JP4222723B2 - バシラス由来の新規なβ−グルカナーゼ - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、1,3-および1,4-β-グルコシド結合によって交互に結合している混合グルカンを、オリゴサッカリドに加水分解切断することができる酵素、ならびに、この酵素を生成する微生物に関する。
【0002】
(背景技術)
上記のような酵素は、エンド-1,3-1,4-β-D-グルカン-4-グルカノヒドロラーゼ(EC 3.2.1.73;リケナーゼ)またはエンド-1,3-β-D-グルコシダーゼ(EC 3.2.1.39;ラミナリナーゼ)のクラスに属する。本発明のために本明細書においては、このような種類の酵素をβ-グルカナーゼまたはベータ-グルカナーゼと呼ぶ。
【0003】
上記した種類のポリマー性混合グルカンは、実質的に全ての穀物産物中に異なる量で存在する。これらを切断することができる酵素が、特に、食品、飲料および動物飼料工業において、織物工業において、ならびに、デンプンの加工において必要とされている[R.Borrissの「β-グルカン切断酵素」、H.Ruttloffの「工業用酵素」中、第11.5章、Behr's Verlag、ハンブルグ (1994)]。β-グルカナーゼの最も重要な応用分野の1つは、飲料および醸造工業における応用であり、ここでこれらの酵素は、麦芽や大麦のβ-グルカンを分解するために使用される。
【0004】
この目的で使用される酵素は、バシラス・スブチリス(Bacillus subtilis)(例えば、ドイツ特許出願公開No.226 012に記載されている)またはバシラス・アミロリクエファシエンス(Bacillus amyloliquefaciens)に由来するのが普通であるが、他の微生物、例えばアクロモバクター・ルナタス(Achromobacter lunatus)、アトロバクター・ルテウス(Athrobacter luteus)、アスペルギラス・アクレアタス(Aspergillus aculeatus)、アスペルギラス・ニガー(Aspergillus niger)、ディスポロトリチュム・ジモルホスポラム(Disporotrichum dimorphosporum)、フミコラ・インソレンス(Humicola insolens)、ペニシリウム・エメルソニー(Penicillium emersonii)、ペニシリウム・フニクロサム(Penicillium funiculosum)またはトリコデルマ・レーセイ(Trichoderma reesei)に由来するβ-グルカナーゼも知られている。醸造工業における使用が意図されている商業製品が、例えばセレフロ(CerefloR)(製造元:Novo Nordisk A/S)の名称で市販されている。
【0005】
これまで知られているβ-グルカナーゼは、弱い酸性ないし中性の範囲にpH最適値を持つので、これらの使用は、このpH値で実施される方法に制限されている。本発明が指向する課題は、β-グルカナーゼの応用分野を広げること、および、アルカリ性条件下で実施される工業過程において使用するための、このような条件下で充分に安定であるβ-グルカナーゼを開発することであった。
【0006】
(発明の開示)
本発明は、冒頭に記載したグルカン分解活性を有するバシラス・アルカロフィラス(Bacillus alkalophilus)DSM9956から得られる酵素、β-グルカナーゼを産生する微生物バシラス・アルカロフィラスDSM9956、ならびに、本発明に到達する研究の過程において同定および配列決定したバシラス・アルカロフィラスDSM9956由来のβ-グルカナーゼをコードしている遺伝子(配列番号2)に関する。
【0007】
所望により、この遺伝子を既知の方法により他の細菌中にクローン化し、そこでβ-グルカナーゼを発現させることができる。従って、本発明は、本質的に微生物学的方法によって得られるこの遺伝子を含有する宿主生物にも関する。
【0008】
(発明を実施するための最良の形態)
バシラス・アルカロフィラスDSM9956由来のβ-グルカナーゼ遺伝子の配列から導かれる、該微生物から得られる本発明のβ-グルカナーゼのアミノ酸配列(配列番号1)が、図1に一文字表記で示されている。
【0009】
シグナルペプチド[これは、微生物の細胞壁を通って移送された後にシグナルペプチダーゼによって切断され、文献(M.E.Louw, S.J.Reid, Watson, Appl.Microbiol.Biotech. 39 (1993), 507-513)からの既知データとの比較により、31アミノ酸からなると推定される]を含むバシラス・アルカロフィラスDSM9956由来のβ-グルカナーゼは、308アミノ酸からなる。
