolve the powdered chitosan. 50 ml of water and 50 μl of acetic acid were added to 125 mg of chitosan 9B (10% acetylated chitosan, manufactured by Katoyoshi Co., Ltd.) to completely dissolve the powdered chitosan. 50 ml of water and 90 μl of acetic acid were added to 125 mg of chitosan 10B (almost completely deacetylated chitosan, manufactured by Katoyoshi Co., Ltd.) to completely dissolve the powdered chitosan. To the mixed solution of 160 μl of these chitosan aqueous solution and 100 μl of 400 mM acetate buffer (pH 5.0), 140 μl of enzyme solution was added and stirred to homogenize, and incubated at 37 ° C. for 20 minutes.
[0095]
(2) Determination of free reducing sugars by Randle Morgan method
400 μl of a solution obtained by dissolving 10 μl of acetylacetone in 500 μl of 0.5 M sodium carbonate aqueous solution was added to the enzyme reaction solution to stop the reaction, and then kept at 100 ° C. for 20 minutes. After cooling with ice, 400 μl of a mixed solution in which 0.8 g of N, N-dimethylaminobenzaldevid was dissolved in 30 ml of ethanol and 30 ml of concentrated hydrochloric acid and 1200 μl of ethanol were added to the enzyme reaction solution, and a color reaction was carried out at 65 ° C. for 10 minutes. After cooling with ice, the precipitate was centrifuged, and the absorbance of the supernatant at 530 nm was measured. Enzyme activity to produce 1 μmol of glucosamine per minute of enzyme reaction was defined as 1 unit.
[0096]
3) Preparation of crude purified enzyme solution
To 500 ml of the crude enzyme solution obtained in 1), 280 g of ammonium sulfate was gradually added with stirring under ice cooling. The mixed solution was allowed to stand at 4 ° C. overnight, and then dialyzed 5 times for 12 hours against 3,000 ml of 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5). This was added to a DEAE Toyopearl (Tosoh Corp.) column (diameter 2.2 cm × length 20 cm) previously equilibrated with 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5) and adsorbed. After thoroughly washing the column with 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), a linear concentration gradient of 0 to 0.4 M sodium chloride in 600 ml of 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5) was prepared. The components adsorbed on the column were eluted. Chitosan degrading activity was eluted in fractions (135 ml) having a sodium chloride concentration of 0.20M to 0.30M. This was used as a crudely purified enzyme fraction.
[0097]
4) Preparation of purified enzyme solution
135 ml of the active fraction obtained in 3) was dialyzed 3 times for 12 hours against 3,000 ml of 20 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), and then 20 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5) in advance. And adsorbed on a MonoQ (Pharmacia) column (diameter 7 mm × length 5 cm) equilibrated in (1). After thoroughly washing the column with 20 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), a linear concentration gradient of 0 to 0.15 M sodium chloride in 250 ml of 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5) was prepared. Then, the components adsorbed on the column were eluted. The chitosan degrading activity was eluted in the fraction (10 ml) having a sodium chloride concentration of 0.054M to 0.057M. This fraction was used as a purified enzyme solution.
[0098]
5) Molecular weight measurement of purified enzyme
The molecular weight of the purified enzyme was determined by SDS-PAGE electrophoresis using 12.5% polyacrylamide gel (see Laemmli, UK, Nature, 227, 680 (1970)). The following were used as standard proteins: a. Phosphorylase, molecular weight 94,000: b. Albumin, molecular weight 67,000: c. Ovalbumin, molecular weight 43000: d. Carbonic anhydrase, molecular weight 30,000: e. Trypsin inhibitor, molecular weight 20,100: f. α-lactalbumin, molecular weight 14,400.
The calibration curve obtained from the mobility of these standard proteins is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the purified enzyme showed a single band with a molecular weight of about 40,000.
[0099]
6) Isoelectric point of purified enzyme
The purified enzyme was subjected to isoelectric focusing (see Biochemical Experimental Course 1, Protein Chemistry I Separation and Purification, Tokyo Chemical Doujin (1976), pages 262 to 312) edited by the Japanese Biochemical Society). The isoelectric point of the purified enzyme was about pI4.5.
[0100]
7) Determination of partial amino acid sequence
The purified enzyme solution was concentrated to about 1 mg / ml using an ultrafiltration membrane (ULTRA FILTER UNIT USY-1, manufactured by ADVANTEC, molecular weight fraction 10,000). 400 μl of Denature buffer (6 M guanidine hydrochloride, 10 mM EDTA, 0.1 M ammonium bicarbonate pH 7.8) and 8 μl of 50 mM Dithiothreitol were added to 400 μl of the concentrated enzyme solution, and reacted at 95 ° C. for 10 minutes. After cooling to room temperature, 40 μl of 50 mM Iodoacetoamide dissolved in Denature buffer solution was added to the reaction solution, and reacted at room temperature in the dark for 1 hour. This solution was dialyzed against 1 L of water using Slide-A-Lyzer Mini Dialysis Units Plus Float (manufactured by PIERCE, molecular weight fraction 10,000). 8 μl of trypsin (Modified, Promega) was added to the resulting solution, and the enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 7 hours. The reaction solution was applied to SMART system (Pharmacia Biotech) to separate peaks of degraded amino acids. The separation conditions are shown below.
Column: Nomura Chemical Develosil 300 CDS-HG-5 (1mm x 150mm)
A buffer: 0.1% TFA / Water
B buffer: 0.1% TFA / Acetonitril
Gradient: 5 → 60% B 1% / min.
Flow: 50μl / ml
Among the separated degraded amino acids, two peaks having a B buffer concentration of about 15% and about 35% were collected. The amino acid sequences of these three (No. 1 to No. 3) were analyzed with an amino acid sequence analyzer (Procise cLC, manufactured by Applied Biosystem). The partial amino acid sequence obtained as a result is described from the amino terminal side.
No. 1: Glu Met Thr Pro Tyr Leu Asp Phe Tyr Arg Leu Met Ala Tyr Gln (SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing);
No. 2: Ile Val Val Gly Met Pro Ile Tyr Gly Arg Lys Glu (SEQ ID NO: 2 in the Sequence Listing);
No. 3: Ala Leu Pro Lys Pro Gly Ala Thr Glu Tyr Val Asp Pro Ser Ile (SEQ ID NO: 3 in the Sequence Listing)
[0101]
Example 2 Purification of chitinase from Aspergillus japonics SANK 19288 strain
1) Preparation of crude enzyme solution
A 500 ml Erlenmeyer flask (seed flask) containing 100 ml of the sterilized medium with the composition shown in Table 7 is inoculated with Aspergillus japonicus SANK 19288 strain and cultured at 26 ° C for 8 days with shaking at 100 rpm. It was. After completion of the culture, centrifugation was performed at 10,000 × G for 10 minutes under 4 ° C. conditions. The obtained supernatant was used as a crude enzyme solution.
[0102]
[Table 7]
Culture medium
――――――――――――――――――――
Marut Extract 10g
East Extract 5g
Powdered chitin 5g
Made up to 1,000 ml with pure water.
――――――――――――――――――――
2) Preparation of purified enzyme solution
112 g of ammonium sulfate was gradually added to 200 ml of the crude enzyme solution obtained in 1) while stirring under ice cooling. The mixed solution was allowed to stand overnight at 4 ° C., and then dialyzed 5 times for 12 hours against 3,000 ml of 20 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5) to obtain a crude purified enzyme fraction. The crudely purified enzyme fraction was added and adsorbed onto a MonoQ (Pharmacia) column (diameter 7 mm × length 5 cm) equilibrated in advance with 20 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5). After thoroughly washing the column with 20 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), a linear concentration gradient of 0 to 0.15 M sodium chloride in 250 ml of 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5) was prepared. Then, the components adsorbed on the column were eluted. Chitosan degrading activity was eluted in fractions (10 ml) having a sodium chloride concentration of 0.063M to 0.066M. This fraction was used as a purified enzyme solution.
[0103]
3) Molecular weight of purified enzyme
Example 1 The molecular weight was measured by the same method as 5). The enzyme showed a single band with a molecular weight of about 40,000.
[0104]
4) Isoelectric point of purified enzyme
Example 1 The isoelectric point was measured by the same method as 6). The isoelectric point of this enzyme was about pI3.5.
[0105]
Example 3 FIG. Purification of chitinase from Aspergillus sojae SANK 22388 strain
1) Preparation of crude enzyme solution
A 500 ml Erlenmeyer flask (seed flask) containing 100 ml of the sterilized medium with the composition shown in Table 8 was inoculated with Aspergillus sojae SANK 22388 strain and cultured at 26 ° C for 8 days with shaking at 100 rpm. It was. After completion of the culture, centrifugation was performed at 10,000 × G for 10 minutes under 4 ° C. conditions. The obtained supernatant was used as a crude enzyme solution.
[0106]
[Table 8]
Culture medium
――――――――――――――――――――
Marut Extract 10g
East Extract 5g
Powdered chitin 5g
Made up to 1,000 ml with pure water.
――――――――――――――――――――
2) Preparation of purified enzyme solution
112 g of ammonium sulfate was gradually added to 200 ml of the crude enzyme solution obtained in 1) while stirring under ice cooling. The mixed solution was allowed to stand overnight at 4 ° C., and then dialyzed 5 times for 12 hours against 3,000 ml of 20 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5) to obtain a crude purified enzyme fraction. The crudely purified enzyme fraction was added and adsorbed onto a MonoQ (Pharmacia) column (diameter 7 mm × length 5 cm) equilibrated in advance with 20 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5). After thoroughly washing the column with 20 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), a linear concentration gradient of 0 to 0.15 M sodium chloride in 250 ml of 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5) was prepared. Then, the components adsorbed on the column were eluted. The chitosan degrading activity was eluted in the fraction (10 ml) having a sodium chloride concentration of 0.062M to 0.064M. This fraction was used as a purified enzyme solution.
3) Molecular weight of purified enzyme
Example 1 The molecular weight was measured by the same method as 5). The enzyme showed a single band with a molecular weight of about 40,000.
[0107]
4) Isoelectric point of purified enzyme
Example 1 The isoelectric point was measured by the same method as 6). The isoelectric point of this enzyme was about pI4.5.
