JP4836017B2 - Method for high expression of glucose dehydrogenase from filamentous fungus in recombinant - Google Patents

Method for high expression of glucose dehydrogenase from filamentous fungus in recombinant Download PDF

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Description

本発明は、糸状菌由来のグルコースデヒドロゲナーゼを組換え体にて高発現させる方法に関するものである。   The present invention relates to a method for highly expressing a glucose dehydrogenase derived from a filamentous fungus in a recombinant.

血糖自己測定は、糖尿病患者が通常の自分の血糖値を把握し治療に生かすために重要である。血糖自己測定に用いられるセンサにはグルコースを基質とする酵素が利用されている。そのような酵素の例としては、例えばグルコースオキシダーゼ(EC 1.1.3.4)が挙げられる。グルコースオキシダーゼはグルコースに対する特異性が高く、熱安定性に優れているという利点を有していることから血糖センサ用酵素として古くから利用されており、その最初の発表は実に40年ほど前に遡る。グルコースオキシダーゼを利用した血糖センサにおいては、グルコースを酸化してD−グルコノ−δ−ラクトンに変換する過程で生じる電子がメディエーターを介して電極に渡されることで測定がなされるが、グルコースオキシダーゼは反応で生じたプロトンを酸素に渡しやすいため溶存酸素が測定値に影響してしまうという問題があった。   Blood glucose self-measurement is important for diabetics to grasp their normal blood glucose level and use it for treatment. An enzyme using glucose as a substrate is used for a sensor used for blood glucose self-measurement. An example of such an enzyme is glucose oxidase (EC 1.1.3.4). Glucose oxidase has been used as an enzyme for blood glucose sensors for a long time because it has the advantage of high specificity for glucose and excellent thermal stability, and its first announcement dates back to about 40 years ago. . In a blood glucose sensor using glucose oxidase, measurement is performed by passing electrons generated in the process of oxidizing glucose and converting it to D-glucono-δ-lactone to the electrode through a mediator. There is a problem that dissolved oxygen affects the measured value because the protons generated in the above are easily passed to oxygen.

このような問題を回避するために、例えばNAD(P)依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.1.47)あるいはピロロキノリンキノン依存型グルコースデヒドロゲナーゼ(EC 1.1.5.2(旧 EC1.1.99.17))が血糖センサ用酵素として用いられている。これらは溶存酸素の影響を受けない点で優位であるが、前者のNAD(P)依存型グルコースデヒドロゲナーゼは安定性の乏しさや補酵素の添加が必要という煩雑性がある。一方後者のピロロキノリンキノン依存型グルコースデヒドロゲナーゼは、基質特異性に乏しくマルトースやラクトースといったグルコース以外の糖類にも作用するため、測定値の正確性を損ねる可能性があるという欠点がある。   In order to avoid such a problem, for example, NAD (P) -dependent glucose dehydrogenase (EC 1.1.1.47) or pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase (EC 1.1.5.2 (formerly EC1. 1.9.17)) is used as an enzyme for blood glucose sensors. These are superior in that they are not affected by dissolved oxygen, but the former NAD (P) -dependent glucose dehydrogenase has poor stability and the complexity of requiring the addition of a coenzyme. On the other hand, the latter pyrroloquinoline quinone-dependent glucose dehydrogenase has poor substrate specificity and acts on saccharides other than glucose, such as maltose and lactose, and thus has the disadvantage of impairing the accuracy of measured values.

文献1〜4にはアスペルギルス・オリゼ由来のグルコースデヒドロゲナーゼについて報告されているが、グルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子に関しては報告されていない。
また、非特許文献1〜4には、遺伝子組み換えによりアスペルギルス・オリゼ由来のグルコースデヒドロゲナーゼを製造することについての記載はない。
References 1 to 4 report glucose dehydrogenase derived from Aspergillus oryzae, but do not report the glucose dehydrogenase gene.
Non-patent documents 1 to 4 do not describe production of glucose dehydrogenase derived from Aspergillus oryzae by genetic recombination.

また、特許文献1にはアスペルギルス属由来フラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼが開示されている。本酵素は基質特異性に優れかつ溶存酸素の影響を受けない点で優位である。熱安定性については50℃15分処理で89%程度の活性残存率であり安定性(以下、耐熱性とも表記)についても優れているとされている。特許文献2には、その遺伝子配列、アミノ酸配列が報告されている。   Patent Document 1 discloses an Aspergillus-derived flavin-binding glucose dehydrogenase. This enzyme is superior in that it has excellent substrate specificity and is not affected by dissolved oxygen. Regarding thermal stability, the residual activity rate is about 89% after treatment at 50 ° C. for 15 minutes, and it is said that the stability (hereinafter also referred to as heat resistance) is excellent. Patent Document 2 reports the gene sequence and amino acid sequence thereof.

しかしながら、フラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼ(FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼともいう。)の製造は、組換えDNA技術を用いても困難を極めている。実際、特許文献2において開示されているFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼの組換え大腸菌K12株において0.09U/mlと、極めて低いレベルであった。大腸菌K12株は、組換え生産において最も汎用され、組換え操作が簡便で、培養のし易さ、安全性の面などから工業的に多用されている宿主である。したがって、大腸菌K12株を宿主とした組換え体により、FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼを効率的に生産する方法が望まれていた。   However, the production of flavin-binding glucose dehydrogenase (also referred to as FAD-dependent glucose dehydrogenase) is extremely difficult even using recombinant DNA technology. In fact, in the recombinant Escherichia coli K12 strain of FAD-dependent glucose dehydrogenase disclosed in Patent Document 2, the level was as low as 0.09 U / ml. The Escherichia coli K12 strain is the most widely used host for recombinant production, is a host that is widely used industrially from the viewpoint of ease of culturing, safety, and the like because of the simple recombination operation. Therefore, a method for efficiently producing FAD-dependent glucose dehydrogenase by a recombinant using E. coli K12 as a host has been desired.

WO 2004/058958WO 2004/058958 WO 2006/101239WO 2006/101239

Biochim Biophys Acta.1967 Jul 11;139(2):265−76Biochim Biophys Acta. 1967 Jul 11; 139 (2): 265-76. Biochim Biophys Acta.1967 Jul 11;139(2):277−93Biochim Biophys Acta. 1967 Jul 11; 139 (2): 277-93. Biochim Biophys Acta.146(2):317−27Biochim Biophys Acta. 146 (2): 317-27 Biochim Biophys Acta.146(2):328−35Biochim Biophys Acta. 146 (2): 328-35

本発明の目的は、より実用面において有利な血糖センサ用酵素を提供することである。より具体的には、基質特異性ばかりでなく、生産コストの優れた糸状菌由来のグルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)を大量に取得し、利用することにある。   An object of the present invention is to provide an enzyme for blood glucose sensor that is more practically advantageous. More specifically, it is to obtain and use a large amount of glucose dehydrogenase (GDH) derived from filamentous fungi having excellent production cost as well as substrate specificity.

本発明者らは、上記目的を達成するために、まず、アスペルギルス・オリゼのゲノム情報を利用し、グルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子を特定・取得した。そして、該遺伝子を用いて大腸菌よりアスペルギルス・オリゼ由来のグルコースデヒドロゲナーゼを取得できることを見出した。また、ゲノム情報からアミノ酸配列を推定し、該アミノ酸配列のN末端領域にシグナルペプチドと思われるアミノ酸配列が存在することを見出した。
シグナルペプチドは、ペリプラズム空間への移行シグナルとなり、該空間のスペース上、発現量に制限が生じる可能性が危惧されたので、該シグナルペプチドの機能を欠失させる検討を行ったところ、GDHの生産性が約10倍向上して、生産コストを1/10に抑えることが可能となった。
In order to achieve the above object, the present inventors first identified and obtained a glucose dehydrogenase gene using genomic information of Aspergillus oryzae. And it discovered that glucose dehydrogenase derived from Aspergillus oryzae could be obtained from E. coli using this gene. In addition, the amino acid sequence was estimated from the genome information, and it was found that an amino acid sequence that seems to be a signal peptide exists in the N-terminal region of the amino acid sequence.
Since the signal peptide becomes a signal for transition to the periplasmic space and there is a possibility that the expression level may be limited in the space of the space, the examination of deleting the function of the signal peptide was conducted. As a result, the production cost can be reduced to 1/10.

すなわち、本発明は以下のような構成からなる。
(1)糸状菌由来のグルコースデヒドロゲナーゼ(以下GDHとも記載)を組換え生産する方法において、そのN末端領域に存在するシグナルペプチド配列に変異を導入することにより、該目的酵素の発現量を変異導入前と比べて高めることを特徴とするGDHの生産方法。
(2)糸状菌由来のGDHを組換え生産する方法において、そのN末端領域に存在するシグナルペプチドのアミノ酸配列の一部を欠損、あるいは置換することにより、該目的酵素の発現量を変異導入前と比べて高めることを特徴とする(1)記載のGDHの生産方法。
(3)配列番号2、4のいずれかに記載されたアミノ酸配列のうち、そのN末端に存在するMLFSLAFLSALSLATASPAGRAのアミノ酸配列の一部、あるいは全てを削除して発現させることによりこれらのアミノ酸配列が存在する場合と比べて発現量を高めることを特徴とする(1)記載のGDHの生産方法。
(4)配列番号2、4のいずれかに記載されたアミノ酸配列のうち、そのN末端に存在するMLFSLAFLSALSLATASPAGRAのアミノ酸配列に、1〜22個のアミノ酸置換または/及びアミノ酸挿入を行うことにより、元のアミノ酸配列が存在する場合と比べて発現活性を高めることを特徴とする(1)記載のGDHの生産方法。
(5)糸状菌由来のグルコースデヒドロゲナーゼのN末端に存在するMLGKLSFLSALSLAVAATLSNSTSAのアミノ酸配列の一部、あるいは全てを削除して発現させることによりこれらのアミノ酸配列が存在する場合と比べて発現量を高めるか、もしくは、1〜25個のアミノ酸置換または/及びアミノ酸挿入を行うことにより、元のアミノ酸配列が存在する場合と比べて発現活性を高めることを特徴とする(1)記載のGDHの生産方法。
(6)糸状菌由来グルコースデヒドロゲナーゼ(GDH)において、そのN末端に存在するシグナルペプチドをコードするDNA配列の一部、あるいは全てを置換または/及び欠損させたGDH遺伝子をコードする(1)〜(5)のいずれかの生産方法に使用されるDNA配列。
(7)(6)のDNA配列を含んでなる組換えベクター。
(8)(7)に記載の組換えベクターを宿主に導入してなる形質転換体。
(9)(8)に記載の形質転換体を用いて生産したGDHタンパク質。
(10)(9)に記載のGDHタンパク質を含む組成物。
(11)(10)に記載の組成物を用いるグルコース濃度の測定方法。
(12)(11)に記載の組成物を含むグルコースセンサ。
That is, the present invention has the following configuration.
(1) In a method for recombinantly producing glucose dehydrogenase derived from filamentous fungi (hereinafter also referred to as GDH), the expression level of the target enzyme is mutated by introducing a mutation into the signal peptide sequence present in the N-terminal region. A method for producing GDH, characterized in that it is higher than before.
(2) In a method for recombinantly producing GDH derived from filamentous fungi, the expression level of the target enzyme is reduced before mutation introduction by deleting or replacing part of the amino acid sequence of the signal peptide present in the N-terminal region. The method for producing GDH as set forth in (1), wherein the method is increased as compared with the above.
(3) Among the amino acid sequences described in any of SEQ ID NOs: 2 and 4, these amino acid sequences are present by deleting a part or all of the amino acid sequence of MLFSLAFLSALSLATASPAGRA present at the N-terminus thereof The method for producing GDH as described in (1), wherein the expression level is increased as compared with the case of performing.
(4) By performing 1 to 22 amino acid substitutions or / and amino acid insertions into the amino acid sequence of MLFSLAFLSALSLATASPAGRA present at the N-terminal of the amino acid sequences described in SEQ ID NOs: 2 and 4, The method for producing GDH as described in (1), wherein the expression activity is increased as compared with the case where the amino acid sequence is present.
(5) By increasing the expression level compared to the case where these amino acid sequences are present by deleting some or all of the amino acid sequences of MLGKLSFLSALSLAVAATLSNSTSA present at the N-terminus of glucose dehydrogenase derived from filamentous fungi, Alternatively, the GDH production method according to (1), wherein the expression activity is increased by performing 1 to 25 amino acid substitutions and / or amino acid insertions as compared to the case where the original amino acid sequence is present.
(6) In a filamentous fungus-derived glucose dehydrogenase (GDH), a GDH gene in which a part or all of a DNA sequence encoding a signal peptide present at the N-terminus thereof is substituted or / and deleted is encoded (1) to ( A DNA sequence used in any production method of 5).
(7) A recombinant vector comprising the DNA sequence of (6).
(8) A transformant obtained by introducing the recombinant vector according to (7) into a host.
(9) A GDH protein produced using the transformant according to (8).
(10) A composition comprising the GDH protein according to (9).
(11) A method for measuring glucose concentration using the composition according to (10).
(12) A glucose sensor comprising the composition according to (11).

