JP4884863B2 - Nitrilase and method for producing carboxylic acid using nitrilase - Google Patents

Nitrilase and method for producing carboxylic acid using nitrilase Download PDF

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Description

本発明は、特定の理化学的性質を有するニトリラーゼおよび当該ニトリラーゼを利用するニトリル化合物からカルボン酸を製造する方法に関する。   The present invention relates to a nitrilase having specific physicochemical properties and a method for producing a carboxylic acid from a nitrile compound using the nitrilase.

カルボン酸の製造方法として、ニトリラーゼ酵素を用いてニトリルを加水分解して製造する方法がある。ニトリラーゼはニトリルからカルボン酸に変換し得る有用な酵素である。   As a method for producing carboxylic acid, there is a method in which nitrile is hydrolyzed using a nitrilase enzyme. Nitrilase is a useful enzyme that can convert nitrile to carboxylic acid.

従来、ニトリラーゼとしては、たとえば、Rhodococcus rhodochrous J1由来 のニトリラーゼ(非特許文献1)、Rhodococcus rhodochrousK22由来の酵素(非特許文献2)、Alcaligenes faecalisJM3由来の酵素(非特許文献3)、Alcaligenes faecalis ATCC8750由来の酵素(特許文献1)、Pseudomonas DSM11387(非特許文献4)、Synechocystis sp. PCC6803(非特許文献5)などが報告されている。また、Pseudomonas fluorescens由来の酵素(非特許文献6)、Synechosystis sp.由来の酵素(非特許文献7)なども報告されている。   Conventional nitrilases include, for example, a nitrilase derived from Rhodococcus rhodochrous J1 (Non-patent Document 1), an enzyme derived from Rhodococcus rhodochrous K22 (Non-patent Document 2), an enzyme derived from Alcaligenes faecalis JM3 (Non-patent document 3) Enzyme (patent document 1), Pseudomonas DSM11387 (non-patent document 4), Synechocystis sp. PCC6803 (nonpatent literature 5) etc. are reported. In addition, an enzyme derived from Pseudomonas fluorescens (Non-patent Document 6), Synechosystis sp. A derived enzyme (Non-patent Document 7) has also been reported.

Rhodococcus、Alcaligenesの酵素(非特許文献1、2、3、特許文献1)に関しては、有機溶媒耐性が知られていないか、あるいは低いので、有機溶媒を添加するような反応液を用いてニトリルを変換してカルボン酸を生産する等に商業的に利用するには改善の余地を残していた。公知のニトリラーゼは有機溶媒に対する感受性が比較的高い。また、Pseudomonasの酵素(非特許文献4)はC6−C16のアルカンに対して耐性がある、あるいはC6−C11のアルカノールに対して耐性があるという報告はあるが、親水性の高い有機溶媒に対する耐性について報告はない。Synechocystisの酵素(非特許文献5)は精製酵素を用いて各種有機溶媒中での反応を比較しているが、有機溶媒に曝した場合の活性の低下は不明であり、有機溶媒耐性という観点では不明である。また、アリル基を持つアセトニトリルに対し活性の高いニトリラーゼとして、前記非特許文献3、非特許文献5、非特許文献6、非特許文献7が知られているが、非特許文献3、6は分子量、非特許文献5、7は分子量およびpH安定性で本発明酵素と異なっている。   Regarding the Rhodococcus and Alcaligenes enzymes (Non-Patent Documents 1, 2, 3, and Patent Document 1), the resistance to organic solvents is not known or is low, so the nitrile is added using a reaction solution to which an organic solvent is added. There was room for improvement in commercial use such as conversion to produce carboxylic acid. Known nitrilases are relatively sensitive to organic solvents. In addition, Pseudomonas enzyme (Non-patent Document 4) is reported to be resistant to C6-C16 alkanes or to C6-C11 alkanols, but resistant to highly hydrophilic organic solvents. There is no report about. Synechocystis enzyme (Non-Patent Document 5) uses purified enzymes to compare reactions in various organic solvents, but the decrease in activity when exposed to organic solvents is unclear, and in terms of resistance to organic solvents It is unknown. In addition, Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 5, Non-Patent Document 6, and Non-Patent Document 7 are known as nitrilases having high activity with respect to acetonitrile having an allyl group. Non-Patent Documents 5 and 7 differ from the enzyme of the present invention in molecular weight and pH stability.

さらに、各種ニトリラーゼ酵素を、メタノール、イソプロパノール、トルエンまたはヘキサンを含有する反応液(メタノールは10%、25%、イソプロパノールは10%、トルエンは40%、ヘキサンは70%)中で反応をさせた結果が開示されているが、反応性の比較は開示されてはいない(特許文献2)。   Furthermore, various nitrilase enzymes were reacted in a reaction solution containing methanol, isopropanol, toluene or hexane (10%, 25% for methanol, 10% for isopropanol, 40% for toluene, 70% for hexane). However, comparison of reactivity is not disclosed (Patent Document 2).

また例えば、ニトリラーゼ活性物質を産生する微生物として、アースロバクター属に属する微生物が報告されている(特許文献3、4)。
一般に酵素反応は水溶液中で高活性を示すが、有機溶媒存在下では活性が著しく低下するか活性を全く示さないことがある。実際に、水溶性の低いニトリルを原料とする場合、予め有機溶媒を用いて溶解することが望ましいが、上述したアースロバクター属由来のニトリラーゼは有機溶媒に対する耐性を有しない。したがって、既知のアースロバクター属微生物由来のニトリラーゼ酵素は、水溶性の低いニトリルを原料としたカルボン酸の製造手段として適していなかった。
For example, microorganisms belonging to the genus Arthrobacter have been reported as microorganisms that produce nitrilase active substances (Patent Documents 3 and 4).
In general, an enzyme reaction exhibits high activity in an aqueous solution, but in the presence of an organic solvent, the activity may be significantly reduced or may not show any activity. Actually, when a nitrile having low water solubility is used as a raw material, it is desirable to dissolve in advance using an organic solvent. However, the aforementioned nitrilase derived from the genus Arthrobacter does not have resistance to an organic solvent. Therefore, known nitrilase enzymes derived from microorganisms belonging to the genus Arthrobacter have not been suitable as means for producing carboxylic acids using nitriles with low water solubility as raw materials.

以上、従来、ニトリラーゼの有機溶媒耐性は不明である。しかしながら、水に溶解しないニトリル化合物の加水分解には必ず有機溶媒の添加が必要なので、有機溶媒に耐性のあるニトリラーゼの提供が望まれていた。
特開平4−341185号公報 米国公開特許20040002147号公報 特開平11−341979号公報 特開2003−274933号公報 Eur.J.Biochem.,182,349−356(1989) J.Bacteriol.,172,4807−4815(1990) Eur.J.Biochem,194,765−772(1990) Biotechnology Letters,20(4),329−331(1998) Applied and Environmental Microbiology,69(8),4359−4366(2003) J.Mol.Catal.B.,5,467−474(1998) Arch.Microbiol.184,407−418(2006)
As described above, conventionally, the resistance of nitrilase to an organic solvent is unknown. However, since it is necessary to add an organic solvent for hydrolysis of a nitrile compound that does not dissolve in water, it has been desired to provide a nitrilase that is resistant to organic solvents.
JP-A-4-341185 US Published Patent No. 20040002147 JP-A-11-341979 JP 2003-274933 A Eur. J. et al. Biochem. , 182, 349-356 (1989) J. et al. Bacteriol. 172, 4807-4815 (1990) Eur. J. et al. Biochem, 194, 765-772 (1990) Biotechnology Letters, 20 (4), 329-331 (1998) Applied and Environmental Microbiology, 69 (8), 4359-4366 (2003). J. et al. Mol. Catal. B. 5,467-474 (1998) Arch. Microbiol. 184, 407-418 (2006)

本発明は、ニトリル加水分解活性とともに高い有機溶媒耐性を持つニトリラーゼの提供および当該ニトリラーゼを用いてカルボン酸を製造する方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a nitrilase having nitrile hydrolysis activity and high organic solvent resistance and a method for producing a carboxylic acid using the nitrilase.