Example 4 Preparation of low molecular weight chitosan hydrochloride using chitinase from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067
Chitosan 9B or chitosan 8B or chitosan 7B, 2.0 g was suspended in 800 ml of water, concentrated hydrochloric acid was added to adjust the pH to 2.5, and the powder was completely dissolved. After adjusting the pH to 5.0 with saturated aqueous sodium hydrogen carbonate, water was added to make a total volume of 1,000 ml, 200 ml each was transferred to a 500 ml Erlenmeyer flask, and 10 ml of the enzyme solution prepared in Example 11) was added. In addition, the enzyme reaction was performed by shaking at 80 rpm for 3 days at 40 ° C. After completion of the reaction, all the reaction liquids were collected, adjusted to pH 12 or higher with 1% sodium hydroxide water under ice cooling, and then a precipitate was obtained by centrifugation at 10,000 rpm for 10 minutes. The collected precipitate was suspended in 200 ml of water, concentrated hydrochloric acid was added under ice-cooling to obtain a pH of 2.5, and dialyzed against water using a dialysis membrane having a molecular weight fraction of 10,000. After dialysis, the solution was filtered and the filtrate was lyophilized. Low molecular chitosan 9B hydrochloride was obtained as 2.0 g of a white flocculent solid. Low molecular weight chitosan 8B hydrochloride was obtained as 1.6 g of a white flocculent solid. Low molecular weight chitosan 7B hydrochloride was obtained as 0.6 g of a white flocculent solid.
[0108]
Embodiment 5 FIG. Preparation of low molecular weight chitosan hydrochloride using chitinase from Aspergillus japonics SANK 19288 strain
Low molecular chitosan hydrochloride was prepared in the same manner as in Example 4. The enzyme solution obtained in Example 21 1) was used, and the enzyme reaction was performed at pH 4.0. Low molecular chitosan 9B hydrochloride was obtained as 1.3 g of a white flocculent solid. Low molecular weight chitosan 8B hydrochloride was obtained as 1.3 g of a white flocculent solid. Low molecular weight chitosan 7B hydrochloride was obtained as 0.9 g of a white flocculent solid.
[0109]
Example 6 Preparation of low molecular weight chitosan hydrochloride using chitinase from Aspergillus sojae SANK 22388 strain
Low molecular chitosan hydrochloride was prepared in the same manner as in Example 4. However, the enzyme solution prepared in Example 3 was used, and the enzyme reaction was performed at pH 4.5. Low molecular chitosan 9B hydrochloride was obtained as 2.1 g of a white flocculent solid. Low molecular weight chitosan 8B hydrochloride was obtained as 1.7 g of a white fluffy solid. Low molecular weight chitosan 7B hydrochloride was obtained as 1.0 g of a white flocculent solid.
[0110]
Example 7 Degree of acetylation of low molecular chitosan hydrochloride
100 mg of low-molecular chitosan hydrochloride prepared in Examples 4 to 6 was dissolved in 10 ml of distilled water, and 10 U of chitosanase (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added and stirred at room temperature for 3 hours. The reaction solution is lyophilized and the dried solid is D 2 Dissolved in O 1 1 H-NMR was measured.
The degree of acetylation was calculated from the integral ratio of 3H of the acetyl group and 7H other than the acetyl group and excluding the hydroxyl group. The results are shown in Table 9.
[0111]
[Table 9]
Figure 0004204857
Example 8 FIG. Determination of molecular weight fraction in gel filtration method
As molecular weight markers, dextran T10 (molecular weight 10,000), T40 (molecular weight 40,000), T70 (molecular weight 70,000), T110 (molecular weight 110,000), T250 (molecular weight 250,000) (Pharmacia Co., Ltd.) 200 μl of each 1% solution of 1) was developed on a column (86 × 2 cm) packed with a gel filter (Toyopearl HW55 Fine) previously swollen with 200 mM acetate buffer at pH 4.5 and fractionated into 1.75 ml fractions. did. 60 ml of a solution obtained by dissolving 1.8 ml of concentrated sulfuric acid in 1 volume of water and 0.25 g of carbazole in 50 ml of ethanol was added to 200 μl of each fraction and kept at 100 ° C. for 10 minutes. Absorbance at 420 nm was measured after ice cooling.
[0112]
200 μl of each 5% solution of low-molecular chitosan hydrochloride prepared in Examples 4, 5, and 6 was fractionated into 1.75 ml in the same manner. To 280 μl of each fraction, 100 μl of 400 mM MOPS-sodium carbonate buffer at pH 6.5 and 10 U of chitosanase (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added, and an enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 10 minutes. The amount of free reducing sugar was determined according to Example 1. The molecular weight marker and each low molecular chitosan were plotted on the same graph with the fraction showing the maximum absorbance as 100% (FIGS. 2 to 4). The molecular weights of the low-molecular chitosan estimated from the figure are summarized in Table 10.
[0113]
[Table 10]
Figure 0004204857
Example 9 Isolation of genomic DNA encoding chitinase from Aspergillus oryzae
9-1) Isolation of genomic DNA of Aspergillus oryzae Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 strain in 100 ml of medium (1% Malt Extract, 0.5% Yeast Extract) at 30 ° C. After shaking culture for a day, the cells were collected from the culture using a filtration device. Subsequently, the cells were placed in a mortar cooled to -80 ° C., and liquid nitrogen was poured. While adding liquid nitrogen, the cells were sufficiently crushed using a pestle until the cells became powdery. About 1.5 g of powdered cells were added to 20 ml of lysis buffer (62.5 mM EDTA, 50 mM Tris-HCl, 50 mM SDS: pH 8.0), and gently stirred. Next, 10 ml of 9.5 M ammonium acetate was added to this, and another 15 ml of TE saturated phenol was added and gently stirred. This solution was centrifuged at 4 ° C. and 5000 rpm for 5 minutes using a high-speed cooling centrifuge (Hitachi rotor No. 3), and about 25 ml of the supernatant was recovered. 15 ml of chloroform was added to the collected supernatant and gently stirred, and then centrifuged at 4 ° C. and 5000 rpm for 10 minutes. The supernatant was collected in a new tube, and 2-propanol equivalent to the supernatant was added and stirred, followed by centrifugation at 4 ° C. and 10,000 rpm for 10 minutes. The precipitate was dissolved in 400 μl of TE, then transferred to a 1 ml microtube, 10 μl of 10 mg / ml ribonuclease was added, and treated at 37 ° C. for 20 minutes. Next, 40 μl of 3M sodium acetate and 400 μl chloroform were added and stirred, followed by centrifugation at 10,000 rpm for 5 minutes at room temperature. The separated supernatant was collected in a microtube, and 1 ml of 100% ethanol (cooled at −20 ° C.) was added and gently stirred. The DNA in the form of a thread was wound up with a glass rod, and after ethanol was removed, it was dissolved in 200 μl of TE.
9-2) Preparation of Aspergillus oryzae genomic DNA library
Using 10 μl of the restriction enzyme EcoRI (Takara Shuzo), 10 μg of Aspergillus oryzae genomic DNA obtained in 9-1), 50 mM Tris-HCl (pH 7.5), 10 mM MgCl 2 After digestion in a solution consisting of 1 mM DTT and 100 mM NaCl at 37 ° C. for about 2 hours, DNA was recovered. The Aspergillus oryzae genomic DNA EcoRI cleavage product and pUC118 EcoRI / BAP (Takara Shuzo), also digested with EcoRI, were ligated using Rapid DNA Ligation Kit (Roche Diagnostics), The genomic DNA library of Aspergillus oryzae was used.
9-3) Preparation of DIG (digoxigenin) labeled DNA probe
The oligo primer PR50 identified from the genomic library of Aspergillus oryzae was synthesized using the mixed primer F21 prepared based on the internal amino acid sequence identified in Example 1 (SEQ ID NO: 2 in the sequence listing) and F21.
[0114]
F21: 5'-attggcataccaacaactatcttagagc-3 '(SEQ ID NO: 7 in the sequence listing)
PR50: 5'-taaattgacccatatcctctatgcatt-3 '(SEQ ID NO: 8 in the sequence listing)
Using these two types of primers, about 800 bp of DNA was increased by PCR using Aspergillus oryzae genomic DNA as a template. This DNA was separated by electrophoresis, cut out from an agarose gel, and then purified using a QIAquick Gel Extraction Kit (manufactured by Qiagen). The DNA thus purified was labeled using a DIG DNA Labeling Kit (Roche Diagnostics). The labeling method was as follows. First, the purified DNA was heated at 100 ° C. for 10 minutes to form a single strand, and then rapidly cooled on ice. Then 10 μl hexanucleotide mix (0.5 M Tris, 0.1 M MgCl 2 , 1 mM Dithioerithritol, 2 mg / ml BSA; pH 7.2), 10 μl dNTP labeling mix (1 mM dATP, 1 mM dCTP, 1 mM dGTP, 0.65 mM dTTP, 0.35 mM DIG-11-dUTP; pH 7.5), 5 μl DNA polymerase ( Klenow fragment) was added, and the whole amount was adjusted to 100 μl with sterilized water. This reaction solution was reacted at 37 ° C. overnight, and 10 μl 0.2M EDTA (pH 8.0) was added to stop the reaction. Subsequently, 10 μl 4N LiCl and 500 μl 100% ethanol (cooled at −20 ° C.) were added, and allowed to stand at −70 ° C. for 30 minutes to precipitate the labeled DNA. Centrifugation was performed at 4 ° C. and 15000 rpm for 10 minutes in a cooling centrifuge. The ethanol was discarded, and 100 μl 70% ethanol (cooled at −20 ° C.) was added to wash the pellet, followed by centrifugation at 15000 rpm for 10 minutes, and the ethanol was completely removed with a pipette. The pellet was dried, dissolved in 50 μl TE, added to 25 ml DIG Easy Hyb (Roche Diagnostics), and used as a chitinase gene probe.
9-4) Preparation of partial DNA library containing chitinase gene
After 20 μg of Aspergillus oryzae genomic DNA obtained in 9-1) was cleaved with the restriction enzyme EcoRI, it was purified and DNA was recovered. The purified DNA was separated by electrophoresis on an agarose gel and blotted on a nylon membrane. Next, as a result of Southern hybridization using the chitinase gene probe obtained in 9-3), one single band containing the chitinase gene was obtained. Then, 80 μg of Aspergillus oryzae genomic DNA obtained in 9-1) was cleaved with the restriction enzyme EcoRI and purified to recover the DNA. This DNA was electrophoresed on an agarose gel, and the same position as the band position observed by the Southern hybridization was cut out from the gel to extract the DNA. The extracted DNA was ligated to the pUC118 EcoRI / BAP vector to obtain a DNA library containing a chitinase gene.
