JP4563789B2 - D-aminoacylase gene - Google Patents

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Description

本発明は、新規なD-アミノアシラーゼ遺伝子、および該遺伝子を利用したD-アミノアシラーゼの製造方法に関する。   The present invention relates to a novel D-aminoacylase gene and a method for producing D-aminoacylase using the gene.

酵素は触媒活性を持つタンパク質であり、アミノ酸がタンパク質のおもな構成成分である。タンパク質がその機能を発揮するためには、複雑かつ厳密な立体構造を保持する必要がある。   Enzymes are proteins with catalytic activity, and amino acids are the main constituents of proteins. In order for a protein to exert its function, it is necessary to maintain a complicated and exact three-dimensional structure.

光学活性なアミノ酸は調味料、食品添加物、飼料添加物、または医薬、農薬の合成原料として様々な用途に用いられている。特にL-アミノ酸は調味料、医薬用輸送などに用いられ、その利用価値は高い。L-アミノ酸の生産はタンパク質の加水分解法、発酵法、そして酵素法など多様である。L-アミノ酸の大部分が微生物を用いた発酵法によって生産されているが、いくつかのアミノ酸については化学合成された基質から酵素法を用いて生産が行われている。   Optically active amino acids are used in various applications as seasonings, food additives, feed additives, or synthetic raw materials for pharmaceuticals and agricultural chemicals. In particular, L-amino acids are used for seasonings, pharmaceutical transportation and the like, and their utility value is high. The production of L-amino acids is diverse, including protein hydrolysis, fermentation, and enzymatic methods. Most of L-amino acids are produced by fermentation using microorganisms, but some amino acids are produced from chemically synthesized substrates using enzymatic methods.

一方、D-アミノ酸は細菌細胞壁のペプチドグリカンやペプチド性抗生物質にその存在が知られていたが、非タンパク性アミノ酸であるがゆえに、ほとんど注目されていなかった。しかし、1981年に南米産の両性類カエルの皮膚に、D-アラニンを含むモルヒネ様鎮痛活性を示すペプチドdermorphinの存在することが報告された。最近では、ヒトの歯のエナメル質、目の水晶体、脳のタンパク質中のL-アミノ酸が老化とともにラセミ化を受けD-型に変化すること、また、血液や小脳、脳下垂体、副腎、睾丸、脾臓にD-アミノ酸が遊離型として存在すること、さらには、アルツハイマー病では脳内に蓄積するβ-アミロイドタンパク質中のアスパラギン酸およびセリン残基がD-型に変化することも明らかにされている。D-アミノ酸に関して数々の知見が得られていることから、今後、医薬品や農薬等の合成原料としてD-アミノ酸の需要が高まることが考えられ、効率的なD-アミノ酸生産方法が求められている。   On the other hand, D-amino acids were known to exist in peptidoglycans and peptidic antibiotics on the bacterial cell wall, but because they are non-protein amino acids, they have received little attention. However, it was reported in 1981 that the peptide dermorphin containing morphine-like analgesic activity containing D-alanine was present in the skin of South American amphibian frogs. Recently, L-amino acids in human tooth enamel, eye lens, and brain proteins undergo racemization and change to D-type with aging. Also, blood, cerebellum, pituitary gland, adrenal gland, testicles In addition, it has been clarified that D-amino acid is present in the spleen as a free form, and that aspartate and serine residues in β-amyloid protein accumulated in the brain in Alzheimer's disease are changed to D-form. Yes. Since a lot of knowledge about D-amino acids has been obtained, the demand for D-amino acids as synthetic raw materials for pharmaceuticals and agricultural chemicals is expected to increase in the future, and an efficient method for producing D-amino acids is required. .

酵素法によるD-アミノ酸生産方法としては、D-ヒダントイナーゼを用いたD-p-ヒドロキシグリシンを生産する方法が知られている。他には、N-アシル-DL-アミノ酸にD-アミノアシラーゼあるいはL-アミノアシラーゼを作用させる方法が挙げられる。この方法は煩雑な操作を必要とするため、さらにより効率的なD-アミノ酸生産方法が開発されている。この改良された方法では、N-アシルアミノ酸ラセマーゼとD-アミノアシラーゼを併用し、D-アミノアシラーゼによるN-アシル-D-アミノ酸の加水分解と同時に、反応系に残存する光学異性体をN-アシルアミノ酸ラセマーゼによりラセミ化することにより、一段階でD-アミノ酸に変換する(非特許文献1-5)。このように、D-アミノ酸の生産において、D-アミノアシラーゼは重要な役割を果たす。   As a method for producing D-amino acid by an enzymatic method, a method for producing D-p-hydroxyglycine using D-hydantoinase is known. Other methods include the action of D-aminoacylase or L-aminoacylase on N-acyl-DL-amino acids. Since this method requires complicated operations, a more efficient D-amino acid production method has been developed. In this improved method, N-acylamino acid racemase and D-aminoacylase are used in combination, and at the same time as hydrolysis of N-acyl-D-amino acid by D-aminoacylase, the optical isomer remaining in the reaction system is converted to N- It is converted to D-amino acid in one step by racemization with acylamino acid racemase (Non-patent Documents 1-5). Thus, D-aminoacylase plays an important role in the production of D-amino acids.

D-アミノアシラーゼはN-アシル-D-アミノ酸を加水分解し、D-アミノ酸生成を触媒する酵素である。D-アミノアシラーゼについて、現在までに放線菌ではStreptomyces 属(Streptomyces olivaceus 62-3、Streptomyces tuirus IFO13418)、細菌では、Pseudomonas属(Pseudomonas sp. KT83、Pseudomonas sp. AAA6029、Pseudomonas sp. 1158)とAlcaligenes 属(Alcaligenes denitrificans DA181、Alcaligenes faecalis DA1、Alcaligenes xylosoxydans A-6、Alcaligenes xylosoxydans MI-4)で報告がされている。これらの酵素は、Pseudomonas sp. KT83、Pseudomonas sp. AAA6029、そしてStreptomyces属を除いて精製され、その性質が調べられている。その結果、この酵素が誘導酵素であり、Alcaligenes xylosoxydans A-6においては誘導物質を変えることによって基質特異性の異なった3種類のD-アミノアシラーゼ類が報告されている。Alcaligenes xylosoxydans A-6由来のこれら3種の酵素は全て遺伝子がクローニングされ、D-アミノアシラーゼについては大腸菌内での発現にも成功している。また、Alcaligenes denitrificans DA181では、同時に生産されているL-アミノアシラーゼについても精製され、その性質が調べられている。さらにAlcaligenes xylosoxydans A-6由来のD-アミノアシラーゼについては活性、金属結合部位に関与するアミノ酸残基が推測されている。そして、最近、TsaiらのグループがAlcaligenes faecalis DA1由来のD-アミノアシラーゼの結晶化に成功し、2003年にはX線結晶解析の詳細を報告している。その報告により、D-アミノアシラーゼの金属結合と触媒に関するアミノ酸が同定された。これらの詳細な解析により、D-アミノアシラーゼがウレアーゼ、シトシンデアミナーゼなどが属する、金属依存性のドメインを持つヒドロラーゼのス−パーファミリーに属していると考えられている。   D-aminoacylase is an enzyme that hydrolyzes N-acyl-D-amino acids and catalyzes the production of D-amino acids. About D-aminoacylase, Streptomyces genus (Streptomyces olivaceus 62-3, Streptomyces tuirus IFO13418) has been used for actinomycetes, and Pseudomonas genus (Pseudomonas sp. KT83, Pseudomonas sp. AAA6029, Pseudomonas sp. 1158) and Alcaligenes genus (Alcaligenes denitrificans DA181, Alcaligenes faecalis DA1, Alcaligenes xylosoxydans A-6, Alcaligenes xylosoxydans MI-4). These enzymes have been purified except for Pseudomonas sp. KT83, Pseudomonas sp. AAA6029, and Streptomyces, and their properties have been investigated. As a result, this enzyme is an inducing enzyme. In Alcaligenes xylosoxydans A-6, three kinds of D-aminoacylases having different substrate specificities by changing the inducing substance have been reported. All three enzymes derived from Alcaligenes xylosoxydans A-6 have been cloned, and D-aminoacylase has been successfully expressed in E. coli. In addition, in Alcaligenes denitrificans DA181, L-aminoacylase produced at the same time has also been purified and its properties have been investigated. Furthermore, with respect to D-aminoacylase derived from Alcaligenes xylosoxydans A-6, amino acid residues involved in activity and metal binding sites are presumed. Recently, the group of Tsai et al. Succeeded in crystallization of D-aminoacylase derived from Alcaligenes faecalis DA1, and reported details of X-ray crystallography in 2003. The report identified amino acids related to metal binding and catalysis of D-aminoacylase. From these detailed analyses, it is considered that D-aminoacylase belongs to the superfamily of hydrolases having metal-dependent domains to which urease, cytosine deaminase and the like belong.

しかし、上記D-アミノアシラーゼは、すべて、温度安定性は50℃以下、至適温度は50℃以下であり、耐熱性に優れているとはいえない。耐熱性D-アミノアシラーゼが存在すれば、耐熱性に応じて酵素の耐久性が向上して、経済的に有利である。また、耐熱性D-アミノアシラーゼをD-アミノ酸製造に応用する場合、反応温度を高く設定出来るので、溶解度から原料等の濃度を高くすることが可能になり、同様に経済的なメリットがある。   However, all of the above-mentioned D-aminoacylases have temperature stability of 50 ° C. or less and optimum temperature of 50 ° C. or less, and cannot be said to have excellent heat resistance. If thermostable D-aminoacylase is present, the durability of the enzyme is improved according to the heat resistance, which is economically advantageous. In addition, when thermostable D-aminoacylase is applied to D-amino acid production, since the reaction temperature can be set high, the concentration of raw materials and the like can be increased from the solubility, and there is also an economic merit.

このような耐熱性D-アミノアシラーゼとして、Streptomyces thermonitrificans CS5-9株D-アミノアシラーゼが報告されている。この酵素は、以前に本発明者らによって発見された。本発明者らは、実用的なD-アミノアシラーゼの獲得を目的としてスクリーニングを行い、50℃で生育可能なStreptomyces thermonitrificans CS5-9株にD-アミノアシラーゼ活性を見出し、Streptomyces thermonitrificans CS5-9株由来D-アミノアシラーゼを精製し、該酵素が耐熱性酵素であることを確認した(特許文献1)。耐熱性酵素の多くは、タンパク質の立体配座が高温でも崩れず、触媒活性を示すが、なかには高温下では変性して活性がないが、常温に戻すと再生して触媒活性を示すものもある。この耐熱性という性質は、一般的な酵素が持つ、安定性に乏しく細胞抽出や長期保存により失活しやすいという欠点を改善している。上記酵素の工業的使用には大量の酵素が必要となる。上記酵素の遺伝子を単離できれば、有用な耐熱性D-アミノアシラーゼの大量生産が可能となる。しかしながらこれまでにStreptomyces thermonitrificans CS5-9株由来D-アミノアシラーゼ遺伝子の単離の報告はない。
特開2002-45179 S.Tokuyama,K.Hatano,and T.Takahashi :Discovery of a novel enzyme, N-Acylamino acid racemase in an Actinomycete :screening, isolation, and identification.,Biosci. Biotech. Biochem.,58,24(1994) S.Tokuyama , K.Hatano :Purification and properties of a novel enzyme, N-acylamino acid racemase, from Streptomyces atrarus Y-53., Appl. Microbiol. Biotechnol.,40,835(1994) S.Tokuyama , K.Hatano :Purification and properties of thermostable N-acylamino acid racemase from Amycolatopsis sp. TS1-60., Appl. Microbiol. Biotechnol.,42,853(1995) S.Tokuyama , K.Hatano :Cloning, DNA sequencing and heterologous expression of the gene for thermostable N-acylamino acid racemase from Amycolatopsis sp. TS-1-60 in Escherichia coli., Appl. Microbiol. Biotechnol.,42,884(1995) S.Tokuyama , K.Hatano : Overexpression of the gene for N-acylamino acid racemase from Amycolatopsis sp. TS-1-60 in Escherichia coli and continuous production of optically active methionine by a bioreactor., Appl. Microbiol. Biotechnol.,44,774(1996)
As such a thermostable D-aminoacylase, Streptomyces thermonitrificans CS5-9 strain D-aminoacylase has been reported. This enzyme was previously discovered by the inventors. The present inventors screened for the purpose of obtaining practical D-aminoacylase, found D-aminoacylase activity in Streptomyces thermonitrificans CS5-9 strain that can grow at 50 ° C., and derived from Streptomyces thermonitrificans CS5-9 strain D-aminoacylase was purified and confirmed to be a thermostable enzyme (Patent Document 1). Many thermostable enzymes do not collapse even at high temperatures and show catalytic activity, but some of them are denatured and inactive at high temperatures, but some regenerate to show catalytic activity at room temperature. . This heat-resistant property improves the disadvantage of general enzymes that are poor in stability and easily inactivated by cell extraction and long-term storage. A large amount of enzyme is required for industrial use of the enzyme. If the enzyme gene can be isolated, mass production of useful thermostable D-aminoacylase can be achieved. However, there has been no report on the isolation of the D-aminoacylase gene derived from Streptomyces thermonitrificans CS5-9 so far.
JP2002-45179 S. Tokuyama, K. Hatano, and T. Takahashi: Discovery of a novel enzyme, N-Acylamino acid racemase in an Actinomycete: screening, isolation, and identification., Biosci. Biotech. Biochem., 58, 24 (1994) S. Tokuyama, K. Hatano: Purification and properties of a novel enzyme, N-acylamino acid racemase, from Streptomyces atrarus Y-53., Appl. Microbiol. Biotechnol., 40, 835 (1994) S. Tokuyama, K. Hatano: Purification and properties of thermostable N-acylamino acid racemase from Amycolatopsis sp. TS1-60., Appl. Microbiol. Biotechnol., 42, 853 (1995) S. Tokuyama, K. Hatano: Cloning, DNA sequencing and heterologous expression of the gene for thermostable N-acylamino acid racemase from Amycolatopsis sp. TS-1-60 in Escherichia coli., Appl. Microbiol. Biotechnol., 42, 884 (1995) S. Tokuyama, K. Hatano: Overexpression of the gene for N-acylamino acid racemase from Amycolatopsis sp. TS-1-60 in Escherichia coli and continuous production of optically active methionine by a bioreactor., Appl. Microbiol. Biotechnol., 44,774 (1996)

本発明が解決しようとする課題は、Streptomyces thermonitrificans CS5-9株由来D-アミノアシラーゼ遺伝子の単離および該遺伝子を用いたD-アミノアシラーゼの製造方法を構築することである。   The problem to be solved by the present invention is to isolate a D-aminoacylase gene derived from Streptomyces thermonitrificans CS5-9 strain and to construct a method for producing D-aminoacylase using the gene.