本発明者らは鋭意検討した結果、アースロバクター エスピー F−73株に由来し、特定の理化学的性質を有する新規な酵素、好ましくは精製酵素が、極めて高い有機溶媒耐性と、ニトリル加水分解活性を示すことを見出した。また、該酵素が有機溶媒存在下で高いニトリラーゼ活性を維持し、水溶性の低いニトリルからカルボン酸を製造する手段として有用であることを見出し、本発明に至った。具体的には本発明は以下に示す通りである。   As a result of intensive studies, the present inventors have found that a novel enzyme having a specific physicochemical property, preferably a purified enzyme, derived from the Arthrobacter sp. F-73 strain, has extremely high organic solvent resistance and nitrile hydrolysis activity. It was found to show. Further, the present inventors have found that the enzyme maintains high nitrilase activity in the presence of an organic solvent and is useful as a means for producing a carboxylic acid from a nitrile having low water solubility, leading to the present invention. Specifically, the present invention is as follows.

〔1〕 アースロバクター エスピー F−73株に由来し、下記の理化学的性質を有するニトリラーゼ;
[1]作用:
ニトリル化合物のニトリル基に作用し、ニトリル基を酸化してカルボキシル基にする、
[2]基質特異性:
2−チオフェンアセトニトリルに作用するが、アセトニトリル、ベンゾニトリルに作用しない、
[3]至適pH:
pH6.0〜8.0(反応温度30℃)でニトリラーゼの酸化活性が至適である、
[4]至適温度:
40〜45℃でニトリル基の酸化作用が最大活性を示す、
[5]pH安定性:
pH5.0−11.0が安定領域である、および
[6]分子量:
ゲルろ過法による分子量が約530kDa、
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動により、分子量約44kDaのサブユニットに分離される、
[7]有機溶媒耐性:
メタノール、エタノール、アセトン、DMSOおよび2−プロパノールからなる群から選択されたいずれかの有機溶媒を20%(V/V)含む水溶液で、20℃で60分間処理して50%以上の残存活性を示す。
〔2〕 前記ニトリラーゼが精製酵素である、〔1〕に記載のニトリラーゼ。
〔3〕 前記精製酵素が、下記段階を含む精製工程を経て得られたものである、〔2〕に記載のニトリラーゼ;
(1) アースロバクター エスピー F−73株に由来する無細胞抽出液を、還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、さらに酵素が含まれる溶液の温度が5℃以下の条件下で調製する工程;
(2) 還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、酵素が含まれる溶液のpHを7.0±0.3の条件下で、無細胞抽出液を硫安分画する工程;
(3) 還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、酵素濃度が100μg/ml以下にならない条件下で、陰イオン交換クロマトグラフィーを行う工程;および
(4) 還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、酵素濃度が100μg/ml以下にならない条件下で、疎水クロマトグラフィーを行う工程。
〔4〕 有機溶媒を含む水溶液中で、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のニトリラーゼをニトリル化合物に接触させ、生成されるカルボン酸を回収する工程を含む、カルボン酸の製造方法。
〔5〕 有機溶媒が、水溶性アルコール、水溶性ケトン、アミド類、ジメチルスルホキシド、エステル類、ハロゲンで置換されていてもよい炭化水素類、高級アルコール類およびエーテル類からなる群から選択される少なくとも1種である、〔4〕に記載の製造方法。
〔6〕 ニトリル化合物が、アリールアセトニトリルである、〔4〕または〔5〕に記載の製造方法。
〔7〕 有機溶媒の含有量が、90%(V/V(有機溶媒の耐性/溶液の全体積))以下である、〔4〕〜〔6〕のいずれかに記載の製造方法。
[1] Nitrilase derived from Arthrobacter sp. F-73 and having the following physicochemical properties;
[1] Action:
Acts on the nitrile group of the nitrile compound, oxidizing the nitrile group to a carboxyl group,
[2] Substrate specificity:
Acts on 2-thiophene acetonitrile but does not act on acetonitrile or benzonitrile,
[3] Optimum pH:
The oxidation activity of nitrilase is optimal at pH 6.0 to 8.0 (reaction temperature 30 ° C.),
[4] Optimum temperature:
The nitrile group oxidation action shows maximum activity at 40-45 ° C.,
[5] pH stability:
pH 5.0-11.0 is the stable region, and [6] Molecular weight:
The molecular weight by gel filtration is about 530 kDa,
It is separated into subunits having a molecular weight of about 44 kDa by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis.
[7] Organic solvent resistance:
Treatment with an aqueous solution containing 20% (V / V) of any organic solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, DMSO and 2-propanol at 20 ° C. for 60 minutes gives a residual activity of 50% or more. Show.
[2] The nitrilase according to [1], wherein the nitrilase is a purified enzyme.
[3] The nitrilase according to [2], wherein the purified enzyme is obtained through a purification process including the following steps;
(1) A step of preparing a cell-free extract derived from Arthrobacter sp. F-73 strain under the condition that dithiothreitol is present as a reducing agent and the temperature of the solution containing the enzyme is 5 ° C. or lower;
(2) a step of subjecting the cell-free extract to ammonium sulfate fractionation under the condition that dithiothreitol is present as a reducing agent and the pH of the solution containing the enzyme is 7.0 ± 0.3;
(3) performing anion exchange chromatography under the condition that dithiothreitol is present as a reducing agent and the enzyme concentration is not less than 100 μg / ml; and (4) dithiothreitol is present as a reducing agent, A step of performing hydrophobic chromatography under conditions where the concentration does not fall below 100 μg / ml.
[4] A method for producing a carboxylic acid, comprising a step of bringing the nitrilase according to any one of [1] to [3] into contact with a nitrile compound in an aqueous solution containing an organic solvent and recovering the produced carboxylic acid.
[5] The organic solvent is at least selected from the group consisting of water-soluble alcohols, water-soluble ketones, amides, dimethyl sulfoxide, esters, hydrocarbons optionally substituted with halogen, higher alcohols and ethers. The production method according to [4], which is one type.
[6] The production method according to [4] or [5], wherein the nitrile compound is arylacetonitrile.
[7] The production method according to any one of [4] to [6], wherein the content of the organic solvent is 90% (V / V (resistance of organic solvent / total volume of solution)) or less.