本発明により、グルコースデヒドロゲナーゼを効率的に生産しかつ、より実用的なグルコースデヒドロゲナーゼを取得することが可能になった。
本発明によれば、アスペルギルス属、またはペニシリウム属より単離したグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子からアミノ酸配列を推定し、シグナルペプチド領域を予測して、シグナルペプチドの一部または全部をコードするDNA配列を欠失させたり、シグナルペプチドをコードされたアミノ酸配列にアミノ酸置換やアミノ酸挿入を施すことにより、組換え体にてグルコースデヒドロゲナーゼを効率的に生産させることができ、かつ、産業利用の観点からより実用的なグルコースデヒドロゲナーゼを取得することが可能になった。
According to the present invention, it has become possible to efficiently produce glucose dehydrogenase and obtain a more practical glucose dehydrogenase.
According to the present invention, an amino acid sequence is deduced from a glucose dehydrogenase gene isolated from Aspergillus or Penicillium, a signal peptide region is predicted, and a DNA sequence encoding part or all of the signal peptide is deleted. In addition, by subjecting the amino acid sequence encoded by the signal peptide to amino acid substitution or amino acid insertion, it is possible to efficiently produce glucose dehydrogenase in a recombinant, and more practical glucose from the viewpoint of industrial use. It became possible to obtain dehydrogenase.

図1は、アスペルギルス・オリゼ由来FAD−GDHのシグナルペプチド切断部位の予測を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing prediction of a signal peptide cleavage site of Aspergillus oryzae-derived FAD-GDH. 図2は、A.オリゼ野生型GDH(シグナルペプチド有)の培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase of oryzae wild type GDH (with signal peptide), microbial turbidity (OD), pH, and a GDH activity value. 図3は、A.オリゼ変異型GDH‐S2の培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase of an oryzae mutant type GDH-S2, microbial turbidity (OD), pH, and a GDH activity value. 図4は、A.オリゼ変異型GDH‐S3の培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase of oryzae mutant type GDH-S3, microbial turbidity (OD), pH, and a GDH activity value. 図5は、A.テレウス野生型GDH(予想シグナルペプチド配列切除)の培養温度28℃,Kd・P0.5における培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase, cell turbidity (OD), pH, and GDH activity value in culture temperature of 28 degreeC and Kd * P0.5 of Teleus wild type GDH (expected signal peptide sequence excision). 図6は、A.テレウス野生型GDH(予想シグナルペプチド配列切除)の培養温度28℃,Kd・P0.75における培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase, cell turbidity (OD), pH, and GDH activity value in culture temperature of 28 degreeC and Kd * P0.75 of Teleus wild type GDH (expected signal peptide sequence excision). 図7は、A.テレウス野生型GDH(予想シグナルペプチド配列切除)の培養温度28℃,Kd・P1.0における培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase, cell turbidity (OD), pH, and GDH activity value in culture temperature of 28 degreeC and Kd * P1.0 of Teleus wild type GDH (expected signal peptide sequence excision). 図8は、A.テレウス野生型GDH(予想シグナルペプチド配列切除)の培養温度28℃,Kd・P1.5における培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase and cell turbidity (OD), pH, and GDH activity value in culture | cultivation temperature of 28 degrees C of Teleus wild type GDH (expected signal peptide arrangement | sequence excision) and Kd * P1.5. 図9は、A.テレウス野生型GDH(予想シグナルペプチド配列切除)の培養温度20℃,Kd・P0.5における培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase and cell turbidity (OD), pH, and GDH activity value in the culture temperature of 20 degreeC and Kd * P0.5 of Teleus wild type GDH (expected signal peptide sequence excision). 図10は、A.テレウス野生型GDH(予想シグナルペプチド配列切除)の培養温度23℃,Kd・P0.5における培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase and cell turbidity (OD), pH, and GDH activity value in the culture temperature of 23 degreeC and Kd * P0.5 of Teleus wild type GDH (expected signal peptide sequence excision). 図11は、A.テレウス野生型GDH(予想シグナルペプチド配列切除)の培養温度26℃,Kd・P0.5における培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase and cell turbidity (OD), pH, and GDH activity value in the culture temperature of 26 degreeC and Kd * P0.5 of Teleus wild type GDH (expected signal peptide arrangement | sequence excision). 図12は、A.テレウス野生型GDH(予想シグナルペプチド配列切除)の培養温度29℃,Kd・P0.5における培養フェーズと菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示すグラフである。FIG. It is a graph which shows the relationship between the culture | cultivation phase and cell turbidity (OD), pH, and GDH activity value in the culture temperature of 29 degreeC and Kd * P0.5 of Teleus wild type GDH (expected signal peptide sequence excision).

本発明の一実施形態は、糸状菌由来のGDHを組換え生産する方法において、そのN末端領域に存在するシグナルペプチド配列に変異を導入することにより、該目的酵素の発現量を変異導入前と比べて高めることを特徴とするGDHの生産方法である。   One embodiment of the present invention is a method for recombinantly producing filamentous fungal-derived GDH by introducing a mutation into a signal peptide sequence present in the N-terminal region thereof, thereby reducing the expression level of the target enzyme before introducing the mutation. This is a method for producing GDH characterized by an increase in comparison.

本発明者らは、大収量のGDHタンパク質を取得するために鋭意努力した結果、上記目的を達成するために、まずその改変の元になる遺伝子DNAとして、先の発明でアスペルギルス・オリゼのゲノム情報を利用し、グルコースデヒドロゲナーゼ(以下GDHと示す)と推測される遺伝子DNAを見出している。   As a result of diligent efforts to obtain a large yield of GDH protein, the present inventors first achieved the above-mentioned object by first using the genomic DNA of Aspergillus oryzae in the previous invention as the genetic DNA that is the source of the modification. Has been used to find a genetic DNA presumed to be glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as GDH).

本発明者らは、NCBIのデータベースを利用し、FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(以下GDHと示す)と推測される遺伝子DNAを見出した。   The present inventors have found a gene DNA presumed to be FAD-dependent glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as GDH) using the NCBI database.

本発明者らは、非特許文献1〜4、NCBIのデータベースなどから、GDH活性を有するタンパク質をコードするDNA(遺伝子)の同定は容易になしうると予想していた。そしてさらに、当該遺伝子を含有する組換えベクターを作製し、形質転換した形質転換体を作り、形質転換体が発現する当該遺伝子がコードするタンパク質を精製することも容易になしうると考えていた。具体的には、非特許文献1〜4に記載された方法や公知技術を参考にしてアスペルギルス・オリゼを培養し、その培養上清から各種クロマトグラフィーを用いてGDHを精製して、その末端アミノ酸配列などを分析してプローブを作製し、GDHをコードする遺伝子を単離することを試みた。   The present inventors predicted that DNA (gene) encoding a protein having GDH activity can be easily identified from Non-Patent Documents 1 to 4, NCBI database, and the like. Furthermore, it was thought that a recombinant vector containing the gene can be produced, a transformed transformant can be produced, and a protein encoded by the gene expressed by the transformant can be easily purified. Specifically, Aspergillus oryzae is cultured with reference to the methods and known techniques described in Non-Patent Documents 1 to 4, and GDH is purified from the culture supernatant using various chromatographies. A probe was prepared by analyzing the sequence and the like, and an attempt was made to isolate a gene encoding GDH.

本発明者らは種々検討したが、通常行う塩析、クロマトグラフィー等を用いた精製法では、アスペルギルス・オリゼ培養上清から、高純度で、SDS−PAGE上ではっきりと確認できるGDH標品を得るのは困難であることが分かった。酵素タンパク質に結合しているであろう糖鎖が精製、確認を困難にしている原因の1つであると推察した。したがって、遺伝子取得の常法の1つである部分アミノ酸配列を利用したクローニングを断念せざるを得ないと判断した。このため、遺伝子取得には多くの試行錯誤をともない、非常な困難を極めたが、鋭意検討の結果、アスペルギルス・オリゼ由来のGDHをコードする遺伝子を単離した。その詳細は実施例に後述する。   The present inventors have made various studies. In the usual purification method using salting-out, chromatography, etc., a GDH preparation that can be clearly confirmed on SDS-PAGE with high purity from Aspergillus oryzae culture supernatant. It turned out to be difficult to obtain. It was inferred that the sugar chain that would be bound to the enzyme protein was one of the causes that made purification and confirmation difficult. Therefore, it was determined that cloning using a partial amino acid sequence, which is one of the common methods for gene acquisition, must be abandoned. For this reason, gene acquisition was extremely difficult with many trials and errors. However, as a result of intensive studies, a gene encoding GDH derived from Aspergillus oryzae was isolated. Details thereof will be described later in Examples.

また、本発明者らは他起源のGDH遺伝子の取得についても種々検討し、ペニシリウム属(Penicillium lilacinoechinulatum)由来のGDHをコードする遺伝子、およびアスペルギルス・テレウス由来のGDHをコードする遺伝子を単離した。その詳細も実施例に後述する。   In addition, the present inventors also studied various methods for obtaining GDH genes of other origins, and isolated a gene encoding GDH derived from Penicillium lilacinochinulatum and a gene encoding GDH derived from Aspergillus terreus. Details thereof will be described later in Examples.