上記課題を解決すべく、本発明者らは、Streptomyces thermonitrificans CS5-9株由来D-アミノアシラーゼ遺伝子の単離を目的として鋭意研究を行った。当初、Streptomyces thermonitrificans CS5-9株由来D-アミノアシラーゼは既に単離されていることから、該D-アミノアシラーゼのアミノ酸配列を決定して、PCR法によるクローニングを行うことを考えた。しかし上記アミノ酸配列決定を行うには、Streptomyces thermonitrificans CS5-9株のD-アミノアシラーゼの生産量が少ないために精製酵素を大量に得ることが難しく、また、酵素タンパク質のN-末端がブロックされているという難点があり、これを断念した。次に、既にクローニングされているAlcaligenes 属細菌由来D-アミノアシラーゼ遺伝子の配列からPCR用プライマーを合成することを考えた。しかし、放線菌遺伝子のGC含量は一般的な細菌の遺伝子のGC含量に比べてきわめて高いため、上記遺伝子の配列に基づいたPCR用プライマーの設計も困難であった。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research for the purpose of isolating a D-aminoacylase gene derived from Streptomyces thermonitrificans CS5-9. Initially, since D-aminoacylase derived from Streptomyces thermonitrificans CS5-9 strain has already been isolated, it was considered to determine the amino acid sequence of the D-aminoacylase and to perform cloning by PCR. However, in order to determine the amino acid sequence described above, it is difficult to obtain a large amount of purified enzyme due to the small amount of D-aminoacylase produced by Streptomyces thermonitrificans CS5-9, and the N-terminus of the enzyme protein is blocked. I abandoned this because of the difficulty. Next, we sought to synthesize PCR primers from the sequence of the already cloned Alcaligenes bacterium-derived D-aminoacylase gene. However, since the GC content of actinomycetes genes is extremely high compared to the GC content of general bacterial genes, it was difficult to design PCR primers based on the gene sequences.

このように目的遺伝子のクローニングに困難を来たす中、本発明者らはStreptomyces coelicolor の遺伝子:SCO4986(データベース上の名称)に着目した。Streptomyces coelicolorは既にゲノム解析が完了している放線菌の一つであり、SCO4986のDNA配列は公知である。しかし、SCO4986の機能は未知であり、D-アミノアシラーゼ活性を持つことは全く知られていなかった。さらに、SCO4986と既知Alcaligenes xylosoxydans由来D-アミノアシラーゼ遺伝子との類似性はアミノ酸配列でたった34%と低い。このような状況にもかかわらず、本発明者らはStreptomyces coelicolor のSCO4986遺伝子をD-アミノアシラーゼ類似遺伝子(Scdaa)と推測してクローニングし、Scdaaが実際にD-アミノアシラーゼ活性を有することを確認した。続いて、該Scdaa、Alcaligenes xylosoxydans D-アミノアシラーゼ遺伝子、さらにStreptomyces avermitilisの間で部分的に類似性の高い箇所を探し出し、該類似性の高い配列に基づきプライマーを設計した。この合成したプライマーを用い、Streptomyces thermonitrificans CS5-9株のtotalDNAを鋳型としてPCR法を実施し、本発明者らは、ついにStreptomyces thermonitrificansのD-アミノアシラーゼ遺伝子の増幅に初めて成功した。さらに本発明者らは、増幅断片の一部を用いてサザンハイブリダイゼーションを実施し、該遺伝子の完全な遺伝子の取得に成功し、本発明を完成させた。   In this way, the present inventors focused on the Streptomyces coelicolor gene: SCO4986 (name on the database), which has caused difficulties in cloning the target gene. Streptomyces coelicolor is one of the actinomycetes for which genome analysis has already been completed, and the DNA sequence of SCO4986 is known. However, the function of SCO4986 is unknown, and it was not known at all to have D-aminoacylase activity. Furthermore, the similarity between SCO4986 and the known Alcaligenes xylosoxydans-derived D-aminoacylase gene is as low as 34% in amino acid sequence. In spite of this situation, the inventors cloned the SCO4986 gene of Streptomyces coelicolor as a D-aminoacylase-like gene (Scdaa) and confirmed that Scdaa actually has D-aminoacylase activity. did. Subsequently, a part having high similarity was searched for among the Scdaa, Alcaligenes xylosoxydans D-aminoacylase gene, and Streptomyces avermitilis, and primers were designed based on the highly similar sequence. Using this synthesized primer, PCR was performed using the total DNA of Streptomyces thermonitrificans CS5-9 as a template, and the present inventors finally succeeded in amplifying the D-aminoacylase gene of Streptomyces thermonitrificans for the first time. Furthermore, the present inventors performed Southern hybridization using a part of the amplified fragment, succeeded in obtaining a complete gene of the gene, and completed the present invention.

すなわち、本発明は新規D-アミノアシラーゼ遺伝子およびその利用に関し、具体的には下記の発明を提供するものである。
(1)下記(a)から(d)のいずれかに記載の単離されたDNA、
(a)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA
(b)配列番号1に記載の塩基配列のコード領域を含むDNA
(c)配列番号2に記載のアミノ酸配列において1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、および/または付加したアミノ酸配列を有し、D-アミノアシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
(d)配列番号1に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、D-アミノアシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
(2)上記(1)に記載のDNAが挿入されたベクター、
(3)上記(1)に記載のDNAまたは上記(2)に記載のベクターを保持する形質転換細胞、
(4)上記(3)に記載の形質転換細胞を培養する工程を含む、耐熱性D−アミノアシラーゼの製造方法。
That is, the present invention relates to a novel D-aminoacylase gene and use thereof, and specifically provides the following inventions.
(1) the isolated DNA according to any one of (a) to (d) below,
(A) DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2
(B) DNA containing the coding region of the base sequence described in SEQ ID NO: 1
(C) a DNA encoding a protein having an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having D-aminoacylase activity
(D) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions and encodes a protein having D-aminoacylase activity
(2) a vector into which the DNA according to (1) is inserted,
(3) A transformed cell carrying the DNA according to (1) above or the vector according to (2) above,
(4) A method for producing a thermostable D-aminoacylase, comprising a step of culturing the transformed cell according to (3) above.

本発明の遺伝子は、耐熱性D-アミノアシラーゼをコードしている。本発明の遺伝子により発現するD-アミノアシラーゼは、従来よりも高温度域で種々のN-アシル-D-アミノ酸に作用して、D-アミノ酸を生じる性質を有する。すなわち、本発明の遺伝子を用いて耐熱性D-アミノアシラーゼを製造し、該D-アミノアシラーゼによりD-アミノ酸を製造すれば、原料、基質の溶解性が上がり、仕込み濃度を高く設定出来ることから、工業的に有利な製造が可能である。例えば、本発明の遺伝子を用いて製造した耐熱性D-アミノアシラーゼを、D体とL体の混合物であるN-アセチル-DL-アミノ酸に作用させて、D-アミノ酸を特異的に製造することができる。   The gene of the present invention encodes a thermostable D-aminoacylase. The D-aminoacylase expressed by the gene of the present invention has the property of producing D-amino acids by acting on various N-acyl-D-amino acids in a higher temperature range than before. That is, if a heat-stable D-aminoacylase is produced using the gene of the present invention and a D-amino acid is produced using the D-aminoacylase, the solubility of raw materials and substrates can be increased, and the feed concentration can be set high. Industrially advantageous production is possible. For example, a D-amino acid is specifically produced by allowing a thermostable D-aminoacylase produced using the gene of the present invention to act on N-acetyl-DL-amino acid, which is a mixture of D and L forms. Can do.

本発明は、新規D-アミノアシラーゼ遺伝子に関する。新規D-アミノアシラーゼ遺伝子として、Streptomyces thermonitrificans(以下、S. thermonitrificansと略する場合もある) CS5-9株由来D-アミノアシラーゼのDNA配列を配列番号1に示す。また、S. thermonitrificans CS5-9株由来D-アミノアシラーゼの推定アミノ酸配列を配列番号2に示す。上述のとおり、本発明者らは、複雑な過程を経て、S. thermonitrificansのD-アミノアシラーゼ遺伝子の単離に成功した。本明細書において「単離」とは、本来存在する状態とは異なる状態で存在するように人為的に処理することをいう。   The present invention relates to a novel D-aminoacylase gene. As a novel D-aminoacylase gene, the DNA sequence of Streptomyces thermonitrificans (hereinafter sometimes abbreviated as S. thermonitrificans) CS5-9 strain D-aminoacylase is shown in SEQ ID NO: 1. In addition, the deduced amino acid sequence of D-aminoacylase derived from S. thermonitrificans CS5-9 strain is shown in SEQ ID NO: 2. As described above, the present inventors succeeded in isolating the D-aminoacylase gene of S. thermonitrificans through a complicated process. In the present specification, “isolation” refers to an artificial treatment so as to exist in a state different from the originally existing state.

本発明のD-アミノアシラーゼ遺伝子は、当業者に周知の方法で調製することができる。例えば、S. thermonitrificansからtoal DNAを抽出し、プラスミド、ファージ、コスミド、YAC等のベクターを用いてゲノムライブラリーを作製し、S. thermonitrificans D-アミノアシラーゼをコードする塩基配列の一部、例えば配列番号1のDNAの一部をプローブとして、コロニーハイブリダイゼーションまたはプラークハイブリダイゼーションを行うことにより、調製できる。または市販DNA合成機により、配列番号1に記載の配列の1本鎖DNAおよび相補的配列の1本鎖DNAを合成し、それらをアニーリングさせて調製してもよい。   The D-aminoacylase gene of the present invention can be prepared by methods well known to those skilled in the art. For example, toal DNA is extracted from S. thermonitrificans, a genomic library is prepared using vectors such as plasmids, phages, cosmids, YACs, etc., and part of the base sequence encoding S. thermonitrificans D-aminoacylase, for example, the sequence It can be prepared by colony hybridization or plaque hybridization using a part of the DNA of No. 1 as a probe. Alternatively, it may be prepared by synthesizing a single-stranded DNA of the sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a single-stranded DNA of a complementary sequence with a commercially available DNA synthesizer and annealing them.

また本発明は、S. thermonitrificans D-アミノアシラーゼと類似し、D-アミノアシラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子(以下、時に「S. thermonitrificans D-アミノアシラーゼ類似遺伝子」と省略する。)を含有する。このような遺伝子として、天然に存在する、若しくは人工的に作られたS. thermonitrificans D-アミノアシラーゼ類似遺伝子変異体、他の生物由来D-アミノアシラーゼ遺伝子、配列番号2に記載のアミノ酸配列において1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、および/または付加したアミノ酸配列を有し、D-アミノアシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA、配列番号1に記載の塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、D-アミノアシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAを挙げることができる。上記DNAにおいて、「1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、および/または付加」するアミノ酸の数や場所は、上記DNAがコードするタンパク質がD-アミノアシラーゼ活性を有する限り、制限はない。あえて変異数を挙げるとすれば、典型的には全アミノ酸の10%以内、好ましくは全アミノ酸の5%、さらに好ましくは全アミノ酸の1%以内である。   The present invention also contains a gene that is similar to S. thermonitrificans D-aminoacylase and encodes a protein having D-aminoacylase activity (hereinafter sometimes abbreviated as “S. thermonitrificans D-aminoacylase-like gene”). To do. As such a gene, a naturally occurring or artificially produced mutant of S. thermonitrificans D-aminoacylase-like gene, a D-aminoacylase gene derived from another organism, 1 in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 Or a DNA encoding a protein having a D-aminoacylase activity having an amino acid sequence in which a plurality of amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and a DNA comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 and stringent And DNA encoding a protein that hybridizes under various conditions and has D-aminoacylase activity. In the DNA, the number and location of the amino acid “one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added” is not limited as long as the protein encoded by the DNA has D-aminoacylase activity. . If the number of mutations is enumerated, it is typically within 10% of all amino acids, preferably within 5% of all amino acids, and more preferably within 1% of all amino acids.

上記S. thermonitrificans D-アミノアシラーゼ類似遺伝子を単離するためのストリンジェントなハイブリダイゼーション条件としては、当業者であれば、適宜選択することができる。一例を示せば、25%ホルムアミド、より厳しい条件では50%ホルムアミド、4×SSC、50mM Hepes pH7.0、10×デンハルト溶液、20μg/ml変性サケ精子DNAを含むハイブリダイゼーション溶液中、42℃で一晩プレハイブリダイゼーションを行った後、標識したプローブを添加し、42℃で一晩保温することによりハイブリダイゼーションを行う。その後の洗浄における洗浄液および温度条件は、「1xSSC、0.1% SDS、37℃」程度で、より厳しい条件としては「0.5xSSC、0.1% SDS、42℃」程度で、さらに厳しい条件としては「0.2xSSC、0.1% SDS、65℃」程度で実施することができる。このようにハイブリダイゼーションの洗浄の条件が厳しくなるほどプローブ配列と高い相同性を有するDNAの単離を期待しうる。但し、上記SSC、SDSおよび温度の条件の組み合わせは例示であり、当業者であれば、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーを決定する上記若しくは他の要素(例えば、プローブ濃度、プローブの長さ、ハイブリダイゼーション反応時間など)を適宜組み合わせることにより、上記と同様のストリンジェンシーを実現することが可能である。   Those skilled in the art can appropriately select stringent hybridization conditions for isolating the S. thermonitrificans D-aminoacylase-like gene. An example is 25% formamide, 50% formamide under more severe conditions, 4 × SSC, 50 mM Hepes pH 7.0, 10 × Denhardt's solution, 20 μg / ml denatured in a hybridization solution containing denatured salmon sperm DNA at 42 ° C. After overnight prehybridization, a labeled probe is added and hybridization is performed by incubating overnight at 42 ° C. The cleaning solution and temperature conditions for the subsequent cleaning are about 1xSSC, 0.1% SDS, 37 ° C, more severe conditions are about 0.5xSSC, 0.1% SDS, 42 ° C, and more severe conditions are about 0.2xSSC. , 0.1% SDS, about 65 ° C. ”. Thus, isolation of DNA having high homology with the probe sequence can be expected as the conditions for washing hybridization are more severe. However, combinations of the above SSC, SDS, and temperature conditions are exemplary, and those skilled in the art will recognize the above or other factors that determine the stringency of hybridization (eg, probe concentration, probe length, hybridization reaction). It is possible to achieve the same stringency as above by appropriately combining the time and the like.

