JP4372986B2 - Alkaline pullulanase - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は洗剤用酵素として有用なアルカリプルラナーゼ及びこれをコードする遺伝子に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
プルラナーゼは、澱粉、グリコーゲン、アミロペクチンあるいはプルラン分子中に存在するα−1,6グルコシド結合のみを切断し、最終的にマルトトリオースを生成する澱粉分解酵素の一種であり、エンド型アミラーゼ及びエキソ型アミラーゼと併用することにより、澱粉からグルコースやマルトース、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルトヘキサオース等のマルトオリゴ糖を生産することができるので、澱粉製造工業において注目されている酵素である。
【0003】
一方、プルラナーゼは、食器や繊維に付着した澱粉を分解除去できることから洗剤酵素として利用する試みもあり、本発明者らは、プルナラーゼをアミラーゼと共に食器用又は衣料用洗浄剤に配合することにより、澱粉汚れに対する洗浄力が飛躍的に向上することを見出している(特開平2−132193号公報)。
【0004】
しかしながら、自然界において見出されているプルラナーゼは、殆どが中性ないし酸性領域において最大の酵素活性を示すものであり、洗浄剤組成物の必要条件であるアルカリ性領域で最大の酵素活性を有する、所謂アルカリプルラナーゼは、これまでに、中村と堀越により報告された酵素(Biochim.Biophys.Acta,397,188(1975),特公昭53−27786号公報)と、荒らによって報告されているバチルス エスピー(Bacillus sp.)KSM-AP1876株由来の酵素(特開平3−87176号公報)が知られているに過ぎない。
従って、界面活性剤の存在下でも十分な酵素活性を示し、洗剤用酵素として有用性の高いアルカリプルラナーゼが求められている。
【0005】
本発明の目的は、アルカリ領域で作用し、界面活性剤の存在下においても十分な酵素活性を示すアルカリプルラナーゼ、及びそれをコードする遺伝子、並びに遺伝子工学的手法により該アルカリプルラナーゼを効率よく大量生産するための方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、土壌中の微生物が産生する酵素の中から、アルカリ領域で作用するアルカリプルラナーゼを見出すと共に、該アルカリプルラナーゼをコードする遺伝子のクローニング、遺伝子組換えによる生産技術の確立に成功した。
【0007】
すなわち、本発明は、配列番号1若しくは配列番号2に示すアミノ酸配列又は該アミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するアルカリプルラナーゼ、該アルカリプルラナーゼをコードする遺伝子を提供するものである。
【0008】
更に本発明は、上記のアルカリプルラナーゼ遺伝子を含有する組換えベクター及び該組換えベクターを含む形質転換体及びこれらを用いたアルカリプルラナーゼの製造法を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明のアルカリプルラナーゼは、配列番号1又は配列番号2に示すアミノ酸配列又は該アミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するものであり、アルカリプルラナーゼ活性を失わない限り、該アミノ酸配列中のアミノ酸の欠失、置換又は付加(以下、変異ということがある)は特に制限されないが、配列番号1又は配列番号2に示すアミノ酸配列と80%以上の相同性を有していることが好ましい。また、配列番号1のアミノ酸配列におけるN末端には、1〜数個のアミノ酸が付加又は欠失していてもよい。
ここで、配列番号2で示されるアミノ酸配列は、配列番号1で示されるアミノ酸配列の209番から1028番目に相当するものであるが、斯かるアミノ酸をコードするDNA断片(配列番号4)を発現プラスミドベクターpHSP64(Sumitomo,N. et al., Biosci, Biotech, Biochem. 59, 2172-1995, 1995)に連結し枯草菌(Bacillus subtilis)によって発現させると、配列番号1に示されるアミノ酸を有するアルカリプルラナーゼと同様の酵素活性を有するアルカリプルラナーゼが得られる。
【0010】
また、本発明アルカリプルラナーゼ遺伝子は、アルカリプルラナーゼ活性を損なわない限り配列番号1又は配列番号2のアミノ酸配列又はその前記変異体をコードするものであればよいが、それぞれ、配列番号3又は配列番号4で示される塩基発列又は該塩基配列の1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列を有するものが好ましい。
【0011】
本発明アルカリプルラナーゼのアミノ酸配列及び遺伝子の塩基配列は、これまでに知られているプルラナーゼとは異なる独自のアミノ酸配列及び塩基配列を有しており、また後述するようにその酵素学的性質も、荒らが報告した酵素(特開平3−87176号公報)を始め、従来のプルラナーゼとは異なる新規な酵素である。
【0012】
本発明のアルカリプルラナーゼは、自然界から分離した微生物、例えば神奈川県横浜市の土壌より分離され、微工研条寄第3049号(FERM BP-3049)として寄託されたBacillus sp. KSM-AP1876株やそれらの変異体を培養し、得られた培養物から採取することにより得ることができるが、該アルカリプルラナーゼをコードする遺伝子を取得し、これを用いて組み換えベクターを作製し、該組み換えベクターを用いて宿主細胞を形質転換し、得られた形質転換体を培養し、培養物からアルカリプルラナーゼを採取する方法によれば、大量生産することができる。