本発明の遺伝子DNAは本GDHの発現をさらに向上させるように、コドンユーセージ(Codon usage)を変更したものを含みうる。   The gene DNA of the present invention may include a modified codon usage so as to further improve the expression of the present GDH.

シグナルペプチドは、成熟型タンパク質のN末端に残基数15〜30個に及ぶ延長ペプチドとして存在する。該ペプチド配列中には、疎水性アミノ酸領域を持ち、新生ポリペプチド鎖の小胞体膜への付着および膜通過に先導役を務め、膜通過後は切断されるものである。   The signal peptide exists as an extended peptide having 15 to 30 residues at the N-terminus of the mature protein. The peptide sequence has a hydrophobic amino acid region, serves as a lead for attachment of the nascent polypeptide chain to the endoplasmic reticulum membrane and passage through the membrane, and is cleaved after passage through the membrane.

本発明における糸状菌由来のGDH組換え体は特に限定されるものではないが、アスペルギルス属やペニシリウム属などをGDH遺伝子の供給源としたGDH組換え体が例示できる。好ましくはアスペルギルス属のGDHであり、さらに好ましくはアスペルギルス・オリゼである。最も好ましくは配列番号4、10のいずれかに記載されたアミノ酸配列を有するGDHが例示できる。   Although the GDH recombinant derived from a filamentous fungus in the present invention is not particularly limited, a GDH recombinant using Aspergillus genus, Penicillium genus or the like as a GDH gene supply source can be exemplified. Preferred is Aspergillus genus GDH, and more preferred is Aspergillus oryzae. Most preferably, GDH which has an amino acid sequence described in any of SEQ ID NOs: 4 and 10 can be exemplified.

これらGDH組換え体は、該GDHをコードする遺伝子をPCR法にて入手し、この遺伝子を発現用ベクターに挿入し、適当な宿主に形質転換させた形質転換体を培養し、培養液から遠心分離などで菌体を回収した後、菌体を機械的方法またはリゾチームなどの酵素的方法で破壊し、また、必要に応じてEDTAなどのキレート剤や界面活性剤等を添加して可溶化してGDHを含む水溶性画分として得ることができる。または適当な宿主ベクター系を用いることにより、発現したGDHを直接培養液中に分泌させることができる。   For these GDH recombinants, a gene encoding the GDH is obtained by PCR, this gene is inserted into an expression vector, a transformant transformed into an appropriate host is cultured, and centrifuged from the culture solution. After collecting the cells by separation, etc., the cells are destroyed by a mechanical method or an enzymatic method such as lysozyme, and if necessary, solubilized by adding a chelating agent such as EDTA or a surfactant. Thus, it can be obtained as a water-soluble fraction containing GDH. Alternatively, the expressed GDH can be secreted directly into the culture medium by using an appropriate host vector system.

本発明においては、GDHのN末端領域に存在するシグナルペプチドのアミノ酸配列の一部を欠損、あるいは置換することによりシグナルペプチドの機能を低下させることができる。
例えば、配列番号4に記載されたアミノ酸配列を有するGDHでは、そのN末端に存在するMLFSLAFLSALSLATASPAGRAのアミノ酸配列の一部、あるいは全てを削除することによりシグナルペプチドの機能を低下することができる。あるいは、1〜22個のアミノ酸置換または/及びアミノ酸挿入を行うことによっても可能である。
具体的な置換位置は例えばシグナルペプチド切断部が例示できる。好ましくはシグナルペプチドのC末端に相当するアラニンを他のアミノ酸に置換することにより、機能を低下させることができる。
In the present invention, the function of the signal peptide can be lowered by deleting or replacing part of the amino acid sequence of the signal peptide present in the N-terminal region of GDH.
For example, in GDH having the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4, the function of the signal peptide can be lowered by deleting a part or all of the amino acid sequence of MLFSLAFLSALSLATASPAGRA present at the N-terminus thereof. Alternatively, it is possible to perform 1 to 22 amino acid substitutions and / or amino acid insertions.
Specific examples of the substitution position include a signal peptide cleavage site. Preferably, the function can be reduced by substituting alanine corresponding to the C-terminus of the signal peptide with another amino acid.

該目的酵素の発現量がシグナルペプチド配列の存在する状態と比べて高まったかどうかは、該配列への変異導入前後における培養液1mlあたりの総活性値を比較して確認することができる。また、シグナルペプチド配列の改変は、エドマン分解を用いたN末端アミノ酸シーケンスにより確かめることができる。   Whether or not the expression level of the target enzyme has increased compared to the state in which the signal peptide sequence is present can be confirmed by comparing the total activity value per 1 ml of the culture solution before and after introducing the mutation into the sequence. Further, the modification of the signal peptide sequence can be confirmed by the N-terminal amino acid sequence using Edman degradation.

N末端領域に存在するシグナルペプチドの機能を欠失することにより、GDHタンパク質の発現量が向上することを見出した。   It has been found that the expression level of GDH protein is improved by deleting the function of the signal peptide present in the N-terminal region.

シグナルペプチドの予測ツールとしては、PSORT、SignalPソフトがよく利用されている。それぞれ、webにて「psort.nibb.ac.jp/」、あるいは「www.cbs.dtu.dk/services/SignalP−2.0/」のアドレスから利用することができる。   PSORT and SignalP software are often used as signal peptide prediction tools. Each can be used on the web from the address “psort.nibb.ac.jp/” or “www.cbs.dtu.dk/services/SignalP-2.0/”.

SignalPソフトを用いて、アスペルギルス・オリゼ由来のGDH遺伝子から推定されたアミノ酸配列(配列番号2)のシグナルペプチド切断位置を予測したところ、16番目のアラニンと17番目のセリンの間、あるいは22番目のアラニンと23番目のリジンの間で切断される可能性が高いと予想された(図1)。   When the signal peptide cleavage position of the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) deduced from the GDH gene derived from Aspergillus oryzae was predicted using SignalP software, the position between the 16th alanine and the 17th serine, or the 22nd It was predicted that there was a high possibility of cleavage between alanine and the 23rd lysine (FIG. 1).

例えば、アスペルギルス・オリゼ由来のGDH遺伝子を発現用ベクター(プラスミド等多くのものが当該技術分野において知られている)に挿入し、適当な宿主(大腸菌等多くのものが当該技術分野において知られている)に形質転換させた形質転換体を培養し、培養液から遠心分離などで菌体を回収した後、菌体を機械的方法またはリゾチームなどの酵素的方法で破壊し、また、必要に応じてEDTAなどのキレート剤や界面活性剤等を添加して可溶化し、GDHを含む水溶性画分を得ることができる。または適当な宿主ベクター系を用いることにより、発現したGDHを直接培養液中に分泌させることができる。   For example, an Aspergillus oryzae-derived GDH gene is inserted into an expression vector (many things such as plasmids are known in the art), and an appropriate host (many things such as Escherichia coli is known in the art) Cultivate the transformant transformed in (1)), collect the cells from the culture solution by centrifugation, etc., and then destroy the cells by mechanical methods or enzymatic methods such as lysozyme. Thus, a water-soluble fraction containing GDH can be obtained by adding a chelating agent such as EDTA, a surfactant or the like to solubilize. Alternatively, the expressed GDH can be secreted directly into the culture medium by using an appropriate host vector system.

上記のようにして得られたGDH含有溶液を、例えば減圧濃縮、膜濃縮、さらに硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウムなどの塩析処理、あるいは親水性有機溶媒、例えばメタノール、エタノール、アセトンなどによる分別沈殿法により沈殿せしめればよい。また、加熱処理や等電点処理も有効な精製手段である。また、吸着剤あるいはゲルろ過剤などによるゲルろ過、吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィーを行うことにより、精製されたFADGDHを得ることができる。該精製酵素標品は、電気泳動(SDS−PAGE)的に単一のバンドを示す程度に純化されていることが好ましい。   The GDH-containing solution obtained as described above is precipitated by, for example, vacuum concentration, membrane concentration, salting-out treatment with ammonium sulfate, sodium sulfate or the like, or fractional precipitation with a hydrophilic organic solvent such as methanol, ethanol, acetone, etc. You just have to let them know. Heat treatment and isoelectric point treatment are also effective purification means. Further, purified FADGDH can be obtained by performing gel filtration with an adsorbent or a gel filter, adsorption chromatography, ion exchange chromatography, and affinity chromatography. The purified enzyme preparation is preferably purified to the extent that it shows a single band on electrophoresis (SDS-PAGE).

これらは、例えば、以下の文献に従って進めることができる。
(a)タンパク質実験プロトコール第1巻 機能解析編,第2巻 構造解析編(秀潤社)西村善文,大野茂男 監修
(b)改訂 タンパク質実験ノート 上 抽出と分離精製(洋土社)岡田雅人,宮崎香 編集
(c)タンパク質実験の進めかた(洋土社)岡田雅人,宮崎香 編集
あるいは以下に例示する方法によって進めることもできる。
These can proceed according to the following literature, for example.
(A) Protein Experiment Protocol Volume 1 Functional Analysis, Volume 2 Structural Analysis (Shujunsha) Nishimura Yoshifumi, Ohno Shigeo Supervision (b) Revised Protein Experiment Notes Top Extraction and Separation Purification (Yodosha) Masato Okada, Edited by Kaoru Miyazaki (c) How to proceed with protein experiments (Yodosha) Masato Okada, Kaoru Miyazaki, or the following method can be used.

本発明はさらに、GDHをコードする遺伝子を含むベクター、さらには該ベクターで形質転換された形質転換体を含む。   The present invention further includes a vector containing a gene encoding GDH and a transformant transformed with the vector.

作製されたタンパク質の遺伝情報を有するDNAは、ベクターと連結された状態にて宿主微生物中に移入され、改変タンパク質を生産する形質転換体となる。   The prepared DNA having genetic information of the protein is transferred into the host microorganism in a state of being linked to the vector, and becomes a transformant that produces the modified protein.

ベクターとしてプラスミドを用いる場合、例えば、エシェリヒア・コリー(Escherichia coli)を宿主微生物とする場合にはpBluescript,pUC18などが使用できる。宿主微生物としては、例えば、エシェリヒア・コリー W3110、エシェリヒア・コリーC600、エシェリヒア・コリーJM109、エシェリヒア・コリーDH5αなどが利用できる。宿主微生物に組換えベクターを移入する方法としては、例えば宿主微生物がエシェリヒア属に属する微生物の場合には、カルシウムイオンの存在下で組換えDNAの移入を行なう方法などを採用することができ、更にエレクトロポレーション法を用いても良い。更には、市販のコンピテントセル(例えば、コンピテントハイDH5α;東洋紡績製)を用いても良い。   When using a plasmid as a vector, for example, pBluescript, pUC18, etc. can be used when Escherichia coli is used as a host microorganism. Examples of host microorganisms that can be used include Escherichia coli W3110, Escherichia coli C600, Escherichia coli JM109, and Escherichia coli DH5α. As a method for transferring the recombinant vector into the host microorganism, for example, when the host microorganism is a microorganism belonging to the genus Escherichia, a method for transferring the recombinant DNA in the presence of calcium ions can be employed. An electroporation method may be used. Furthermore, a commercially available competent cell (for example, competent high DH5α; manufactured by Toyobo) may be used.