このようなハイブリダイゼーション技術を利用して単離されるDNAがコードするポリペプチドは、通常、本発明者らにより同定されたポリペプチドとアミノ酸配列において高い相同性を有する。高い相同性とは、少なくとも40%以上、好ましくは60%以上、さらに好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、さらに好ましくは少なくとも95%以上、さらに好ましくは少なくとも97%以上(例えば、98から99%)の配列の相同性を指す。アミノ酸配列の同一性は、例えば、Karlin and Altschul によるアルゴリズムBLAST (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:2264-2268, 1990、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:5873-5877, 1993) によって決定することができる。このアルゴリズムに基づいて、BLASTXと呼ばれるプログラムが開発されている(Altschul et al. J. Mol. Biol.215:403-410, 1990) 。BLASTXによってアミノ酸配列を解析する場合には、パラメーターはたとえば score = 50、wordlength = 3とする。BLASTとGapped BLASTプログラムを用いる場合には、各プログラムのデフォルトパラメーターを用いる。これらの解析方法の具体的な手法は公知である(http://www.ncbi.nlm.nih.gov.)。   A polypeptide encoded by DNA isolated using such a hybridization technique usually has high homology in amino acid sequence with the polypeptide identified by the present inventors. High homology means at least 40% or more, preferably 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably at least 95% or more, more preferably at least 97% or more (for example, 98% or more). To 99%) sequence homology. The identity of the amino acid sequence is determined, for example, by the algorithm BLAST by Karlin and Altschul (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 2264-2268, 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 5873-5877, 1993). Can be determined by. Based on this algorithm, a program called BLASTX has been developed (Altschul et al. J. Mol. Biol. 215: 403-410, 1990). When the amino acid sequence is analyzed by BLASTX, the parameters are, for example, score = 50 and wordlength = 3. When using BLAST and Gapped BLAST programs, the default parameters of each program are used. Specific techniques for these analysis methods are known (http://www.ncbi.nlm.nih.gov.).

上記S. thermonitrificans D-アミノアシラーゼ類似遺伝子の調製は、当業者にとって周知の方法で行うことができる。S. thermonitrificans D-アミノアシラーゼをコードした塩基配列、例えば、配列番号1に記載のDNA配列の一部をプローブとし、ハイブリダイゼーションによって天然に存在する変異体やホモログを調製することが可能である。例えば55℃以上の温度でも増殖し得る微生物、高温菌、好熱菌等からの調製が考えられる。高温菌(好熱菌)としては、バシルス(Bacillus)属の細菌(B. thermophilus, B. megaterium, B. coagulans, B.stearothermophilus等)、クロストリジウム(Clostridium)属の細菌(C. kluyveri等)、デサルフォトマキュラム(Desulfotomaculum)属の細菌などの他、サーマス(Thermus)属の細菌(T. flavus, T. thermophilus, T. aguaticus, T.celer等)、メタン細菌(Methanobacterium属、Methanococcus属、Methanosarcina属等)、乳酸菌(Lactobacillus lactis, L. acidphilus, L. bulgaricus, L.delbrueckii等)、水素細菌、光合成細菌等が挙げられる。また、超好熱菌であるパイロコッカス・フリサス(Pyrococcus furisus)、パイロコッカス エス ピー(Pyrococcus sp.)、およびエアロパイラム・ペルニクス(Aeropyrum pernix)等も挙げられる。または、S. thermonitrificans D-アミノアシラーゼ遺伝子配列、例えば配列番号1に記載のDNA配列に対し、オリゴヌクレオチドを用いた変異法、PCRによる変異法、カセット変異法等の、当業者に周知のタンパク質変異法によって人為的に調製することも可能である。さらには、市販のDNA合成機によって合成することも可能である。   The above S. thermonitrificans D-aminoacylase-like gene can be prepared by methods well known to those skilled in the art. It is possible to prepare a naturally occurring mutant or homolog by hybridization using a part of the base sequence encoding S. thermonitrificans D-aminoacylase, for example, a part of the DNA sequence shown in SEQ ID NO: 1 as a probe. For example, preparation from microorganisms that can grow at temperatures of 55 ° C. or higher, thermophilic bacteria, thermophilic bacteria, and the like can be considered. As thermophilic bacteria (thermophilic bacteria), bacteria of the genus Bacillus (B. thermophilus, B. megaterium, B. coagulans, B. stearothermophilus, etc.), bacteria of the genus Clostridium (C. kluyveri, etc.), In addition to bacteria from the genus Desulfotomaculum, bacteria from the genus Thermus (T. flavus, T. thermophilus, T. aguaticus, T. celer, etc.), methane bacteria (genus Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina) Genus etc.), lactic acid bacteria (Lactobacillus lactis, L. acidphilus, L. bulgaricus, L. delbrueckii etc.), hydrogen bacteria, photosynthetic bacteria and the like. Moreover, Pyrococcus furisus, Pyrococcus sp., Aeropyrum pernix, etc. which are hyperthermophilic bacteria are also mentioned. Alternatively, S. thermonitrificans D-aminoacylase gene sequence, for example, a DNA mutation shown in SEQ ID NO: 1, such as a mutation method using an oligonucleotide, a mutation method by PCR, a cassette mutation method, etc. It can also be prepared artificially by the method. Furthermore, it is also possible to synthesize with a commercially available DNA synthesizer.

上記のようにして調製した遺伝子が、D-アミノアシラーゼ活性を有するタンパク質をコードしているかは、公知方法によって確認することができる。例えば、後述する実施例に記載するように、調製した遺伝子を発現させ、得られたタンパク質をN-アセチルD-メチオニンと接触させたときのD-メチオニン産生を指標にすれば、D-アミノアシラーゼ活性の有無を知ることができる。   Whether the gene prepared as described above encodes a protein having D-aminoacylase activity can be confirmed by a known method. For example, as described in the examples described later, if the prepared gene is expressed, and D-methionine production when the obtained protein is contacted with N-acetyl D-methionine is used as an index, D-aminoacylase You can know if there is activity.

本発明のS. thermonitrificans D-アミノアシラーゼ遺伝子またはS. thermonitrificans D-アミノアシラーゼ類似遺伝子は、耐熱性D-アミノアシラーゼ活性を有するタンパク質の生産に利用することができる。上述したとおり、Streptomyces thermonitrificans CS5-9株のD-アミノアシラーゼの生産量は少ないが、上記遺伝子をD-アミノアシラーゼ製造に用いれば、耐熱性D-アミノアシラーゼの大量生産が可能になる。遺伝子を発現させる際には、適当な発現ベクターを用いることができる。使用する発現ベクターは、発現系によって適宜選択することが望ましい。発現系は、細胞系でも無細胞系でもよい。形質転換体の作製のための手順および宿主に適合した組み換えベクターの構築は、分子生物学、生物工学、遺伝子工学の分野において慣用されている技術に準じて行うことができる(例えば、Sambrookら、モレキュラー・クローニング、Cold Spring Harbor Laboratories、1989年)。微生物中などにおいて、本発明のD-アミノアシラーゼをコードするDNAを発現させるためには、まず微生物中において安定に存在するプラスミドベクターやファージベクター中にこのDNAを導入し、その遺伝情報を転写・翻訳させる必要がある。そのためには、転写・翻訳を制御するユニットにあたるプロモーターをD-アミノアシラーゼをコードするDNA鎖の5'-側上流に、より好ましくはターミネーターを3'-側下流に、それぞれ組み込めばよい。このプロモーター、ターミネーターとしては、宿主として利用する微生物中において機能することが知られているプロモーター、ターミネーターを用いる必要がある。このようなプロモーター、ターミネーターの一例として、実施例で使用したPLDプロモーターやPLDターミネーターを挙げることができる。また、tipAp, glyCABp, mcrABp, ermEpなどのプロモーターおよびそのターミネーターも好適に使用できる例である。これら各種微生物において利用可能なベクター、プロモーター、ターミネーターなどに関して「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」、特に酵母に関しては、Adv. Biochem. Eng. 43, 75-102(1990)、Yeast 8, 423-488 (1992) などに詳細に記述されている。   The S. thermonitrificans D-aminoacylase gene or the S. thermonitrificans D-aminoacylase-like gene of the present invention can be used for the production of a protein having thermostable D-aminoacylase activity. As described above, the production amount of D-aminoacylase of Streptomyces thermonitrificans CS5-9 strain is small, but mass production of thermostable D-aminoacylase can be achieved by using the above gene for the production of D-aminoacylase. When expressing the gene, an appropriate expression vector can be used. It is desirable that the expression vector to be used is appropriately selected depending on the expression system. The expression system may be a cell system or a cell-free system. The procedure for producing transformants and the construction of a recombinant vector suitable for the host can be performed according to techniques commonly used in the fields of molecular biology, biotechnology, and genetic engineering (for example, Sambrook et al., Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratories, 1989). In order to express the DNA encoding the D-aminoacylase of the present invention in a microorganism or the like, the DNA is first introduced into a plasmid vector or a phage vector stably present in the microorganism, and the genetic information is transcribed and transferred. Need to translate. For that purpose, a promoter corresponding to a unit controlling transcription / translation may be incorporated upstream of the 5′-side of the DNA strand encoding D-aminoacylase, and more preferably a terminator downstream of the 3′-side. As the promoter and terminator, it is necessary to use a promoter and terminator known to function in a microorganism used as a host. Examples of such promoters and terminators include the PLD promoter and PLD terminator used in the examples. In addition, promoters such as tipAp, glyCABp, mcrABp, ermEp, and terminators thereof can be preferably used. Regarding the vectors, promoters, terminators, etc. that can be used in these various microorganisms, “Microbiology Basic Course 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Shuppan”, especially regarding yeast, Adv. Biochem. Eng. 43, 75-102 (1990), Yeast 8, 423-488 (1992).

例えば、放線菌発現系であれば、後述する実施例で用いたpUC19等のpUC系プラスミドの他、pIJ8600, pIJ459, pIJ4090, pMT3206, pANT850, pIJ6021などを用いることができる。その他、ストレプトマイセス(Streptomyces)属においては、HopwoodらのGenetic Manipulation of Streptomyces: A Laboratory Manual Cold Spring Harbor Laboratories (1985)に記載の方法に従って、プラスミドを構築することができる。特に、ストレプトマイセス・リビダンス(Streptomyces lividans)においては、pIJ486 (Mol. Gen. Genet. 203, 468-478, 1986)、pKC1064(Gene 103,97-99 (1991))、pUWL-KS (Gene 165,149-150 (1995) )が使用できる。また、ストレプトマイセス・バージニア(Streptomyces virginiae)においても、同様のプラスミドを使用することができる(Actinomycetol. 11, 46-53 (1997) )。   For example, in the case of actinomycetes expression system, pIJ8600, pIJ459, pIJ4090, pMT3206, pANT850, pIJ6021 and the like can be used in addition to pUC plasmids such as pUC19 used in Examples described later. In addition, in the genus Streptomyces, a plasmid can be constructed according to the method described in Hopwood et al., Genetic Manipulation of Streptomyces: A Laboratory Manual Cold Spring Harbor Laboratories (1985). In particular, in Streptomyces lividans, pIJ486 (Mol. Gen. Genet. 203, 468-478, 1986), pKC1064 (Gene 103,97-99 (1991)), pUWL-KS (Gene 165,149 -150 (1995)) can be used. The same plasmid can also be used in Streptomyces virginiae (Actinomycetol. 11, 46-53 (1997)).

大腸菌発現系であれば、特に大腸菌エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)においては、プラスミドベクターとして、pBR、pUC系プラスミドを利用でき、lac(β-ガラクトシダーゼ)、trp(トリプトファンオペロン)、tac、trc (lac、trpの融合)、λファージ PL、PRなどに由来するプロモーターなどが利用できる。また、ターミネーターとしては、trpA由来、ファージ由来、rrnBリボソーマルRNA由来のターミネーターなどを用いることができる。   In the case of an E. coli expression system, particularly in Escherichia coli, pBR and pUC plasmids can be used as plasmid vectors, and lac (β-galactosidase), trp (tryptophan operon), tac, trc (lac , Trp fusion), promoters derived from λ phage PL, PR, and the like. In addition, as a terminator, a terminator derived from trpA, phage, or rrnB ribosomal RNA can be used.

バチルス属においては、ベクターとしてpUB110系プラスミド、pC194系プラスミドなどが利用可能であり、染色体にインテグレートすることもできる。また、プロモーター、ターミネーターとしてapr(アルカリプロテアーゼ)、 npr(中性プロテアーゼ)、amy(α-アミラーゼ)などが利用できる。   In the genus Bacillus, pUB110 series plasmids, pC194 series plasmids and the like can be used as vectors, and can be integrated into chromosomes. Further, apr (alkaline protease), npr (neutral protease), amy (α-amylase) and the like can be used as promoters and terminators.