本発明によれば、水溶性ニトリルを原料としてカルボン酸を効率的に製造できるだけでなく、水溶性が低く従来酵素反応に適さなかったニトリルをも効率的に加水分解し、対応するカルボン酸を製造することが可能となる。また本発明の酵素は、好ましくは精製酵素である。このような精製酵素は、極めて高い有機溶媒耐性と、ニトリル加水分解活性を示しつつ、保存安定性に優れ、副反応の生成を抑制し工業的利用に有利である。   According to the present invention, not only can a carboxylic acid be efficiently produced using a water-soluble nitrile as a raw material, but also a nitrile that is low in water solubility and not suitable for conventional enzyme reaction can be efficiently hydrolyzed to produce a corresponding carboxylic acid. It becomes possible to do. The enzyme of the present invention is preferably a purified enzyme. Such a purified enzyme exhibits extremely high organic solvent resistance and nitrile hydrolysis activity, has excellent storage stability, and suppresses the generation of side reactions, which is advantageous for industrial use.

[発明の実施の形態]
本発明は、アースロバクター エスピー F−73株に由来し、特定の理化学的性質を有するニトリラーゼを提供する。本発明のニトリラーゼは優れた有機溶媒耐性を示す。
[Embodiment of the Invention]
The present invention provides a nitrilase derived from Arthrobacter sp. F-73 strain and having specific physicochemical properties. The nitrilase of the present invention exhibits excellent organic solvent resistance.

アースロバクター エスピー F−73株
本発明のニトリラーゼを含有する「アースロバクター エスピー F−73株」は岐阜大学の構内から採取された土壌より分離した微生物株であり、独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センターにおいて「FERM P−20349」として寄託されている。本菌株は本アクセッション番号をもとに前記受託機関より入手することができる。
Arthrobacter sp. F-73 strain The “Arrobacter sp. F-73 strain” containing the nitrilase of the present invention is a microbial strain isolated from the soil collected from the campus of Gifu University. Has been deposited as "FERM P-20349" at the Institute for Patent Biological Deposits. This strain can be obtained from the trustee based on this accession number.

あるいは、アースロバクター属の株の単離は、たとえば、先ず、アースロバクター属微生物を含む被験試料をニトリル含有培地で培養し、培養物に蓄積するカルボン酸を測定することによって、目的とするニトリラーゼ活性を有する微生物の存在を同定し得る。被験試料は土壌、河川、あるいは湖沼などから採取の材料とすることができる。アースロバクター属に属する微生物を単離・同定する方法は、たとえば、「Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 9th Edition」(Edited by John G. Holt, Williams & Wilkins, Baltimore)を参照することができる。   Alternatively, the isolation of the strain of the genus Arthrobacter is aimed, for example, by first culturing a test sample containing the microorganism of the genus Arthrobacter in a nitrile-containing medium and measuring the carboxylic acid accumulated in the culture. The presence of microorganisms having nitrilase activity can be identified. The test sample can be a material collected from soil, rivers, or lakes. A method for isolating and identifying microorganisms belonging to the genus Arthrobacter can be referred to, for example, “Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 9th Edition” (Edited by John G. Holt, Williams & Wilkins). .

上記微生物は、細菌の培養に用いられる一般的な培地で培養される。前記微生物を培養するための培地は、その微生物が増殖しうるものであれば特に制限はない。例えば、炭素源としては上記微生物が利用可能な任意の炭素源を使用することができる。具体的には、グルコース、フルクトース、シュクロース、デキストリンなどの糖類、ソルビトール、グリセロールなどのアルコール類、フマール酸、クエン酸、酢酸、プロピオン酸等の有機酸類およびその塩類、パラフィンなどの炭化水素類、トルエン、クレゾール、安息香酸などあるいはこれらの混合物を使用することができる。   The microorganism is cultured in a general medium used for culturing bacteria. The medium for culturing the microorganism is not particularly limited as long as the microorganism can grow. For example, any carbon source that can be used by the microorganism can be used as the carbon source. Specifically, sugars such as glucose, fructose, sucrose and dextrin, alcohols such as sorbitol and glycerol, organic acids such as fumaric acid, citric acid, acetic acid and propionic acid and salts thereof, hydrocarbons such as paraffin, Toluene, cresol, benzoic acid, or the like or a mixture thereof can be used.

窒素源としては例えば、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウムなどの無機酸のアンモニウム塩、フマル酸アンモニウム、クエン酸アンモニウムなどの有機酸のアンモニウム塩、肉エキス、酵母エキス、コーンスティープリカー、カゼイン加水分解物、尿素、などの無機有機含窒素化合物、あるいはこれらの混合物を使用することができる。他に無機塩、微量金属塩、ビタミン類など、通常の培養に用いられる栄養源を適宜混合して用いることができる。また、必要に応じて微生物の増殖を促進する因子、本発明の目的化合物の生成能力を高める因子、あるいは培地のpH保持に有効なCaCOなどの物質も添加できる。 Examples of nitrogen sources include ammonium salts of inorganic acids such as ammonium chloride, ammonium sulfate, and ammonium phosphate, ammonium salts of organic acids such as ammonium fumarate and ammonium citrate, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, and casein hydrolysis. Products, inorganic organic nitrogen-containing compounds such as urea, or mixtures thereof. In addition, nutrient sources used in normal culture, such as inorganic salts, trace metal salts, vitamins, and the like can be appropriately mixed and used. If necessary, a factor that promotes the growth of microorganisms, a factor that enhances the ability to produce the target compound of the present invention, or a substance such as CaCO 3 that is effective for maintaining the pH of the medium can be added.

培養方法としては、培地pHは3〜11、好ましくは4〜8、培養温度は15〜60℃、好ましくは20〜45℃で、嫌気的あるいは好気的に、その微生物の生育に適した条件下5〜240時間、好ましくは12〜120時間程度培養する。   As a culture method, the medium pH is 3 to 11, preferably 4 to 8, the culture temperature is 15 to 60 ° C, preferably 20 to 45 ° C, and anaerobic or aerobic conditions suitable for the growth of the microorganism. The culture is performed for about 5 to 240 hours, preferably about 12 to 120 hours.

ニトリラーゼ
本発明のニトリラーゼは、アースロバクター エスピー F−73株に由来し、下記の理化学的性質を有するニトリラーゼである。
[1]作用:
ニトリル化合物のニトリル基に作用し、ニトリル基を酸化してカルボキシル基にする、
[2]基質特異性:
2−チオフェンアセトニトリルに作用するが、アセトニトリル、ベンゾニトリルに作用しない、
[3]至適pH:
pH6.0〜8.0(反応温度30℃)でニトリラーゼの酸化活性が至適である、
[4]至適温度:
40〜45℃でニトリル基の酸化作用が最大活性を示す、
[5]pH安定性:
pH5.0−11.0が安定領域である、および
[6]分子量:
ゲルろ過法による分子量が約530kDa、
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動により、分子量約44kDaのサブユニットに分離される、
[7]有機溶媒耐性:
メタノール、エタノール、アセトン、DMSOおよび2−プロパノールからなる群から選択されたいずれかの有機溶媒を20%(V/V)(有機溶媒の体積/溶液の全体積)含む水溶液で、20℃で60分間処理して50%以上の残存活性を示す。
Nitrilase The nitrilase of the present invention is a nitrilase derived from Arthrobacter sp. F-73 strain and having the following physicochemical properties.
[1] Action:
Acts on the nitrile group of the nitrile compound, oxidizing the nitrile group to a carboxyl group,
[2] Substrate specificity:
Acts on 2-thiophene acetonitrile but does not act on acetonitrile or benzonitrile,
[3] Optimum pH:
The oxidation activity of nitrilase is optimal at pH 6.0 to 8.0 (reaction temperature 30 ° C.),
[4] Optimum temperature:
The nitrile group oxidation action shows maximum activity at 40-45 ° C.,
[5] pH stability:
pH 5.0-11.0 is the stable region, and [6] molecular weight:
The molecular weight by gel filtration is about 530 kDa,
It is separated into subunits having a molecular weight of about 44 kDa by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis.
[7] Organic solvent resistance:
An aqueous solution containing 20% (V / V) (volume of organic solvent / total volume of solution) of any organic solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, DMSO and 2-propanol at 60 ° C. Shows 50% or more residual activity when treated for minutes.