このような遺伝子はこれらの菌株より抽出してもよく、また化学的に合成することもできる。さらに、PCR法の利用により、GDH遺伝子を含むDNA断片を得ることも可能である。   Such genes may be extracted from these strains or chemically synthesized. Furthermore, it is possible to obtain a DNA fragment containing the GDH gene by using the PCR method.

本発明において、糸状菌由来GDHをコードする遺伝子を得る方法としては、次のような方法が挙げられる。まず、アスペルギルス・オリゼのGDH遺伝子の配列情報を参照し、目的とする糸状菌の予測GDH遺伝子を取得することができる。該糸状菌よりmRNAを調製し、cDNAを合成する。こうして得られたcDNAをテンペレートとして、PCR法によりGDH遺伝子を増幅させ、該遺伝子をベクターと両DNAの平滑末端または付着末端においてDNAリガーゼなどにより結合閉鎖させて組換えベクターを構築する。該組換えベクターを複製可能な宿主微生物に移入した後、ベクターのマーカーを利用してGDHをコードする遺伝子を含有する組換えベクターを保持する微生物を得る。   In the present invention, methods for obtaining a gene encoding GDH derived from filamentous fungi include the following methods. First, the predicted GDH gene of the target filamentous fungus can be obtained by referring to the sequence information of the GDH gene of Aspergillus oryzae. MRNA is prepared from the filamentous fungus and cDNA is synthesized. The cDNA thus obtained is used as a template to amplify the GDH gene by PCR, and the gene is closed by binding the vector with a DNA ligase or the like at the blunt or sticky ends of both DNAs to construct a recombinant vector. After transferring the recombinant vector to a replicable host microorganism, a microorganism carrying the recombinant vector containing the gene encoding GDH is obtained using the marker of the vector.

GDH遺伝子の塩基配列は、Science,第214巻,1205(1981)に記載されたジデオキシ法により解読した。また、GDHのアミノ酸配列は上記のように決定された塩基配列より推定した。   The base sequence of the GDH gene was decoded by the dideoxy method described in Science, Vol. 214, 1205 (1981). The amino acid sequence of GDH was estimated from the base sequence determined as described above.

上記のようにして、一度選択されたGDH遺伝子を保有する組換えベクターより、他の微生物にて複製できる組換えベクターへの移入は、GDH遺伝子を保持する組換えベクターから制限酵素やPCR法によりGDH遺伝子であるDNAを回収し、他のベクター断片と結合させることにより容易に実施できる。また、これらのベクターによる他の微生物の形質転換は、カルシウム処理によるコンピテントセル法やエレクトロポーレーション法、プロトプラスト法などを用いることができる。   As described above, transfer from a recombinant vector carrying a GDH gene once selected to a recombinant vector that can be replicated in another microorganism can be carried out by using a restriction enzyme or PCR method from the recombinant vector carrying the GDH gene. It can be easily carried out by collecting the DNA that is the GDH gene and binding it to other vector fragments. Further, for transformation of other microorganisms with these vectors, a competent cell method using calcium treatment, an electroporation method, a protoplast method, or the like can be used.

なお、本発明のGDH遺伝子は、グルコースデヒドロゲナーゼ活性を有する限り、該遺伝子の翻訳後のアミノ酸配列の各アミノ酸残基の一部が欠失または置換されるようなDNA配列を持つものでもよく、また他のアミノ酸残基が付加または置換されるようなDNA配列を持つものでもよい。   The GDH gene of the present invention may have a DNA sequence in which a part of each amino acid residue of the translated amino acid sequence of the gene is deleted or substituted as long as it has glucose dehydrogenase activity. It may have a DNA sequence in which other amino acid residues are added or substituted.

野生型GDHをコードする遺伝子を改変する方法としては、通常行われる遺伝情報を改変する手法が用いられる。すなわち、タンパク質の遺伝情報を有するDNAの特定の塩基を変換することにより、或いは特定の塩基を挿入または欠失させることにより、改変蛋白質の遺伝情報を有するDNAが作成される。DNA中の塩基を変換する具体的な方法としては、例えば市販のキット(TransformerMutagenesis Kit;Clonetech製,EXOIII/Mung Bean Deletion Kit;Stratagene製,QuickChange Site Directed Mutagenesis Kit;Stratagene製など)の使用、或いはポリメラーゼ連鎖反応法(PCR)の利用が挙げられる。   As a method for modifying the gene encoding wild-type GDH, a commonly performed technique for modifying genetic information is used. That is, a DNA having genetic information of a modified protein is created by converting a specific base of DNA having genetic information of the protein, or by inserting or deleting a specific base. As a specific method for converting bases in DNA, for example, a commercially available kit (Transformer Mutagenesis Kit; manufactured by Clonetech, EXOIII / Mung Bean Selection Kit; manufactured by Stratagene, QuickChange SiteDirected MutagenStained MutaseNeste, etc.) Use of the chain reaction method (PCR) is mentioned.

形質転換体である宿主微生物の培養形態は、宿主の栄養生理的性質を考慮して培養条件を選択すればよく、多くの場合は液体培養で行う。工業的には通気攪拌培養を行うのが有利である。   The culture form of the host microorganism, which is a transformant, may be selected in consideration of the nutritional physiological properties of the host, and in many cases, the culture is performed in liquid culture. Industrially, aeration and agitation culture is advantageous.

培地の栄養源としては,微生物の培養に通常用いられるものが広く使用され得る。炭素源としては資化可能な炭素化合物であればよく、例えば、グルコース、シュークロース、ラクトース、マルトース、ラクトース、糖蜜、ピルビン酸などが使用される。また、窒素源としては利用可能な窒素化合物であればよく、例えば、ペプトン、肉エキス、酵母エキス、カゼイン加水分解物、大豆粕アルカリ抽出物などが使用される。その他、リン酸塩、炭酸塩、硫酸塩、マグネシウム、カルシウム、カリウム、鉄、マンガン、亜鉛などの塩類、特定のアミノ酸、特定のビタミンなどが必要に応じて使用される。   As a nutrient source of the medium, those commonly used for culturing microorganisms can be widely used. Any carbon compound that can be assimilated may be used as the carbon source. For example, glucose, sucrose, lactose, maltose, lactose, molasses, pyruvic acid and the like are used. The nitrogen source may be any available nitrogen compound. For example, peptone, meat extract, yeast extract, casein hydrolyzate, soybean cake alkaline extract, and the like are used. In addition, phosphates, carbonates, sulfates, salts such as magnesium, calcium, potassium, iron, manganese, and zinc, specific amino acids, specific vitamins, and the like are used as necessary.

培養温度は菌が成育し、GDHを生産する範囲で適宜変更し得るが、好ましくは20〜37℃程度である。培養時間は条件によって多少異なるが、GDHが最高収量に達する時期を見計らって適当時期に培養を完了すればよく、通常は6〜48時間程度である。糸状菌由来GDHの組換え体の培養においては、培地のpHを制御することが特に重要であり、pH7.1〜7.3以下に制御することが望ましく、pH6.0〜7.3の範囲で制御して培養することが特に好ましい。この様にpHを制御して培養することにより、糸状菌GDHタンパク質を大量に調製することが可能になる。   The culture temperature can be appropriately changed within the range in which the bacteria grow and produce GDH, but is preferably about 20 to 37 ° C. Although the culture time varies slightly depending on the conditions, the culture may be completed at an appropriate time in consideration of the time when GDH reaches the maximum yield, and is usually about 6 to 48 hours. In the cultivation of a filamentous fungus-derived GDH recombinant, it is particularly important to control the pH of the medium, and it is desirable to control the pH to be 7.1 to 7.3 or less, and the pH is in the range of 6.0 to 7.3. It is particularly preferable to control the culture with In this way, by controlling the pH and culturing, it is possible to prepare a large amount of filamentous fungal GDH protein.

しかしながら、糸状菌由来のGDHは、pH7.0以下の酸性域では高い安定性を保持するが、pH7.1〜7.3以上では不安定となり、急速な活性低下が見られる。
したがって本発明においては、糸状菌由来のグルコース脱水素酵素(GDH)を組換え生産において、培養時のpHを7.3以下に制御することが好ましい。
However, although GDH derived from filamentous fungi retains high stability in an acidic region at pH 7.0 or lower, it becomes unstable at pH 7.1 to 7.3 or higher, and a rapid decrease in activity is observed.
Therefore, in the present invention, it is preferable to control the pH during culture to 7.3 or less in recombinant production of glucose dehydrogenase (GDH) derived from filamentous fungi.

糸状菌由来GDH組換え体の培養生産時においては、この活性低下割合が、pHが0.2高くなることにより、元の活性値と比べて10%以上低下しており、GDHによっては最大で30%程度も低下していた。そこで、本特許においては、pHが0.2上昇することにより、元の活性値と比べて10%以上が低下する現象における活性低下前の培養液のpHの値以下、具体的には、7.3以下、好ましくは7.1以下でpH制御することの有効性を推測し、実際に検討して確認した。   At the time of culture production of the filamentous fungus-derived GDH recombinant, the rate of decrease in this activity is reduced by 10% or more compared to the original activity value due to the increase in pH by 0.2. It was about 30% lower. Therefore, in the present patent, when the pH is increased by 0.2, the pH of the culture solution before the decrease in activity in a phenomenon where the pH decreases by 10% or more compared to the original activity value, specifically, 7 The effectiveness of pH control at .3 or less, preferably 7.1 or less was estimated and confirmed by actual examination.

組換え体の培養において、菌体の死滅や目的タンパク質の分解を懸念して、pH制御することは一般的に行われているが、通常は中性域のpHを保つことが一般的であり、糸状菌由来グルコースデヒドロゲナーゼのように中性以下のpH制御の必要性を説いた例はない。   In recombinant culture, pH control is generally performed in consideration of the death of bacterial cells and degradation of the target protein. However, it is common to maintain a neutral pH. There is no example that clarifies the necessity of pH control below neutral, such as glucose dehydrogenase derived from filamentous fungi.

培養物中のGDHを生産する菌体を含む培養液をそのまま採取し、利用することもできるが、一般には、常法に従って、GDHが培養液中に存在する場合はろ過、遠心分離などにより、GDH含有溶液と微生物菌体とを分離した後に利用される。GDHが菌体内に存在する場合には、得られた培養物からろ過または遠心分離などの手段により菌体を採取し、次いで、この菌体を機械的方法またはリゾチームなどの酵素的方法で破壊し、また、必要に応じて、EDTA等のキレート剤及び界面活性剤を添加してGDHを可溶化し、水溶液として分離採取する。   Although the culture solution containing the cells producing GDH in the culture can be collected and used as it is, generally, when GDH is present in the culture solution according to a conventional method, filtration, centrifugation, etc. It is used after separating the GDH-containing solution and the microbial cells. When GDH is present in the microbial cells, the microbial cells are collected from the obtained culture by means of filtration or centrifugation, and then the microbial cells are destroyed by a mechanical method or an enzymatic method such as lysozyme. Further, if necessary, a chelating agent such as EDTA and a surfactant are added to solubilize GDH and separated and collected as an aqueous solution.