シュードモナス属においては、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス・セパシア(Pseudomonas cepacia)などで宿主ベクター系が開発されている。トルエン化合物の分解に関与するプラスミドTOLプラスミドを基本にした広宿主域ベクター(RSF1010などに由来する自律的複製に必要な遺伝子を含む)pKT240などが利用可能であり、プロモーター、ターミネーターとして、リパーゼ(特開平5-284973)遺伝子などが利用できる。   In the genus Pseudomonas, host vector systems have been developed for Pseudomonas putida, Pseudomonas cepacia, and the like. A broad host range vector (including genes necessary for autonomous replication derived from RSF1010) pKT240 based on the plasmid TOL plasmid, which is involved in the degradation of toluene compounds, can be used, and lipase (specialized as a promoter and terminator) can be used. Kaihei 5-284973) Genes can be used.

ブレビバクテリウム属特に、ブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)においては、pAJ43(Gene 39, 281 (1985))などのプラスミドベクターが利用可能である。プロモーター、ターミネーターとしては、大腸菌で使用されているプロモーター、ターミネーターがそのまま利用可能である。   In the genus Brevibacterium, particularly in Brevibacterium lactofermentum, plasmid vectors such as pAJ43 (Gene 39, 281 (1985)) can be used. As the promoter and terminator, promoters and terminators used in Escherichia coli can be used as they are.

コリネバクテリウム属、特にコリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacteriumglutamicum)においては、pCS11(特開昭57-183799)、pCB101(Mol. Gen. Genet. 196,175 (1984)などのプラスミドベクターが利用可能である。   In the genus Corynebacterium, particularly Corynebacterium glutamicum, plasmid vectors such as pCS11 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-183799) and pCB101 (Mol. Gen. Genet. 196,175 (1984)) can be used.

ストレプトコッカス(Streptococcus)属においては、pHV1301(FEMS Microbiol.Lett. 26, 239 (1985)、pGK1(Appl. Environ. Microbiol. 50, 94 (1985))などがプラスミドベクターとして利用可能である。   In the genus Streptococcus, pHV1301 (FEMS Microbiol. Lett. 26, 239 (1985), pGK1 (Appl. Environ. Microbiol. 50, 94 (1985)), etc. can be used as a plasmid vector.

ラクトバチルス(Lactobacillus)属においては、ストレプトコッカス属用に開発されたpAMβ1(J. Bacteriol. 137, 614 (1979))などが利用可能であり、プロモーターとして大腸菌で利用されているものが利用可能である。   In the genus Lactobacillus, pAMβ1 (J. Bacteriol. 137, 614 (1979)) developed for Streptococcus can be used, and those used in Escherichia coli as promoters can be used. .

ロドコッカス(Rhodococcus)属においては、ロドコッカス・ロドクロウス(Rhodococcus rhodochrous)から単離されたプラスミドベクターが使用可能である(J. Gen. Microbiol. 138,1003 (1992) )   In the genus Rhodococcus, plasmid vectors isolated from Rhodococcus rhodochrous can be used (J. Gen. Microbiol. 138, 1003 (1992)).

サッカロマイセス(Saccharomyces)属、特にサッカロマイセス・セレビジアエ(Saccharomyces cerevisiae) においては、YRp系、YEp系、YCp系、YIp系プラスミドが利用可能であり、染色体内に多コピー存在するリボソームDNAとの相同組み換えを利用したインテグレーションベクター(EP 537456など)は、多コピーで遺伝子を導入でき、かつ安定に遺伝子を保持できるため極めて有用である。また、ADH(アルコール脱水素酵素)、GAPDH(グリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素)、PHO(酸性フォスファターゼ)、GAL(β−ガラクトシダーゼ)、PGK(ホスホグリセレートキナーゼ)、ENO(エノラーゼ)などのプロモーター、ターミネーターが利用可能である。   In the genus Saccharomyces (especially Saccharomyces cerevisiae), YRp, YEp, YCp, and YIp plasmids can be used and use homologous recombination with ribosomal DNA present in multiple copies in the chromosome. Such integration vectors (such as EP 537456) are extremely useful because they can introduce genes in multiple copies and can stably hold genes. ADH (alcohol dehydrogenase), GAPDH (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase), PHO (acid phosphatase), GAL (β-galactosidase), PGK (phosphoglycerate kinase), ENO (enolase) Promoters and terminators such as can be used.

クライベロマイセス属、特にクライベロマイセス・ラクティス(Kluyveromyceslactis)においては、サッカロマイセス・セレビジアエ由来2μm系プラスミド、pKD1系プラスミド(J. Bacteriol. 145, 382-390 (1981))、キラー活性に関与するpGKl1由来プラスミド、クライベロマイセス属における自律増殖遺伝子KARS系プラスミド、リボソームDNAなどとの相同組み換えにより染色体中にインテグレート可能なベクタープラスミド(EP 537456など)などが利用可能である。また、ADH、PGKなどに由来するプロモーター、ターミネーターが利用可能である。   In the genus Klyberomyces, especially Kluyveromyceslactis, 2 μm plasmid derived from Saccharomyces cerevisiae, pKD1 plasmid (J. Bacteriol. 145, 382-390 (1981)), involved in killer activity A plasmid derived from pGKl1, an autonomously proliferating gene KARS system plasmid in the genus Kleberomyces, a vector plasmid (such as EP 537456) that can be integrated into the chromosome by homologous recombination with ribosomal DNA, and the like can be used. In addition, promoters and terminators derived from ADH, PGK and the like can be used.

シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属においては、シゾサッカロマイセス・ポンベ由来のARS (自律複製に関与する遺伝子)及びサッカロマイセス・セレビジアエ由来の栄養要求性を相補する選択マーカーを含むプラスミドベクターが利用可能である(Mol. Cell. Biol. 6, 80 (1986))。また、シゾサッカロマイセス・ポンベ由来のADHプロモーターなどが利用できる(EMBO J. 6, 729 (1987))。特に、pAUR224は、宝酒造から市販されており容易に利用できる。   In the genus Schizosaccharomyces, plasmid vectors containing selectable markers that complement ARS (genes involved in autonomous replication) from Schizosaccharomyces pombe and auxotrophy from Saccharomyces cerevisiae are available ( Mol. Cell. Biol. 6, 80 (1986)). Moreover, the ADH promoter derived from Schizosaccharomyces pombe can be used (EMBO J. 6, 729 (1987)). In particular, pAUR224 is commercially available from Takara Shuzo and can be easily used.

チゴサッカロマイセス属(Zygosaccharomyces)においては、チゴサッカロマイセス・ロウキシ (Zygosaccharomyces rouxii)由来の pSB3(Nucleic Acids Res. 13,4267 (1985))などに由来するプラスミドベクターが利用可能であり、サッカロマイセス・セレビジアエ由来 PHO5 プロモーターや、チゴサッカロマイセス・ロウキシ由来 GAP-Zr(グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素)のプロモーター(Agri. Biol.Chem. 54, 2521 (1990))などが利用可能である。   In the genus Zygosaccharomyces, plasmid vectors derived from pSB3 (Nucleic Acids Res. 13,4267 (1985)) derived from Zygosaccharomyces rouxii are available, and the PHO5 promoter derived from Saccharomyces cerevisiae In addition, the promoter of GAP-Zr (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) derived from Tigosaccharomyces rouxi (Agri. Biol. Chem. 54, 2521 (1990)) can be used.

ハンゼヌラ(Hansenula)属においては、ハンゼヌラ・ポリモルファ(Hansenulapolymorpha)において宿主ベクター系が開発されている。ベクターとしては、ハンゼヌラ・ポリモルファ由来自律複製に関与する遺伝子(HARS1、 HARS2)も利用可能であるが、比較的不安定であるため、染色体への多コピーインテグレーションが有効である(Yeast 7, 431-443 (1991))。また、メタノールなどで誘導される AOX(アルコールオキシダーゼ)、 FDH(ギ酸脱水素酵素)のプロモーターなどが利用可能である。   In the genus Hansenula, a host vector system has been developed in Hansenula polymorpha. As a vector, genes involved in autonomous replication derived from Hansenula polymorpha (HARS1, HARS2) can be used, but since they are relatively unstable, multicopy integration into the chromosome is effective (Yeast 7, 431- 443 (1991)). In addition, AOX (alcohol oxidase) and FDH (formate dehydrogenase) promoters induced by methanol and the like can be used.

ピキア(Pichia)属においては、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)などにピキア由来自律複製に関与する遺伝子 (PARS1、 PARS2)などを利用した宿主ベクター系が開発されており(Mol. Cell. Biol. 5, 3376 (1985))、高濃度培養とメタノールで誘導可能な AOX など強いプロモーターが利用できる(Nucleic Acids Res. 15, 3859(1987))。   In the Pichia genus, a host vector system utilizing Pichia pastoris and other genes involved in Pichia-derived autonomous replication (PARS1, PARS2) has been developed (Mol. Cell. Biol. 5 , 3376 (1985)), strong promoters such as high concentration culture and methanol-inducible AOX can be used (Nucleic Acids Res. 15, 3859 (1987)).

キャンディダ(Candida)属においては、キャンディダ・マルトーサ(Candidamaltosa)、キャンディダ・アルビカンス(Candida albicans)、キャンディダ・トロピカリス(Candida tropicalis)、キャンディダ・ウチルス (Candida utilis) などにおいて宿主ベクター系が開発されている。キャンディダ・マルトーサにおいてはキャンディダ・マルトーサ由来ARSがクローニングされ(Agri. Biol. Chem. 51, 51,1587 (1987))、これを利用したベクターが開発されている。また、キャンディダ・ウチルスにおいては、染色体インテグレートタイプのベクターは強力なプロモーターが開発されている(特開平 08-173170)。   In the genus Candida, host vector systems are used in Candida albicans, Candida albicans, Candida tropicalis, and Candida utilis. Has been developed. In Candida maltosa, ARS derived from Candida maltosa has been cloned (Agri. Biol. Chem. 51, 51, 1587 (1987)), and vectors using this have been developed. In Candida utilis, a strong promoter has been developed for the chromosome integration type vector (Japanese Patent Laid-Open No. 08-173170).

アスペルギルス(Aspergillus)属においては、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger) 、アスペルギルス・オリジー (Aspergillus oryzae) などがカビの中で最もよく研究されており、プラスミドや染色体へのインテグレーションが利用可能であり、菌体外プロテアーゼやアミラーゼ由来のプロモーターが利用可能である(Trends in Biotechnology 7, 283-287 (1989))。   In the genus Aspergillus, Aspergillus niger and Aspergillus oryzae are the most well-studied molds, and integration into plasmids and chromosomes is available. Promoters derived from external proteases or amylases are available (Trends in Biotechnology 7, 283-287 (1989)).

トリコデルマ(Trichoderma)属においては、トリコデルマ・リーゼイ(Trichodermareesei)を利用したホストベクター系が開発され、菌体外セルラーゼ遺伝子由来プロモーターなどが利用できる(Biotechnology 7, 596-603 (1989))。   In the genus Trichoderma, a host vector system using Trichodermareesei has been developed, and a promoter derived from an extracellular cellulase gene can be used (Biotechnology 7, 596-603 (1989)).

また、昆虫細胞や哺乳動物細胞を用いてタンパク質を生産させる場合には、バキュロウイルスを用いることができる。哺乳動物細胞内のバキュロウイルスベクターとしては、例えば、pAcCAGMCS1が挙げられる(村松正実 編、ラボマニュアル遺伝子工学第3版、丸善株式会社、1996年発行、pp.242-246)。   In addition, baculovirus can be used when producing proteins using insect cells or mammalian cells. An example of a baculovirus vector in mammalian cells is pAcCAGMCS1 (Edited by Masami Muramatsu, Lab Manual Genetic Engineering 3rd Edition, Maruzen Co., Ltd., 1996, pp. 242-246).

本発明のD-アミノアシラーゼ遺伝子または該遺伝子が挿入されたベクターを宿主細胞に導入することにより、D-アミノアシラーゼを産生する形質転換細胞を得ることができる。本発明の遺伝子またはベクターを導入する宿主細胞の種類に特別の制限はなく、目的に応じて選択することができる。上記ベクターの宿主細胞への導入は、当業者に公知の方法で行うことができる。例えば、リン酸カルシウム沈殿法、電気パルス穿孔法、リポフェクタミン法、マイクロインジェクション法などの方法で行うことが可能である。   By introducing the D-aminoacylase gene of the present invention or a vector into which the gene is inserted into a host cell, a transformed cell producing D-aminoacylase can be obtained. There is no particular limitation on the type of host cell into which the gene or vector of the present invention is introduced, and it can be selected according to the purpose. The vector can be introduced into a host cell by a method known to those skilled in the art. For example, it can be performed by a method such as a calcium phosphate precipitation method, an electric pulse perforation method, a lipofectamine method, or a microinjection method.

宿主細胞において発現させたD-アミノアシラーゼは、当業者に周知の方法により回収することができる。D-アミノアシラーゼが微生物体内に蓄積される場合には、培養終了後、微生物をろ過、遠心分離等の方法で集め、緩衝液、生理食塩水等で菌体を洗浄後、例えば、凍結融解処理、超音波処理、加圧処理、浸透圧差処理、磨砕処理などの物理手段、もしくはリゾチームなどの細胞壁溶解酵素処理のような生化学的処理もしくは界面活性剤との接触処理などの化学的処理を単独または組み合わせて行うことにより微生物を破砕し、D-アミノアシラーゼを抽出することができる。こうして得られた粗D-アミノアシラーゼは、塩析、有機溶媒などによる分別沈殿、塩析クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、色素クロマトグラフィー、ヒドロキシアパタイトクロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィーなどの各種クロマトグラフィーをオープンカラム、中圧クロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によって行う分離および等電点電気泳動、native-電気泳動などの電気泳動法による分離等の手段を単独もしくは組み合わせて用いることにより精製することができる。   D-aminoacylase expressed in the host cell can be recovered by methods well known to those skilled in the art. When D-aminoacylase accumulates in microorganisms, after culturing, the microorganisms are collected by filtration, centrifugation, etc., washed with buffer solution, physiological saline, etc. , Physical treatment such as sonication, pressure treatment, osmotic pressure differential treatment, grinding treatment, or chemical treatment such as biochemical treatment such as cell wall lytic enzyme treatment such as lysozyme or contact treatment with surfactant. By performing alone or in combination, microorganisms can be disrupted and D-aminoacylase can be extracted. The crude D-aminoacylase thus obtained is used for salting out, fractional precipitation with organic solvents, salting out chromatography, ion exchange chromatography, gel filtration chromatography, hydrophobic chromatography, dye chromatography, hydroxyapatite chromatography, affinity. Separation by various types of chromatography such as chromatography by open column, medium pressure chromatography, high performance liquid chromatography (HPLC) and separation by electrophoresis such as isoelectric focusing, native-electrophoresis, etc. It can refine | purify by using in combination.