9-5) Screening for DNA containing chitinase gene
E. coli JM109 strain (Takara Shuzo) was transformed with the DNA library obtained in 9-4). A transformant colony was formed on an agar medium, and a nylon transfer membrane (manufactured by Amersham) was overlaid thereon to transfer part of the colony onto the membrane. This membrane is allowed to stand for 20 minutes on a filter paper soaked with an alkali-denaturing solution (0.5M NaOH, 3.0M NaCl), and then for 10 minutes on a filter paper soaked with a neutralization solution (1M Tris-HCl (pH7.5)). placed. Further, it was washed while shaking with 2 × SSC solution. Next, this membrane was prehybridized with DIG Easy Hyb for 1 hour. Thereafter, the membrane was hybridized overnight with the chitinase gene probe obtained in 9-3) at 37 ° C. After hybridization, the plate was washed three times with normal temperature 2 × SSC buffer and further washed twice with 2 × SSC buffer warmed to 53 ° C. Thereafter, detection was performed using DIG Wash and Block Buffer Set (Roche Diagnostics). First, the membrane was acclimated with Wash buffer (0.1 M maleic acid, 0.15 M NaCl, 0.3% Tween 20: pH 7.5). Next, this membrane was immersed in a blocking solution (0.1 M maleic acid, 0.15 M NaCl: solution containing 10% blocking reagent in pH 7.5) for blocking for 60 minutes to block nonspecific binding. Next, the membrane was immersed in a solution obtained by adding 10000-fold diluted anti-digoxigenin antibody to a blocking solution, reacted at 37 ° C. for 30 minutes, and then washed twice with Wash Buffer. Thereafter, the membrane was acclimated with Detection buffer (0.1 M Tris-HCl, 0.1 M NaCl: pH 9.5). CSPD (Chemiluminescence substrate) was added to the detection buffer at a 100-fold dilution, dropped onto the purified membrane, and the color development was stabilized at 37 ° C. for 15 minutes. After that, it was exposed to a Lumi-Film Chemiluminescent Detecion Film (manufactured by Konica) and developed. As a result, a clone showing a positive signal was confirmed.
9-6) Extraction and sequence analysis of recombinant plasmid DNA
The clone showing the positive signal obtained in 9-5) was cultured overnight in L-broth (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the DNA of the recombinant plasmid was extracted. Plasmid DNA was extracted using QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen). Next, the extracted DNA was subjected to sequence analysis using universal primers peculiar to this plasmid, M13M4, M13RV, and the result was aligned with the nucleotide sequence of the chitinase gene probe obtained in 9-3) to obtain the chitinase sequence. Confirmed to include. The entire sequence of the plasmid DNA that was confirmed to contain the chitinase sequence was determined using the GPS-1 Genome Priming System (manufactured by New England Biolabs). The procedure is as follows: 4 μl of the plasmid DNA extracted above is 2 μl 10 × GPS Buffer (250 mM Tris-HCl; pH 8.0, 20 mM DTT, 20 mM ATP, 500 μg / ml BSA), 1 μl pGPS1 (Transprimer-1 Donor plasmid), 11 μl After adding sterilized water and mixing, 1 μl TnsABC Transposase was added and allowed to bind at 37 ° C. for 10 minutes. Thereafter, 1 μl Start Solution (300 mM magnesium acetate) was added and reacted at 37 ° C. for 1 hour, followed by treatment at 75 ° C. for 10 minutes to stop the reaction. Next, 10 μl of this reaction product was transformed into E. coli strain JM109, applied to an LB agar medium containing ampicillin and kanamycin, and cultured at 37 ° C. overnight. The grown colonies were cultured overnight in LB liquid medium, and plasmid DNA was extracted. The extracted plasmid DNA was sequenced with N and S primers, which are pGPS1 primers, and the entire genomic sequence encoding chitinase was determined.
Example 10 Identification of cDNA encoding chitinase from Aspergillus oryzae
10-1) Purification of total RNA of Aspergillus oryzae
Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 strain was pre-cultured in 20 ml of Potato Dextrose medium at 30 ° C. for 3 days. Thereafter, 1% inoculation was carried out in a liquid medium (1% Malt Extract, 0.5% Yeast Extract) and cultured at 30 ° C. for 3 days. The cultured cells were collected by suction and transferred to a mortar (autoclaved) cooled at -80 ° C. While adding liquid nitrogen, the cells were crushed with a pestle to form a powder. Total RNA was purified from the completely powdered cells using Rneasy Plant Mini Kit (Qiagen) as follows. First, about 1 g of powdered cells were added to 4.5 ml RLT buffer (β-Mercaptoethanol), and vigorously shaken cells were dissolved and placed on ice. 0.5 ml each was dispensed onto a QIAshredder spin column and centrifuged at 15000 rpm for 2 minutes at room temperature. 0.5 times the amount of ethanol was added to the passing solution, and the mixture was stirred by pipetting. Thereafter, 675 μl each was dispensed onto an Rneasy Mini spin column and centrifuged at 16000 rpm for 15 seconds at room temperature. 700 μl of RW1 Wash buffer was added, and similarly centrifuged at 16000 rpm for 15 seconds at room temperature. Next, 500 μl RPE Wash buffer was added, and the RNA was washed by centrifugation at 16000 rpm for 2 minutes at room temperature. The spin column was set in a microtube, RNA was eluted with 50 μl of Rnase free water, and collected by centrifugation at 10000 rpm for 1 minute at room temperature.
10-2) Preparation of Aspergillus oryzae cDNA library
Aspergillus oryzae cDNA library was prepared using SMART cDNA Library Construction Kit (Clontech). First, 1 μg of the total RNA purified in 10-1), 1 μl SMART IV Oligonucleotide, and 1 μl CDS III / 3 ′ PCR Primer were mixed in a sterile 0.5 ml tube and incubated at 72 ° C. for 2 minutes. Then, it was placed on ice for 2 minutes and cooled. To this cooled sample was added 2 μl 5 × First-Strand Buffer, 1 μl 20 mM DTT, 1 μl 10 mM dNTP Mix and 1 μl Power Script Reverse Transcriptase. The contents were mixed and reacted at 42 ° C. for 1 hour, and then placed on ice to stop first-strand DNA synthesis. Subsequently, cDNA was amplified by LD PCR. 2 μl of the First-Strand DNA was added to the PCR tube, and the following reagents were added: 80 μl deionized water, 10 μl 10 × Advantage2 PCR Buffer, 2 μl 50 × dNTP Mix, 2 μl 5 ′ PCR Primer, 2 μl CDS III / 3 'PCR Primer, 2μl 50x Advantage2 Polymerase Mix. This PCR tube was set in a thermal cycler preheated to 95 ° C., reacted at 95 ° C. for 20 seconds, and then subjected to 20 cycles of 95 ° C. for 5 seconds and 68 ° C. for 6 minutes. 50 μl of this reaction solution (containing ds cDNA) was placed in a sterilized tube, 2 μl protease K was added and incubated at 45 ° C. for 20 minutes. After protease treatment, 50 μl deionized water was added. 100 μl phenol: chloroform: isoamyl alcohol mixture (25: 24: 1) was added, mixed for 1 minute, and centrifuged at 14000 rpm for 5 minutes. The supernatant was transferred to a new tube and 100 μl chloroform: isoamyl alcohol (24: 1) was added. After mixing for 1 minute, it was centrifuged again at 14000 rpm for 5 minutes. The supernatant was transferred to a new tube, 10 μl 3M sodium acetate, 1.3 μl glycogen and 260 μl 95% ethanol (room temperature) were added and immediately centrifuged at 14000 rpm for 20 minutes at room temperature. After removing the supernatant with a pipette and washing the pellet with 100 μl of 80% ethanol, the pellet was dried. The pellet was dissolved in 79 μl deionized water. Subsequently, treatment with restriction enzyme Sfi I was performed. 79 μl cDNA, 10 μl 10 × Sfi Buffer, 10 μl Sfi Enzyme and 1 μl 100 × BSA were mixed and the tubes were incubated at 50 ° C. for 2 hours. Thereafter, 2 μl of 1% xylene cyanol staining solution was added. CDNA was screened using a CHROMA SPIN-400 column. The CHROMA SPIN column was mixed by inversion several times to suspend the gel matrix, and further suspended with Pipetman. The lid of the column was removed and the column was placed so that it drip naturally. Column buffer was then added gently and allowed to drip naturally by gravity. After the drip of the buffer was completed, a cDNA sample decomposed with Sfi I was applied to the center of the upper surface of the matrix and sufficiently absorbed on the surface of the matrix. When there was no liquid on the surface and the drip was finished, 600 μl column buffer was added and immediately fractions collected in 16 test tubes. Each 3 μl of this fraction was subjected to agarose gel electrophoresis to determine the peak fraction. Fractions containing cDNA were collected and collected in a new tube. Add 1/10 volume of sodium acetate (3M; pH 4.8), 1.3 μl glycogen, 2.5 volumes of 95% ethanol (-20 ° C) to this test tube, mix gently and shake at -20 ° C. Incubated overnight. Centrifugation was carried out at 14000 rpm for 20 minutes at room temperature, and the supernatant was removed. After the pellet was completely dried, the pellet was resuspended in 7 μl deionized water. 0.5 μl of the above cDNA was mixed with 1 μl λTriplEx2 vector, 0.5 μl 10 × Ligation Buffer, 0.5 μl ATP, 0.5 μl T4 DNA Ligase and 2.0 μl deionized water and incubated at 16 ° C. overnight. Next, a λ phage packaging reaction was performed on this ligation sample. For packaging, Gigapack III Gold Packaging Extract (manufactured by STRATAGENE) was used. 4 μl μl of the ligated DNA vector was added to the microtube containing Packaging Extract, gently mixed by pipetting, and incubated at room temperature for 2 hours. Two hours later, 500 μl SM buffer was added, and further 20 μl of chloroform was mixed, followed by light centrifugation to prepare a packaging solution. Next, host cells to infect the packaged phage were cultured. A frozen stock of E. coli XL1-Blue was inoculated into LB / tetracycline agar plates and cultured overnight at 37 ° C. Growing single colony MgSO Four And transferred to a plate containing tetracycline and cultured overnight at 37 ° C. Growing single colonies in 15 ml LB / MgSO Four / Inoculate maltose broth and culture OD 600 The cells were cultured at 37 ° C. until 2.0 was reached. Centrifuge the culture at 5000 rpm for 5 min and transfer the pellet to 7.5 ml of 10 mM MgSO. Four Resuspended. After diluting the packaging solution with 1 × λ dilution buffer, 1 μl of the packaging solution was added to 200 μl E. coli XL1-Blue suspension and adsorbed at 37 ° C. for 15 minutes. The reaction was charged with 2 ml of melted LB / MgSO. Four LB / MgSO mixed with top agar and warmed Four Spread evenly on the plate. After cooling at room temperature for 10 minutes to harden the top agar, it was cultured overnight at 37 ° C. The obtained plaque was eluted by shaking overnight with the addition of SM buffer to obtain a phage containing the Aspergillus oryzae cDNA library.