【0013】
本発明のアルカリプルラナーゼ遺伝子は、アルカリプルラナーゼ産生菌、例えば上記のBacillus sp. KSM-AP1876株等から、例えば適当な制限酵素による染色体DNAの全分解又は部分分解で得られたDNA断片を適当なベクターに組み込み、大腸菌や枯草菌等に導入し発現させるショットガン法や、適当なプライマーを合成してPCR法を用いることによりクローニングすることができる。
ここで、染色体DNAは、供与菌株から、例えばMarmurの方法(J.,J.Mol.Biol.,3,208(1961))や斉藤と三浦の方法(Biochem.Biophys.Acta,72,619(1963))或いは他の類似な方法を用いて取得すればよく、また制限酵素は、当該遺伝子を分断しないものであれば、いかなるものでも使用できる。
また、PCR法を用いる場合は、例えば、配列番号1に記載のアミノ酸配列を基にして活性発現必須領域の5′末端の上流及び3′末端の下流位置に相当する配列のプライマーを合成し、アルカリプルラナーゼ生産菌の染色体DNAを鋳型としてPCR反応を行えばアルカリプルラナーゼ遺伝子を取得できる。
【0014】
遺伝子の断片を含む組み換えベクターの作製に用いられる宿主・ベクター系としては、宿主菌株が本発明のアルカリプルラナーゼ遺伝子を発現させることができ、組換えDNAが宿主菌中で複製可能であり、且つ組み込んだ当該遺伝子を安定に保持できるものであれば、いかなるものも使用することができる。例えば、大腸菌(Esherichia coli)K−12系統株を宿主とするEK系や枯草菌(Bacillus subtilis)のMarburg系統株を宿主とするBM系等が挙げられる。ここで、宿主菌株は、EK系では、例えばHB101株、C600株、JM109株、BM系では、例えばBD170株、MI112株、ISW1214株等が挙げられ、ベクターとしては、EK系では、例えばpBR322、pHY300PLKやpUC18等、またBM系では、例えばpUB110、pHY300PLK等が挙げられ、更にこれらを使用して構築したベクターも使用できる。
本発明の遺伝子を含む組換えDNAの好適な例として、プラスミドpAP100(図1)等が挙げられる。本プラスミドは本発明の遺伝子5.0kbpを含む断片とpHY300PLKの一部からなる10.1kbpの組換えプラスミドである。また、組換えDNAを含有する組換え微生物の好適な例としては、E.coliHB101(pAP100)株が挙げられる。
【0015】
組換えDNAによる宿主菌株の形質転換の方法は、例えば、EK系宿主菌株の場合、塩化カルシウム法(Mandel,M.and Higa,A.,J.Mol.Biol.,53,159(1970))等、またBM系宿主菌株の場合には、プロトプラスト法(Chang,C.and Cohen.S.N.,Mol.Gen.Genet.,168,111(1978))等を用いることができる。
【0016】
組換え微生物の選択は、形質転換操作が施された菌体をプルラン又はレッドプルランを含む寒天プレートにレプリカ法等によって移植して培養した後、集落を出現させ、プルラン寒天プレート上でハローを形成することのできるコロニーを検出することにより行うことができる。得られた組換え微生物が保持する組換えDNAは、通常のプラスミド調製法あるいはファージDNA調製法(Maniatis,T.et al.,Molecular Cloning,Cold Spring HarborLaboratory,New York,(1982))を用いて抽出でき、更に各種制限酵素による切断パターンを電気泳動法等によって解析することによって、組換えDNAがベクターDNAとアルカリプルラナーゼ遺伝子を含むDNA断片が結合したものであることを確認できる。
【0017】
形質転換体の培養は、微生物の資化可能な炭素源、窒素源その他の必須栄養素を含む培地に接種し、常法に従って行えば良く、得られた培養液から、一般に知られている酵素の採取及び精製方法に準じた方法により、アルカリプルラナーゼを得ることができる。
【0018】
かくして得られた本発明のアルカリプルラナーゼは、配列番号1又は2で示されるアミノ酸配列を有し、その酵素学的性質は以下に示す通り、最適反応pHが8.5〜9.5であるという特徴を有する。
【0019】
<酵素学的性質>
(1)作用
プルランのα−1,6グルコシド結合を加水分解して、マルトトリオースを生成する。また、デンプン、アミロペクチン、グリコーゲンのα−1,6グルコシド結合を加水分解する。
(2)最適反応pH
pH8.5〜9.5である。
(3)安定pH
pH7〜10の範囲で極めて安定である。
(4)最適反応温度
50〜55℃で作用する。
(5)耐熱性
50℃までは安定である(トリス・塩酸10mM(pH8.5)緩衝液中、50℃、30分間処理で85%以上の活性を保持する)。
(6)分子量
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法による野生型の推定分子量は、120,000〜130,000である。
【0020】
従って、本発明のアルカリプルラナーゼは、界面活性剤の存在下においても優れた酵素活性を示し、洗剤用酵素、例えば衣料用洗剤、食器用洗剤等の酵素として液体、粉末、顆粒等の形態で使用することができる。
【0021】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。尚、本実施例中の濃度は何れも重量%を示す。
【0022】
実施例1