具体的には、例えば231液体培地(0.1%酵母エキス、0.1%肉エキス、1.0%マルトース、0.2%N.Z.アミンtypeA、pH7.0)などの培地を用いて振とう培養を行い、遠心分離により集菌する。得られた菌体を、ソニケーターで超音波破砕し、遠心分離を行い上清を回収してD-アミノアシラーゼの粗酵素液を得る。その後、硫安を用いた塩析処理、ゲルろ過による脱塩、Butyl-Toyopearl 650M疎水的クロマトグラフィー、DEAE-Toyopearl 650Mイオン交換クロマトグラフィー、Sephacryl S200ゲルろ過クロマトグラフィー、Mono Q イオン交換クロマトグラフィーを行い、SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動的に単一のバンドに精製することができる。   Specifically, for example, a shaking culture is performed using a medium such as 231 liquid medium (0.1% yeast extract, 0.1% meat extract, 1.0% maltose, 0.2% NZ amine type A, pH 7.0), and collected by centrifugation. Fungus. The obtained bacterial cells are sonicated with a sonicator, centrifuged, and the supernatant is recovered to obtain a crude enzyme solution of D-aminoacylase. Then, salting out using ammonium sulfate, desalting by gel filtration, Butyl-Toyopearl 650M hydrophobic chromatography, DEAE-Toyopearl 650M ion exchange chromatography, Sephacryl S200 gel filtration chromatography, Mono Q ion exchange chromatography, It can be purified by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis into a single band.

本発明の遺伝子を利用して得られたD-アミノアシラーゼは、D-アミノ酸の製造のために利用することができる。また、培養物は、そのまま、あるいは菌体を破砕した粗精製物としてD-アミノ酸の製造のために利用することができる。すなわち、液体培地または平板培地上にて培養した菌体を採取し、必要に応じて、固定化菌体、粗酵素、固定化酵素等の菌体処理物を調製する。これを、原料であるN-アシル-DL-アミノ酸に接触させることによりD-アミノ酸の生成反応系を構成することができる。   The D-aminoacylase obtained by using the gene of the present invention can be used for the production of D-amino acids. In addition, the culture can be used for the production of D-amino acid as it is or as a crude product obtained by crushing bacterial cells. That is, microbial cells cultured on a liquid medium or a flat medium are collected, and if necessary, processed microbial cells such as immobilized microbial cells, crude enzymes, and immobilized enzymes are prepared. By contacting this with N-acyl-DL-amino acid as a raw material, a D-amino acid production reaction system can be constructed.

以下に、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]D-アミノアシラーゼ遺伝子クローニング用プライマーの設計
S. thermonitrificansのD-アミノアシラーゼ遺伝子をPCR法により単離するため、プライマー設計を検討した。耐熱性放線菌S. thermonitrificans CS5-9株のD-アミノアシラーゼは既に単離されている(特許文献1)。しかし、Streptomyces thermonitrificans CS5-9株のD-アミノアシラーゼの生産量が少ないために精製酵素を大量に得ることが難しく、また、酵素タンパク質のN-末端がブロックされているため、N末端アミノ酸配列解析が困難であった。そのため、S. thermonitrificans CS5-9株D-アミノアシラーゼアミノ酸配列からのPCR用プライマー設計は断念した。
[Example 1] Design of primers for cloning D-aminoacylase gene
Primer design was examined to isolate the D-aminoacylase gene of S. thermonitrificans by PCR. The D-aminoacylase of thermostable actinomycetes S. thermonitrificans CS5-9 has already been isolated (Patent Document 1). However, it is difficult to obtain a large amount of purified enzyme due to the small amount of D-aminoacylase produced by Streptomyces thermonitrificans CS5-9, and the N-terminus of the enzyme protein is blocked. It was difficult. Therefore, the PCR primer design from the S. thermonitrificans CS5-9 strain D-aminoacylase amino acid sequence was abandoned.

次に、他の微生物のD-アミノアシラーゼ遺伝子の配列を基に、S. thermonitrificansのD-アミノアシラーゼ遺伝子単離用プライマーの設計を試みた。クローニングに成功しているAlcaligenes 属細菌由来D-アミノアシラーゼ遺伝子の配列からPCR用プライマーの合成を検討した。しかし、放線菌遺伝子のGC含量は一般的な細菌の遺伝子のGC含量に比べてきわめて高く70%にもなるため、上記遺伝子の配列に基づいたPCR用プライマーの設計が困難であった。   Next, an attempt was made to design a primer for isolating the D-aminoacylase gene of S. thermonitrificans based on the sequence of the D-aminoacylase gene of another microorganism. The synthesis of primers for PCR was examined from the sequence of D-aminoacylase gene derived from Alcaligenes genus bacteria that had been successfully cloned. However, since the GC content of actinomycetes genes is very high compared to the GC content of general bacterial genes, it can be as high as 70%, making it difficult to design PCR primers based on the gene sequences.

そこで本発明者らは、既にゲノム解析が完了している放線菌配列からプライマーを設計することを検討した。放線菌Streptomyces属では、2002年にHopwoodらによりS. coelicolor A3(2)、2003年には池田らによりS. avermitilisの全ゲノム解析の完了が報告されている。S. coelicolor にはD-アミノアシラーゼ遺伝子と推定される遺伝子(Scdaa)が存在する。上記S. coelicolorから見出されたD-アミノアシラーゼ類似遺伝子とS. avermitilisから見出されたD-アミノアシラーゼ類似遺伝子の配列を比較検討したところ、両遺伝子はアミノ酸配列で78%の類似性を有することがわかった(表1)。   Therefore, the present inventors examined the design of primers from actinomycetes sequences for which genome analysis has already been completed. In the genus Streptomyces, Hopwood et al. Reported completion of S. coelicolor A3 (2) in 2002, and Ikeda et al. Completed completion of S. avermitilis genome-wide analysis in 2003. S. coelicolor has a gene (Scdaa) presumed to be a D-aminoacylase gene. When the sequence of the D-aminoacylase-like gene found from S. coelicolor and the D-aminoacylase-like gene found from S. avermitilis was compared, both genes showed 78% similarity in amino acid sequence. (Table 1).

また、S. coelicolor、S. avermitilisの推定D-アミノアシラーゼ遺伝子の塩基配列および周辺領域遺伝子の解析、比較を行った。両放線菌において、D-アミノアシラーゼ類似遺伝子だけでなく、その周辺領域が高度に保存されていた(図1)。また、D-アミノアシラーゼ類似遺伝子周辺にはD-アミノ酸に関係すると考えられるD-アミノデアミナーゼやアミノトランスフェラーゼといった遺伝子が存在し、その遺伝子の塩基配列や方向も高度に保存されている。 In addition, the nucleotide sequence of the putative D-aminoacylase gene of S. coelicolor and S. avermitilis and surrounding region genes were analyzed and compared. In both actinomycetes, not only the D-aminoacylase-like gene but also the surrounding region were highly conserved (FIG. 1). In addition, there are genes such as D-amino deaminase and aminotransferase that are thought to be related to D-amino acids around the D-aminoacylase-like gene, and the base sequence and direction of the gene are highly conserved.

S. thermonitrificansCS5-9株は上記2株と同じStreptomyces属である。そこで、S. thermonitrificansのD-アミノアシラーゼ遺伝子はS. coelicolor、S. avermitilisのD-アミノアシラーゼ類似遺伝子と高い類似性があると推測できる。D-アミノアシラーゼ類似遺伝子間で保存領域の探索を試みた。S. coelicolorとS. avermitilisの遺伝子ではアミノ酸配列の類似性が高いため、Alcaligenes xylosoxydans A-6由来のD-アミノアシラーゼも加え、アミノ酸配列を比較したところ(図2)、保存性の高い領域が数ヶ所認められた。   S. thermonitrificans CS5-9 strain belongs to the same genus Streptomyces as the above two strains. Therefore, it can be inferred that the D-aminoacylase gene of S. thermonitrificans is highly similar to the D-aminoacylase-like gene of S. coelicolor and S. avermitilis. An attempt was made to search for a conserved region between D-aminoacylase-like genes. Since the amino acid sequence similarity is high in the genes of S. coelicolor and S. avermitilis, D-aminoacylase derived from Alcaligenes xylosoxydans A-6 was also added, and the amino acid sequence was compared (Fig. 2). Several places were recognized.

しかし、このScdaaとAlcaligenes 属細菌由来D-アミノアシラーゼ遺伝子との類似性はアミノ酸配列で34%と低いものであった。そこで、Scdaa発現タンパク質のD-アミノアシラーゼ活性の確認を行うことにした。プライマー:SCDAA-F1、SCDAA-R1を用い、S. coelicolor totalDNAを鋳型としてPCRを行った。SCDAA-F1、SCDAA-R1の配列を示す。
SCDAA-F1(SphIサイト作成用) :d(TCAGGCATGCAAGAGCTGGTCATCAGGG) (配列番号3)
SCDAA-R1(HindIIIサイト作成用):d(CCGCAAGCTTCGCCCTCGACAACAAGCT) (配列番号4)
約1.7 kbpの増幅断片をゲル抽出により回収後、SphI、HindIIIで処理し、開始コドン部位のSphIサイト、終止コドン下流のHindIIIサイトを作成した。この断片をpUC702のKpnI-SphIサイトにPLDプロモーターを連結したプラスミドpUC702ProのSphI、HindIIIサイトに挿入し、構築したプラスミドを放線菌発現用プラスミドCD1とした(図3)。CD1をS. lividans TK21に導入して発現させてD-アミノアシラーゼ活性を測定した。Scdaa について23KU/I cultureのD-アミノアシラーゼ活性が確認された(表2)。
However, the similarity between this Scdaa and the D-aminoacylase gene derived from Alcaligenes bacteria was as low as 34% in amino acid sequence. Therefore, it was decided to confirm the D-aminoacylase activity of the Scdaa expressed protein. PCR was performed using primers: SCDAA-F1 and SCDAA-R1, and S. coelicolor total DNA as a template. The sequences of SCDAA-F1 and SCDAA-R1 are shown.
SCDAA-F1 (for creating SphI site): d (TCAGGCATGCAAGAGCTGGTCATCAGGG) (SEQ ID NO: 3)
SCDAA-R1 (for HindIII site creation): d (CCGCAAGCTTCGCCCTCGACAACAAGCT) (SEQ ID NO: 4)
An amplified fragment of about 1.7 kbp was recovered by gel extraction and then treated with SphI and HindIII to create a SphI site at the start codon site and a HindIII site downstream of the stop codon. This fragment was inserted into the SphI and HindIII sites of the plasmid pUC702Pro in which the PLD promoter was linked to the KpnI-SphI site of pUC702, and the constructed plasmid was designated as plasmid CD1 for actinomycetes expression (FIG. 3). CD1 was introduced into S. lividans TK21 and expressed to measure D-aminoacylase activity. Scdaa was confirmed to have D-aminoacylase activity in 23KU / I culture (Table 2).

ゲノム解析の結果、S. coelicolor、S. avermitilisのD-アミノアシラーゼ遺伝子周辺の遺伝子や遺伝子の方向が高度に保存されており、周辺遺伝子のアミノ酸配列も80%近い類似性を有している。そこで、上述したS. coelicolor、S. avermitilis 、Alcaligenes xylosoxydans A-6のD-アミノアシラーゼ類似遺伝子周辺の保存性が高い領域から2ヶ所を選択し、プライマーSTDAA-F1、STDAA-R1を作製した。作製したプライマーの配列を以下に示す。
STDAA-F1:d(CCCGGCTTCATCGACATGCAC) (配列番号5)
STDAA-R1:d(GTCGAASAGSACCAGGTCGGC) (配列番号6)
S = G or C
As a result of genome analysis, the genes and gene orientations around the D-aminoacylase genes of S. coelicolor and S. avermitilis are highly conserved, and the amino acid sequences of the surrounding genes are nearly 80% similar. Therefore, two sites were selected from the above-mentioned regions having high conservability around the D-aminoacylase-like gene of S. coelicolor, S. avermitilis, and Alcaligenes xylosoxydans A-6 to prepare primers STDAA-F1 and STDAA-R1. The sequence of the prepared primer is shown below.
STDAA-F1: d (CCCGGCTTCATCGACATGCAC) (SEQ ID NO: 5)
STDAA-R1: d (GTCGAASAGSACCAGGTCGGC) (SEQ ID NO: 6)
S = G or C

[実施例2]PCR法によるD-アミノアシラーゼ遺伝子の増幅
上記プライマーSTDAA-F1、STDAA-R1を使用し、S. thermonitrificansのtotalDNAを鋳型としてPCRを行い、得られた増幅断片についてアガロースゲル電気泳動を行った。
[Example 2] Amplification of D-aminoacylase gene by PCR
PCR was performed using the above primers STDAA-F1 and STDAA-R1, using the total DNA of S. thermonitrificans as a template, and the obtained amplified fragment was subjected to agarose gel electrophoresis.