10-3) Screening of chitinase gene-containing cDNA
The phage containing the cDNA library obtained in 10-2) was infected with E. coli XL1-Blue strain (Clontech). 1 μl of diluted phage was added to 200 μl XL1-Blue cultured and adsorbed at 37 ° C. for 10 to 15 minutes. 2 ml of melted LB / MgSO Four Add top agar, mix and warm LB / MgSO Four Pour onto the plate and rotate the plate to spread the top agar evenly. After cooling at room temperature for 10 minutes to solidify the top agar, it was incubated overnight at 37 ° C. to form plaques on the agar medium. On top of that, a nylon transfer membrane (manufactured by Amersham) was overlaid for about 1 minute, and a part of the phage was transferred onto the nylon membrane. The membrane was dried on filter paper for 20 minutes, then left on filter paper soaked with an alkali-denaturing solution (0.2N NaOH, 1.5M NaCl) for 5 minutes, and then neutralized solution (0.4M Tris-HCl (pH 7. 5), 2 × SSC) was placed on a filter paper soaked for 5 minutes. Further, after washing with a neutralizing solution for 1 minute while shaking, the plate was further washed with 2 × SSC for 5 minutes. The filter was dried on the filter paper for about 1 hour and baked in an oven at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, the membrane was hybridized overnight with the DNA probe obtained in X-3 at 37 ° C. After hybridization, the plate was washed 3 times with normal temperature 2 × SSC buffer and further washed twice with 2 × SSC buffer warmed to 53 ° C. Thereafter, detection was performed using DIG Wash and Block Buffer Set (Roche Diagnostics). First, the membrane was conditioned with a wash buffer (0.1 M maleic acid, 0.15 M NaCl, 0.3% Tween 20; pH 7.5). Next, this membrane was immersed in a blocking solution (0.1 M maleic acid, 0.15 M NaCl; a solution containing 10% blocking reagent at pH 7.5) for blocking for 60 minutes to block non-specific binding. Next, the membrane was immersed in a solution obtained by adding 10000-fold diluted anti-digoxigenin antibody to a blocking solution, reacted at 37 ° C. for 30 minutes, and then washed twice with Wash Buffer. Thereafter, the membrane was acclimated with Detection buffer (0.1 M Tris-HCl, 0.1 M NaCl; pH 9.5). CSPD (Chemiluminescence substrate) was added to the detection buffer at a 100-fold dilution, dropped onto the purified membrane, and the color development was stabilized at 37 ° C. for 15 minutes. After that, it was exposed to a Lumi-Film Chemiluminescent Detecion Film (manufactured by Konica), developed, and detected. As a result, a clone showing a positive signal could be detected. This positive phage plaque is cut out together with the agar medium, dissolved in SM buffer, and then transformed into Escherichia coli BM25.8 strain to obtain transformed Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102 strain. It was. This strain was deposited internationally at the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, on November 8, 2002, and was given the deposit number: FERM BP-8235. Infected phage DNA, λTriplEx-Chitinase-cDNA is circularized in cells of E. coli BM25.8 strain and exists as a recombinant plasmid pTriplEx-Chitinase-cDNA. The obtained Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102 colony was cultured overnight in LB / Ampicilin broth, and the DNA of the recombinant plasmid pTriplEx-Chitinase-cDNA was extracted. Plasmid DNA was extracted using QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen). Next, add 2 μl 10 × GPS Buffer (250 mM Tris-HCl; pH 8.0, 20 mM DTT, 20 mM ATP, 500 μg / ml BSA), 1 μl pGPS1 (Transprimer-1 Donor plasmid), 11 μl sterile water to 4 μl of the plasmid DNA and mix. Then, 1 μl TnsABC Transposase was added and allowed to bind at 37 ° C. for 10 minutes. Thereafter, 1 μl Start Solution (300 mM magnesium acetate) was added and reacted at 37 ° C. for 1 hour, followed by treatment at 75 ° C. for 10 minutes to stop the reaction. Next, 10 μl of this reaction product was transformed into E. coli strain JM109, applied to an LB agar medium containing ampicillin and kanamycin, and cultured at 37 ° C. overnight. The grown colonies were cultured overnight in LB liquid medium, and plasmid DNA was extracted. The extracted plasmid DNA was sequenced with N and S primers which are primers for pGPS1, and the nucleotide sequence of DNA encoding Aspergillus oryzae chitinase was determined (SEQ ID NO: 4 in the Sequence Listing). Further, from the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 4 in the sequence listing, the open reading frame (ORF) starts from the nucleotide number 242 to the 244th “ATG” and starts from the nucleotide number 1436 to the 1438th “TAG”. It was a region to be a codon, and the encoded amino acid sequence was assumed to be the sequence shown in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing.
Example 11 Determination of N-terminal amino acid sequence of chitinase from Aspergillus oryzae
The enzyme solution purified in Example 1 was concentrated to about 1 mg / ml using an ultrafiltration membrane (ULTRA FILTER UNIT USY-1, manufactured by ADVANTEC, molecular weight fraction 10,000). 400 μl of Denature buffer (6 M guanidine hydrochloride, 10 mM EDTA, 0.1 M ammonium bicarbonate pH 7.8) and 8 μl of 50 mM Dithiothreitol were added to 400 μl of the concentrated enzyme solution, and reacted at 95 ° C. for 10 minutes. After cooling to room temperature, 40 μl of 50 mM Iodoacetoamide dissolved in Denature buffer solution was added to the reaction solution, and reacted at room temperature in the dark for 1 hour. This solution was dialyzed against 1 L of water using Slide-A-Lyzer Mini Dialysis Units Plus Float (manufactured by PIERCE, molecular weight fraction 10,000). 8 μl of trypsin (Modified, Promega) was added to the resulting solution, and the enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 7 hours. The obtained enzyme reaction solution was measured by LC / MS (Pencon / Q-Tof2). MS / MS spectrum was measured by setting m / z 533 as Include mass. Fragment ion assignments suggested that the N-terminal amino acid is Ser, that the N-terminus contains the amino acid sequence Ser-Ser-Gly-Leu-Lys, and that an acetyl group exists at the N-terminus (see Sequence Listing). The amino acid sequence of amino acid numbers 1 to 5 of SEQ ID NO: 14). When this result is compared with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5 in the sequence listing, the chitinase produced by Aspergillus oryzae is subjected to post-translational modification at its N-terminus, “Met-Ser-Ser”, and “Acetyl-Ser” -Ser ”(SEQ ID NO: 14 in the sequence listing).
Example 12 Expression of Aspergillus oryzae chitinase gene
Primers, BamHI-cDNA and cDNA-BamHI were designed and synthesized by connecting BamHI sites to the 5 'and 3' ends of chitinase ORF, respectively.
[0115]
BamHI-cDNA: 5'-gaggatccatgtcttccggactaaagtcgg-3 '(SEQ ID NO: 9 in the sequence listing)
cDNA-BamHI: 5'-ctggatccagcgaaaccggctcgcaggttg-3 '(SEQ ID NO: 10 in the sequence listing)
PCR was performed using the recombinant plasmid obtained in Example 10-3), pTriplEx-Chitinase-cDNA as a template, and the above BamHI-cDNA and cDNA-BamHI as primers, and chitinase DNA introduced with restriction enzyme sites was obtained. Amplified. Further, it was inserted into a pCR 2.1-TOPO vector (manufactured by Invitrogen), transformed into Escherichia coli JM109 strain, and amplified. The colony on which the JM109 strain was grown was cultured overnight in Lb / Ampicilin broth, and plasmid DNA was extracted. This plasmid DNA was treated with the restriction enzyme BamHI to cleave the chitinase ORF. Further, as a vector for ligating this fragment, pQE-60 (Qiagen) was cleaved with BamHI and further treated with alkaline phosphatase to remove the phosphate group at the 5 ′ end. Thereafter, the above chitinase ORF was ligated using TOPO TA Cloning Kit (manufactured by Invitrogen). The reaction solution was transformed into E. coli strain JM109 and cultured overnight on an Lb / Ampicilin agar plate. The grown colonies were inoculated into 3 ml of Lb / Ampicilin broth and cultured overnight with shaking. Plasmid DNA was extracted from the culture with QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen) and transformed into Escherichia coli M15 [pREP4]. The cells were cultured overnight on Lb / Ampicilin and Kanamaicin agar plates, and the grown colonies were inoculated into 20 ml of Lb / Ampicilin and Kanamaicin broth, and cultured overnight at 37 ° C. with shaking. 2.5 ml of this culture solution was inoculated into 100 ml of Lb / Ampicilin and Kanamicin broth and cultured at 37 ° C. OD every 30 minutes from 1 hour after the start of culture 600 Was measured, and 1 mM IPTG was added after culturing until 0.6-0.7. After the addition of IPTG, the culture was continued at 18 ° C., and the cells were collected after 4 and 6 hours. 10 ml PBS (137 mM NaCl, 8.1 mM Na 2 HPO Four ・ 12H 2 O, 2.68 mM KCl, 1.47 mM KH 2 PO Four ) Was added, and vortexed and well suspended. The suspension was disrupted by sonication, and then centrifuged at 4 ° C. and 8000 rpm for 5 minutes. Take 100 μl of the supernatant in a 1.5 ml tube, add 50 μl denaturing agent (6% SDS, 24% glycerol, 12% β-mercaptoethanol, 0.3M Tris-HCl (pH 6.8), 0.15% BPB) at 100 ° C. Treated for 5 minutes. The reaction solution was electrophoresed with 10 μl of each sample with e-PAGEL (manufactured by ATTO), and then stained and detected with Simply Blue SafeStain (manufactured by Invitrogen). As a result, a dark band was observed around 44 kDa.
[0116]
The presence of chitinase in the supernatant of the cells cultured and collected for 6 hours was confirmed by the Schaels method described in Test Example 1-6).
[0117]
The cell supernatant collected after 4 hours of culture was subjected to His tag purification. The column tube was filled with Ni-NTA agarose and washed with about 10 ml of 0.1 M Tris-HCl (pH 8.0), and then the supernatant was adsorbed onto the column. Next, after washing away non-specific binders with 8 ml of 10 mM imidazole, the protein adsorbed on the column was eluted with 8 ml of 200 mM imidazole. As a result of electrophoresis of this eluate by e-PAGEL, it appeared as a single band. The eluate and chitinase purified from the culture of Aspergillus oryzae obtained in Example 1 were subjected to SDS electrophoresis using a 12.5% acrylamide gel (shown in FIG. 30). The molecular weight of the protein contained in the eluate is slightly larger than that of the purified chitinase derived from Aspergillus oryzae, which is thought to be due to the His tag, and the recombinant protein contained in the eluate is the His fusion recombinant chitinase. It was inferred. The chitosan degrading activity of this eluate was measured by the Schaels method described in Test Example 1-6). As a result, it was 2.0 U / ml, and it was confirmed that the recombinant protein contained in this eluate was chitinase. The amount of enzyme that produces 1 μmol of acetylglucosamine per minute was defined as 1 U.