アルカリプルラナーゼを生産するBacillus sp. KSM−AP1876株を5mLのA培地(バクトペプトン 2.8%、酵母エキス 0.05%、魚肉エキス0.5%、KH2PO4 0.1%、MgSO47H2O 0.02%、炭酸ナトリウム 1.0%)に接種し、30℃で24時間振盪培養を行った後、この1mLを100mLの同培地に接種して30℃で更に12時間振盪培養した。この後、遠心分離によて菌体を集め、斉藤と三浦の方法に従って約1mgの染色体DNAを得た。
【0023】
実施例2
実施例1で得られた染色体DNAを鋳型としてPCR法によってアルカリプルラナーゼ遺伝子の一部の取得を試みた。増幅に使用したプライマーDNAは既知の酸性あるいは中性プルラナーゼのアミノ酸共通配列からデザインした。プライマー1の配列は5'-TATAATTGGGGT(A)TATGATCCT(A)C-3'(配列番号5)であり、Y-N-W-G-Y-D-P-Hからなるアミノ酸配列を元にデザインしたものである。プライマー2の配列は5'-ACCCATCATATCAAAT(A)CT(G)AAAA(T)CC -3'(配列番号6)であり、G-F-R-F-D-M-M-Gからなるアミノ酸配列を元にデザインしたものである。Pwoポリメラーゼを用いてPCR(94℃ 1分、45℃ 1分、60℃ 1分を30サイクル)を行った結果、約370bpからなるPCR増幅断片が取得された。約370bp−PCR増幅断片の塩基配列を決定し、さらにその決定した配列をもとにしてプライマーをデザインし、約370bp−PCR増幅断片の5′側および3′側への遺伝子の延長部分の増幅を試みた。デザインしたプライマー配列はプライマー3が5'-TGCCCGTTAGAGCGAAATAACTTTG -3'(配列番号7)で、プライマー4が5'-CTGATGGTACGCCAAGAACAAGCTT -3'(配列番号8)である。鋳型としてPstIあるいはSacIで切断したKSM−AP1876株の染色体DNAを分子内結合した環状DNA群を用い、PCRキット(アプライド バイオシステム社製)によって逆PCR法(Triglia,T.et al.,Nucleic Acids Res.,16,81(1988))で(94℃ 1分,55℃ 1分,72℃ 5分を1サイクルとし、これを30サイクル繰り返す)DNA増幅を行った。PstIを用いて調製した鋳型を用いた場合約6kbpのDNA断片が、また、SacIを用いて調製した鋳型を用いた場合約3.5kbpのDNA断片が増幅された。これら増幅されたDNA断片の塩基配列をダイレクトシークエンス法で決めたところ、アルカリプルラナーゼ遺伝子とその上流および下流領域をコードする約5kbの配列が検出された。続いて、プライマー5(5'-CATTTTTAGCAGGTTAGTAAGTC -3'(配列番号9))、プライマー6(5' -CGGTACCCTTGTTGAACGGACAGC -3'(配列番号10))を用いて、さらに実施例1で得られた染色体DNAを鋳型として、アルカリプルラナーゼ遺伝子を含む約5kbpDNA断片を再びPCRで増幅した後、その5kbpDNA断片の全長の塩基配列をダイレクトシークエンス法で再確認し、配列の決定に至った。
【0024】
実施例3
実施例2で得られた配列を元にBacillus sp.KSM-AP1876株の染色体DNAを鋳型として、プライマー5(5'-CATTTTTAGCAGGTTAGTAAGTC -3'(配列番号11))、プライマー6(5'-CGGTACCCTTGTTGAACGGACAGC -3'(配列番号12))を用いて、アルカリプルラナーゼをコードする遺伝子約5kbをPCR法で増幅した。制限酵素SmaIで切断したベクタープラスミドpHY300PLKとPCR増幅断片を混合し、T4DNAリガーゼによる結合反応を行って組換えプラスミドを作製した。この組換えプラスミド混合物による形質転換処理を行ったE.coli懸濁液を7.5μg /mLテトラサイクリンを含むLB寒天プレート培地(1.0%トリプトン(ディフコ社製)、0.5%酵母エキス(ディフコ社製)、1.0%NaCl、1.5%寒天(和光純薬社製)〕に塗抹し37℃で24時間培養した。更に、出現した形質転換コロニー上に、0.2%プルラン、0.8%レッドプルラン(Kanno,M.and Tomiura,E.,Agric.Biol.Chem.,49,1529(1985))、1mg/mLリゾチーム、グリシン−NaCl−水酸化ナトリウム緩衝液(pH9.0)を含む0.8%寒天を重層し、37℃にて5時間反応させた。この結果、レッドプルランの分解によってコロニー周辺に透明なハローを形成した株1株が得られ、これをアルカリプルラナーゼ生産組換え微生物として分離した。
【0025】
実施例4
実施例3で得られた組換え微生物を、15μg /mLテトラサイクリンを含む5mLのLB培地(1.0%トリプトン(ディフコ社製)、0.5%酵母エキス(ディフコ社製)、1.0%NaCl)に接種し、37℃で一夜培養した後、これを500mLのLB培地に移植し、更に24時間振盪培養した。この培養液より遠心分離によって菌体を集め、常法(Maniatis, T.et al.,Molecular Cloning,Cold Spring Harbor Laboratory(1982))に従って、組換えプラスミド約500μg を調製した。得られた組換えプラスミドの制限酵素切断地図を作製したところ、図1に示した約5kb断片が含まれていることが明らかになり、これをプラスミドpAP100と命名した。また、pAP100によって形質転換されたE.coliHB101株をHB101(pAP100)株と命名した。
【0026】
実施例5