本発明において「ニトリラーゼ」とは、ニトリル化合物を加水分解してカルボン酸に変換する酵素である。本発明の特定の理化学的性質を有するニトリラーゼは、従来のニトリラーゼでは見られない水溶性有機溶媒を含めた有機溶媒に対して耐性を示す。そのため、水に難溶なニトリルを基質として効率よく対応するカルボン酸に変換し得る。したがって、本発明のニトリラーゼのニトリラーゼ活性を利用すれば、水溶性のニトリルから水に難溶なニトリルという広範囲な基質化合物を原料として、対応するカルボン酸を工業的に製造することが可能となる。本発明のニトリラーゼは、アースロバクター エスピー F−73株に由来する。   In the present invention, “nitrilase” is an enzyme that hydrolyzes a nitrile compound to convert it into a carboxylic acid. The nitrilase having specific physicochemical properties of the present invention is resistant to organic solvents, including water-soluble organic solvents not found in conventional nitrilases. Therefore, it can be efficiently converted into the corresponding carboxylic acid using a nitrile that is hardly soluble in water as a substrate. Therefore, by utilizing the nitrilase activity of the nitrilase of the present invention, it is possible to industrially produce the corresponding carboxylic acid from a wide range of substrate compounds such as a nitrile that is hardly soluble in water from a water-soluble nitrile. The nitrilase of the present invention is derived from Arthrobacter sp. F-73 strain.

本発明における「ニトリラーゼ活性」は、次のようにして確認することができる。酵素活性の測定は、20℃で、50mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)、1mM ジチオスレイトール(以下「DTT」と略す。)適当量の酵素液を加えた反応液(2ml)に10mMの基質を加えることにより反応を開始させる(基質が2−チオフェンアセトニトリルの場合、標準反応条件)。反応は3NHClを0.2mlの添加により停止する。反応時間は60分として行う。
反応液を遠心分離して上清液を得る。HPLCにより基質を定量分析する。HPLC分析は、Wakosil−II C18TS(4.6x150mm)を用いて、展開溶媒として10mM KHPO/HPO(pH2.8)/CHCN(基質が2−チオフェンアセトニトリルの場合、13/7(V/V))を用い(流速1ml/min)、235nmで検出する。
標準反応条件下で1分間に1マイクロモル(1μmol)の2−チオフェン酢酸の生成を触媒する酵素量を1ユニットと定義する。
タンパク質の定量は、たとえばBradford法(Bradford,M.(1976) Anal.Biochem.72,248−254.)により、Bio−Rad社製のタンパク定量キットを用いて行うことができる。
基質特異性の検討においては、生成したアンモニアをインドフェノール法(Fawcett,J.K.&Scott,J.E.(1960)J.Clin.Pathol.13,156−159.)によって比色定量することができる。
The “nitrilase activity” in the present invention can be confirmed as follows. The enzyme activity was measured at 20 ° C. in 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), 1 mM dithiothreitol (hereinafter abbreviated as “DTT”) in a reaction solution (2 ml) with an appropriate amount of enzyme solution (10 ml). The reaction is started by adding the substrate (standard reaction conditions when the substrate is 2-thiopheneacetonitrile). The reaction is stopped by adding 0.2 ml of 3N HCl. The reaction time is 60 minutes.
The reaction solution is centrifuged to obtain a supernatant. The substrate is quantitatively analyzed by HPLC. HPLC analysis was performed using Wakosil-II C18TS (4.6 × 150 mm) and 10 mM KH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pH 2.8) / CH 3 CN (13 when the substrate was 2-thiopheneacetonitrile) as a developing solvent. / 7 (V / V)) (flow rate 1 ml / min), and detection at 235 nm.
The amount of enzyme that catalyzes the production of 1 micromole (1 μmol) of 2-thiopheneacetic acid per minute under standard reaction conditions is defined as 1 unit.
Protein quantification can be performed, for example, by the Bradford method (Bradford, M. (1976) Anal. Biochem. 72, 248-254.) Using a protein quantification kit manufactured by Bio-Rad.
In the examination of substrate specificity, the generated ammonia is colorimetrically determined by the indophenol method (Fawcett, JK & Scott, JE (1960) J. Clin. Pathol. 13, 156-159.). Can do.

本発明における「有機溶媒耐性」とは、有機溶媒で処理した後に、酵素活性が維持されることをいう。本発明のニトリラーゼは、たとえば20%(V/V)のアセトンで20℃で60分間処理したときに、酵素活性は実質的に低下しない。本発明において「酵素活性が実質的に低下しない」とは、有機溶媒の無い状態で同じ条件で処理した場合と比較して、酵素の残存活性が10%以上である場合を意味する。   “Organic solvent resistance” in the present invention means that enzyme activity is maintained after treatment with an organic solvent. For example, when the nitrilase of the present invention is treated with 20% (V / V) acetone at 20 ° C. for 60 minutes, the enzyme activity does not substantially decrease. In the present invention, “the enzyme activity does not substantially decrease” means a case where the residual activity of the enzyme is 10% or more as compared with a case where the treatment is performed under the same conditions without an organic solvent.

本発明のニトリラーゼは、アセトンのほか、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、DMSO、DMF、n−ヘプタノール、n−オクタノール、n−ヘキサン、n−オクタン、n−ヘキサデカン、t−酪酸メチル、ジイソプロピルアルコール、酢酸エチルなどの有機溶媒に対する耐性を有する。
本発明のニトリラーゼは、これらの有機溶媒のうち、メタノール、エタノール、アセトン、DMSOおよび2−プロパノールからなる群から選択されたいずれかの有機溶媒に対しては、これらを20%(V/V)(有機溶媒の体積/溶液の全体積)含む水溶液で20℃で60分間処理して、50%以上、好ましくは50%−100%、さらに好ましくは65%−100%の残存活性を有する。
The nitrilase of the present invention includes acetone, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, DMSO, DMF, n-heptanol, n-octanol, n-hexane, n-octane, n-hexadecane, and methyl t-butyrate. It has resistance to organic solvents such as diisopropyl alcohol and ethyl acetate.
The nitrilase of the present invention is 20% (V / V) of these organic solvents with respect to any organic solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, DMSO and 2-propanol. (The volume of the organic solvent / the total volume of the solution) Treated with an aqueous solution at 20 ° C. for 60 minutes, the residual activity is 50% or more, preferably 50% -100%, more preferably 65% -100%.