[0118]
The chitinase derived from Aspergillus oryzae, whose amino acid sequence has been identified in the present invention, consists of 399 amino acids before undergoing post-translational modification (SEQ ID NO: 5 in the sequence listing) and 398 amino acids that have undergone post-translational modification ( It is SEQ ID NO: 14) in the sequence listing. The gene derived from Aspergillus oryzae reported as a chitinase gene (chitin / chitosan research Vol.8, No.2, pp.238-239, 2002) encodes a protein consisting of 431 amino acids, and the activity of the encoded protein is also Since it is unknown, it is presumed to be a different molecule from the chitinase derived from Aspergillus oryzae of the present invention.
Test Example 1 Properties of crude enzyme solution of chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067
The activity of the crude enzyme solution obtained in Example 1.1) was measured.
1) Hydrolysis activity
Example 1 Reducing sugar was quantified according to the method of 2). When measured using chitosan 7B as a substrate, 4.2 × 10 4 per ml in the supernatant -3 It had U enzyme activity. Table 11 shows the relative values of chitosan 10B degrading activity when the enzyme activity is 100% when chitosan 7B is used as a substrate. It was found to have chitosan 7B degrading activity and almost no chitosan 10B degrading activity.
[0119]
[Table 11]
Figure 0004204857
2) pH activity
To a mixed solution of 160 μl of chitosan 7B solution and 100 μl of 400 mM buffer, 140 μl of enzyme solution was added and stirred to homogenize, and the enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 20 minutes. Quantification of the free reducing sugar after the enzyme reaction was in accordance with the method described in Example 12 2). The following buffer solutions were used: pH 3.6 to pH 5.9, acetic acid-sodium acetate buffer solution: pH 5.9 to pH 8.2, 3- (N-Morpholine) propanesulfonic acid (hereinafter “ "MOPS")-Sodium carbonate buffer: sodium bicarbonate-sodium carbonate buffer in the case of pH 9.0 to 10.2. The hydrolysis activity under the pH condition with the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH is shown as a relative value in FIG. The optimum pH was around pH 5.0.
[0120]
3) Temperature activity of enzyme in culture supernatant
Hydrolysis activity was measured at various temperatures under the condition of pH 5.0. To a mixed solution of 160 μl of the chitosan 7B solution prepared in Example 1 and 100 μl of 400 mM acetate buffer (pH 5.0) that had been preheated for 5 minutes, 140 μl of the enzyme solution was added and stirred to make it uniform for 10 minutes. The amount of free reducing sugar after the enzyme reaction was in accordance with Example 1. The hydrolysis activity measured under the temperature condition showing the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity at each temperature was summarized in FIG. 6 as relative values.
[0121]
4) Temperature stability of enzyme in culture supernatant
After the enzyme in the culture supernatant was treated at various temperatures for 30 minutes, its hydrolysis activity was measured. 280 μl of the enzyme solution was added to 200 μl of 400 mM acetate buffer (pH 5.0) previously maintained at the treatment temperature, and the mixture was stirred to make it uniform and kept warm for 30 minutes. 240 μl of the heated enzyme solution was added to 160 μl of the chitosan 7B solution prepared in Example 1, and the enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 20 minutes. The amount of free reducing sugar was determined according to Example 1. The hydrolysis activity possessed by the mixture of the enzyme and buffer solution of the untreated (0 ° C. incubation) group was defined as 100%, and the hydrolysis activity at each temperature is shown in FIG. 7 as relative values.
[0122]
5) pH stability of enzyme in culture supernatant
To 400 μl of the culture supernatant, 70 μl of a 400 mM buffer solution having each pH described below and 90 μl of water were added and incubated at 37 ° C. for 1 hour. The following buffers were used: pH 3.9 to pH 7.3, acetic acid-sodium acetate buffer: pH 6.5 to pH 8.6, MOPS-sodium carbonate buffer: pH 9.3 to pH 10. In the case of 4, sodium bicarbonate-sodium carbonate buffer solution: in the case of pH 10.0 to pH 11.4, disodium hydrogen phosphate-sodium hydroxide buffer solution. To a mixed solution of 100 μl of 400 mM acetate buffer (pH 5.0) and 160 μl of the chitosan 7B solution prepared by the method described in Example 1 2), 140 μl of the warmed enzyme mixture was added and stirred to homogenize. The enzyme reaction was performed for a minute. The amount of free reducing sugar was determined according to Example 1. The hydrolysis activity of the mixed solution of the enzyme and buffer solution of the untreated (0 ° C. incubation) group was defined as 100%, and the hydrolysis activity at each pH was summarized as a relative value in FIG.
[0123]
6) Substrate selectivity of enzyme in culture supernatant
Next, the substrate selectivity at pH 5.0 was measured. 10 ml of the culture supernatant prepared in Example 2 was dialyzed three times every 12 hours against 1,000 ml of 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), and used as an enzyme solution. 50 μl of enzyme solution was added to a mixture of 160 μl of 0.25% wt / v substrate solution and 400 mM acetate buffer (pH 5.0) and 160 μl of water, and the mixture was stirred to homogenize the reaction. The enzyme reaction was performed for a minute. The free reducing sugar after the enzymatic reaction was quantified by the Schers method (see Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154 (1971)). Table 12 shows the relative activities when the hydrolysis activity when using the substrate exhibiting the maximum activity is 100%.
[0124]
[Table 12]
――――――――――――――――――――
Substrate Relative activity (%)
――――――――――――――――――――
Chitosan 10B 12.7
Chitosan 9B 78.9
Chitosan 8B 82.3
Chitosan 7B 100
Glucol chitosan 17.7
Glucol chitin 52.5
CM-cellulose 2.2
Rikennan 31.6
――――――――――――――――――――
Test Example 2 Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM
Properties of roughly purified chitinase from 2067 strain
Various properties of the crude purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 obtained in Example 1.2) were examined.
1) The pH activity of the hydrolysis activity of the enzyme in the crudely purified fraction
To the mixed solution of 160 μl of the chitosan 7B solution prepared in Example 1 and 100 μl of 400 mM buffer, 140 μl of the enzyme solution was added and stirred to make the reaction uniform, and the reaction was continued at 37 ° C. for 20 minutes. The amount of free reducing sugar after the enzyme reaction was determined according to Example 1. The following buffers were used: pH 3.3 to pH 5.9, acetic acid-sodium acetate buffer: pH 5.9 to pH 8.5, MOPS-sodium carbonate buffer: pH 9.2 to pH 10. In case of 3, sodium bicarbonate-sodium carbonate buffer. The hydrolysis activity under the pH condition with the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH was shown as a relative value in FIG. The optimum pH was around pH 5.0.
[0125]
2) Temperature activity of the hydrolysis activity of the enzyme in the crudely purified fraction
Hydrolysis activity was measured at various temperatures under the condition of pH 5.0. 140 μl of the enzyme solution was added to the mixed solution of 160 μl of the chitosan 7B solution prepared in Example 1 and 100 μl of 400 mM acetate buffer (pH 5.0), which had been kept at the treatment temperature in advance, and the mixture was stirred and homogenized for 10 minutes. It was. The amount of free reducing sugar after the enzyme reaction was determined according to Example 1. The hydrolysis activity measured under the temperature condition showing the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity at each temperature was summarized as a relative value in FIG.
[0126]
3) Temperature stability of the enzyme in the crudely purified fraction
The enzyme in the crudely purified fraction was treated at various temperatures for 30 minutes, and then its hydrolysis activity was measured. 200 μl of 400 mM acetate buffer (pH 5.0) and 280 μl of enzyme solution kept at the treatment temperature were added, and the mixture was stirred and homogenized, and kept warm for 30 minutes. 240 μl of the heated enzyme solution was added to 160 μl of the chitosan 7B solution prepared in Example 1, and the enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 20 minutes. The amount of free reducing sugar was determined according to Example 1. The hydrolysis activity of the mixed solution of the enzyme and buffer solution of the untreated (0 ° C. incubation) group was defined as 100%, and the hydrolysis activity at each temperature is shown in FIG. 11 as relative values.
[0127]
4) pH stability of the enzyme in the crudely purified fraction
To 400 μl of the enzyme in the crudely purified fraction, 140 μl of 400 mM buffer solution having each pH described below and 20 μl of water were added, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 1 hour. The following buffers were used: pH 3.1 to pH 6.1, acetic acid-sodium acetate buffer: pH 6.1 to pH 8.4, MOPS-sodium carbonate buffer: pH 9.0 to pH 10. In the case of 3, sodium hydrogen carbonate-sodium carbonate buffer: in the case of pH 10.4 to pH 11.4, disodium hydrogen phosphate-sodium hydroxide buffer. To the mixed solution of 100 mM of 400 mM acetate buffer (pH 5.0) and 160 μl of the chitosan 7B solution prepared in Example 1, 140 μl of the warmed enzyme mixture was added and stirred uniformly, and the enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 20 minutes. The amount of free reducing sugar was determined according to Example 1. The hydrolysis activity of the mixed solution of the enzyme and buffer solution of the untreated (0 ° C. incubation) group was taken as 100%, and the hydrolysis activity at each temperature was summarized in FIG. 12 as relative values.
Test Example 3 Properties of purified chitinase from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
Various properties of the purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM 2067 obtained in Example 1.3) were examined.
1) pH activity of hydrolysis activity of purified enzyme
Example 1 To a mixed solution of 160 μl of chitosan 7B solution prepared by the method described in 2) and 100 μl of 400 mM buffer and 90 μl of water, 50 μl of enzyme solution was added and stirred to homogenize, and the reaction was started. The enzyme reaction was performed for a minute. Quantification of the free reducing sugar after the enzyme reaction was in accordance with the method described in Example 12 2). The following buffers were used: pH 3.3 to pH 5.9, acetic acid-sodium acetate buffer: pH 5.9 to pH 8.4, MOPS-sodium carbonate buffer: pH 9.3 to pH 10. In the case of 4, sodium bicarbonate-sodium carbonate buffer. The hydrolysis activity under the pH condition with the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH was shown as a relative value in FIG. The optimum pH was around pH 5.5.
In addition, 75 μl of enzyme solution was added to a mixed solution of 240 μl of 0.25% wt / v glycol chitin solution and 150 μl of 400 mM buffer and 135 μl of water, and the mixture was stirred to homogenize the reaction, and kept at 37 ° C. for 30 minutes. Enzymatic reaction was performed. The free reducing sugar after the enzymatic reaction was quantified by the Schers method (see Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154 (1971)). The following buffers were used: pH 3.3 to pH 6.0, acetic acid-sodium acetate buffer: pH 6.3 to pH 7.8, monosodium hydrogen phosphate-disodium hydrogen phosphate buffer : PH 7.3 to pH 8.7, Tris / hydrochloric acid buffer: pH 9.3 to pH 10.4, sodium bicarbonate-sodium carbonate buffer: pH 10.6 to pH 11.5, hydrogen phosphate 2 Sodium-sodium hydroxide buffer. The hydrolysis activity under the pH condition with the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH is shown as a relative value in FIG. The optimum pH was around pH 10.