45mLのLB培地(テトラサイクリンを含む)で一晩培養したHB101(pAP100)株の培養液1mLを100mLのLB培地(テトラサイクリンを含む)に接種し、37℃で24時間振盪培養した。培養後、遠心分離によって集めた菌体をトリス−塩酸緩衝液(pH8.0)に懸濁し、超音波による破砕を行った。破砕後、遠心分離によって不溶物を取り除き、得られた上清液を無細胞抽出液とした。対照として、HB101(pBR322)株についても同様に無細胞抽出液を調製し、これらの抽出液中のプルラナーゼ活性を測定した。尚、プルラナーゼ活性は、40mMグリシン−NaCl−NaOH緩衝液(pH10)とプルラン(終濃度0.25%)を含む反応液中で、40℃、30分間の反応を行った後、生成した還元糖を3,5−ジニトロサリチル酸(3,5-dinitrosalicylic acid(DNS))法にて定量することによって測定し、1分間に1μmolのグルコースに相当する還元糖を生成する酵素量を1単位とした。
【0027】
この結果、HB101(pAP100)株の無細胞抽出液にはプルラナーゼ活性が認められた。更に、生産されたプルラナーゼの作用至適pHを測定した結果、図2に示したように、本酵素におけるプルラナーゼ活性は約pH8.5〜9.5に最適作用pHを有するアルカリプルラナーゼであることが明らかとなった。尚、酵素活性の測定には、ブリットン−ロビンソン緩衝液(H.T.S.Britton, G.Welford, J.Chem.Soc.,1848(1937))を用いた。
【0028】
実施例6
また、pAP100によって形質転換されたB. subtilis ISW1214株を100mLのB培地(バクトペプトン 2.8%、酵母エキス 0.05%、魚肉エキス0.5%、KH2PO4 0.1%、MgSO47H2O 0.02%、炭酸ナトリウム 1.0%、テトラサイクリン 7.5μg/mL)に接種して30℃で更に3日間振盪培養した後、遠心分離してアルカリプルラナーゼの粗酵素液を得た。粗酵素液に対しDEAE−セルロースによる吸着、セファロース−α−サイクロデキストリン アフィニティーカラム処理、セファクリルS−200カラム処理の順での精製過程を経て、電気泳動的に均一な酵素標品を得た。本酵素のプルラナーゼ活性の作用至適pHを実施例5と同様に測定した結果、最適pHは8.5〜9.5であった。
【0029】
【発明の効果】
本発明のアルカリプルラナーゼは、最適反応pHを8.5〜9.5に有し、アルカリ性領域において最大活性を有することから衣料用又は食器用洗剤酵素等として有用である。また、本発明のアルカリプルラナーゼ遺伝子を用いることにより、当該アルカリプルラナーゼを単一且つ大量に生産することが可能となる。
【0030】
【配列表】

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【0031】
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【0032】
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【0033】
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【0034】
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【0035】
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【0036】
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【0037】
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【0038】
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【0039】
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【0040】
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【0041】
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【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、アルカリプルラナーゼ遺伝子(Bacillus sp. KSM-AP1876株由来)のを含有したプラスミド(pAP100)の制限酵素地図を示す図である。
【図2】図2は、アルカリプルラナーゼのpHプロファイルを示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an alkaline pullulanase useful as a detergent enzyme and a gene encoding the same.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Pullulanase is a kind of amylolytic enzyme that cleaves only α-1,6 glucoside bond existing in starch, glycogen, amylopectin or pullulan molecule, and finally generates maltotriose. Endo-amylase and exo-type By using in combination with amylase, malto-oligosaccharides such as glucose, maltose, maltotriose, maltotetraose, maltopentaose and maltohexaose can be produced from starch. is there.