本発明で用いるニトリラーゼは、精製酵素であることが好ましい。本発明において「精製酵素」とは、電気泳動的にほぼ単一バンドまで精製した酵素を意味し、分画やクロマトグラフィーなどを実施していない単なる抽出後の粗精製酵素は含まない。このような精製酵素は粗酵素と比較して、保存安定性に優れるとともに、副生成物の生成が抑制されるので、工業的に有利である。   The nitrilase used in the present invention is preferably a purified enzyme. In the present invention, “purified enzyme” means an enzyme that has been electrophoretically purified to almost a single band, and does not include a mere crudely purified enzyme that has not been subjected to fractionation or chromatography. Such a purified enzyme is industrially advantageous because it is superior in storage stability and suppresses the formation of by-products as compared with the crude enzyme.

本発明のアースロバクター エスピー F−73株に由来するニトリラーゼは、サブユニットの12量体であると推定され、かつ得られる酵素量が微量であったため、通常のタンパク質精製方法では酵素を安定的に得ることが困難である。このため、酵素の安定的取得のため、各種の精製手段を組み合わせる必要がある。
たとえば該酵素を産生する微生物を、まず十分に増殖させた後に菌体を回収し、適当な緩衝液中で、破砕して無細胞抽出液とする。緩衝液には、2−メルカプトエタノール(2−mercaptoethanol)等の還元剤や、フェニルメタンスルホニルフルオリド(phenylmethansulfonyl fluoride; PMFS)のようなプロテアーゼ阻害剤を加えることができる。
The nitrilase derived from the Arthrobacter sp. F-73 strain of the present invention is presumed to be a 12-mer of subunits, and the amount of enzyme obtained was very small. Difficult to obtain. For this reason, it is necessary to combine various purification means for stable acquisition of the enzyme.
For example, the microorganism producing the enzyme is first sufficiently grown and then the cells are collected and crushed in a suitable buffer solution to obtain a cell-free extract. A reducing agent such as 2-mercaptoethanol or a protease inhibitor such as phenylmethanesulfonyl fluoride (PMFS) can be added to the buffer.

アースロバクター エスピー F−73株からの酵素の調製においては、無細胞抽出液の調製に当たり、還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、さらに酵素が含まれる溶液の温度が5℃以下の条件下であることが好ましい。このような条件であると、12量体である酵素を安定に得ることができる。   In the preparation of the enzyme from Arthrobacter sp. F-73, in the preparation of the cell-free extract, dithiothreitol was present as a reducing agent, and the temperature of the solution containing the enzyme was 5 ° C. or lower. Preferably there is. Under such conditions, an enzyme that is a 12-mer can be stably obtained.

得られた無細胞抽出液から、蛋白質の溶解度による分画および各種のクロマトグラフィーを組み合わせることにより、ニトリラーゼを精製する必要がある。   It is necessary to purify nitrilase from the obtained cell-free extract by combining fractionation based on protein solubility and various types of chromatography.

蛋白質の溶解度による分画方法としては、例えばアセトンやジメチルスルホキシドのような有機溶媒による沈澱や硫安による塩析等を利用することができる。一方クロマトグラフィーには、陽イオン交換、陰イオン交換、ゲルろ過、疎水性クロマトグラフィーや、キレート、色素、抗体などを用いた多くのアフィニティクロマトグラフィーが公知である。より具体的には、例えば、フェニル-トヨパールを用いた疎水クロマトグラフィー、DEAE-セファロースを用いた陰イオン交換クロマトグラフィー、ブチル-トヨパールを用いた疎水クロマトグラフィー、ブルー-セファロースを用いたアフィニティークロマトグラフィー、スーパーデックス200を用いたゲルろ過等を経て、本発明のニトリラーゼを電気泳動的にほぼ単一バンドまで安定に精製することができる。   As a fractionation method based on protein solubility, for example, precipitation with an organic solvent such as acetone or dimethyl sulfoxide, salting out with ammonium sulfate, or the like can be used. On the other hand, for chromatography, cation exchange, anion exchange, gel filtration, hydrophobic chromatography, and many affinity chromatography using chelates, dyes, antibodies and the like are known. More specifically, for example, hydrophobic chromatography using phenyl-Toyopearl, anion exchange chromatography using DEAE-Sepharose, hydrophobic chromatography using butyl-Toyopearl, affinity chromatography using Blue-Sepharose, Through gel filtration using Superdex 200 or the like, the nitrilase of the present invention can be stably purified to almost a single band by electrophoresis.

たとえば、酵素の精製方法としては次のステップを含むことが好ましい。
(1) 無細胞抽出液を硫安分画する工程、
(2) 陰イオン交換クロマトグラフィーを行う工程、および
(3) 疎水クロマトグラフィーを行う工程。
For example, the enzyme purification method preferably includes the following steps.
(1) A step of fractionating the cell-free extract with ammonium sulfate,
(2) a step of performing anion exchange chromatography, and (3) a step of performing hydrophobic chromatography.

この場合、無細胞抽出液を硫安分画する工程は、還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、酵素が含まれる溶液のpHを7.0±0.3の条件下で行うことが好ましい。
陰イオン交換クロマトグラフィーを行う工程は、還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、カラムから溶出させる緩衝液中の酵素濃度が100μg/ml以下にならないように濃度調製して行うことが好ましい。
疎水クロマトグラフィーを行う工程は、還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、カラムから溶出させる緩衝液中の酵素濃度が100μg/ml以下にならないように濃度調製して行うことが好ましい。
このような条件であると、12量体である酵素を安定に得ることができる。
In this case, the step of fractionating the cell-free extract with ammonium sulfate is preferably performed under the condition that dithiothreitol is present as a reducing agent and the pH of the solution containing the enzyme is 7.0 ± 0.3.
The step of performing anion exchange chromatography is preferably carried out by adjusting the concentration so that dithiothreitol is present as a reducing agent and the enzyme concentration in the buffer solution eluted from the column does not fall below 100 μg / ml.
The step of performing hydrophobic chromatography is preferably carried out by adjusting the concentration so that dithiothreitol is present as a reducing agent and the enzyme concentration in the buffer solution eluted from the column does not fall below 100 μg / ml.
Under such conditions, an enzyme that is a 12-mer can be stably obtained.

本発明のニトリラーゼ活性を有する前記酵素は、実質的に純粋なタンパク質とすることができる。本発明において、実質的に純粋なタンパク質とは、他の生物学的な分子を実質的に含まないことをいう。より具体的には、実質的に純粋なタンパク質とは、乾燥重量で、通常75%以上、あるいは80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは95%以上、更に好ましくは99%以上の純度を有する。タンパク質の純度を決定する方法は公知である。具体的には、各種カラムクロマトグラフィー、あるいはSDS−PAGE等の電気泳動分析によって、タンパク質の純度を知ることができる。   The enzyme having nitrilase activity of the present invention can be a substantially pure protein. In the present invention, a substantially pure protein means that it is substantially free from other biological molecules. More specifically, a substantially pure protein means a purity of usually 75% or more, or 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 95% or more, and even more preferably 99% or more by dry weight. Have Methods for determining protein purity are known. Specifically, the purity of the protein can be known by various column chromatography or electrophoresis analysis such as SDS-PAGE.