[0128]
2) Temperature activity of hydrolysis activity of purified enzyme
Under conditions of pH 5.5, the hydrolysis activity of the purified enzyme was measured at various temperatures. Add 40 μl of enzyme solution to a mixture of 160 μl of chitosan 7B solution and 100 μl of 400 mM acetate buffer (pH 5.5) and 100 μl of water prepared in the same manner as in 1) previously maintained at the treatment temperature, and stir to homogenize for 10 minutes. Enzymatic reaction was performed. The amount of free reducing sugar after the enzyme reaction was determined according to Example 1. The hydrolysis activity of the purified enzyme measured under the temperature condition showing the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the purified enzyme at each temperature was summarized as a relative value in FIG. As shown in FIG. 15, the optimum temperature for the hydrolysis activity of the purified enzyme was 60 ° C. at pH 5.5.
[0129]
3) Temperature stability of purified enzyme
The purified enzyme was treated at various temperatures for 30 minutes and then its hydrolysis activity was measured. To a mixed solution of 200 μl of 400 mM acetate buffer (pH 5.5) and 180 μl of water previously maintained at the treatment temperature, 100 μl of the enzyme solution was added and stirred to homogenize, and kept warm for 30 minutes. 240 μl of the heated enzyme solution was added to 160 μl of the chitosan 7B solution prepared in the same manner as in 1), and the enzyme reaction was carried out at 37 ° C. for 40 minutes. The amount of free reducing sugar was determined according to Example 1. The hydrolysis activity of the mixed solution of the purified enzyme and the buffer solution of the untreated (0 ° C. incubation) group was defined as 100%, and the hydrolysis activity of the purified enzyme at each temperature is shown as a relative value in FIG. As shown in FIG. 16, the purified enzyme was stable at 45 ° C. or lower.
[0130]
4) pH stability of purified enzyme
To 150 μl of the purified enzyme, 50 μl of a 400 mM buffer solution having each pH described below was added and incubated at 37 ° C. for 1 hour. The following buffers were used: pH 3.2 to pH 6.2, acetic acid-sodium acetate buffer: pH 6.1 to pH 8.2, MOPS-sodium carbonate buffer: pH 8.8 to pH 10. In the case of 1, sodium hydrogen carbonate-sodium carbonate buffer: in the case of pH 9.6 to pH 11.3, disodium hydrogen phosphate-sodium hydroxide buffer. To a mixed solution of 100 μl of 400 mM acetate buffer (pH 5.5) and 160 μl of the chitosan 7B solution prepared in Example 1 and 70 μl of water, 70 μl of the warmed enzyme mixture was added and stirred to homogenize, and the enzyme was incubated at 37 ° C. for 40 minutes. Reaction was performed and free reducing sugar was quantified. The hydrolysis activity of the mixed solution of the purified enzyme and the buffer solution of the untreated (0 ° C. incubation) group was defined as 100%, and the hydrolysis activity of the purified enzyme at each temperature was summarized as a relative value in FIG. As shown in FIG. 17, the purified enzyme was stable at pH 5 to pH 9.5.
[0131]
5) Substrate specificity of the purified enzyme
The hydrolysis activity of the purified enzyme with respect to various substrates was measured according to the method of Example 5. However, the enzyme reaction was performed at pH 5.5 and pH 10.0. Table 13 shows the hydrolytic activity of the purified enzyme with respect to other substrates as relative values when the hydrolytic activity of the purified enzyme with respect to chitosan 7B is 100%.
[0132]
[Table 13]
Figure 0004204857
As shown in Table 11, the purified enzyme had the highest hydrolysis activity for chitosan 7B, and the hydrolysis activity decreased as the degree of acetylation decreased. Further, the purified enzyme had chitin hydrolyzing activity and no cellulase hydrolyzing activity was observed.
Test Example 4 Properties of Chitinase Crude Enzyme Solution from Aspergillus japonics SANK19288
1) Reducing sugar was quantified according to the method described in Example 1 2). When measured using chitosan 7B as a substrate, 3.4 × 10 5 per ml in the supernatant -3 It had U enzyme activity. Table 14 shows the relative values of chitosan 10B degrading activity when the enzyme activity when chitosan 7B is used as a substrate is 100%.
[0133]
[Table 14]
Figure 0004204857
Since it has chitosan 7B degradation activity and almost no chitosan 10B degradation activity, it was found that chitinase was produced in the supernatant.
[0134]
2) pH activity of the crude enzyme solution
Example 1 2) 140 μl of crude enzyme solution was added to a mixture of 160 μl of chitosan 7B solution and 100 μl of 400 mM buffer prepared according to the method described in the above, and the mixture was stirred and homogenized. Quantification of the free reducing sugar after the enzyme reaction was performed. The following buffers were used: pH 3.7 to pH 6.0, acetic acid-sodium acetate buffer: pH 6.0 to pH 8.5, MOPS-sodium carbonate buffer: pH 9.3 to pH 10. In the case of 4, sodium bicarbonate-sodium carbonate buffer. The hydrolysis activity under the pH condition with the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH is shown as a relative value in FIG. The optimum pH was around pH 4.0.
[0135]
3) Substrate selectivity of crude enzyme
Substrate selectivity at pH 4.0 was measured. 10 ml of the prepared culture supernatant obtained in Example 2 was dialyzed 3 times every 12 hours against 1,000 ml of 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5), and used as an enzyme solution. 50 μl of enzyme solution was added to a mixture of 160 μl of a substrate solution of 0.25% wt / v and 400 mM acetate buffer (pH 4.0) and 160 μl of water, and the mixture was stirred to homogenize the reaction. The enzyme reaction was performed for a minute. The free reducing sugar after the enzymatic reaction was quantified by the Schers method (see Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154 (1971)). Table 15 shows the relative activities when the hydrolysis activity when using the substrate exhibiting the maximum activity is 100%.
[0136]
[Table 15]
―――――――――――――――――――――
Substrate Relative activity (%)
―――――――――――――――――――――
Chitosan 10B 8.2
Chitosan 9B 67.6
Chitosan 8B 74.4
Chitosan 7B 100
Glycol chitosan 8.2
Glycolchitin 23.3
CM-cellulose 11.4
Rikennan 25.3
―――――――――――――――――――――
Test Example 5. Properties of chitinase crude enzyme solution derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain
1) Hydrolysis activity
Example 1 Reducing sugars were quantified according to the method described in 2). When measured using chitosan 7B as a substrate, 2.6 × 10 6 per ml in the supernatant -3 It had U enzyme activity. Table 16 shows the relative values of chitosan 10B degrading activity when the enzyme activity when chitosan 7B is used as a substrate is 100%.
[0137]
[Table 16]
Figure 0004204857
Since it has chitosan 7B degradation activity and almost no chitosan 10B degradation activity, it was found that chitinase was produced in the supernatant.
[0138]
2) pH activity of enzyme in culture supernatant
The measurement method was in accordance with Example 6. The following buffers were used: pH 3.8 to pH 6.3, acetic acid-sodium acetate buffer: pH 6.2 to pH 8.6, MOPS-sodium carbonate buffer: pH 9.3 to pH 10. In the case of 4, sodium bicarbonate-sodium carbonate buffer. The hydrolysis activity under the pH condition with the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH is shown as a relative value in FIG. The optimum pH was around pH 4.5.
[0139]
3) Substrate selectivity of enzyme in culture supernatant
Substrate selectivity at pH 4.5 was measured. 10 ml of the culture supernatant prepared in Example 4 was dialyzed 3 times every 12 hours against 1,000 ml of 10 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5) and used as the enzyme solution. 50 μl of enzyme solution was added to a mixture of 160 μl of 0.25% wt / v substrate solution and 400 mM acetate buffer (pH 4.5) and 160 μl of water, and the mixture was stirred to homogenize the reaction and kept at 37 ° C. for 10 minutes. Enzymatic reaction was performed. The free reducing sugar after the enzymatic reaction was quantified by the Schers method (see Imoto, T. and Yagashita, K., Agric. Biol. Chem., 35, 1154 (1971)). Table 17 shows the relative activities when the hydrolysis activity when using the substrate exhibiting the maximum activity is 100%.
[0140]
[Table 17]
――――――――――――――――――
Substrate Relative activity (%)
――――――――――――――――――
Chitosan 10B 0
Chitosan 9B 67.7
Chitosan 8B 71.6
Chitosan 7B 100
Glucol Chitosan 2.9
Glycolchitin 81.9
CM-cellulose 0
Rikennan 11.9
――――――――――――――――――
Test Example 6. Solubility of each low molecular weight chitosan hydrochloride in water
100 mg of each low molecular chitosan hydrochloride prepared in Examples 4 to 6 was dissolved in 10 ml of water, and the pH was measured. 1N sodium hydroxide water was added little by little to this solution, and the pH at which the solution became cloudy and colloids were measured was measured. The results are shown in Table 18.
[0141]
[Table 18]
Figure 0004204857
Test Example 7 Preparation of polymeric chitosan hydrochloride
1 g of chitosan 9B was suspended in 200 ml of water, adjusted to pH 2.5 with concentrated hydrochloric acid, and completely dissolved. This was dialyzed against water and freeze-dried to obtain polymeric chitosan 9B hydrochloride as 537 mg of a white flocculent solid. Polymeric chitosan 10B and 8B and 7B hydrochloride were also prepared in the same way. 100 mg of each polymer chitosan hydrochloride was dissolved in 50 ml of distilled water, chitosanase 20U (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. The reaction solution is lyophilized and the dried solid is D 2 Dissolved in O 1 1 H-NMR was measured.
The degree of acetylation was calculated from the integral ratio of 3H of the acetyl group and 7H other than the acetyl group and excluding the hydroxyl group. The results are shown in Table 19.
[0142]
[Table 19]
Figure 0004204857
Test Example 8. Antibacterial activity of low-molecular chitosan
As test bacteria, Staphylococcus aureus 209P JC-1 strain and Pseudomonas aeruginosa PAO1 strain were used as test bacteria, and polymeric chitosan hydrochloride prepared in Test Example 7 and Example 4, The MIC of the low-molecular chitosan hydrochloride prepared using various aspergillus chitinases in Example 5 and Example 6 was measured. The results are shown in Table 18.
[0143]
Medium used
Each was adjusted to pH 6.5 using Mueller Hinton Broth (Difco).
[0144]
Preparation of sample bacterial solution
The bacteria used in the test are cultured overnight in the above medium, and the number of bacteria is 2 × 10 6 It diluted with the same culture medium so that it might become.