[0003]
On the other hand, pullulanase can also be used as a detergent enzyme because it can decompose and remove starch adhering to tableware and fibers, and the present inventors have incorporated starch puranase together with amylase into dishwashing or clothing detergents to provide starch. It has been found that the detergency against dirt is greatly improved (JP-A-2-132193).
[0004]
However, most of the pullulanases found in nature exhibit the maximum enzyme activity in the neutral to acidic region, and have the maximum enzyme activity in the alkaline region, which is a necessary condition for the detergent composition. Alkaline pullulanase has been previously reported by Nakamura and Horikoshi (Biochim. Biophys. Acta, 397, 188 (1975), Japanese Patent Publication No. 53-27786) and Bacillus sp ( Bacillus sp. .) An enzyme derived from the KSM-AP1876 strain (JP-A-3-87176) is only known.
Accordingly, there is a demand for an alkaline pullulanase that exhibits sufficient enzyme activity even in the presence of a surfactant and is highly useful as a detergent enzyme.
[0005]
An object of the present invention is to efficiently produce a large amount of an alkaline pullulanase that operates in an alkaline region and exhibits sufficient enzyme activity even in the presence of a surfactant, a gene encoding the same, and a genetic engineering technique. It is to provide a method for doing this.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have found an alkaline pullulanase that acts in an alkaline region from enzymes produced by microorganisms in soil, and have succeeded in cloning a gene encoding the alkaline pullulanase and establishing a production technique by gene recombination. .
[0007]
That is, the present invention encodes an alkaline pullulanase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or an amino acid sequence in which one or several amino acids of the amino acid sequence are deleted, substituted or added, and the alkaline pullulanase. A gene is provided.
[0008]
Furthermore, the present invention provides a recombinant vector containing the above alkaline pullulanase gene, a transformant containing the recombinant vector, and a method for producing alkaline pullulanase using these.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The alkaline pullulanase of the present invention has an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or an amino acid sequence in which one or several amino acids of the amino acid sequence are deleted, substituted or added, and has an alkaline pullulanase activity. Unless deleted, amino acid deletion, substitution or addition (hereinafter sometimes referred to as mutation) in the amino acid sequence is not particularly limited, but it is 80% or more homologous with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2. It is preferable to have. Moreover, 1 to several amino acids may be added or deleted at the N-terminus in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
Here, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 corresponds to the 209th to 1028th amino acid sequences represented by SEQ ID NO: 1, and a DNA fragment (SEQ ID NO: 4) encoding such amino acid is expressed. When ligated to the plasmid vector pHSP64 (Sumitomo, N. et al., Biosci, Biotech, Biochem. 59, 2172-1995, 1995) and expressed by Bacillus subtilis , an alkali having the amino acid shown in SEQ ID NO: 1 An alkaline pullulanase having an enzyme activity similar to that of pullulanase is obtained.
[0010]
The alkaline pullulanase gene of the present invention may be any gene as long as it encodes the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 or the variant thereof as long as the alkali pullulanase activity is not impaired, and SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 respectively. Or a base sequence in which one or several bases of the base sequence are deleted, substituted, or added.
[0011]
The amino acid sequence of the alkaline pullulanase of the present invention and the base sequence of the gene have a unique amino acid sequence and base sequence different from those of the pullulanase known so far, and as described later, its enzymatic properties are also as follows: It is a novel enzyme different from the conventional pullulanase, including the enzyme reported by Arara (JP-A-3-87176).
[0012]
The alkaline pullulanase of the present invention is a microorganism isolated from nature, such as Bacillus sp. KSM-AP1876 strain, which has been isolated from soil in Yokohama, Kanagawa Prefecture and deposited as MICRO Kenjo No. 3049 (FERM BP-3049). These mutants can be obtained by culturing and collecting from the obtained culture, but a gene encoding the alkaline pullulanase is obtained, and a recombinant vector is prepared using the gene, and the recombinant vector is used. According to the method of transforming host cells, culturing the obtained transformant, and collecting alkaline pullulanase from the culture, mass production can be achieved.
[0013]
The alkaline pullulanase gene of the present invention can be obtained by using, for example, a DNA fragment obtained from an alkaline pullulanase-producing bacterium such as Bacillus sp. KSM-AP1876 described above by, for example, total or partial degradation of chromosomal DNA with an appropriate restriction enzyme. It can be cloned by using a shotgun method that is incorporated into Escherichia coli, introduced into E. coli, Bacillus subtilis, or the like and expressed, or by synthesizing appropriate primers and using the PCR method.