上記のようにして得られたGDH含有溶液を、例えば減圧濃縮、膜濃縮、さらに硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウムなどの塩析処理、あるいは親水性有機溶媒、例えばメタノール、エタノール、アセトンなどによる分別沈殿法により沈殿せしめればよい。また、加熱処理や等電点処理も有効な精製手段である。その後、吸着剤あるいはゲルろ過剤などによるゲルろ過、吸着クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィーを行うことにより、精製されたGDHを得ることができる。   The GDH-containing solution obtained as described above is precipitated by, for example, vacuum concentration, membrane concentration, salting-out treatment with ammonium sulfate, sodium sulfate or the like, or fractional precipitation with a hydrophilic organic solvent such as methanol, ethanol, acetone, etc. You just have to let them know. Heat treatment and isoelectric point treatment are also effective purification means. Thereafter, purified GDH can be obtained by performing gel filtration using an adsorbent or a gel filter, adsorption chromatography, ion exchange chromatography, and affinity chromatography.

例えば、セファデックス(Sephadex)ゲル(ファルマシアバイオテク)などによるゲルろ過、DEAEセファロースCL−6B (ファルマシアバイオテク)、オクチルセファロースCL−6B (ファルマシアバイオテク)等のカラムクロマトグラフィーにより分離、精製し、精製酵素標品を得ることができる。該精製酵素標品は、電気泳動(SDS−PAGE)的に単一のバンドを示す程度に純化されていることが好ましい。   For example, separation and purification by gel filtration using Sephadex gel (Pharmacia Biotech), column chromatography such as DEAE Sepharose CL-6B (Pharmacia Biotech), octyl Sepharose CL-6B (Pharmacia Biotech), etc. Goods can be obtained. The purified enzyme preparation is preferably purified to the extent that it shows a single band on electrophoresis (SDS-PAGE).

試験例
本発明において、グルコースデヒドロゲナーゼ活性の測定は以下の条件で行う。
<試薬>
50mM PIPES緩衝液pH6.5(0.1%TritonX−100を含む)
14mM 2,6−ジクロロフェノールインドフェノール(DCPIP)溶液
1M D−グルコース溶液
上記PIPES緩衝液15.8ml、DCPIP溶液0.2ml、D−グルコース溶液4mlを混合して反応試薬とする。
Test Example In the present invention, glucose dehydrogenase activity is measured under the following conditions.
<Reagent>
50 mM PIPES buffer pH 6.5 (including 0.1% Triton X-100)
14 mM 2,6-dichlorophenolindophenol (DCPIP) solution 1 M D-glucose solution 15.8 ml of the above PIPES buffer, 0.2 ml of DCPIP solution, and 4 ml of D-glucose solution are mixed to obtain a reaction reagent.

<測定条件>
反応試薬2.9mlを37℃で5分間予備加温する。GDH溶液0.1mlを添加しゆるやかに混和後、水を対照に37℃に制御された分光光度計で、600nmの吸光度変化を5分記録し、直線部分から1分間あたりの吸光度変化(ΔODTEST)を測定する。盲検はGDH溶液の代わりにGDHを溶解する溶媒を試薬混液に加えて同様に1分間あたりの吸光度変化(ΔODBLANK)を測定する。これらの値から次の式に従ってGDH活性を求める。ここでGDH活性における1単位(U)とは、濃度200mMのD−グルコース存在下で1分間に1マイクロモルのDCPIPを還元する酵素量として定義している。
<Measurement conditions>
Prewarm 2.9 ml of reaction reagent at 37 ° C. for 5 minutes. After adding 0.1 ml of GDH solution and mixing gently, the absorbance change at 600 nm was recorded for 5 minutes using a spectrophotometer controlled at 37 ° C. with water as a control, and the absorbance change per minute (ΔOD TEST) ). In the blind test, a change in absorbance per minute (ΔOD BLANK ) is similarly measured by adding a solvent that dissolves GDH to the reagent mixture instead of the GDH solution. From these values, the GDH activity is determined according to the following formula. Here, 1 unit (U) in GDH activity is defined as the amount of enzyme that reduces 1 micromole of DCPIP per minute in the presence of 200 mM D-glucose.

活性(U/ml)={−(ΔODTEST−ΔODBLANK)×3.0×希釈倍率}/(16.3×0.1×1.0) Activity (U / ml) = {− (ΔOD TEST −ΔOD BLANK ) × 3.0 × dilution factor} / (16.3 × 0.1 × 1.0)

なお、式中の3.0は反応試薬+酵素溶液の液量(ml)、16.3は本活性測定条件におけるミリモル分子吸光係数(cm/マイクロモル)、0.1は酵素溶液の液量(ml)、1.0はセルの光路長(cm)を示す。 In the formula, 3.0 is the amount of the reaction reagent + enzyme solution (ml), 16.3 is the molar molecular extinction coefficient (cm 2 / micromole) under the conditions for this activity measurement, and 0.1 is the solution of the enzyme solution. Amount (ml), 1.0 indicates the optical path length (cm) of the cell.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to a following example.

配列番号1に記載の塩基配列からなるDNA(遺伝子)は、NCBIのデータベースから予測される、アスペルギルス・オリゼRIB40株由来のグルコースデヒドロゲナーゼをコードするDNA(遺伝子)を含む、イントロンを除去していないゲノム遺伝子配列からイントロンを除去したものである。配列番号2はその対応アミノ酸配列である。   The DNA (gene) having the base sequence described in SEQ ID NO: 1 contains a DNA (gene) encoding glucose dehydrogenase derived from the Aspergillus oryzae RIB40 strain predicted from the NCBI database, and having no intron removed. The intron is removed from the gene sequence. SEQ ID NO: 2 is the corresponding amino acid sequence.

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遺伝子は、NCIBのデータベースから予測されるグルコースデヒドロゲナーゼ遺伝子の全配列を示す。   The gene encoding the protein consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2 represents the entire sequence of the glucose dehydrogenase gene predicted from the NCIB database.

配列番号3に記載の塩基配列からなるDNA(遺伝子)は、本願発明者が同定した、後述のアスペルギルス・オリゼ TI株由来のグルコースデヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA(遺伝子)の全配列を示す。配列番号4はその対応アミノ酸配列である。また、配列番号3に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつグルコースデヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA(遺伝子)も、本発明の適用範囲に含まれる。   The DNA (gene) having the base sequence set forth in SEQ ID NO: 3 represents the entire sequence of the DNA (gene) encoding the protein having glucose dehydrogenase activity derived from the Aspergillus oryzae TI strain described later, as identified by the present inventors. . SEQ ID NO: 4 is the corresponding amino acid sequence. A DNA (gene) that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 and that encodes a protein having glucose dehydrogenase activity is also present. It is included in the scope of the invention.

配列番号4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遺伝子とは、後述のアスペルギルス・オリゼ TI株由来のグルコースデヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA(遺伝子)の全配列を示す。また、配列番号4に記載のアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加(挿入)されたアミノ酸配列からなり、かつグルコースデヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA(遺伝子)も、本発明の適用範囲に含まれる。   The gene encoding a protein comprising the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 represents the entire sequence of DNA (gene) encoding a protein having glucose dehydrogenase activity derived from the Aspergillus oryzae TI strain described later. Also, a DNA (gene) encoding a protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added (inserted) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 and having glucose dehydrogenase activity, It is included in the scope of application of the present invention.

後述の実施例に記載される、アスペルギルス・オリゼGDH遺伝子の取得手順の概略は以下の通りである。   The outline of the procedure for obtaining the Aspergillus oryzae GDH gene described in Examples described later is as follows.

アスペルギルス・オリゼ由来GDH遺伝子を取得するために、アスペルギルス・オリゼ、アスペルギルス・テレウス培養上清から、塩析、クロマトグラフィー等を用いてGDHの精製を試みたが、高純度のGDHを得るのは困難であった。(実験例1[1])
よって、遺伝子取得の常法の1つである部分アミノ酸配列を利用したクローニングは断念せざるを得なくなった。
In order to obtain the GDH gene derived from Aspergillus oryzae, purification of GDH was attempted from the supernatant of Aspergillus oryzae and Aspergillus terreus using salting out, chromatography, etc., but it was difficult to obtain high purity GDH. Met. (Experimental example 1 [1])
Therefore, cloning using a partial amino acid sequence, which is one of the conventional methods for gene acquisition, has to be abandoned.

そこで、我々はGDHを生産する微生物を上記以外に求め、鋭意探索した結果、Penicillium lilacinoechinulatum NBRC6231株がGDHを生産することを見出し、本菌株の培養液から高純度の精製酵素を得ることに成功した。(実験例1[2])
次いで、該酵素を用いて部分アミノ酸配列を決定することに成功し、決定したアミノ酸配列を元に、PCR法により、Penicillium lilacinoechinulatum NBRC6231由来GDH遺伝子を一部取得し、塩基配列を決定した(1356bp)。(実験例1[3][4])
最終的に、この塩基配列を元に、公開されているアスペルギルス・オリゼのゲノムデータベースより、アスペルギルス・オリゼGDH遺伝子を推定(実験例1[5])、取得した。
Therefore, as a result of searching for microorganisms that produce GDH in addition to the above and eagerly searching for them, we found that Penicillium lilacinochinatum NBRC6231 strain produces GDH and succeeded in obtaining a purified enzyme of high purity from the culture solution of this strain. . (Experimental example 1 [2])
Next, the partial amino acid sequence was successfully determined using the enzyme. Based on the determined amino acid sequence, a part of the Penicillium lilacinochinatum NBRC6231-derived GDH gene was obtained by PCR, and the base sequence was determined (1356 bp) . (Experimental example 1 [3] [4])
Finally, based on this base sequence, the Aspergillus oryzae GDH gene was estimated and obtained from the published genome database of Aspergillus oryzae (Experimental Example 1 [5]).