ニトリラーゼを用いるカルボン酸の製造方法
本発明は、前記ニトリラーゼを利用して、ニトリルからカルボン酸を製造する方法を提供する。
Method for Producing Carboxylic Acid Using Nitrilase The present invention provides a method for producing carboxylic acid from nitrile using the nitrilase.

本発明のカルボン酸の製造方法では、上述した微生物に由来する、またはそれと同一の理化学的性質を有するニトリラーゼを使用するが、ニトリラーゼの精製酵素であることが好ましい。また精製したニトリラーゼを不溶性の担体や水溶性の担体分子に結合したもの、酵素分子を包括固定することによって得られる固定化酵素等も本発明のニトリラーゼに含まれる。   In the method for producing a carboxylic acid of the present invention, a nitrilase derived from the above-mentioned microorganism or having the same physicochemical properties is used, but it is preferably a purified nitrilase enzyme. The purified nitrilase bound to an insoluble carrier or a water-soluble carrier molecule, an immobilized enzyme obtained by comprehensively immobilizing enzyme molecules, and the like are also included in the nitrilase of the present invention.

本発明の製造方法において、原料となるニトリルは、好ましくはアリールアセトニトリル、シアノヒドリン類、飽和ニトリル、不飽和ニトリルであり、さらに好ましくはアリールアセトニトリルである。   In the production method of the present invention, the starting nitrile is preferably arylacetonitrile, cyanohydrins, saturated nitrile, unsaturated nitrile, more preferably arylacetonitrile.

本発明において「アリールアセトニトリル」とは、C6-10アリール環または5〜10員ヘテロアリール環にアセトニトリル基が結合した化合物を意味する。C6-10アリール環とは炭素数6〜10の芳香族性の炭化水素環をいい、具体的には、ベンゼン、トルエン、ナフタレンなどが挙げられる。5〜10員ヘテロアリール環とは、環を構成する原子の数が5〜10、好ましくは5または6であり、環を構成する原子中に1〜2個(好ましくは1個)のヘテロ原子(硫黄原子、酸素原子または窒素原子、好ましくは窒素原子)を含有する芳香族性の環を意味し、具体的にはたとえば、ピリジン環、チオフェン環などが挙げられる。 In the present invention, “arylacetonitrile” means a compound in which an acetonitrile group is bonded to a C 6-10 aryl ring or a 5- to 10-membered heteroaryl ring. The C 6-10 aryl ring refers to an aromatic hydrocarbon ring having 6 to 10 carbon atoms, and specific examples include benzene, toluene, naphthalene and the like. A 5- to 10-membered heteroaryl ring has 5 to 10, preferably 5 or 6, atoms constituting the ring, and 1 to 2 (preferably 1) heteroatoms in the atoms constituting the ring. An aromatic ring containing (a sulfur atom, an oxygen atom or a nitrogen atom, preferably a nitrogen atom) is meant, and specific examples include a pyridine ring and a thiophene ring.

アリールアセトニトリルとしては、たとえば、好ましくは2−チオフェンアセトニトリル、3−チオフェンアセトニトリル、3−ピリジンアセトニトリル、2−ピリジンアセトニトリル、2−トリルアセトニトリル、3−トリルアセトニトリル、4−トリルアセトニトリル、ベンジルシアナイド、ナフチルアセトニトリルなどが挙げられる。これらのうちでは、2−チオフェンアセトニトリル、3−チオフェンアセトニトリル、3−ピリジンアセトニトリル、2−ピリジンアセトニトリル、4−トリルアセトニトリルなどがさらに好ましい。   As the aryl acetonitrile, for example, preferably 2-thiopheneacetonitrile, 3-thiopheneacetonitrile, 3-pyridineacetonitrile, 2-pyridineacetonitrile, 2-tolylacetonitrile, 3-tolylacetonitrile, 4-tolylacetonitrile, benzylcyanide, naphthylacetonitrile Etc. Of these, 2-thiopheneacetonitrile, 3-thiopheneacetonitrile, 3-pyridineacetonitrile, 2-pyridineacetonitrile, 4-tolylacetonitrile and the like are more preferable.

シアノビドリン類としては、マンデロニトリル、2−クロロマンデロニトリル、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルなどが挙げられる。   Examples of cyanovidrins include mandelonitrile, 2-chloromandelonitrile, 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile and the like.

飽和ニトリルとしては、プロピロニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、2−フルオロニトリル、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリル、3−シアノ−2−メチルプロパノールなどが挙げられる。   Examples of the saturated nitrile include propyronitrile, butyronitrile, valeronitrile, 2-fluoronitrile, 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile, 3-cyano-2-methylpropanol, and the like.

不飽和ニトリルとしては、アクリロニトリルなどが挙げられる。   Examples of the unsaturated nitrile include acrylonitrile.

本発明のカルボン酸の製造方法を実施するための反応液は、水や緩衝液などの水系反応であっても、有機溶媒が添加された水系反応液であってもよい。上述の通り、本発明のニトリラーゼは、ニトリラーゼ活性を有し、かつこのニトリラーゼは有機溶媒耐性である。したがって、水または緩衝液のような水系反応液を用いて製造を実施することも、有機溶媒が添加された水系反応液で実施することもできる。したがって、基質となるニトリルが水系反応液に溶けにくい場合には、有機溶媒が添加されて水系反応液を用いて基質の溶解度を高めた状態で反応させることが可能となる。このことにより従来の微生物のニトリラーゼを用いた方法では、製造が困難あるいは不効率であった水に難溶なニトリルを原料とするカルボン酸も工業的に製造することが可能となる。   The reaction liquid for carrying out the method for producing a carboxylic acid of the present invention may be an aqueous reaction such as water or a buffer, or an aqueous reaction liquid to which an organic solvent is added. As described above, the nitrilase of the present invention has nitrilase activity, and this nitrilase is resistant to organic solvents. Therefore, the production can be performed using an aqueous reaction solution such as water or a buffer solution, or can be performed using an aqueous reaction solution to which an organic solvent is added. Therefore, when the nitrile serving as the substrate is difficult to dissolve in the aqueous reaction solution, the reaction can be performed in a state where the organic solvent is added and the solubility of the substrate is increased using the aqueous reaction solution. This makes it possible to industrially produce carboxylic acids starting from nitriles which are difficult or inefficient to produce and which are difficult or inefficient to produce water-insoluble nitriles.

水系反応液に添加し得る有機溶媒としては、以下に具体的に例示する水溶性アルコール類、水溶性ケトン類、アミド類、ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
前記水溶性アルコール類としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、1,3−プロパンジオール、エチレングリコールなどが挙げられ、これらのうち、メタノール、エタノール、プロパノールが好ましく、メタノール、エタノールがさらに好ましい。
前記水溶性ケトン類としては、アセトンなどが挙げられる。前記アミド類としては、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。
Examples of the organic solvent that can be added to the aqueous reaction solution include water-soluble alcohols, water-soluble ketones, amides, and dimethyl sulfoxide specifically exemplified below.
Examples of the water-soluble alcohols include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, n-heptanol, n-octanol, 1,3-propanediol, and ethylene glycol. Among these, methanol, ethanol, Propanol is preferred, and methanol and ethanol are more preferred.
Examples of the water-soluble ketones include acetone. Examples of the amides include dimethylformamide.