Here, the chromosomal DNA is obtained from the donor strain by, for example, the method of Marmur (J., J. Mol. Biol., 3, 208 (1961)), the method of Saito and Miura (Biochem. Biophys. Acta, 72, 619 (1963)) or What is necessary is just to acquire using another similar method, and what kind of restriction enzyme can be used if it does not cut | disconnect the said gene.
When using the PCR method, for example, based on the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, a primer having a sequence corresponding to the upstream position of the 5 ′ end and the downstream position of the 3 ′ end of the active expression essential region is synthesized, An alkaline pullulanase gene can be obtained by performing a PCR reaction using the chromosomal DNA of an alkaline pullulanase-producing bacterium as a template.
[0014]
As a host / vector system used for the production of a recombinant vector containing a gene fragment, the host strain can express the alkaline pullulanase gene of the present invention, and the recombinant DNA can be replicated and integrated in the host fungus. Any gene can be used as long as it can stably retain the gene. Examples include the EK system using Escherichia coli K-12 strain as the host, and the BM system using the Marburg strain of Bacillus subtilis as the host. Here, host strains include, for example, the HB101 strain, the C600 strain, the JM109 strain, and the BM strain in the EK strain, for example, the BD170 strain, the MI112 strain, and the ISW1214 strain, and the vectors include, for example, pBR322, Examples of pHY300PLK and pUC18, and examples of BM systems include pUB110 and pHY300PLK, and vectors constructed using these can also be used.
A preferred example of the recombinant DNA containing the gene of the present invention is plasmid pAP100 (FIG. 1). This plasmid is a 10.1 kbp recombinant plasmid comprising a fragment containing the gene of the present invention of 5.0 kbp and a part of pHY300PLK. A preferred example of the recombinant microorganism containing the recombinant DNA is E. coli HB101 (pAP100) strain.
[0015]
For example, in the case of an EK host strain, the method of transformation of a host strain with recombinant DNA is the calcium chloride method (Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53, 159 (1970)), etc. In the case of a BM host strain, a protoplast method (Chang, C. and Cohen. SN, Mol. Gen. Genet., 168, 111 (1978)) or the like can be used.
[0016]
For selection of recombinant microorganisms, the transformed cells are transplanted and cultured on agar plates containing pullulan or red pullulan by the replica method, etc., then colonies appear, and halos are formed on the pullulan agar plates. This can be done by detecting colonies that can do. Recombinant DNA retained by the obtained recombinant microorganism is obtained by using a normal plasmid preparation method or phage DNA preparation method (Maniatis, T. et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, (1982)). Furthermore, it can be confirmed that the recombinant DNA is a combination of the vector DNA and the DNA fragment containing the alkaline pullulanase gene by analyzing the cleavage pattern of various restriction enzymes by electrophoresis or the like.
[0017]
The transformant can be cultured by inoculating a medium containing an assimilable carbon source, nitrogen source and other essential nutrients according to a conventional method. From the obtained culture broth, a generally known enzyme can be cultured. Alkaline pullulanase can be obtained by a method according to the collection and purification method.
[0018]
The alkaline pullulanase of the present invention thus obtained has the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2, and its enzymatic property is that the optimum reaction pH is 8.5 to 9.5 as shown below. Has characteristics.
[0019]
<Enzymological properties>
(1) Hydrolysis of α-1,6 glucoside bond of action pullulan to produce maltotriose. It also hydrolyzes the α-1,6 glucoside bond of starch, amylopectin and glycogen.
(2) Optimum reaction pH
The pH is 8.5 to 9.5.
(3) Stable pH
It is extremely stable in the pH range of 7-10.
(4) It operates at an optimum reaction temperature of 50 to 55 ° C.
(5) Heat resistance is stable up to 50 ° C. (retains 85% or more activity in a 30-minute treatment at 50 ° C. in a buffer solution of 10 mM Tris / HCl (pH 8.5)).
(6) Molecular weight The estimated molecular weight of the wild type by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis is 120,000 to 130,000.
[0020]
Therefore, the alkaline pullulanase of the present invention exhibits excellent enzyme activity even in the presence of a surfactant, and is used in the form of a liquid, powder, granule or the like as an enzyme for detergents, for example, detergents for clothes, dishwashing detergents, etc. can do.
[0021]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. In addition, all the density | concentrations in a present Example show weight%.
[0022]
Example 1
Bacillus sp. KSM-AP1876, which produces alkaline pullulanase, was added to 5 mL of A medium (2.8% bactopeptone, 0.05% yeast extract, 0.5% fish extract, KH 2 PO 4 0.1%, MgSO 4. 7H 2 O 0.02%, sodium carbonate 1.0%), and after 24 hours of shaking culture at 30 ° C., 1 mL of this was inoculated into 100 mL of the same medium and further shaken at 30 ° C. for 12 hours. did. Thereafter, the cells were collected by centrifugation, and about 1 mg of chromosomal DNA was obtained according to the method of Saito and Miura.