鋳型となるtotal DNAの調製は、以下のとおり行った。スプリングを入れた試験管にTSB培地5 mlをとり、TSBスラント培地で培養した放線菌S. thermonitrificansCS5-9を1白金耳接種し、50℃で1日間振とう培養した。この培養液2 mlをスプリング数個入れた500 ml容坂口フラスコに取った100 mlのTSB培地に植菌し、対数増殖中期(50℃、112 spm、5時間)になるまで振とう培養した。培養液を50 ml容コニカルチューブにとり、遠心分離(3,000 rpm、1,500×g、15分、4℃:himac SCR20B、ローターRPRS4、日立製)し、集菌した。20 mlのTE 緩衝液(10 mM Tris-HCl、1 mM EDTA、pH 8.0)に懸濁し、遠心分離(5,000 rpm、4,000×g、20分、4℃)し、洗浄を行った。デカンテーションにより上清を除き、湿菌体を得た。湿菌体約2 gを5 mlのTE 緩衝液に懸濁し、ペレットをつぶしながら10 mgのリゾチームと2 mgのプロナーゼを加え、さらにペレットをつぶしながら5分毎に穏やかに攪拌し、溶液がやや粘性を帯び始めるまで最長1時間、30℃でインキュベートし、溶菌させた。0.5 M EDTAを1.2 mlを加えて穏やかに攪拌した後、10 mg/mlプロナーゼを0.13 ml加えて攪拌し、30℃で5分インキュベートした。0.7 mlの10% SDSを加え、37℃でインキュベートし、5分毎に穏やかに攪拌して、菌体が完全に溶菌して溶液が透明になるまで、最長2時間インキュベートした。その後6 mlのフェノールを加え、穏やかに10分間攪拌後、6 mlのクロロホルムを加え、5分間攪拌した。遠心分離(3,000 rpm、1,500×g、20分間、室温:himac SCR20B、ローターRPRS4、日立製)し、水層を新しいチューブに移した。残ったクロロホルム層に5 mlのTNE 緩衝液(10 mM Tris-HCl(pH 8.0)、1 mM EDTA(pH 8.0)、100 mM NaCl)を加えて5分間攪拌した。遠心分離(3,000 rpm、1,500×g、10分間、室温:himac SCR20B、ローターRPRS4、日立製)し、水層を回収して先に回収した水層に合わせた。集めた水層に6mlのクロロホルムを加え、5分間攪拌した。遠心分離(3,000 rpm、1500×g、10分間、室温:himac SCR20B、ローターRPRS4、日立製)し、水層を新しいチューブに回収した。この操作をもう一度繰り返した。溶液の重量に対してRNaseを40 μg/gになるように加え、37℃で1時間インキュベートした。その後、溶液の1/4量の5 M NaClを加え穏やかに攪拌し、終濃度が10%となるように30% PEG6,000を加え、完全に溶液が混ざるまで穏やかに攪拌した。PEGがついてこないようにパスツールピペットでDNAを巻き取り、5 mlのTE緩衝液で洗浄した。5 mlのTE緩衝液中に溶解後、4℃で一晩穏やかに攪拌した。0.6 mlの3 M 酢酸ナトリウムと12mlのエタノールを加え、糸くず状のDNA沈殿が確認できるまでよく攪拌した。パスツールピペットでDNAを巻き取り、2 mlの70%エタノールで洗浄した後、風乾し、1 mlのTEに溶解した。   Preparation of total DNA used as a template was performed as follows. 5 ml of TSB medium was taken into a test tube containing a spring, 1 platinum loop of actinomycetes S. thermonitrificans CS5-9 cultured in TSB slant medium was inoculated, and cultured with shaking at 50 ° C. for 1 day. 2 ml of this culture solution was inoculated into 100 ml of TSB medium taken in a 500 ml Sakaguchi flask containing several springs, and cultured with shaking until the middle phase of logarithmic growth (50 ° C., 112 spm, 5 hours). The culture solution was taken in a 50 ml conical tube, centrifuged (3,000 rpm, 1,500 × g, 15 minutes, 4 ° C .: himac SCR20B, rotor RPRS4, manufactured by Hitachi) and collected. The suspension was suspended in 20 ml of TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0), and centrifuged (5,000 rpm, 4,000 × g, 20 minutes, 4 ° C.) for washing. The supernatant was removed by decantation to obtain wet cells. Suspend about 2 g of wet cells in 5 ml of TE buffer, add 10 mg of lysozyme and 2 mg of pronase while crushing the pellet, and gently agitate every 5 minutes while crushing the pellet. Incubate at 30 ° C for up to 1 hour until it started to become viscous. After 1.2 ml of 0.5 M EDTA was added and gently stirred, 0.13 ml of 10 mg / ml pronase was added and stirred, and incubated at 30 ° C. for 5 minutes. 0.7 ml of 10% SDS was added and incubated at 37 ° C., gently agitated every 5 minutes, and incubated for up to 2 hours until the cells were completely lysed and the solution was clear. Then 6 ml of phenol was added and gently stirred for 10 minutes, then 6 ml of chloroform was added and stirred for 5 minutes. Centrifugation (3,000 rpm, 1,500 × g, 20 minutes, room temperature: himac SCR20B, rotor RPRS4, manufactured by Hitachi) was performed, and the aqueous layer was transferred to a new tube. To the remaining chloroform layer, 5 ml of TNE buffer (10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA (pH 8.0), 100 mM NaCl) was added and stirred for 5 minutes. Centrifugation (3,000 rpm, 1,500 × g, 10 minutes, room temperature: himac SCR20B, rotor RPRS4, manufactured by Hitachi) was performed, and the aqueous layer was recovered and combined with the previously recovered aqueous layer. 6 ml of chloroform was added to the collected aqueous layer and stirred for 5 minutes. Centrifugation (3,000 rpm, 1500 × g, 10 minutes, room temperature: himac SCR20B, rotor RPRS4, manufactured by Hitachi) was performed, and the aqueous layer was collected in a new tube. This operation was repeated once more. RNase was added at 40 μg / g based on the weight of the solution, and incubated at 37 ° C. for 1 hour. Then, 1/4 volume of 5 M NaCl was added and gently stirred, 30% PEG6,000 was added to a final concentration of 10%, and gently stirred until the solution was completely mixed. The DNA was taken up with a Pasteur pipette so that PEG would not follow, and washed with 5 ml of TE buffer. After dissolution in 5 ml of TE buffer, the mixture was gently stirred overnight at 4 ° C. 0.6 ml of 3 M sodium acetate and 12 ml of ethanol were added and stirred well until a lint-like DNA precipitate was observed. The DNA was wound up with a Pasteur pipette, washed with 2 ml of 70% ethanol, air-dried, and dissolved in 1 ml of TE.

PCR法は、Hot Star Taq DNA polymerase(QIAGEN)を用いて実施した。放線菌のDNAを用いてPCRを行う場合、DNAのGC含量及びDNA polymeraseのfidelityが問題となってくる。放線菌は一般的にGC含量が70%であり、PCR反応時における変異の導入などが危惧される。しかし、現在ではfidelityの高いDNA polymeraseが開発され、各試薬メーカーから発売されている。今回用いたHot Star Taq DNA polymerase(QIAGEN)もfidelityが高いとされ、GC含量が高い放線菌の遺伝子の増幅に適していると考えられる。なお、PCRはHot Star Taq DNA polymeraseで標準とされるサイクルをもとに放線菌のPCR条件を検討し、以下のように行った。
反応液組成
Hot Star Taq DNA polymerase(5 unit/μl) 0 μl(2.5 unit)
10×buffer 10 μl
dNTP Mixture(2 mM each) 10 μl(0.2 mM)
Templete(10 ng/μl )10 μl
Primer-F(25 pmol/μl) 2 μl(50 pmol/μl)
Primer-R(25 pmol/μl) 2 μl(50 pmol/μl)
滅菌蒸留水 65.5 μl

合計 100 μl
PCRサイクル
1, 96℃ 5分間 1サイクル
2, 97℃ 45秒間 → 55℃ 30秒間 → 74℃ 1分間 5サイクル
3, 96℃ 45秒間 → 55℃ 30秒間 → 74℃ 1分間 25サイクル
PCR was performed using Hot Star Taq DNA polymerase (QIAGEN). When PCR is carried out using actinomycetes DNA, the GC content of DNA and the fidelity of DNA polymerase become problems. Actinomycetes generally have a GC content of 70%, and there are concerns about the introduction of mutations during PCR reactions. However, DNA polymerases with high fidelity have been developed and are now on sale from reagent manufacturers. Hot Star Taq DNA polymerase (QIAGEN) used this time has high fidelity and is considered suitable for amplification of actinomycetes genes with high GC content. PCR was carried out as follows by examining PCR conditions for actinomycetes based on the standard cycle of Hot Star Taq DNA polymerase.
Reaction solution composition
Hot Star Taq DNA polymerase (5 unit / μl) 0 μl (2.5 unit)
10 × buffer 10 μl
dNTP Mixture (2 mM each) 10 μl (0.2 mM)
Templete (10 ng / μl) 10 μl
Primer-F (25 pmol / μl) 2 μl (50 pmol / μl)
Primer-R (25 pmol / μl) 2 μl (50 pmol / μl)
Sterile distilled water 65.5 μl

100 μl total
PCR cycle
1, 96 ℃ 5 minutes 1 cycle
2, 97 ℃ 45 seconds → 55 ℃ 30 seconds → 74 ℃ 1 minute 5 cycles
3, 96 ℃ 45 seconds → 55 ℃ 30 seconds → 74 ℃ 1 minute 25 cycles

上記PCRで得られた増幅断片について、1×TAEバッファー(40 mM Tris base、0.4 mM 酢酸、1mM EDTA)を用い、アガロースゲル電気泳動を実施した。アガロースゲルは、1×TAEバッファーに分離したいDNA断片の長さにあわせたゲル濃度(100〜2,000bp→2%、200〜3,000bp→1.5%、500〜7,000bp→1%、800〜10,000bp→0.7%)になるようにアガロースS(ニッポンジーン)を加え、電子レンジでゲルを完全に融解させた。50℃まで冷却後、エチジウムブロマイドを終濃度50μg/μlとなるように加えて均一にし、ゲルフォーマーに流し込んで作製した。泳動はサブマリン型電気泳動槽のMupid-2(アドバンス社製)を用い、定電圧を50 V、あるいは100 Vで泳動した。DNA分子量マーカーはλDNAをHindIIIで消化したものを用いた。泳動したDNAはUVランプ(302 nm)上で確認した。   The amplified fragment obtained by the PCR was subjected to agarose gel electrophoresis using 1 × TAE buffer (40 mM Tris base, 0.4 mM acetic acid, 1 mM EDTA). The agarose gel has a gel concentration that matches the length of the DNA fragment to be separated in 1 × TAE buffer (100 to 2,000 bp → 2%, 200 to 3,000 bp → 1.5%, 500 to 7,000 bp → 1%, 800 to 10,000 bp) (→ 0.7%) Agarose S (Nippon Gene) was added, and the gel was completely melted in a microwave oven. After cooling to 50 ° C., ethidium bromide was added to a final concentration of 50 μg / μl to make it uniform and poured into a gel former. Electrophoresis was performed using Mupid-2 (manufactured by Advance) of a submarine type electrophoresis tank, and the electrophoresis was performed at a constant voltage of 50 V or 100 V. As the DNA molecular weight marker, λDNA digested with HindIII was used. The migrated DNA was confirmed on a UV lamp (302 nm).

結果を図4に示す。アガロースゲル電気泳動から求めた増幅断片の鎖長は、それぞれ約1.5 kbp、1.8 kbpであった。   The results are shown in FIG. The chain lengths of the amplified fragments determined from agarose gel electrophoresis were about 1.5 kbp and 1.8 kbp, respectively.

続いて、得られたPCR増幅産物についてシーケンス解析を行った。シーケンス解析の結果、上記PCR産物はS. coelicolorのD-アミノアシラーゼ類似遺伝子と80%の相同性を示した。   Subsequently, the obtained PCR amplification product was subjected to sequence analysis. As a result of sequence analysis, the PCR product showed 80% homology with a D-aminoacylase-like gene of S. coelicolor.

[実施例3]ゲノムサザンハイブリダイゼーション
PCR法により、推定D-アミノアシラ−ゼ遺伝子を増幅できたが、PCRの反応段階で別の塩基などを取り込み、正しい遺伝子配列が増幅されていない可能性が考えられる。そこで、S. thermonitrificansのゲノムDNAからD-アミノアシラーゼ遺伝子をクローニングするため、サザンハイブリダイゼーションを試みた。
[Example 3] Genomic Southern hybridization
Although the putative D-aminoacylase gene could be amplified by PCR, it is possible that another base or the like was incorporated at the PCR reaction stage and the correct gene sequence was not amplified. Therefore, Southern hybridization was attempted to clone the D-aminoacylase gene from the genomic DNA of S. thermonitrificans.

STDAA-F2、R2の組み合わせのプライマーで増幅した断片を、pUC19から作製したTベクターにサブクローニングし、得られたプラスミドをpUC(T)STDAAとした(図5)。pUC(T)STDAAプラスミドをBamHI、SmaI処理して得られた約400 bpのDNA断片を、DIGシステムを用いたランダムプライム法により標識し、プローブN1とした(図6A)。プローブN1の配列を下記および配列番号7に示す。
プローブN1:
cccgggatgtacgccagtgacgccgaactgaccgagctgtgccgggtggtggccgcccacggcggctactggtgcccgcaccaccgcagttacggggccggggcgctgaaggcgtacgaggaggtggtgaccctcgcgcgcgaggcgggctgcccgctgcacctggcgcacgccaccttgaacttcgcccccaacaagggccgcgcgcccgagctgctggcgctgctggacgacgcgctcgccgccggcgccgacatcaccttcgacacctatccctacacccccggctgcaccaccctggccgcgttgctgccgagctgggcgggcgagggcggcccggacgcccttctcgcccggctcgccgacgagaccgtcgccgagcggatcc (配列番号7)。
A fragment amplified with primers of a combination of STDAA-F2 and R2 was subcloned into a T vector prepared from pUC19, and the resulting plasmid was designated as pUC (T) STDAA (FIG. 5). A DNA fragment of about 400 bp obtained by treating the pUC (T) STDAA plasmid with BamHI and SmaI was labeled by a random prime method using a DIG system to obtain a probe N1 (FIG. 6A). The sequence of probe N1 is shown below and in SEQ ID NO: 7.
Probe N1:
cccgggatgtacgccagtgacgccgaactgaccgagctgtgccgggtggtggccgcccacggcggctactggtgcccgcaccaccgcagttacggggccggggcgctgaaggcgtacgaggaggtggtgaccctcgcgcgcgaggcgggctgcccgctgcacctggcgcacgccaccttgaacttcgcccccaacaagggccgcgcgcccgagctgctggcgctgctggacgacgcgctcgccgccggcgccgacatcaccttcgacacctatccctacacccccggctgcaccaccctggccgcgttgctgccgagctgggcgggcgagggcggcccggacgcccttctcgcccggctcgccgacgagaccgtcgccgagcggatcc (SEQ ID NO: 7).