【0010】
対応する微生物はグラム陽性であり、その細胞形態は桿状である(幅が約0.7〜0.9μmであり、長さが約2.5〜4.0μmである)。この微生物は、出願人により、1995年4月13日にDSM(Deutsche Sammlung von Mikrooganismen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder Weg 1b, 38124 Braunschweig)に寄託されており、番号DSM9956を付与されている。
【0011】
本発明のβ-グルカナーゼは、バシラス・アルカロフィラスDSM9956由来のβ-グルカナーゼに対して、70%以上、より具体的には75〜99%の相同性を有するのが好ましい。同じことが基礎遺伝子に当てはまる。
【0012】
本発明の酵素は、食品工業において、より具体的には飲料および醸造工業において、より具体的にはこれら工業において膜および他の装置を洗浄する際にグルカンおよび/またはリケナンを除去するために使用するのが好ましい。
【0013】
また本発明は、本発明のβ-グルカナーゼを用いて、食品工業、より具体的には醸造工業において膜および他の装置を洗浄する際にグルカンおよび/またはリケナンを除去するための方法に関する。
【0014】
実施例
実施例1
バシラス・アルカロフィラスC/M2-3からの染色体DNAをSau3Aで部分的に消化し、4〜8kbの大きさのフラグメントの分画をゲル電気泳動によって単離した。大腸菌(E.coli)-バシラスのシャトルベクターであるプラスミドpMK4[M.A.Sullivanら、Gene 29 (1984), 21-26]のBamH1部位に連結した後、これをコンピテントな大腸菌DH5α細胞中に導入した。β-グルカナーゼ活性を有する組換えクローンを、0.2%リケニンを含むLBプレート(pH8.5)上でコンゴ・レッド(Congo Red)を用いて着色することによって同定した。
【0015】
β-グルカナーゼを、大腸菌DH5α pMK4において、クローンの細胞上清から精製した。細胞を含まない上清を20mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.5)に対して透析した後、透析液をQ-セファロース(Q-Sepharose; Pharmacia)に固定し、25mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.5またはpH9.0)中の0〜1M NaClの直線勾配液で溶離した。
【0016】
グルカン分解活性の検出および測定は、M.Lever[Anal.Biochem. 47 (1972), 273-279およびAnal.Biochem. 81 (1977), 21-27]が記載している方法の修飾法に基づいた。50mMグリシン緩衝液(pH9.0)中のβ-グルカン(Sigma No. G6513)の0.5重量%溶液を、この目的に用いた。この溶液(250μl)を、グルカン分解活性の試験をすべき物質を含む溶液(250μl)に添加し、40℃で30分間インキュベートした。次いで、1mMの硝酸ビスマスおよび1mMの酒石酸ナトリウムカリウムを含有する0.5M NaOH中のp-ヒドロキシ安息香酸ヒドラジド(PAHBAH)の1重量%溶液(1.5ml)を添加し、その後に、この溶液を70℃に10分間加熱した。冷却(2分間/0℃)の後、410nmでの吸光を、例えばユビコン(UvikonR)930光度計を用い、グルコース検量線を用いて室温でブランク値に対して測定した。ブランク値は、グルカン溶液をPAHBAH溶液の後に添加することを除き、測定溶液と同じ方法で調製した溶液であった。1Uは、このような条件下で1分間あたりに1μモルのグルコースを生成する酵素量に相当する。
【0017】
このようにして得た酵素の比活性は、1mgのタンパク質あたり4390mUに達したが、その一方、出発溶液の活性は、152のファクターで低かった。この酵素は、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動において、均質なバンドとして着色された(銀着色)。
【0018】
内部標準としてマーカータンパク質(シトクロムc、ウマミオグロビン、キモトリプシノーゲン、オボアルブミン、ウシ血清アルブミン)を用い、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動によって、バシラス・アルカロフィラスDSM9956由来のβ-グルカナーゼの分子量を約30,000であると概算した。