Sample preparation
20 mg of each low molecular chitosan hydrochloride was dissolved in distilled sterilized water to make 10 ml.
[0145]
Test method
A dilution dilution series of the sample solution was prepared in advance using distilled sterilized water as a diluent, and 50 μl of the above medium and 50 μl of the test bacterial solution were added thereto, followed by culturing at 37 ° C. for 18 hours to determine MIC. The results are shown in Table 20.
[0146]
[Table 20]
Figure 0004204857
Test Example 9 Properties of purified chitinase from Aspergillus japonics SANK 19288
Various properties of the purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 obtained in Example 2.2) were examined.
[0147]
1) Hydrolytic activity pH activity of purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 strain
The hydrolytic activity pH activity of the purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 was measured by the method described in Test Example 31). The hydrolysis activity under the pH condition with the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH was shown as a relative value in FIG. The optimum pH was around pH 5.0.
[0148]
2) Temperature activity of hydrolysis activity of purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 strain
The temperature activity of the hydrolysis activity of the purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 was measured by the method described in Test Example 32). The hydrolysis activity under the temperature condition with the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each temperature was summarized as a relative value in FIG. The optimum temperature was 65 ° C. at pH 5.0.
[0149]
3) Temperature stability of purified chitinase from Aspergillus japonics SANK 19288 strain
The temperature stability of purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 was measured by the method described in Test Example 33). The hydrolysis activity possessed by the mixture of the purified chitinase and the buffer solution of the untreated (0 ° C. incubation) group was defined as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each temperature is shown in FIG. 22 as relative values. The purified chitinase was stable at 50 ° C. or lower.
[0150]
4) pH stability of purified chitinase from Aspergillus japonics SANK 19288 strain
The pH stability of purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 was measured by the method described in Test Example 34). The hydrolysis activity possessed by the mixture of the purified chitinase and the buffer solution of the untreated (0 ° C. incubation) group was defined as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH was summarized in FIG. 23 as relative values. The purified chitinase was stable at pH 4 to pH 9.5.
[0151]
5) Substrate specificity of purified chitinase from Aspergillus japonics SANK 19288 strain
The substrate specificity of purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 was measured by the method described in Test Example 35). Table 21 shows the hydrolysis activity of the purified chitinase relative to each of the other substrates as relative values when the hydrolysis activity of the purified chitinase on chitosan 7B under conditions of pH 5.0, 37 ° C. and 10 minutes is defined as 100%. Indicated.
[0152]
[Table 21]
――――――――――――――――――
Substrate Relative activity (%)
――――――――――――――――――
Chitosan 10B 0
Chitosan 9B 58.6
Chitosan 8B 72.4
Chitosan 7B 100
Glucol Chitosan 0
Glycolchitin 28.3
CM-cellulose 0
Rikennan 4.2
――――――――――――――――――
As shown in Table 21, purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 strain had the highest hydrolysis activity against chitosan 7B, and the hydrolysis activity decreased as the degree of acetylation decreased. The purified chitinase had chitin hydrolyzing activity and no cellulase hydrolyzing activity was observed.
[0153]
6) Determination of partial amino acid sequence of purified chitinase from Aspergillus japonics SANK 19288 strain
The partial amino acid sequence of purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK 19288 was determined by the method described in Example 1.7). Among the separated degraded amino acids, three peaks having a B buffer concentration of about 28%, about 30%, and about 35% were collected. The sequences of these three were analyzed with an amino acid sequence analyzer (Procise cLC, manufactured by Applied Biosystem). The results are shown from the N-terminal side.
His-Tyr-Pro-Thr-Asp-Ser-Trp-Asn-Asp-Val-Gly-Thr-Asn-Val-Tyr (SEQ ID NO: 11 in the Sequence Listing)
Ala-Phe-Thr-Asn-Thr-Asp-Gly-Pro-Gly-Thr-Ala-Phe-Ser-Gly-Val (SEQ ID NO: 12 in the Sequence Listing)
Leu-Ser-Gln-Met-Thr-Pro-Tyr-Leu-Asp-Phe-Tyr-Asn-Leu-Met-Ala-Tyr-Asp-Tyr-Ala-Gly (SEQ ID NO: 13 in the Sequence Listing)
Test Example 10 Properties of purified chitinase from Aspergillus sojae SANK 22388
Various properties of the purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK 22388 obtained in Example 3.2) were examined.
[0154]
1) Hydrolysis activity pH activity of purified chitinase from Aspergillus sojae SANK 22388 strain
The pH activity of the hydrolysis activity of the purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain was measured by the method described in Test Example 3.1). The hydrolysis activity under the pH condition with the highest activity was taken as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH is shown as a relative value in FIG. The optimum pH was around pH 5.5 and pH 9.0.
[0155]
2) Temperature activity of hydrolysis activity of purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain
The purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain differs from chitinases derived from Aspergillus oryzae and Aspergillus japonics, and has two optimum pHs (see Test Example 101)), and therefore derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain The temperature activity of the purified chitinase was measured by the method described in Test Example 32) at these two pH points. FIG. 25 (temperature activity at pH 5.5) and FIG. 26 (temperature activity at pH 9.0) with the hydrolytic activity under the temperature condition with the highest activity as 100% and the hydrolysis activity of the enzyme at each temperature as a relative value. Summarized in The optimum temperature was 60 ° C. at pH 5.5 and 35 ° C. at pH 9.0.
[0156]
3) Temperature stability of purified chitinase from Aspergillus sojae SANK 22388 strain
The purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain differs from chitinases derived from Aspergillus oryzae and Aspergillus japonics, and has two optimum pHs (see Test Example 101)), and therefore derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain The temperature stability of the purified chitinase was measured at the pH at these two points by the method described in Test Example 3.3). The hydrolytic activity of the mixture of the purified chitinase and buffer in the untreated (0 ° C. incubation) group is defined as 100%, and the hydrolytic activity of the enzyme at each temperature is shown as a relative value. FIG. 27 (temperature stability at pH 5.5) ) And FIG. 28 (temperature stability at pH 9.0). The purified chitinase was stable at 40 ° C. or lower at any pH.
[0157]
4) pH stability of purified chitinase from Aspergillus sojae SANK 22388 strain
The pH stability of purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain was measured by the method described in Test Example 3.4). The hydrolysis activity possessed by the mixture of the purified chitinase and the buffer solution in the untreated (0 ° C. incubation) group was defined as 100%, and the hydrolysis activity of the enzyme at each pH was summarized in FIG. 29 as relative values. The purified chitinase was stable at pH 4.5 to pH 10.
[0158]
5) Substrate specificity of purified chitinase from Aspergillus sojae SANK 22388 strain
The substrate specificity of purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK 22388 was measured by the method described in Test Example 3.5). Table 22 shows the hydrolytic activity of the purified chitinase relative to other substrates as relative values when the hydrolytic activity of the purified chitinase on chitosan 8B under conditions of pH 5.0, 37 ° C. and 10 minutes is defined as 100%. Indicated.
[0159]
[Table 22]
――――――――――――――――――
Substrate Relative activity (%)
――――――――――――――――――
Chitosan 10B 14.3
Chitosan 9B 73.6
Chitosan 8B 100
Chitosan 7B 97.4
Glucol Chitosan 0
Glycolchitin 23.8
CM-cellulose 0
Rikenan 0
――――――――――――――――――
As shown in Table 22, purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK 22388 strain had the highest hydrolysis activity against chitosan 7B and 8B, and the hydrolysis activity decreased as the degree of acetylation decreased. The purified chitinase had chitin hydrolyzing activity and no cellulase hydrolyzing activity was observed.
Formulation Example 1. Preparation of 5% chitosan ointment formulation
A solution of 3.0 g of propylene glycol and 0.1 g of methyl paraoxybenzoate in 80 ml of purified water is heated to 70 ° C. and dissolved by adding 5.0 g of low molecular chitosan 9B hydrochloride prepared in Example 4 to obtain a low molecular chitosan 9B solution. It was. Stirrate 3.0g, Settal 1.0g, Glycerol monostearate 6.0g, Liquid paraffin 5.0g, Propyl paraoxybenzoate 0.1g, Polyoxyl stearate 40 2.5g was heated and dissolved at 70 ° C. The molecular chitosan 9B solution was added, and purified water was added to make the total amount 100 g, and mixed and emulsified. After emulsification, the mixture was cooled to room temperature with stirring to obtain 100 g of white 5% low molecular weight chitosan 9B hydrochloride cream (referred to as 5% chitosan ointment).
Test Example 10.5% chitosan ointment wound healing test
A trauma healing test was conducted to predict the effectiveness of 5% chitosan ointment in a rat skin defect model.
1) Test material
As a test substance, 5% chitosan ointment prepared in Preparation Example 1 was used. As a control drug, Eupasta ointment (containing 100 g of purified white sugar and 3 g of popidone iodine in 100 g, polyethylene glycol, concentrated glycerin, polyoxyethylene [160] polyoxypropylene [30] glycol, pullulan, potassium iodide as additives , Production number BA1S, manufactured by Kowa Co., Ltd.). As an animal used for the test, 6-week-old Sprague-Dawley (SD) male rats (Japan SLC Co., Ltd.) were purchased and used. Animals are fed solid feed (FR-2 for breeding mice and rats, Funabashi Farm Co., Ltd.) and tap water with an environmentally controlled breeding device (CLEA Japan) with an average temperature of 23 ° C and an average humidity of 55%. The animals were acclimatized for 6 days under the condition of -19: 00 and used for the experiment.
2) Experimental method
Seven groups of 7-week-old SD male rats (body weight: 157.6 g to 235.9 g) were used in groups of 5 per group. After removing the rat's back hair with an electric clipper, EBA Eva Cream (manufactured by Tokyo Tanabe Seiyaku Co., Ltd.) was applied, and after 15 minutes, the hair was washed and depilated. After sterilizing the back hair loss site with 70% ethanol, two symmetrical punched wounds were made on the back midline using a circular punch (inner diameter 15 mm) under pentobarbital sodium (40 mg / kg, ip) anesthesia. 24 hours after the absence of damage, group 5 groups each into the no-treatment group, base group, test substance group, and control drug group, and then add the test substance and control drug to the 2 lesions at about 0.1 g / site. And applied twice a day for 10 days. Rats were housed in individual cages throughout the experiment. The effect was determined by measuring the major axis and minor axis of the damaged part using a caliper.
[0160]
The change in area during the treatment process was calculated by the following formula: (Actual diameter of the measurement day x Minor axis / Long diameter after preparation of missing damage x Minor axis) x 100. ), The complete cure rate was calculated with the area ratio of 5% or less as the complete cure case, and the treatment days were calculated and shown in Table 23. Experimental results were expressed as mean ± standard deviation. The treatment time was shortened to 12.6 ± 1.9 days in the 5% chitosan ointment group, compared to 13.7 ± 1.3 days in the untreated group. In the control group, there was no improvement in the number of treatment days at 13.6 ± 0.4 days.