<実験例1>
アスペルギルス・オリゼ由来グルコースデヒドロゲナーゼ(以下AOGDHとも記載)遺伝子の推定
[1]アスペルギルス・オリゼ由来GDHの取得
アスペルギルス・オリゼは、土壌より入手し定法に従ってL乾燥菌株とし保管していたものを使用した。以下、これをアスペルギルス・オリゼTI株と呼ぶ。アスペルギルス・オリゼTI株のL乾燥菌株をポテトデキストロース寒天培地(Difco製)に植菌し、25℃でインキュベートすることにより復元した。復元させたプレート上の菌糸を寒天ごと回収して、フィルター滅菌水に懸濁した。2基の10L容ジャーファーメンター中に生産培地(1%麦芽エキス、1.5%大豆ペプチド、0.1%MgSO・7水和物、2%グルコース、pH6.5)6Lを調製し、120℃15分オートクレーブ滅菌して放冷した後、上記の菌糸懸濁液を接種し、30℃、通気攪拌培養を行った。培養開始から64時間後に培養を停止し、菌糸体を濾過により除去してGDH活性を含む濾過液を回収した。回収した上清を限外ろ過膜(分子量10,000カット)により低分子物質を除去した。次いで、硫酸アンモニウムを60%飽和度となるように添加、溶解し、硫安分画を行い、遠心機によりGDHを含む上清画分を回収した後、Octyl−Sepharoseカラムに吸着させ、硫酸アンモニウム飽和度60%〜0%でグラジエント溶出してGDH活性のある画分を回収した。得られたGDH溶液を、G−25−Sepharoseカラムを用いて脱塩を行った後、60%飽和度の硫酸アンモニウムを添加、溶解し、これをPhenyl−Sepharoseカラムに吸着させ、硫酸アンモニウム飽和度60%〜0%でグラジエント溶出してGDH活性のある画分を回収した。更にこれを50℃で45分加温した後、遠心分離を行って上清を得た。以上の工程を経て得られた溶液を精製GDH標品(AOGDH)とした。尚、上記精製過程においては、緩衝液として20mM リン酸カリウム緩衝液(pH6.5)を使用した。さらに、AOGDHの部分アミノ酸配列を決定するため、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィーなどの各種手段により精製を試みたものの、部分アミノ酸配列決定に供することのできる精製標品を得ることはできなかった。また、我々はアスペルギルス・テレウスに属する微生物を独自に探索入手し、上記と同様にその培養上清より、塩析、Octyl−sepharose等による精製を試みたが、アスペルギルス・オリゼ同様部分アミノ酸配列決定に供することのできる精製標品を得ることはできなかった。通常、一般的に行われる精製法を用いて、高純度で、SDS−PAGE上ではっきりと確認できるGDH標品を得ることができなかったのは、酵素タンパク質に結合しているであろう糖鎖が原因の一つとなっているのではないかと推察した。したがって、遺伝子取得の常法の1つである該タンパク質の部分アミノ酸配列を利用したクローニングを断念せざるを得なくなった。
<Experimental example 1>
Aspergillus oryzae-derived glucose dehydrogenase (hereinafter also referred to as AOGDH) gene estimation [1] Acquisition of Aspergillus oryzae-derived GDH Aspergillus oryzae obtained from soil and stored as an L dry strain according to a standard method was used. Hereinafter, this is referred to as Aspergillus oryzae TI strain. The L dry strain of Aspergillus oryzae strain TI was inoculated on potato dextrose agar medium (manufactured by Difco) and recovered by incubating at 25 ° C. The mycelium on the restored plate was collected together with the agar and suspended in filter sterilized water. Prepare 6 L of production medium (1% malt extract, 1.5% soybean peptide, 0.1% MgSO 4 .7 hydrate, 2% glucose, pH 6.5) in two 10 L jar fermenters, After autoclaving at 120 ° C. for 15 minutes and allowing to cool, the above mycelial suspension was inoculated and cultured at 30 ° C. with aeration and stirring. After 64 hours from the start of the culture, the culture was stopped, the mycelium was removed by filtration, and the filtrate containing GDH activity was collected. Low molecular weight substances were removed from the collected supernatant by ultrafiltration membrane (molecular weight 10,000 cut). Next, ammonium sulfate was added and dissolved to 60% saturation, ammonium sulfate fractionation was performed, and the supernatant fraction containing GDH was collected by a centrifuge, then adsorbed on an Octyl-Sepharose column, and ammonium sulfate saturation 60 The fraction with GDH activity was recovered by elution with a gradient of from 0 to 0%. The obtained GDH solution was desalted using a G-25-Sepharose column, and then 60% saturated ammonium sulfate was added and dissolved, adsorbed on the Phenyl-Sepharose column, and ammonium sulfate saturated 60%. Fractions with GDH activity were collected by gradient elution at ˜0%. Further, this was heated at 50 ° C. for 45 minutes, and then centrifuged to obtain a supernatant. The solution obtained through the above steps was used as a purified GDH preparation (AOGDH). In the purification process, 20 mM potassium phosphate buffer (pH 6.5) was used as the buffer. Furthermore, in order to determine the partial amino acid sequence of AOGDH, purification was attempted by various means such as ion exchange chromatography and gel filtration chromatography, but it was not possible to obtain a purified preparation that could be used for partial amino acid sequencing. It was. In addition, we independently searched for and obtained microorganisms belonging to Aspergillus terreus, and tried purification from the culture supernatant by salting out, Octyl-sepharose, etc. in the same manner as described above, but as with Aspergillus oryzae, partial amino acid sequencing was performed. It was not possible to obtain a purified sample that could be provided. Usually, it was not possible to obtain a GDH preparation with high purity and clearly identifiable on SDS-PAGE by using a commonly used purification method. I guessed that the chain might be one of the causes. Accordingly, it has been unavoidable to abandon cloning using a partial amino acid sequence of the protein, which is one of the common methods for gene acquisition.

[2]ペニシリウム属糸状菌由来GDHの取得
ペニシリウム属糸状菌由来のGDH生産菌としてPenicillium lilacinoechinulatum NBRC6231(独立行政法人製品評価技術基盤機構より購入)を用い、上記アスペルギルス・オリゼTI株と同用の手順に従って、培養および精製を行い、SDS電気泳動でほぼ均一な精製標品を取得した。
[2] Acquisition of GDH derived from Penicillium filamentous fungus Using Penicillium lilacinochinatumum NBRC6231 (purchased from National Institute of Technology and Evaluation Technology) as a GDH-producing fungus derived from Penicillium filamentous fungus, the same procedure as the above Aspergillus oryzae TI strain Then, culture and purification were performed, and a nearly uniform purified sample was obtained by SDS electrophoresis.

[3]cDNAの作製
Penicillium lilacinoechinulatum NBRC6231について上記方法に従い(ただしジャーファーメンターでの培養時間は24時間)培養を実施し、濾紙濾過により菌糸体を回収した。得られた菌糸は直ちに液体窒素中に入れて凍結させ、クールミル(東洋紡社製)を用いて菌糸を粉砕した。粉砕菌体より直ちにセパゾールRNA I(ナカライテスク社製)を用いて本キットのプロトコールに従ってトータルRNAを抽出した。得られたトータルRNAからはOrigotex−dt30(第一化学薬品社製)をもちいてmRNAを精製し、これをテンプレートにReverTra−Plus−TM(東洋紡社製)を用いてRT−PCRを行った。得られた産物はアガロース電気泳動を行い、鎖長0.5〜4.0kbに相当する部分を切り出した。切り出したゲル断片からMagExtractor−PCR&Gel Clean Up−(東洋紡社製)を用いてcDNAを抽出・精製してcDNAサンプルとした。
[3] Preparation of cDNA The Penicillium lilacinoechinalum NBRC6231 was cultured according to the above method (however, the culture time in the jar fermenter was 24 hours), and the mycelium was collected by filter paper filtration. The obtained mycelia were immediately frozen in liquid nitrogen, and the mycelium was pulverized using a cool mill (Toyobo Co., Ltd.). Total RNA was extracted from the pulverized cells using Sepakol RNA I (Nacalai Tesque) according to the protocol of this kit. From the total RNA obtained, mRNA was purified using Origotex-dt30 (Daiichi Chemicals Co., Ltd.), and RT-PCR was performed using RiverTra-Plus-TM (Toyobo Co., Ltd.) using this as a template. The obtained product was subjected to agarose electrophoresis, and a portion corresponding to a chain length of 0.5 to 4.0 kb was cut out. CDNA was extracted and purified from the excised gel fragment using MagExtractor-PCR & Gel Clean Up- (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) to obtain a cDNA sample.

[4]GDH遺伝子部分配列の決定
上記で精製したPenicillium lilacinoechinulatum NBRC6231由来GDHを0.1%SDS、10%グリセロールを含有するTris−HClバッファー(pH6.8)に溶解し、ここにGlu特異的V8エンドプロテアーゼを終濃度10μg/mlとなるように添加し、37℃16時間インキュベートすることで部分分解を行った。このサンプルをアクリルアミド濃度16%のゲルを用いて電気泳動してペプチドを分離した。このゲル中に存在するペプチド分子を、ブロット用バッファー(1.4%グリシン、0.3%トリス、20%エタノール)を用いてセミドライ法によりPVDF膜に転写した。PVDF膜上に転写したペプチドはCBB染色キット(PIERCE社製GelCode Blue Stain Reagent)を用いて染色し、可視化されたペプチド断片のバンド部分2箇所を切り取ってペプチドシーケンサーにより内部アミノ酸配列の解析を行った。得られたアミノ酸配列はIGGVVDTSLKVYGT(配列番号15)およびWGGGTKQTVRAGKALGGTST(配列番号16)であった。この配列を元にミックス塩基を含有するディジェネレートプライマーを作製し、Penicillium lilacinoechinulatum NBRC6231由来cDNAをテンプレートにPCRを実施したところ、増幅産物が得られ、アガロースゲル電気泳動により確認したところ、1.4kb程度のシングルバンドであった。このバンドを切り出して東洋紡製MagExtractor−PCR&Gel Clean Up−を用いて抽出・精製した。精製DNA断片はTArget Clone−Plus−(東洋紡社製)によりTAクローニングし、得られたベクターで大腸菌JM109コンピテントセル(東洋紡社製)をヒートショックにより形質転換した。形質転換クローンのうち青白判定でインサート挿入が確認されたコロニーについてMagExtractor−Plasmid−(東洋紡社製)を用いてプラスミドをミニプレップ抽出・精製し、プラスミド配列特異的プライマーを用いてインサートの塩基配列を決定した(1356bp)。
[4] Determination of partial sequence of GDH gene GDH derived from Penicillium lilacinoechinatum NBRC6231 purified above was dissolved in Tris-HCl buffer (pH 6.8) containing 0.1% SDS and 10% glycerol, and Glu-specific V8 was added thereto. Endoprotease was added to a final concentration of 10 μg / ml, and partial degradation was performed by incubating at 37 ° C. for 16 hours. This sample was electrophoresed on a gel with an acrylamide concentration of 16% to separate the peptides. Peptide molecules present in this gel were transferred to a PVDF membrane by a semi-dry method using a blotting buffer (1.4% glycine, 0.3% Tris, 20% ethanol). The peptide transcribed on the PVDF membrane was stained using a CBB staining kit (Gel Code Blue Stain Reagent manufactured by PIERCE), and two bands of the visualized peptide fragment were cut out and the internal amino acid sequence was analyzed by a peptide sequencer. . The resulting amino acid sequences were IGGVVDTSLKVYGT (SEQ ID NO: 15) and WGGGTKQTVRAKGALGTGT (SEQ ID NO: 16). Based on this sequence, a degenerate primer containing a mixed base was prepared, and PCR was carried out using a Penicillium lilacinoechinatum NBRC6231-derived cDNA as a template. As a result, an amplification product was obtained, which was confirmed by agarose gel electrophoresis. It was about a single band. This band was cut out, extracted and purified using Toyobo's MagExtractor-PCR & Gel Clean Up-. The purified DNA fragment was TA-cloned with TARGET Clone-Plus- (Toyobo), and Escherichia coli JM109 competent cell (Toyobo) was transformed with the resulting vector by heat shock. From the transformed clones, colonies in which insert insertion was confirmed by blue-white determination were extracted and purified using a MagExtractor-Plasmid- (manufactured by Toyobo), and the nucleotide sequence of the insert was determined using plasmid sequence-specific primers. Determined (1356 bp).