あるいは、水に溶解しにくい有機溶媒を添加し有機溶媒と水系反応液との二層系を用いてもよい。水に溶解しにくい有機溶媒としては、以下に例示するエステル類、ハロゲンで置換されていてもよい炭化水素類、高級アルコール類、エーテル類等が挙げられる。
エステル類としては、酢酸エチル、酢酸ブチル、t−酪酸メチルなどが挙げられる。
ハロゲンで置換されていてもよい炭化水素類としては、n−ヘキサン、n−オクタン、n−ヘキサデカン、シクロヘキサン、またはクロロホルムなどが挙げられる。
高級アルコール類としては、1−オクタノールなどが挙げられる。
エーテル類としては、ジイソプロピルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。
Alternatively, a two-layer system of an organic solvent and an aqueous reaction solution may be used by adding an organic solvent that is difficult to dissolve in water. Examples of the organic solvent that hardly dissolves in water include esters exemplified below, hydrocarbons optionally substituted with halogen, higher alcohols, ethers, and the like.
Examples of the esters include ethyl acetate, butyl acetate, and methyl t-butyrate.
Examples of the hydrocarbons that may be substituted with halogen include n-hexane, n-octane, n-hexadecane, cyclohexane, and chloroform.
Examples of higher alcohols include 1-octanol.
Examples of ethers include diisopropyl ether, 1,4-dioxane, and tetrahydrofuran.

有機溶媒は本発明の加水分解反応を損なわない範囲で適宜添加すればよいが、通常、水系反応液に対して、好ましくは90%(V/V)(有機溶媒の体積/溶液の全体積)以下、さらに好ましくは80%(V/V)以下、より好ましくは60%(V/V)以下の量を添加できる。添加量の下限値は、好ましくは1%、さらに好ましくて5%程度である。   The organic solvent may be appropriately added within a range not impairing the hydrolysis reaction of the present invention. Usually, it is preferably 90% (V / V) (volume of the organic solvent / total volume of the solution) with respect to the aqueous reaction solution. In the following, an amount of 80% (V / V) or less, more preferably 60% (V / V) or less can be added. The lower limit of the addition amount is preferably 1%, more preferably about 5%.

例えば、アセトン、メタノール、エタノール、ジメチルスルホキシド、ヘキサン等の場合は10〜50%(V/V)以下、好ましくは20〜40%(V/V)が添加できる。ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、1,3−プロパンジオール等の場合は5〜30%(V/V)以下、好ましくは10〜20%以下の量が添加できる。酢酸エチルの場合は、5〜90%(V/V)以下、好ましくは10〜80%以下の量が添加できる。   For example, in the case of acetone, methanol, ethanol, dimethyl sulfoxide, hexane, etc., 10 to 50% (V / V) or less, preferably 20 to 40% (V / V) can be added. In the case of dimethylformamide, tetrahydrofuran, 1,3-propanediol and the like, 5 to 30% (V / V) or less, preferably 10 to 20% or less can be added. In the case of ethyl acetate, an amount of 5 to 90% (V / V) or less, preferably 10 to 80% or less can be added.

また、これらの有機溶媒は、酵素活性を損なわない範囲で適宜2種以上を混合して添加しても差し支えない。   In addition, these organic solvents may be added in a mixture of two or more as long as the enzyme activity is not impaired.

反応液中の基質化合物の濃度は、特に制限されないが、たとえば通常、0.1〜10重量%、好ましくは0.2〜5.0重量%とすることができる。基質は反応開始時に一括して添加することも可能であるが、反応液中の基質濃度が高くなりすぎないように連続的、もしくは非連続的に添加することが望ましい。   Although the density | concentration of the substrate compound in a reaction liquid is not restrict | limited in particular, For example, it is 0.1-10 weight% normally, Preferably it can be 0.2-5.0 weight%. The substrate can be added all at once at the start of the reaction, but it is desirable to add the substrate continuously or discontinuously so that the substrate concentration in the reaction solution does not become too high.

さらに本発明の加水分解反応において、反応液中に界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、0.1〜5.0重量%のTriton X−100、あるいはTween60などが用いられる。   Furthermore, in the hydrolysis reaction of the present invention, a surfactant may be added to the reaction solution. As the surfactant, 0.1 to 5.0% by weight of Triton X-100 or Tween 60 is used.

この基質濃度に対して、本発明のニトリラーゼは、たとえば1mU/mL〜100U/mL、好ましくは100mU/mL以上の酵素活性量とすることにより、酵素反応を効率的に進めることができる。酵素は、反応液に溶解あるいは分散させることにより、基質と接触させることができる。あるいは、化学結合や包括などの手法によって固定化した酵素を用いることもできる。更に、基質は透過できるが、酵素分子や菌体の透過を制限する多孔質膜で基質溶液と酵素を隔てた状態で反応させることもできる。   With respect to this substrate concentration, the nitrilase of the present invention can efficiently advance the enzyme reaction by setting the amount of the enzyme activity to, for example, 1 mU / mL to 100 U / mL, preferably 100 mU / mL or more. The enzyme can be brought into contact with the substrate by dissolving or dispersing in the reaction solution. Alternatively, an enzyme immobilized by a technique such as chemical bonding or inclusion can be used. Furthermore, although the substrate can permeate, it can be reacted in a state where the substrate solution and the enzyme are separated by a porous membrane that restricts permeation of enzyme molecules and bacterial cells.

反応は、通常、氷点〜50℃、好ましくは10〜30℃で0.1〜100時間行うことができる。反応液のpHは、酵素活性を維持できれば特に限定されないが、通常、5〜10、好ましくは6〜9の範囲で適宜設定すればよい。   The reaction is usually carried out at a freezing point to 50 ° C, preferably 10 to 30 ° C for 0.1 to 100 hours. The pH of the reaction solution is not particularly limited as long as the enzyme activity can be maintained, but it may be appropriately set in the range of usually 5 to 10, preferably 6 to 9.

反応液中でニトリルと本発明の酵素が接触することにより、ニトリルが加水分解されて対応するカルボン酸が生成し反応液に蓄積する。ここで蓄積したカルボン酸は、反応液から公知の方法によって回収し、精製することができる。具体的には、たとえば、限外ろ過、濃縮、カラムクロマトグラフィー、抽出、活性炭処理、蒸留など通常の方法を組み合せることで回収、精製できる。   When the nitrile and the enzyme of the present invention come into contact with each other in the reaction solution, the nitrile is hydrolyzed to produce the corresponding carboxylic acid and accumulate in the reaction solution. The carboxylic acid accumulated here can be recovered from the reaction solution by a known method and purified. Specifically, for example, it can be recovered and purified by combining ordinary methods such as ultrafiltration, concentration, column chromatography, extraction, activated carbon treatment, and distillation.