[0161]
[Table 23]
Treatment days for rat skin defect model
_____________________
Test substance Treatment days
_____________________
No treatment 13.7 ± 1.3
5% chitosan 12.6 ± 1.9
Control 13.6 ± 0.4
_____________________
[0162]
【The invention's effect】
As described above, by using the chitinase of the present invention, the low molecular chitosan of the present invention having a molecular weight of 10,000 or more and soluble under neutral conditions can be produced. Furthermore, the low molecular chitosan of the present invention exhibits excellent antibacterial properties and wound healing effects, and the pharmaceutical composition containing the low molecular chitosan of the present invention as an active ingredient is useful as a therapeutic agent for trauma, bed sores, atopic dermatitis and the like. It is. Moreover, by using the chitinase of the present invention, a sample having a high viscosity by containing a polymer acetylated chitosan can be used as a raw material to produce a sample with a low viscosity and easy to handle. Such a method for producing a sample is useful in the process of food processing.
[0163]
[Sequence Listing Free Word]
SEQ ID NO: 6: Chitinase gene probe
SEQ ID NO: 7: PCR primer F21
Sequence number 8: PCR primer PR50
SEQ ID NO: 9: PCR primer BamHI-cDNA
SEQ ID NO: 10: PCR primer cDNA-BamHI
[0164]
[Sequence Listing]
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857
Figure 0004204857

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 Molecular weight of purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
Fig. 2 Molecular weight distribution of low molecular weight chitosan prepared using chitinase from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
[Fig. 3] Molecular weight distribution of low molecular weight chitosan prepared using chitinase derived from Aspergillus japonics SANK19288
[Fig. 4] Molecular weight distribution of low molecular weight chitosan prepared using chitinase in the culture supernatant of Aspergillus sojae SANK22388 strain
Fig. 5 Relationship between chitinase activity and pH in culture supernatant of Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
Fig. 6 Relationship between temperature and chitinase activity in the culture supernatant of Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
[Fig. 7] Temperature stability of chitinase in the culture supernatant of Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
FIG. 8: pH stability of chitinase in culture supernatant of Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
FIG. 9 Relationship between activity and pH of crude purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
FIG. 10: Relationship between activity and temperature of crudely purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
FIG. 11: pH stability of crude purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
FIG. 12: Temperature stability of crude purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
FIG. 13 shows the relationship between the activity and pH of purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067 using chitosan 7B as a reaction substrate.
FIG. 14 shows the relationship between the activity of purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067 and pH when glycol chitin is used as a reaction substrate.
FIG. 15: Relationship between temperature and activity of purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
FIG. 16: Temperature stability of purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
FIG. 17: pH stability of purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067
FIG. 18: Relationship between chitinase activity and pH in culture supernatant of Aspergillus japonics SANK19288 strain
FIG. 19 shows the relationship between chitinase activity and pH in the culture supernatant of Aspergillus sojae strain SANK22388.
FIG. 20 shows the relationship between the activity of purified chitinase derived from Aspergillus japonics SANK19288 and pH when glycol chitin is used as a reaction substrate.
FIG. 21: Relationship between activity and temperature of purified chitinase from Aspergillus japonics SANK19288 strain
FIG. 22: Temperature stability of purified chitinase from Aspergillus japonics SANK19288 strain
FIG. 23: pH stability of purified chitinase from Aspergillus japonics SANK19288 strain
FIG. 24 shows the relationship between the activity of purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK22388 and pH when glycol chitin is used as a reaction substrate.
FIG. 25 shows the relationship between the activity of purified chitinase from Aspergillus sojae SANK22388 and temperature under the condition of pH 5.5.
FIG. 26 shows the relationship between temperature and activity of purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK22388 under the condition of pH 9.0.
FIG. 27 shows the temperature stability of purified chitinase from Aspergillus sojae SANK22388 at pH 5.5.
FIG. 28 shows temperature stability of purified chitinase derived from Aspergillus sojae SANK22388 at pH 9.0.
FIG. 29: pH stability of purified chitinase from Aspergillus sojae SANK22388 strain
FIG. 30 is an SDS electrophoretic diagram of chitinase (12% acrylamide gel, CBB staining, lane M: marker, lane 1: His fusion recombinant chitinase, lane 2: purified chitinase derived from Aspergillus oryzae var. Sporoflavus Ohara JCM2067).

Claims (13)

下記のa)乃至d)のいずれか一つに記載の蛋白質であるキチナーゼ
a)配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列からなる蛋白質;
b)配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242乃至1438に示されるヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列からなる蛋白質;
c)a)またはb)に記載のアミノ酸配列において、一つまたは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加したアミノ酸配列からなり、かつ、キチナーゼ活性を有することを特徴とする蛋白質;
d)a)またはb)に記載のアミノ酸配列を含むことからなる蛋白質。
Chitinase, which is a protein according to any one of the following a) to d):
a) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the Sequence Listing;
b) a protein comprising an amino acid sequence encoded by the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242-1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing;
c) a protein comprising an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added in the amino acid sequence described in a) or b) and having chitinase activity ;
d) A protein comprising the amino acid sequence described in a) or b).
下記のa)乃至c)のいずれか一つに記載の蛋白質であるキチナーゼ
a)配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列からなり、N末端のセリン残基のα−アミノ基がアセチル化されていることを特徴とする蛋白質;
b)配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列において、一つまたは数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加したアミノ酸配列からなり、且つ、N末端のセリン残基のα−アミノ基がアセチル化されており、且つ、キチナーゼ活性を有することを特徴とする蛋白質;
c)配列表の配列番号14に記載のアミノ酸配列を含み、且つ、N末端のセリン残基のα−アミノ基がアセチル化されており、且つ、キチナーゼ活性を有することを特徴とする蛋白質。
Chitinase, which is a protein according to any one of the following a) to c):
a) a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 in the Sequence Listing, wherein the α-amino group of the N-terminal serine residue is acetylated;
b) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 in the Sequence Listing, an amino acid sequence consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added, and the N-terminal serine residue α-amino group A protein characterized in that is acetylated and has chitinase activity ;
c) A protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 14 in the sequence listing, wherein the α-amino group of the N-terminal serine residue is acetylated, and has a chitinase activity .
下記に記載のいずれか一つに記載のDNA:
a)配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242乃至1438に示されるヌクレオチド配列からなるDNA;
b)上記a)に記載のDNAの有するヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、キチナーゼ活性を有する蛋白質をコードすることを特徴とするDNA;
c)上記a)に記載のDNAと95%以上のヌクレオチド配列相同性を有するヌクレオチド配列からなり、かつ、キチナーゼ活性を有する蛋白質をコードすることを特徴とするDNA;
d)配列表の配列番号5に記載のアミノ酸配列からなる蛋白質をコードするDNA;
e)配列表の配列番号4のヌクレオチド番号242乃至1438に示されるヌクレオチド配列を含むことからなるDNA。
DNA according to any one of the following:
a) DNA consisting of the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242-1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing;
b) DNA characterized by hybridizing under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the DNA described in a) above and encoding a protein having chitinase activity ;
c) a DNA comprising a nucleotide sequence having 95% or more nucleotide sequence homology with the DNA described in a) above, and encoding a protein having chitinase activity ;
d) DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5 in the Sequence Listing;
e) DNA comprising the nucleotide sequence shown in nucleotide numbers 242-1438 of SEQ ID NO: 4 in the sequence listing.
下記のa)乃至c)のいずれか一つに記載のDNA:
a)形質転換大腸菌 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102(FERM BP−8235)により保持される組換えプラスミド、pTriplEx-Chitinase-cDNAに挿入されているDNA;
b)b)上記a)に記載のDNAの有するヌクレオチド配列と相補的なヌクレオチド配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、キチナーゼ活性を有する蛋白質をコードすることを特徴とするDNA;
c)上記a)に記載のDNAを含み、かつ、キチナーゼ活性を有する蛋白質をコードすることを特徴とするDNA。
DNA according to any one of the following a) to c):
a) a recombinant plasmid carried by transformed Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102 (FERM BP-8235), DNA inserted into pTriplEx-Chitinase-cDNA;
b) b) hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the DNA described in a) above, and encodes a protein having chitinase activity DNA;
c) A DNA comprising the DNA described in a) above and encoding a protein having chitinase activity .
請求項3または請求項4に記載のDNAにコードされる蛋白質であるキチナーゼA chitinase, which is a protein encoded by the DNA according to claim 3 or 4 . 形質転換大腸菌 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102(FERM BP−8235)により保持される組換えプラスミド、pTriplEx-Chitinase-cDNAに挿入されているDNAによりコードされる蛋白質であるキチナーゼA recombinant plasmid held by transformed Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102 (FERM BP-8235), chitinase which is a protein encoded by DNA inserted into pTriplEx-Chitinase-cDNA. 請求項3または請求項4に記載のDNAを含む組換えプラスミド。A recombinant plasmid comprising the DNA according to claim 3 or 4 . 発現ベクターであることを特徴とする、請求項7に記載の組換えプラスミド。The recombinant plasmid according to claim 7 , which is an expression vector. 請求項7または請求項8に記載の組換えプラスミドで形質転換された宿主細胞。A host cell transformed with the recombinant plasmid according to claim 7 or 8 . 原核細胞または真核細胞であることを特徴とする、請求項9に記載の宿主細胞。Host cell according to claim 9 , characterized in that it is a prokaryotic cell or a eukaryotic cell. 形質転換大腸菌 Escherichia coli BM25.8/pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102(FERM BP−8235)である請求項9記載の宿主細胞。The host cell according to claim 9, which is transformed Escherichia coli BM25.8 / pTriplEx-Chitinase-cDNA SANK 72102 (FERM BP-8235). 下記1)乃至2)を含む、キチナーゼの製造方法:
1)下記のa)またはb)に記載の細胞を、キチナーゼを産生する条件下で培養する工程
a)請求項9乃至請求項11のいずれか一つに記載の宿主細胞;
b)請求項1、請求項2、請求項5および請求項6のいずれか一つに記載のキチナーゼを産生する細胞;
2)1)の培養産物からキチナーゼを分離・精製する工程。
A method for producing chitinase comprising the following 1) to 2):
1) A step of culturing the cells described in a) or b ) below under conditions that produce chitinase ;
a) a host cell according to any one of claims 9 to 11 ;
b) a cell producing the chitinase according to any one of claims 1, 2, 5 and 6 ;
2) A step of separating and purifying chitinase from the culture product of 1).
請求項12に記載の方法により製造されるキチナーゼA chitinase produced by the method according to claim 12 .
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