[5]AOGDH遺伝子の推定
決定した塩基配列を元に「NCBI BLAST」のホームページ(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)からホモロジー検索を実施し、AOGDH遺伝子を推定した。検索により推定したAOGDHとP.lilacinoechinulatum NBRC6231由来GDH部分配列とのアミノ酸レベルでの相同性は49%であった。
[5] Estimation of AOGDH gene Based on the determined base sequence, homology search was performed from the homepage of "NCBI BLAST" (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) to estimate the AOGDH gene . AOGDH and P.E. The homology at the amino acid level with the GDH partial sequence derived from lilacinoechinatum NBRC6231 was 49%.

<実施例1>
アスペルギルス・オリゼ由来グルコースデヒドロゲナーゼ(以下AOGDHと示す)遺伝子の大腸菌への導入
AOGDH遺伝子を、アスペルギルス・オリゼの菌体よりmRNAを調製し、cDNAを合成した。配列番号5,6に示す2種類のオリゴDNAを合成し、調製したcDNAをテンプレートとしてKOD−Plus(東洋紡績製)を用いてAOGDH遺伝子(野生型)増幅した。DNA断片を制限酵素NdeI、BamHIで処理し、pBluescript(LacZの翻訳開始コドンatgに合わせNdeI認識配列のatgを合わせる形でNdeIサイトを導入したもの)NdeI−BamHIサイトに挿入し、組換えプラスミドを構築した。この組換えプラスミドを、コンピテントハイ DH5α(東洋紡績製)を用いて導入した。常法に従いプラスミドを抽出し、AOGDH遺伝子の塩基配列の決定を行った(配列番号3)。cDNA配列から推定されるアミノ酸残基は593アミノ酸(配列番号4)であった。
シグナルペプチド切断後のFAD−GDHをmFAD−GDHとした場合、mFAD−GDHのN末端にMのみ付加してmFAD−GDHのN末端が1アミノ酸分のびた形態となっているものをS2と表現した。また、mFAD−GDHのN末端のKをMにアミノ酸置換して、mFAD−GDHとアミノ酸総数を同じにしたものをS3と表現した。S2では、配列番号7のオリゴヌクレオチドをN末端側プライマーとして、配列番号6のプライマーとの組合せでPCRを行い、同様の手順で、S2をコードするDNA配列をもつ組換えプラスミドを構築し、同様に形質転換体を取得した。S3では、配列番号8のオリゴヌクレオチドをN末端側プライマーとして、配列番号6のプライマーとの組合せでPCRを行い、S3をコードするDNA配列をもつ組換えプラスミドを構築し、同様に形質転換体を取得した。なお、それぞれの改変FAD−GDHのDNA配列を持つプラスミドは、DNAシーケンシングにて配列上誤りがないことを確かめた。
配列番号9は、上記で決定したシグナルペプチド欠質変異体S2のDNA配列を示す。配列番号10はその対応するアミノ酸配列を示す。
これら形質転換体をTB培地にて10L−ジャーファーメンターを用いて1〜2日間液体培養した。各培養フェーズの菌体を集菌した後、超音波破砕してGDH活性を確認した。各種形質転換体の培養フェーズとOD,pH,GDH活性の関係を表1,2,3および図2,3,4に示す。なお、アスペルギルス・オリゼ野生株を液体培地(1%麦芽エキス、1.5%大豆ペプチド、0.1%MgSO ・7水和物、2%グルコース、0.05mM p−ベンゾキノン、0.1mM EDTA、pH6.5)にて、10L−ジャーファーメンターを用いて30℃、1日間培養し、菌体内あるいは菌体外の活性を確認したところ、いずれも約0.2U/ml培養液程度のGDH活性であった。
<Example 1>
Introduction of Aspergillus oryzae-derived glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as AOGDH) gene into E. coli mRNA was prepared from Aspergillus oryzae cells and cDNA was synthesized. Two types of oligo DNAs shown in SEQ ID NOs: 5 and 6 were synthesized, and AOGDH gene (wild type) was amplified using KOD-Plus (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) using the prepared cDNA as a template. The DNA fragment was treated with restriction enzymes NdeI and BamHI, pBluescript (in which the NdeI site was introduced in the form of matching the atg of the NdeI recognition sequence in accordance with the translation initiation codon atg of LacZ), the recombinant plasmid was inserted into the NdeI-BamHI site. It was constructed. This recombinant plasmid was introduced using competent high DH5α (manufactured by Toyobo). A plasmid was extracted according to a conventional method, and the base sequence of the AOGDH gene was determined (SEQ ID NO: 3). The amino acid residue deduced from the cDNA sequence was 593 amino acids (SEQ ID NO: 4).
When FAD-GDH after cleavage of the signal peptide is mFAD-GDH, only M is added to the N-terminus of mFAD-GDH, and the N-terminus of mFAD-GDH has a form of 1 amino acid, expressed as S2. . Further, mFAD-GDH was substituted with M at the N-terminal K and the same total number of amino acids as mFAD-GDH was expressed as S3. In S2, PCR is performed using the oligonucleotide of SEQ ID NO: 7 as an N-terminal primer and a combination of the primer of SEQ ID NO: 6, and a recombinant plasmid having a DNA sequence encoding S2 is constructed in the same manner. A transformant was obtained. In S3, PCR is performed using the oligonucleotide of SEQ ID NO: 8 as the N-terminal primer and a combination of the primer of SEQ ID NO: 6, and a recombinant plasmid having a DNA sequence encoding S3 is constructed. I got it. In addition, it was confirmed that the plasmid having the DNA sequence of each modified FAD-GDH has no sequence error in DNA sequencing.
SEQ ID NO: 9 shows the DNA sequence of the signal peptide deletion mutant S2 determined above. SEQ ID NO: 10 shows its corresponding amino acid sequence.
These transformants were subjected to liquid culture in TB medium for 1-2 days using a 10 L-jar fermenter. After collecting the cells in each culture phase, the cells were ultrasonically disrupted to confirm the GDH activity. The relationship between the culture phase of various transformants and the OD, pH, GDH activity is shown in Tables 1, 2, 3 and FIGS. In addition, Aspergillus oryzae wild strain was prepared from a liquid medium (1% malt extract, 1.5% soybean peptide, 0.1% MgSO 4 .7hydrate, 2% glucose, 0.05 mM p-benzoquinone, 0.1 mM EDTA. , PH 6.5) using a 10 L-jar fermenter and culturing at 30 ° C. for 1 day, and confirming the activity inside or outside the cells, both of which are about 0.2 U / ml culture solution GDH It was active.

なお、本特許においては、1ml培養液あたりのGDH活性量を比較することにより発現量の比較を行っている。
野生型FAD−GDH(WT)では、培養16〜18時間でピーク(6.6U/ml−b)が見られ、以後活性の低下が見られた。一方、改変型FAD−GDHのS2では22〜25時間目(72〜73U/ml−b)、S3では20〜23時間目(74〜75U/ml−b)でピークが見られ、WTと同様にその後は、GDH活性の低下が見られた。
それぞれのピークにおける培養力価を比較したところ、シグナルペプチドと思われるアミノ酸配列を削除することにより、そのGDH生産性が10倍以上増大することが明らかにされた。
また、シグナルペプチドの削除前後でFADGDH精製標品の比活性(U/mg)を比較したところ、野生型FADGDH(WT)270U/mgのところ、削除後の改変型FADGDHのS2では670U/mgであり、比活性が2.5倍増大していた。シグナルペプチドを削除することにより比活性も増大することが示唆されている。
比活性の増大を考慮しても、少なくとも4.4倍は活性量が増大しているものと思われる。
In this patent, the expression level is compared by comparing the amount of GDH activity per 1 ml culture solution.
In wild-type FAD-GDH (WT), a peak (6.6 U / ml-b) was observed after 16 to 18 hours of culture, and thereafter a decrease in activity was observed. On the other hand, S2 of modified FAD-GDH shows a peak at 22-25 hours (72-73 U / ml-b), and S3 at 20-23 hours (74-75 U / ml-b), similar to WT Thereafter, a decrease in GDH activity was observed.
When the culture titers at the respective peaks were compared, it was revealed that the GDH productivity increased by 10 times or more by deleting the amino acid sequence that seems to be a signal peptide.
Moreover, when the specific activity (U / mg) of the FADGDH purified preparation was compared before and after the deletion of the signal peptide, the wild type FADGDH (WT) was 270 U / mg, and the modified FADGDH S2 after deletion was 670 U / mg. There was a 2.5-fold increase in specific activity. It has been suggested that the specific activity is also increased by deleting the signal peptide.
Considering the increase in specific activity, the amount of activity seems to increase at least 4.4 times.

さらに我々は鋭意検討の結果、糸状菌由来のFAD−GDHは、pH7.1以上のpH域において、その安定性が低下することを発見した。そして今回の検討で、糸状菌由来FAD−GDHの組換え体での生産培養において、pH7.1〜7.3以下、好ましくはpH7.1以下でpH制御を行うことが如何に大切であるかが明らかにされた。なお、当該pH以下となるように培養制御を入れることによりGDH活性のピークが保てることを確認している。
また、糸状菌由来のグルコースデヒドロゲナーゼ(以下GDHとも記載)を組換え生産する方法において、そのN末端領域に存在するシグナルペプチド配列に変異を導入したものでは、培養制御pHを7.3まで上げることができる。
Furthermore, as a result of intensive studies, we have found that the stability of FAD-GDH derived from filamentous fungi decreases in the pH range of pH 7.1 or higher. In this study, how important is pH control at pH 7.1 to 7.3 or less, preferably pH 7.1 or less in the production culture of the recombinant FAD-GDH derived from filamentous fungi. Was revealed. It has been confirmed that a peak of GDH activity can be maintained by controlling the culture so that the pH is lower than the above value.
In the method of recombinantly producing filamentous fungus-derived glucose dehydrogenase (hereinafter also referred to as GDH), if the mutation is introduced into the signal peptide sequence present in the N-terminal region, the culture control pH is increased to 7.3. Can do.