【0019】
等電点電気泳動(pH3〜9)において、β-グルカナーゼの等電点は、活性着色によりpH5.2にあることがわかった。
【0020】
実施例2(pHプロフィール)
種々のpH値でのグルカン分解活性の測定を、デイビス(Davies)汎用緩衝液[1Lの蒸留水中に、21.01gのクエン酸・H2O、13.61gのKH2PO4、19.07gのNa2B4O7・10H2O、12.11gのトリスおよび7.46gのKCl;50mlのこの保存溶液を、0.4N NaOHを用いて所望のpHに調整し、蒸留水を用いて200mlにした]において、40℃で、30分間のインキュベート後に行った。図2に示すpHプロフィール(相対グルカン分解活性をpHに対してプロットした)から明瞭にわかるように、この酵素は、pH6〜10.5のところで最も活性であった。最適値はpH9にある。
【0021】
実施例3(温度プロフィール)
バシラス・アルカロフィラスDSM9956から得られるβ-グルカナーゼのグルカン分解活性の温度依存性を、グリシン/NaOHにおいて、pH9で、15分間のインキュベート後に測定した。この緩衝液は1℃あたりpH約0.033の温度依存性を有しているので、試験溶液のpH値を適合させた。図3(酵素の相対グルカン分解活性を温度Tに対してプロットした)に示すように、グルカン分解活性の最大値は60℃にある。
【0022】
配列表
一般的情報:
出願人:
名称:コグニス・ゲゼルシャフト・ヒュア・ビオテクノロギー・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
通り:ヘンケルシュトラーセ67番、ゲボイデY20
市:デュッセルドルフ
州:ノルトライン−ヴェストファーレン
郵便番号:40589
電話番号:0211−7976763
ファックス番号:0211−7987607
発明の名称: バシラス由来の新規なβ−グルカナーゼ
配列の数: 2
連絡先:
名宛人:コグニス・ゲゼルシャフト・ヒュア・ビオテクノロギー・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
通り:ヘンケルシュトラーセ67番、ゲボイデY20
市:デュッセルドルフ
州:ノルトライン−ヴェストファーレン
郵便番号:40589
コンピューター解読書式:
媒体型:フロッピー・ディスク
コンピューター:IBM PC適合
オペレーティング・システム:MSウィンドウズ
ソフトウエア:MS WORD 97
【0023】
配列番号1の情報:
配列の特徴:
長さ:308アミノ酸
型:アミノ酸
トポロジー:未詳
配列の種類:タンパク質
ハイポセティカル配列:NO
配列:配列番号1:
【0024】
配列番号2の情報:
配列の特徴:
長さ:927塩基対
型:核酸
鎖の数:二本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:ゲノムDNA
ハイポセティカル配列:NO
アンチセンス:NO
起源:
株名:バシラス・アルカロフィラスDSM9956
配列:配列番号2:
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のβ-グルカナーゼのアミノ酸配列(一文字表記)を示す図である。
【図2】 本発明のβ-グルカナーゼのグルカン分解活性のpHプロフィールを示す図である。
【図3】 本発明のβ-グルカナーゼのグルカン分解活性の温度プロフィールを示す図である。
Claims (6)
- β-グルカナーゼを産生する微生物であるバシラス・アルカロフィラスDSM9956。
- 配列番号1に示すアミノ酸配列を含むことを特徴とするβ-グルカン分解活性を有する酵素。
- 配列番号1に示すアミノ酸配列の32〜308位に対応するアミノ酸配列を含むことを特徴とするβ-グルカン分解活性を有する酵素。
- 請求項2または3のいずれかに記載の酵素をコードしている遺伝子。
- 食品工業において膜および装置を洗浄する際にグルカンおよび/またはリケナンを除去するための、請求項2または3のいずれかに記載のβ-グルカン分解活性を有する酵素の使用。
- 食品工業において膜および装置を洗浄する際にグルカンおよび/またはリケナンを除去するための方法であって、請求項2または3のいずれかに記載のβ-グルカン分解活性を有する酵素を使用することを特徴とする方法。
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