S. thermonitrificansのtotal DNAを調製し、total DNA10 μgに対して3種類の制限酵素KpnI、PstI、SacIでそれぞれで分解後、アガロース電気泳動(Mupid-2、50V、30分間)し、プローブN1によりサザンハイブリダイゼーションを行った。サザンハイブリダイゼーションは、非放射性システムであるDIG-High Prime DNA Labeling and Detection Starter Kit II(ロシュ・ダイアグノスティックス社)を用いて行った。   Prepare total DNA of S. thermonitrificans, digest with 3 kinds of restriction enzymes KpnI, PstI, and SacI to 10 μg of total DNA, and then perform agarose electrophoresis (Mupid-2, 50V, 30 minutes), and probe N1 Southern hybridization was performed. Southern hybridization was performed using DIG-High Prime DNA Labeling and Detection Starter Kit II (Roche Diagnostics), which is a non-radioactive system.

結果を図6に示す。サザンハイブリダイゼーションの結果、KpnI断片中11 kbp付近、PstI断片中10 kbp付近、そしてSacI断片中7 kbp付近にバンドが検出された(図6C)。   The results are shown in FIG. As a result of Southern hybridization, bands were detected around 11 kbp in the KpnI fragment, around 10 kbp in the PstI fragment, and around 7 kbp in the SacI fragment (FIG. 6C).

[実施例4]SacI断片(6.5 kbp〜8 kbp)のクローニング
プローブN1がハイブリダイズしたS. thermonitrificans CS5-9のSacI断片を回収するために、ゲノムDNA10 μgに対して制限酵素SacI40 Uを加え、200 μlの反応系で1時間反応させた。反応液をアガロース電気泳動(Mupid-2、50V、2時間)に供し、λ/HindIIIマーカーの6.5 kbpのバンドと9.4 kbpのバンドに対応している部分を3分割して切り出し、このゲルからDNAを抽出した。
[Example 4] Cloning of SacI fragment (6.5 kbp to 8 kbp)
In order to recover the SacI fragment of S. thermonitrificans CS5-9 hybridized with the probe N1, restriction enzyme SacI40 U was added to 10 μg of genomic DNA and allowed to react for 1 hour in a 200 μl reaction system. The reaction solution was subjected to agarose electrophoresis (Mupid-2, 50V, 2 hours), and the portion corresponding to the 6.5 kbp band and the 9.4 kbp band of the λ / HindIII marker was divided into three parts and excised from this gel. Extracted.

一部を再びアガロース電気泳動に供し、サザンハイブリダイゼーションを行った。その結果、3分割した中で6.4〜7 kbpのバンドが最もプロ−ブN1と強くハイブリダイズした(図7B)。   A part was again subjected to agarose electrophoresis, and Southern hybridization was performed. As a result, the band of 6.4-7 kbp most strongly hybridized with the probe N1 among the three divisions (FIG. 7B).

最もプロ−ブと強くハイブリダイズした部分に対応するゲル抽出液を、制限酵素SacI処理した後、BAPにより5´末端の脱リン酸化処理したpUC19ベクターとライゲーション反応させた。ライゲーションには、250 ngのSacI断片に対して、100 ngのpUC19ベクターを用いた。この反応液をE. coli JM109に形質転換した。   The gel extract corresponding to the portion that hybridized most strongly with the probe was treated with the restriction enzyme SacI, and then ligated with the pUC19 vector dephosphorylated at the 5 ′ end with BAP. For ligation, 100 ng of pUC19 vector was used for 250 ng of SacI fragment. This reaction solution was transformed into E. coli JM109.

[実施例5]コロニーハイブリダイゼーション
実施例4で得られた形質転換体1000個をコロニーハイブリダイゼーションに供した。コロニーハイブリダイゼーションは、DIG-High Prime DNA Labeling and Detection Starter Kit IIを用いて実施した。プローブは上述のプローブN1を用いた。
[Example 5] Colony hybridization
1000 transformants obtained in Example 4 were subjected to colony hybridization. Colony hybridization was performed using DIG-High Prime DNA Labeling and Detection Starter Kit II. The probe N1 described above was used as the probe.

コロニーハイブリダイゼーションの結果、陽性クローンが1個得られた(図8)。得られたプラスミドにはSacI断片(6.5 kbp)が認められた。このDNA断片に対してサザンハイブリダイゼーションを行ったところ、プローブN1と強くハイブリダイズした(図9)。   As a result of colony hybridization, one positive clone was obtained (FIG. 8). A SacI fragment (6.5 kbp) was found in the obtained plasmid. When this DNA fragment was subjected to Southern hybridization, it was strongly hybridized with the probe N1 (FIG. 9).

既存のD-アミノアシラーゼ遺伝子の長さは1.0〜1.5 kbpであり、プローブN1がハイブリダイズしたDNA断片がS. thermonitrificans由来のD-アミノアシラーゼ遺伝子ならば、このDNA断片中にD-アミノアシラーゼ遺伝子の一部、または全てが含まれていると考えられた。このDNA断片を含むプラスミドをpSAC4として今後の実験に用いた(図10)。   If the length of the existing D-aminoacylase gene is 1.0 to 1.5 kbp and the DNA fragment hybridized with the probe N1 is a D-aminoacylase gene derived from S. thermonitrificans, the D-aminoacylase gene is included in this DNA fragment. It was considered that some or all of these were included. The plasmid containing this DNA fragment was used for future experiments as pSAC4 (FIG. 10).

用いたDIGシステムは、検出操作が煩雑である。しかし、ハイブリダイズさせる時の温度、洗いの条件がRIシステムを用いる場合と同様に様々に変化させることができる。このため、放線菌由来の遺伝子のように、GC含量が高い場合や、ファミリー遺伝子をプローブにする場合など、様々な条件を設定する場合には適していると考えられる。   The DIG system used has a complicated detection operation. However, the temperature at the time of hybridization and washing conditions can be variously changed as in the case of using the RI system. For this reason, it is considered to be suitable when various conditions are set, such as when the GC content is high or the family gene is used as a probe, such as a gene derived from actinomycetes.

[実施例6]SacI断片(6.5 kbp)の制限酵素地図の作成
S. thermonitrificans CS5-9株由来の6.5 kbp SacI断片の制限酵素地図の作成を試みた。プラスミドpSAC4を各制限酵素で切断した後、サザンハイブリダイゼーションを行った。この結果より、6.5 kbpの挿入断片中にPstI認識部位が1ヶ所、BamHI認識部位が2ヶ所、SmaI認識部位が3ヶ所存在することが推定された。次に、6.5 kbpの挿入断片を制限酵素PstI、BamHI及びSmaIを組み合わせて処理し、断片長をアガロースゲル電気泳動結果から推定した。これらについてサザンハイブリダイゼーションを行い、6.5 kbp SacI処理断片の制限酵素地図と、プローブN1がハイブリダイズした場所を推定した(図11)。
[Example 6] Construction of restriction enzyme map of SacI fragment (6.5 kbp)
An attempt was made to create a restriction enzyme map of the 6.5 kbp SacI fragment from S. thermonitrificans CS5-9. The plasmid pSAC4 was cleaved with each restriction enzyme, and then Southern hybridization was performed. From this result, it was estimated that there were 1 PstI recognition site, 2 BamHI recognition sites, and 3 SmaI recognition sites in the 6.5 kbp insert. Next, the 6.5 kbp insert fragment was treated with restriction enzymes PstI, BamHI and SmaI in combination, and the fragment length was estimated from the results of agarose gel electrophoresis. These were subjected to Southern hybridization, and the restriction enzyme map of the 6.5 kbp SacI-treated fragment and the location where the probe N1 hybridized were estimated (FIG. 11).

[実施例7]D-アミノアシラーゼ遺伝子の塩基配列決定と解析
遺伝子が含まれていると考えられる推定領域をSacI-BamHI、BamHI-SmaI、SmaI-BamHI、BamHI-PstI、PstI-SacIの5つの領域に分割し、それぞれの断片をpUC19ベクターにサブクローニングした後、S. thermonitrificans CS5-9株由来D-アミノアシラーゼ遺伝子の全塩基配列を決定した(図12、配列番号1)。シーケンス解析の結果、得られた遺伝子の配列は推定の開始コドン(ATG)、終止コドン(TGA)、そして推定の開始コドンの上流にSD配列と考えられる配列(GGAGA)が認められた(図12)。推定の開始コドンから終止コドンまでの配列はS. coelicolorの推定D-アミノアシラーゼ遺伝子と約81%の類似性、推定のアミノ酸配列で79%の類似性を示した(図13)。本遺伝子は1665 bpからなり、アミノ酸554個をコードしていると推測された。
[Example 7] Determination and analysis of base sequence of D-aminoacylase gene
After dividing the putative region considered to contain the gene into 5 regions of SacI-BamHI, BamHI-SmaI, SmaI-BamHI, BamHI-PstI, PstI-SacI, and subcloning each fragment into pUC19 vector, The entire nucleotide sequence of the D-aminoacylase gene derived from S. thermonitrificans CS5-9 strain was determined (FIG. 12, SEQ ID NO: 1). As a result of sequence analysis, the sequence of the obtained gene was found to be a putative start codon (ATG), a stop codon (TGA), and a sequence considered to be an SD sequence (GGAGA) upstream of the putative start codon (FIG. 12). ). The sequence from the putative start codon to the stop codon showed about 81% similarity to the putative D-aminoacylase gene of S. coelicolor, and 79% similarity to the putative amino acid sequence (FIG. 13). This gene consists of 1665 bp and was estimated to encode 554 amino acids.

D-アミノアシラーゼはウレアーゼ、シトシンデアミナーゼなどが属する金属依存性のドメインを持つヒドロラーゼのス−パーファミリーに属している。そして、D-アミノアシラーゼの反応機構もウレアーゼの反応機構を参考に推測することができる。Tsaiらのグループが2003年にAlcaligenes faecalis DA1由来D-アミノアシラーゼ のX線結晶解析の詳細を報告しているがそれによると、D-アミノアシラーゼは活性中心で2つの亜鉛イオンと結合しており、220、250番目のヒスチジン、96番目のシステインが1つの亜鉛イオンを、67、69番目のヒスチジンと96番目のシステインがもう1つの亜鉛イオンの結合に関係しているとされている。さらに直接的な触媒反応は366番目のアスパラギン酸が関係していると推測されている。一方、本遺伝子では75、77、238、268番目のヒスチジンが67、69、220、250番目に対応し、432番目のアスパラギン酸が366番目のアスパラギン酸に対応していると推測された(図13)。アミノ酸配列のアライメントの結果、96番目のシステインに対応するアミノ酸については本遺伝子および、S. coelicolor、S. avermitilisのD-アミノアシラーゼ遺伝子ではアスパラギン酸であることが推測された。これがStreptomycesのD-アミノアシラーゼで特徴的なものであるかは明らかではない。さらに、S. benihanaのD-アミノアシラーゼでは、96番目のシステインにはアルギニンが対応していると推測された。S. benihanaのD-アミノアシラーゼは、クローニングされている中で唯一金属要求性を示さないという特徴をもっている。金属結合に関係しているとされるアミノ酸が存在しないと金属要求性がないという関係は非常に興味深い。今後、部位特異的変異や放線菌のD-アミノアシラーゼの結晶解析を行い、AlcaligenesのD-アミノアシラーゼと比較することで、より詳細な機能が解明されていくと期待できる。   D-aminoacylases belong to the superfamily of hydrolases having metal-dependent domains to which urease, cytosine deaminase and the like belong. The reaction mechanism of D-aminoacylase can also be estimated with reference to the reaction mechanism of urease. Tsai et al. Reported details of X-ray crystallographic analysis of D-aminoacylase derived from Alcaligenes faecalis DA1 in 2003. According to this report, D-aminoacylase is bound to two zinc ions at the active center. , 220, 250th histidine, 96th cysteine is associated with one zinc ion, 67th, 69th histidine and 96th cysteine are associated with another zinc ion. It is also speculated that the direct catalytic reaction involves the 366th aspartic acid. On the other hand, in this gene, it was speculated that the 75, 77, 238, and 268th histidines corresponded to the 67, 69, 220, and 250th, and the 432rd aspartic acid corresponded to the 366th aspartic acid (Fig. 13). As a result of alignment of the amino acid sequences, it was speculated that the amino acid corresponding to the 96th cysteine was aspartic acid in this gene and the D-aminoacylase genes of S. coelicolor and S. avermitilis. It is not clear whether this is characteristic of Streptomyces D-aminoacylase. Furthermore, it was speculated that arginine corresponds to the 96th cysteine in S. benihana's D-aminoacylase. S. benihana's D-aminoacylase is characterized by the fact that it does not exhibit metal requirement only among the cloned ones. The relationship that there is no metal requirement without the presence of amino acids that are related to metal bonds is very interesting. In the future, it is expected that more detailed functions will be elucidated by conducting site-specific mutations and crystal analysis of actinomycete D-aminoacylase and comparing it with Alcaligenes D-aminoacylase.