<実施例2>
アスペルギルス・テレウス由来グルコースデヒドロゲナーゼ(以下ATGDHと示す)遺伝子の大腸菌への導入
ATGDH遺伝子を、アスペルギルス・テレウスの菌体(寄託番号NBRC 33026として製品評価技術基盤機構・生物資源部門に登録されている。)よりmRNAを調製し、cDNAを合成した。配列番号13,14に示す2種類のオリゴDNAを合成し、調製したcDNAをテンプレートとしてKOD−Plus(東洋紡績製)を用いてATGDH遺伝子(予想シグナルペプチド配列を除去した遺伝子配列)を増幅した。DNA断片を制限酵素NdeI、BamHIで処理し、pBluescript(LacZの翻訳開始コドンatgに合わせNdeI認識配列のatgを合わせる形でNdeIサイトを導入したもの)NdeI−BamHIサイトに挿入し、組換えプラスミドを構築した。この組換えプラスミドを、コンピテントハイ DH5α(東洋紡績製)を用いて導入した。常法に従いプラスミドを抽出し、ATGDH遺伝子の塩基配列の決定を行った(配列番号11)。cDNA配列から推定されるアミノ酸残基は568アミノ酸(配列番号12)であった。
これら形質転換体を100μg/mlのアンピシリンを含む50mlのLB培地にて30℃,1晩培養した後、再度、100μg/mlのアンピシリンを含む50mlのLB培地にて30℃,8時間培養して種菌を調製した。
調製した種菌を、100μg/mlのアンピシリンを含むTB培地にて、Kd・P 0.5〜1.5の範囲で10L−ジャーファーメンターにて6日間液体培養した。各培養フェーズの菌体を集菌した後、超音波破砕してGDH活性を確認した。培養フェーズとOD,pH,GDH活性の関係を表4,5,6,7および図4,5,6,7に示す。なお、アスペルギルス・テレウス野生株を液体培地(1%麦芽エキス、1.5%大豆ペプチド、0.1%MgSO ・7水和物、2%グルコース、0.05mM p−ベンゾキノン、0.1mM EDTA、pH6.5)にて、10L−ジャーファーメンターを用いて30℃、1日間培養し、菌体内のGDH活性を確認したところ、約0.1U/ml培養液がピークであった。
一方、FAD−GDH組換え体では、ピークで約9〜21U/ml−bの活性が見られ、100〜200倍程度の培養力価の増大が認められた。また、培養条件を検討したところ、Kd・Pを0.5と低く設定することにより、Kd・P 0.75の時の約1.5倍、Kd・P 1〜1.5の時の約2倍の培養力価が認められた。なお、Kd・Pを2以上に設定した場合には、培養力価が約5U/ml−b以下となることを確認している。
培養温度に関しては、培養フェーズとOD,pH,GDH活性の関係を表8,9,10,11および図8,9,10,11に示す。培養温度は26〜28℃が最適であり、少なくとも23〜28℃で培養する必要があり、29℃よりも高い温度にて培養した場合、培養力価が半減する傾向が認められた。
ATGDH遺伝子組換え体の培養においても、培養液のpHを7.3以下に保つことが酵素活性を安定に保つために非常に重要であり、ATGDHにおいては、AOGDHよりも、むしろ低いpHで培養を終了することが必要になるようであった。
なお、ATGDH遺伝子は、アスペルギルス・テレウス由来FAD−GDHをコードするDNA配列から予想されるシグナルペプチド(MLGKLSFLSALSLAVAATLSNSTSA)(配列番号17)配列部分のDNAを切除したものである。シグナルペプチド配列を含むものは、A.オリゼ由来FAD−GDHと同様、FAD−GDHの発現量が乏しかったため、当初からシグナルペプチドを含まないものを用いて培養の検討を行なっている。
<Example 2>
Introduction of Aspergillus terreus-derived glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as ATGDH) gene into Escherichia coli The ATGDH gene is a cell of Aspergillus terreus (registered number NBRC 33026, which is registered in the Product Evaluation Technology Infrastructure and Biological Resources Division). MRNA was prepared and cDNA was synthesized. Two types of oligo DNAs shown in SEQ ID NOs: 13 and 14 were synthesized, and the ATGDH gene (gene sequence from which the expected signal peptide sequence was removed) was amplified using KOD-Plus (manufactured by Toyobo) with the prepared cDNA as a template. The DNA fragment was treated with restriction enzymes NdeI and BamHI, pBluescript (in which the NdeI site was introduced in the form of matching the atg of the NdeI recognition sequence in accordance with the translation initiation codon atg of LacZ), the recombinant plasmid was inserted into the NdeI-BamHI site. It was constructed. This recombinant plasmid was introduced using competent high DH5α (manufactured by Toyobo). A plasmid was extracted according to a conventional method, and the base sequence of the ATGDH gene was determined (SEQ ID NO: 11). The amino acid residue deduced from the cDNA sequence was 568 amino acids (SEQ ID NO: 12).
These transformants were cultured in 50 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin at 30 ° C. overnight, and then again cultured in 50 ml of LB medium containing 100 μg / ml ampicillin at 30 ° C. for 8 hours. An inoculum was prepared.
The prepared inoculum was liquid-cultured in a 10 L-jar fermenter for 6 days in a TB medium containing 100 μg / ml ampicillin in the range of Kd · P 0.5 to 1.5. After collecting the cells in each culture phase, the cells were ultrasonically disrupted to confirm the GDH activity. The relationship between the culture phase and OD, pH, GDH activity is shown in Tables 4, 5, 6, 7 and FIGS. In addition, Aspergillus terreus wild strain was prepared in a liquid medium (1% malt extract, 1.5% soybean peptide, 0.1% MgSO 4 .7hydrate, 2% glucose, 0.05 mM p-benzoquinone, 0.1 mM EDTA. , PH 6.5), and culturing at 30 ° C. for 1 day using a 10 L-jar fermenter, and confirming the GDH activity in the cells, the peak was about 0.1 U / ml culture solution.
On the other hand, in the FAD-GDH recombinant, an activity of about 9 to 21 U / ml-b was observed at the peak, and an increase in culture titer of about 100 to 200 times was observed. In addition, when the culture conditions were examined, by setting Kd · P as low as 0.5, it was about 1.5 times when Kd · P 0.75, and about Kd · P 1 to 1.5. A double culture titer was observed. In addition, when Kd · P is set to 2 or more, it has been confirmed that the culture titer is about 5 U / ml-b or less.
Regarding the culture temperature, the relationship between the culture phase and the OD, pH, GDH activity is shown in Tables 8, 9, 10, and 11 and FIGS. The culture temperature is optimally 26-28 ° C, and it is necessary to culture at least 23-28 ° C. When cultured at a temperature higher than 29 ° C, the culture titer tended to be halved.
Even when cultivating ATGDH gene recombinants, it is very important to keep the pH of the culture solution at 7.3 or lower in order to keep the enzyme activity stable. In ATGDH, culturing at a lower pH than AOGDH. It seemed necessary to quit.
The ATGDH gene is a signal peptide (MLGKLSFLSALSLAVAATLSNSTSA) (SEQ ID NO: 17) sequence part of DNA excised from the DNA sequence encoding Aspergillus tereus-derived FAD-GDH. Those containing a signal peptide sequence include: Similar to oryzae-derived FAD-GDH, the expression level of FAD-GDH was poor, and from the beginning, the culture was examined using one that does not contain a signal peptide.

表1〜表3は、各種変異体の10Lジャーファーメンター培養における培養フェーズと培養液の菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示す。表1は図2に、表2は図3に、表3は図4にそれぞれ対応する。   Tables 1 to 3 show the relationship between the culture phase in 10 L jar fermenter culture of various mutants, the turbidity (OD), pH, and GDH activity value of the culture solution. Table 1 corresponds to FIG. 2, Table 2 corresponds to FIG. 3, and Table 3 corresponds to FIG.

表4〜表7は、10Lジャーファーメンター培養における夫々Kd・P 0.5、0.75、1、1.5における培養フェーズと培養液の菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示す。表4は図5に、表5は図6に、表6は図7に、表7は図8にそれぞれ対応する。   Tables 4 to 7 show the culture phase and the cell turbidity (OD), pH, GDH activity value of Kd · P 0.5, 0.75, 1, 1.5 in 10 L jar fermenter culture, respectively. The relationship is shown. Table 4 corresponds to FIG. 5, Table 5 corresponds to FIG. 6, Table 6 corresponds to FIG. 7, and Table 7 corresponds to FIG.

表8〜表11は、10Lジャーファーメンター培養における夫々培養温度 20、23、26、30℃における培養フェーズと培養液の菌体濁度(OD)、pH、GDH活性値の関係を示す。表8は図9に、表9は図10に、表10は図11に、表11は図12にそれぞれ対応する。   Tables 8 to 11 show the relationship between the culture phase and the microbial turbidity (OD), pH, and GDH activity values at culture temperatures of 20, 23, 26, and 30 ° C. in 10 L jar fermenter culture, respectively. Table 8 corresponds to FIG. 9, Table 9 corresponds to FIG. 10, Table 10 corresponds to FIG. 11, and Table 11 corresponds to FIG.

本発明は、組換え大腸菌を用いることにより、アスペルギルス・オリゼ由来のグルコースデヒドロゲナーゼを、大量に生産することを可能にするものである。また、本発明により広い意味でマルトースに作用しない、グルコースセンサ等に適したグルコースデヒドロゲナーゼを生産することが可能になる。   The present invention makes it possible to produce glucose dehydrogenase derived from Aspergillus oryzae in large quantities by using recombinant Escherichia coli. In addition, the present invention makes it possible to produce glucose dehydrogenase suitable for glucose sensors and the like that does not act on maltose in a broad sense.

Claims (2)

アスペルギルス・テレウス由来のFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼを大腸菌で組換え生産する方法であって、アスペルギルス・テレウス由来の野生型FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから、寄託番号NBRC 33026として登録されているアスペルギルス・テレウス由来のFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼのアミノ酸配列のN末端領域に存在するMLGKLSFLSALSLAVAAのアミノ酸残基及びそのC末端側に続く8つのアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を削除した変異型FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼをコードする遺伝子を大腸菌で発現させることを特徴とする方法。   A method for recombinant production of Aspergillus terreus-derived FAD-dependent glucose dehydrogenase in Escherichia coli, wherein the Aspergillus terreus-derived wild-type FAD-dependent glucose dehydrogenase is derived from Aspergillus terreus registered under the deposit number NBRC 33026. A gene encoding a mutant FAD-dependent glucose dehydrogenase in which the amino acid sequence of MLGKLSFLSALSLAVAA present in the N-terminal region of the amino acid sequence of FAD-dependent glucose dehydrogenase and the amino acid sequence consisting of 8 amino acid residues following the C-terminal side are deleted Is expressed in Escherichia coli. アスペルギルス・テレウス由来の野生型FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼから、寄託番号NBRC 33026として登録されているアスペルギルス・テレウス由来のFAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼのアミノ酸配列のN末端領域に存在するMLGKLSFLSALSLAVAAのアミノ酸残基及びそのC末端側に続く8つのアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を削除した変異型FAD依存性グルコースデヒドロゲナーゼをコードすることを特徴とするDNA。   Amino acid residues of MLGKLFSLSLSLAVAAA present in the N-terminal region of the amino acid sequence of FAD-dependent glucose dehydrogenase derived from Aspergillus terreus registered as deposit number NBRC 33026 from wild-type FAD-dependent glucose dehydrogenase derived from Aspergillus terreus A DNA encoding a mutant FAD-dependent glucose dehydrogenase from which an amino acid sequence consisting of 8 amino acid residues following the C-terminal is deleted.
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