[0023]
Example 2
An attempt was made to obtain a part of the alkaline pullulanase gene by PCR using the chromosomal DNA obtained in Example 1 as a template. The primer DNA used for amplification was designed from amino acid consensus sequences of known acidic or neutral pullulanases. The sequence of primer 1 is 5′-TATAATTGGGGT (A) TATGATCCT (A) C-3 ′ (SEQ ID NO: 5), which is designed based on the amino acid sequence consisting of YNWGYDPH. The sequence of primer 2 is 5′-ACCCATCATATCAAAT (A) CT (G) AAAA (T) CC-3 ′ (SEQ ID NO: 6), which is designed based on the amino acid sequence consisting of GFRFDMMG. As a result of PCR (94 ° C. for 1 minute, 45 ° C. for 1 minute, 60 ° C. for 1 minute for 30 cycles) using Pwo polymerase, a PCR amplified fragment consisting of about 370 bp was obtained. The base sequence of an about 370 bp-PCR amplified fragment is determined, a primer is designed based on the determined sequence, and the gene extension to the 5 'side and 3' side of the about 370 bp-PCR amplified fragment is amplified. Tried. Primer 3 is 5'-TGCCCGTTAGAGCGAAATAACTTTG-3 '(SEQ ID NO: 7), and primer 4 is 5'-CTGATGGTACGCCAAGAACAAGCTT-3' (SEQ ID NO: 8). Using a circular DNA group in which chromosomal DNA of KSM-AP1876 strain cleaved with PstI or SacI was intramolecularly bound as a template, a reverse PCR method (Triglia, T. et al., Nucleic Acids) was performed using a PCR kit (Applied Biosystems). Res., 16, 81 (1988)) (94 ° C. for 1 minute, 55 ° C. for 1 minute, 72 ° C. for 5 minutes for one cycle and repeating this for 30 cycles) was performed for DNA amplification. When a template prepared using PstI was used, a DNA fragment of about 6 kbp was amplified. When a template prepared using SacI was used, a DNA fragment of about 3.5 kbp was amplified. When the base sequences of these amplified DNA fragments were determined by the direct sequencing method, a sequence of about 5 kb encoding the alkaline pullulanase gene and its upstream and downstream regions was detected. Subsequently, using the primer 5 (5′-CATTTTTAGCAGGTTAGTAAGTC-3 ′ (SEQ ID NO: 9)) and the primer 6 (5′-CGGTACCCTTGTTGAACGGACAGC-3 ′ (SEQ ID NO: 10)), the chromosomal DNA obtained in Example 1 was further obtained. As a template, an about 5 kbp DNA fragment containing the alkaline pullulanase gene was amplified again by PCR, and then the full-length base sequence of the 5 kbp DNA fragment was reconfirmed by the direct sequencing method, resulting in the determination of the sequence.
[0024]
Example 3
Based on the sequence obtained in Example 2, using the chromosomal DNA of Bacillus sp. KSM-AP1876 as a template, primer 5 (5′-CATTTTTAGCAGGTTAGTAAGTC-3 ′ (SEQ ID NO: 11)), primer 6 (5′-CGGTACCCTTGTTGAACGGACAGC − 3 ′ (SEQ ID NO: 12)) was used to amplify about 5 kb of a gene encoding alkaline pullulanase by PCR. A vector plasmid pHY300PLK cleaved with the restriction enzyme SmaI and a PCR amplified fragment were mixed, and a binding reaction with T4 DNA ligase was performed to prepare a recombinant plasmid. E. coli transformed with this recombinant plasmid mixture. The LB agar plate medium (1.0% tryptone (manufactured by Difco), 0.5% yeast extract (manufactured by Difco), 1.0% NaCl, 1.5% containing 7.5 μg / mL tetracycline) % Agar (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)] and cultured for 24 hours at 37 ° C. Further, 0.2% pullulan and 0.8% red pullulan (Kanno, M. and Tomiura) were formed on the appeared transformed colonies. , E., Agric. Biol. Chem., 49, 1529 (1985)), 0.8% agar containing 1 mg / mL lysozyme, glycine-NaCl-sodium hydroxide buffer (pH 9.0) was overlaid. The reaction was allowed to proceed for 5 hours at 0 ° C. As a result, a strain having a transparent halo formed around the colony by decomposition of red pullulan was obtained, which was isolated as an alkaline pullulanase-producing recombinant microorganism.