[実施例8]既知D-アミノアシラーゼ遺伝子とのアミノ酸配列の比較
得られた塩基配列を現在までに報告されているD-アミノアシラーゼ(Alcaligenes xylosoxydans A-6、Alcaligenes xylosoxydans DA1)とアミノ酸配列の比較を行った(表1)。また推定のD-アミノアシラーゼ類似遺伝子Streptomyces coelicolor A3(2)、Streptomyces avermitilis MA-4680)および、本発明者らによりクローン化されたSebekia benihana IFO14309のD-アミノアシラーゼ遺伝子と比較した。その結果、本遺伝子は同じStreptomyces属であるStreptomyces coelicolor、Streptomyces avermitilis由来の遺伝子とは、それぞれ79%、75%という高い類似性を示したが、Alcaligenes属由来の遺伝子とは34%という低い類似性であった。同じ放線菌であるSebekia benihana由来の遺伝子とは比較した中で最も低い27%という類似性を示した。
[Example 8] Comparison of amino acid sequence with known D-aminoacylase gene
The obtained base sequence was compared with D-aminoacylase (Alcaligenes xylosoxydans A-6, Alcaligenes xylosoxydans DA1) reported to date (Table 1). In addition, it was compared with the putative D-aminoacylase-like gene Streptomyces coelicolor A3 (2), Streptomyces avermitilis MA-4680) and the D-aminoacylase gene of Sebekia benihana IFO14309 cloned by the present inventors. As a result, this gene showed high similarity of 79% and 75% with the genes of Streptomyces coelicolor and Streptomyces avermitilis, which are the same genus of Streptomyces, but low similarity of 34% with the gene from Alcaligenes genus. Met. It showed the lowest similarity of 27% compared with the gene derived from the same actinomycete, Sebekia benihana.

[実施例9]D-アミノアシラーゼ遺伝子の放線菌での発現
本遺伝子がD-アミノアシラーゼ遺伝子であることを確認するために、遺伝子を放線菌Streptomyces lividans TK21で発現させ、D-アミノアシラーゼの生産性を検討した。
[Example 9] Expression of D-aminoacylase gene in actinomycetes
In order to confirm that this gene is a D-aminoacylase gene, the gene was expressed in Streptomyces lividans TK21 and the productivity of D-aminoacylase was examined.

本遺伝子発現のため、発現プラスミドTD2を下記のとおり構築した。放線菌Phospholipase D遺伝子はプロモーター領域に加えターミネーター領域も有している。PLDプロモーターを用いて異種遺伝子を発現させる場合、ターミネーターを付加するとより発現量が増加する事が知られている。そこで、PLDターミネーターを本遺伝子下流に連結させることを試みた。まず、pUC19ベクターのKpnI-SphIサイトにPLDプロモーターを連結し、続いてPCRにより増幅した本遺伝子をSphI-HindIIIサイトでプロモーター下流に連結した。続いて、ターミネーター増幅用のプライマーを作製した。ターミネーター増幅用プライマーはForward、Reverseともに制限酵素HindIIIサイトを含んでいる。また、ReverseプライマーにはKpnIサイトも含んでいるためにKpnIでも処理することができる。ターミネーター増幅用プライマーPTF-H、PTF-Rの配列は下に示した。
PTF-H(HindIIIサイト作成用):d(AGACAAGCTTCGCTCTGAGACGACTGAGCG)(配列番号8)
PTR-H(HindIII、KpnI作成用):d(AAAGAAGCTTGGTACCCCCTTGGCCGCGA)(配列番号9)
このプライマーを用いて増幅した約300 bpのターミネーター領域を上記の本遺伝子下流にHindIIIサイトで連結し、この構築したプラスミドをpUCTD2とした。次にpUCTD2をKpnIで処理し、約3.4 kbpのプロモーターからターミネーター部分までを切り出し、KpnI処理したpUC702ベクターに挿入し、構築したプラスミドをTD2とした(図14)。発現ベクターTD2またはコントロールベクターpUC702を、Hopwoodらの方法(D.A.Hopwood, M.J.Bibb, K.F.Chater : Genetic manupulation of Streptomyces.,The John Innes Foundation.)に従って放線菌Streptomyces lividans TK21に形質転換した。
For expression of this gene, an expression plasmid TD2 was constructed as follows. The actinomycete Phospholipase D gene has a terminator region in addition to the promoter region. When a heterologous gene is expressed using a PLD promoter, it is known that the expression level increases when a terminator is added. Therefore, an attempt was made to link a PLD terminator downstream of this gene. First, the PLD promoter was linked to the KpnI-SphI site of the pUC19 vector, and then this gene amplified by PCR was linked downstream of the promoter at the SphI-HindIII site. Subsequently, a terminator amplification primer was prepared. The terminator amplification primer contains a restriction enzyme HindIII site in both Forward and Reverse. The Reverse primer also contains a KpnI site, so it can be treated with KpnI. The sequences of the terminator amplification primers PTF-H and PTF-R are shown below.
PTF-H (for HindIII site creation): d (AGACAAGCTTCGCTCTGAGACGACTGAGCG) (SEQ ID NO: 8)
PTR-H (for creating HindIII and KpnI): d (AAAGAAGCTTGGTACCCCCTTGGCCGCGA) (SEQ ID NO: 9)
A terminator region of about 300 bp amplified using this primer was ligated downstream of the gene at the HindIII site, and the constructed plasmid was designated as pUCTD2. Next, pUCTD2 was treated with KpnI, the approximately 3.4 kbp promoter to terminator portion was excised, inserted into the KpnI-treated pUC702 vector, and the constructed plasmid was designated as TD2 (FIG. 14). Expression vector TD2 or control vector pUC702 was transformed into Streptomyces lividans TK21 according to the method of Hopwood et al. (DAHopwood, MJBibb, KFChater: Genetic manupulation of Streptomyces., The John Innes Foundation.).

放線菌形質転換体の培養液1.5 mlを遠心分離(8,000 rpm、1分間、4℃)し、得られた菌体を0.5 mlの50 mM Tris-HCl(pH 7.5)に懸濁した。再び遠心分離(8,000×g、1分間、4℃)後、得られた菌体を0.5 mlの50 mM Tris-HCl(pH7.5)に懸濁し、ハンドソニケーター(トミー精工製)で超音波破砕(3分間)を行った。この超音波破砕液を遠心分離(16,000×g、10分間、4℃)し、上清を粗酵素液とした。N-アセチル-D-メチオニンを含む反応液に酵素液を加え、生成したメチオニンをTNBS法で定量した。酵素活性はN-アセチルD-メチオニンからD-メチオニンが1分間に1μmol生成する酵素量を1unit(U)と定義した。   Centrifugation (8,000 rpm, 1 minute, 4 ° C.) of 1.5 ml of the culture solution of actinomycetes transformants was performed, and the obtained cells were suspended in 0.5 ml of 50 mM Tris-HCl (pH 7.5). After centrifugation again (8,000 × g, 1 minute, 4 ° C), the obtained cells were suspended in 0.5 ml of 50 mM Tris-HCl (pH 7.5) and ultrasonicated with a hand sonicator (Tomy Seiko). Crushing (3 minutes) was performed. The ultrasonic disruption solution was centrifuged (16,000 × g, 10 minutes, 4 ° C.), and the supernatant was used as a crude enzyme solution. The enzyme solution was added to the reaction solution containing N-acetyl-D-methionine, and the produced methionine was quantified by the TNBS method. Enzyme activity was defined as 1 unit (U) as the amount of enzyme that produces 1 μmol of D-methionine per minute from N-acetyl D-methionine.

結果を表2に示す。酵素を培地あたりのD-アミノアシラーゼ生産量は、TD2を有する形質転換体は55.9 U/Lであり、親株であるS. thermonitrificans CS5-9のD-アミノアシラーゼ生産量2.9 U/Lに比べ、約19倍の値を示した(表2)。この結果より、本遺伝子がD-アミノアシラーゼ遺伝子であることが確認できた。pUC702を含むものではD-アミノアシラーゼ活性は認められなかった。   The results are shown in Table 2. The amount of D-aminoacylase produced per medium of the enzyme is 55.9 U / L for the transformant having TD2, compared to 2.9 U / L for the D-aminoacylase produced by the parent strain S. thermonitrificans CS5-9. The value was about 19 times (Table 2). From this result, it was confirmed that this gene was a D-aminoacylase gene. No D-aminoacylase activity was observed with pUC702.

S. coelicolorおよびS.avermitilis由来D-アミノアシラーゼ遺伝子近辺に存在する遺伝子の位置および図を比較した図である。It is the figure which compared the position and figure of the gene which exist in the D-aminoacylase gene vicinity from S. coelicolor and S. avermitilis. 各種D-アミノアシラーゼ(Alcaligens xylosoxydans A-6、Streptomyces coelicolor、Streptomyces avermitilis)の遺伝子配列およびアミノ酸配列を比較する図である。矢印は、PCR法プライマー位置を示す。It is a figure which compares the gene sequence and amino acid sequence of various D-aminoacylases (Alcaligens xylosoxydans A-6, Streptomyces coelicolor, Streptomyces avermitilis). Arrows indicate PCR primer positions. 発現プラスミドCD1の構築を示す図である。It is a figure which shows the structure of expression plasmid CD1. PCR法増幅産物のアガロース電気泳動写真である。It is an agarose electrophoresis photograph of the PCR amplification product. プラスミドpUC(T)STDAA の構築方法を示す図である。It is a figure which shows the construction method of plasmid pUC (T) STDAA. Streptomyces thermonitrificansのトータルDNAのサザンハイブリダイゼーションに関する図である。(A)プローブとして用いたDNA断片部分を両側矢印で示す図である。(B)DNA調製物(10μg)を制限酵素で切断した後、1%アガロースゲルで電気泳動した写真である。レーン1:KpnIで切断、レーン2:PstIで切断、レーン3:SacIで切断、レーンM:HindIIIで切断したラムダDNA(サイズマーカー)。(C)さらに、D-アミノアシラーゼをコードするSma I - BamH Iフラグメント(0.4kbp)を標識したプローブを用いてハイブリダイズした写真である。It is a figure regarding Southern hybridization of total DNA of Streptomyces thermonitrificans. (A) It is a figure which shows the DNA fragment part used as a probe with a double-sided arrow. (B) A photograph of a DNA preparation (10 μg) electrophoresed on a 1% agarose gel after cleaving with a restriction enzyme. Lane 1: cut with KpnI, lane 2: cut with PstI, lane 3: cut with SacI, lane M: lambda DNA cut with HindIII (size marker). (C) Further, a photograph of hybridization using a probe labeled with a Sma I-BamH I fragment (0.4 kbp) encoding D-aminoacylase. ゲノムライブラリをSacIフラグメントでサザンハイブリダイゼーションした写真である。(A)はアガロース電気泳動、(B)はサザンハイブリダイゼーション。レーン1:7.8-8.8kbp、レーン2:7.0-8.2kbp、レーン3:6.4-7.0kbp、レーンM:HindIIIで切断したラムダDNA(サイズマーカー)。It is the photograph which carried out the Southern hybridization of the genomic library with the SacI fragment. (A) Agarose electrophoresis, (B) Southern hybridization. Lane 1: 7.8-8.8 kbp, Lane 2: 7.0-8.2 kbp, Lane 3: 6.4-7.0 kbp, Lane M: Lambda DNA (size marker) cut with HindIII. Streptomyces thermonitrificans CS5-9株のD-アミノアシラーゼを保持する形質転換体のコロニーハイブリダイゼーションを示す写真である。It is a photograph showing colony hybridization of a transformant carrying D-aminoacylase of Streptomyces thermonitrificans CS5-9 strain. プラスミドpSAC4のSAC I断片のサザンハイブリダイゼーションの写真である。(A):アガロース電気泳動、(B):サザンハイブリダイゼーション。レーン1:SacIで切断、レーンM:HindIIIで切断したラムダDNA(サイズマーカー)。It is a photograph of Southern hybridization of the SAC I fragment of plasmid pSAC4. (A): Agarose electrophoresis, (B): Southern hybridization. Lane 1: lambda DNA (size marker) cut with SacI and lane M: HindIII. プラスミドpSAC4の構築を示す図である。It is a figure which shows construction of plasmid pSAC4. プラスミドpSAC4の制限酵素地図である。It is a restriction map of plasmid pSAC4. Streptomyces thermonitrificans CS5-9株由来D-アミノアシラーゼの塩基配列および推定アミノ酸配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence and deduced amino acid sequence of D-aminoacylase derived from Streptomyces thermonitrificans CS5-9 strain. D-アミノアシラーゼのアミノ酸配列を比較する図である。S. coelicolor A3(2)(上段)、S. thermonitrificans CS5-9(下段)。It is a figure which compares the amino acid sequence of D-aminoacylase. S. coelicolor A3 (2) (upper), S. thermonitrificans CS5-9 (lower). 発現プラスミドTD2の構築を示す図である。It is a figure which shows construction of expression plasmid TD2.

Claims (4)

下記(a)から(d)のいずれかに記載の単離されたDNA。
(a)配列番号2に記載のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNA
(b)配列番号1に記載の塩基配列の184位から1845位までのコード領域を含むDNA
(c)配列番号2に記載のアミノ酸配列において1若しくは複数のアミノ酸が置換、欠失、挿入、および/または付加したアミノ酸配列を有し、D-アミノアシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
(d)配列番号2に記載のアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有し、 D-アミノアシラーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA
The isolated DNA according to any one of (a) to (d) below.
(A) DNA encoding a protein comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2
(B) DNA containing the coding region from position 184 to position 1845 of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1
(C) a DNA encoding a protein having an amino acid sequence in which one or more amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having D-aminoacylase activity
(D) DNA encoding a protein having a sequence identity of 90% or more with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and having D-aminoacylase activity
請求項1に記載のDNAが挿入されたベクター。 A vector into which the DNA according to claim 1 is inserted. 請求項1に記載のDNAまたは請求項2に記載のベクターを保持する形質転換細胞。 A transformed cell carrying the DNA according to claim 1 or the vector according to claim 2. 請求項3に記載の形質転換細胞を培養する工程を含む、耐熱性D−アミノアシラーゼの製造方法。 A method for producing a thermostable D-aminoacylase, comprising a step of culturing the transformed cell according to claim 3.
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