[0025]
Example 4
The recombinant microorganism obtained in Example 3 was added to 5 mL of LB medium (1.0% tryptone (Difco), 0.5% yeast extract (Difco), 1.0% containing 15 μg / mL tetracycline. NaCl) was inoculated and cultured overnight at 37 ° C., then transferred to 500 mL of LB medium, and further cultured with shaking for 24 hours. Bacteria were collected from this culture by centrifugation, and about 500 μg of a recombinant plasmid was prepared according to a conventional method (Maniatis, T. et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory (1982)). When a restriction enzyme cleavage map of the obtained recombinant plasmid was prepared, it was revealed that the approximately 5 kb fragment shown in FIG. 1 was contained, and this was designated as plasmid pAP100. In addition, E. coli HB101 strain transformed with pAP100 was named HB101 (pAP100) strain.
[0026]
Example 5
1 mL of a culture solution of HB101 (pAP100) strain cultured overnight in 45 mL of LB medium (including tetracycline) was inoculated into 100 mL of LB medium (including tetracycline), and cultured with shaking at 37 ° C. for 24 hours. After culturing, the cells collected by centrifugation were suspended in Tris-HCl buffer (pH 8.0) and disrupted by ultrasonic waves. After crushing, insoluble matters were removed by centrifugation, and the resulting supernatant was used as a cell-free extract. As a control, cell-free extracts were similarly prepared for the HB101 (pBR322) strain, and the pullulanase activity in these extracts was measured. Note that the pullulanase activity was reduced after the reaction was carried out at 40 ° C. for 30 minutes in a reaction solution containing 40 mM glycine-NaCl-NaOH buffer (pH 10) and pullulan (final concentration 0.25%). Was measured by 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) method, and the amount of enzyme that produces a reducing sugar corresponding to 1 μmol of glucose per minute was defined as 1 unit.
[0027]
As a result, pullulanase activity was observed in the cell-free extract of HB101 (pAP100) strain. Furthermore, as a result of measuring the optimum pH of action of the produced pullulanase, as shown in FIG. 2, the pullulanase activity of the enzyme is an alkaline pullulanase having an optimum action pH of about pH 8.5 to 9.5. It became clear. In addition, Britton-Robinson buffer (HTSBritton, G. Welford, J. Chem. Soc., 1848 (1937)) was used for the measurement of enzyme activity.
[0028]
Example 6
In addition, B. subtilis ISW1214 strain transformed with pAP100 was added to 100 mL of B medium (2.8% bactopeptone, 0.05% yeast extract, 0.5% fish extract, KH 2 PO 4 0.1%, MgSO 4 7H 2 O 0.02%, sodium carbonate 1.0%, tetracycline 7.5 μg / mL), and further cultured with shaking at 30 ° C. for 3 days, followed by centrifugation to obtain a crude enzyme solution of alkaline pullulanase. It was. The crude enzyme solution was subjected to purification steps in the order of adsorption by DEAE-cellulose, Sepharose-α-cyclodextrin affinity column treatment, and Sephacryl S-200 column treatment to obtain an enzyme sample that was electrophoretically uniform. As a result of measuring the optimum pH of the pullulanase activity of this enzyme in the same manner as in Example 5, the optimum pH was 8.5 to 9.5.
[0029]
【The invention's effect】
The alkaline pullulanase of the present invention has an optimum reaction pH of 8.5 to 9.5 and has the maximum activity in the alkaline region, and thus is useful as a detergent for clothes or tableware. In addition, by using the alkaline pullulanase gene of the present invention, it becomes possible to produce the alkaline pullulanase in a single and a large amount.
[0030]
[Sequence Listing]
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[0032]
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[0040]
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[0041]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a restriction enzyme map of a plasmid (pAP100) containing an alkaline pullulanase gene (derived from Bacillus sp. KSM-AP1876 strain).
FIG. 2 is a diagram showing a pH profile of alkaline pullulanase.

Claims (6)

配列番号1若しくは配列番号2に示すアミノ酸配列又は該アミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有するアルカリプルラナーゼ。An alkaline pullulanase having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, or an amino acid sequence in which one or several amino acids of the amino acid sequence are deleted, substituted or added. 請求項1記載のアルカリプルラナーゼをコードする遺伝子。A gene encoding the alkaline pullulanase according to claim 1. 配列番号3若しくは配列番号4に示す塩基配列又は該塩基配列の1若しくは数個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列を有する請求項2記載のアルカリプルラナーゼ遺伝子。The alkaline pullulanase gene according to claim 2, which has the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4 or a base sequence in which one or several bases of the base sequence are deleted, substituted or added. 請求項2又は3記載の遺伝子を含有する組換えベクター。A recombinant vector containing the gene according to claim 2 or 3. 請求項4記載の組換えベクターを含む形質転換体。A transformant comprising the recombinant vector according to claim 4. 請求項5記載の形質転換体を培養する請求項1記載のアルカリプルラナーゼの製造法。The method for producing an alkaline pullulanase according to claim 1, wherein the transformant according to claim 5 is cultured.
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