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。   Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

[実施例1]
培養:
アースロバクター エスピー F−73株の前培養(4ml)はペプトン、酵母エキスを含む栄養培地を用いて28℃で24時間振とう培養を行った。本培養は0.4%(w/v)L−グルタミン酸ナトリウム、0.15%酵母エキス、0.1%リン酸第一カリウム、0.02%硫酸マグネシウム(7水和物)からなる培地(40ml, pH7.0)を500ml容の肩つき振とうフラスコに入れ、滅菌処理を行った。これに、前培養(4ml)を植菌し、同時に0.3%(V/V)イソバレロニトリルをニトリラーゼ生成のインデユーサーとして添加して、28℃で72時間、振とう培養した。このようにして高活性のニトリラーゼを含む菌体を調製した。
[Example 1]
culture:
The pre-culture (4 ml) of Arthrobacter sp. F-73 strain was cultured with shaking at 28 ° C. for 24 hours using a nutrient medium containing peptone and yeast extract. The main culture is a medium comprising 0.4% (w / v) sodium L-glutamate, 0.15% yeast extract, 0.1% monopotassium phosphate, 0.02% magnesium sulfate (7 hydrate) ( 40 ml, pH 7.0) was placed in a 500 ml shoulder shake flask and sterilized. To this, a preculture (4 ml) was inoculated, and at the same time, 0.3% (V / V) isovaleronitrile was added as an inducer for nitrilase production and cultured at 28 ° C. for 72 hours with shaking. In this way, cells containing highly active nitrilase were prepared.

無細胞抽出液の調製:
菌株を5℃で15,000rpmで20分間、遠心分離して集菌した。培養液(2L)から得られた菌体(乾燥菌体量として5.2g)を、0.85%(w/v)NaClに懸濁して遠心分離をする操作を2度繰り返して、菌体を十分に洗浄した。この菌体を1mMジチオスレイトール(DTT)を含む50mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)の50mlに5℃以下で懸濁した。5℃以下で超音波発生装置(Model201久保田製作所)を用いて100W、20分間の破砕操作を行い、細胞抽出液を調製した。これを13,000rpmで20分間遠心分離して菌体を除去し、無細胞抽出液を得た。
Preparation of cell-free extract:
The strain was collected by centrifugation at 15,000 rpm for 20 minutes at 5 ° C. The cell body obtained from the culture solution (2 L) (5.2 g dry cell amount) was suspended in 0.85% (w / v) NaCl and centrifuged twice, and the cell body Was thoroughly washed. The cells were suspended at 50 ° C. or less in 50 ml of 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 1 mM dithiothreitol (DTT). A cell extract was prepared by performing a crushing operation at 100 W for 20 minutes using an ultrasonic generator (Model 201 Kubota Seisakusho) at 5 ° C. or lower. This was centrifuged at 13,000 rpm for 20 minutes to remove the cells, and a cell-free extract was obtained.

酵素の精製:
本発明の酵素の精製にあたっては、酵素を安定かつ純度よく精製するために各種の精製手段を組み合わせた。
(1)硫安分画
無細胞抽出液に硫酸アンモニウムを40%飽和になるように添加した。この時、10%(w/v)アンモニア溶液を添加してpH7.0に保った。4時間攪拌した後、遠心分離(15,000rpm、20分間)を行い、沈殿画分を1mM DTTを含む50mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)(BufferA)に懸濁した。この懸濁液をBufferAで十分に透析して硫酸アンモニウムを除いた。透析後、遠心分離して、沈殿物を除去して上清液を得た。
Enzyme purification:
In purifying the enzyme of the present invention, various purification means were combined in order to purify the enzyme stably and with high purity.
(1) Ammonium sulfate fraction Ammonium sulfate was added to the cell-free extract so as to be 40% saturated. At this time, 10% (w / v) ammonia solution was added to maintain pH 7.0. After stirring for 4 hours, centrifugation (15,000 rpm, 20 minutes) was performed, and the precipitate fraction was suspended in 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) (Buffer A) containing 1 mM DTT. The suspension was dialyzed thoroughly with Buffer A to remove ammonium sulfate. After dialysis, the mixture was centrifuged to remove the precipitate and obtain a supernatant.

(2)DEAE−Sephacel カラムクロマトグラフィー(陰イオン交換クロマトグラフィー)
BufferAで十分に平衡化したDEAE−Sephacelカラム(Φ30×250mm)に酵素液をのせ、同緩衝液を流して洗浄した。その後0.25M KClを含むBufferAで洗浄したが活性は溶出しなかった。次に0.35M KClを含むBufferAを流したところ、目的とするニトリラーゼ活性が溶出した。この画分に硫酸アンモニウムを20%飽和となるように添加した。この間、カラムから溶出された緩衝液中の酵素濃度が、109μg/mlとなるように、溶液量を調整した。
(2) DEAE-Sephacel column chromatography (anion exchange chromatography)
The enzyme solution was placed on a DEAE-Sephacel column (Φ30 × 250 mm) that had been sufficiently equilibrated with Buffer A, and the same buffer was poured to wash. Thereafter, it was washed with Buffer A containing 0.25 M KCl, but the activity was not eluted. Next, when Buffer A containing 0.35 M KCl was passed, the target nitrilase activity was eluted. To this fraction, ammonium sulfate was added to 20% saturation. During this time, the amount of the solution was adjusted so that the enzyme concentration in the buffer solution eluted from the column was 109 μg / ml.

(3)Butyl−Toyopearl カラムクロマトグラフィー(疎水性クロマトグラフィー)
20%飽和硫酸アンモニウムを含むBufferAで十分に平衡化したButyl−Toyopearlカラム(Φ20×200 mm)に活性画分をのせ、同緩衝液で十分に洗浄した。次に10%飽和硫酸アンモニウムを含むBufferAで洗浄した後、5%飽和硫安アンモニウムを含むBufferAで目的とするニトリラーゼ活性が溶出した。本活性画分を集めて15%飽和硫酸アンモニウムを含むBuffer Aで十分に透析した。この間、カラムから溶出された緩衝液中の酵素濃度が、376μg/mlとなるように、溶液量を調整した。
(3) Butyl-Toyopearl column chromatography (hydrophobic chromatography)
The active fraction was placed on a Butyl-Toyopearl column (Φ20 × 200 mm) sufficiently equilibrated with Buffer A containing 20% saturated ammonium sulfate, and washed thoroughly with the same buffer. Next, after washing with Buffer A containing 10% saturated ammonium sulfate, the desired nitrilase activity was eluted with Buffer A containing 5% saturated ammonium sulfate. This active fraction was collected and dialyzed thoroughly against Buffer A containing 15% saturated ammonium sulfate. During this time, the amount of the solution was adjusted so that the enzyme concentration in the buffer solution eluted from the column was 376 μg / ml.

(4)Phenyl−Sepharose カラムクロマトグラフィー
15%飽和硫酸アンモニウムを含むBufferAで十分に平衡化したPhenyl−Sepharoseカラム(Φ20×10 mm)に活性画分をのせ、同Bufferを流して洗浄した。その後BufferAで洗浄した後、10%(V/V)ethylene glycolを含むBufferAを流すことにより、目的とするニトリラーゼ活性が溶出した。活性画分を集めて、BufferAで十分に透析を行った。
(4) Phenyl-Sepharose column chromatography The active fraction was placed on a Phenyl-Sepharose column (Φ20 × 10 mm) sufficiently equilibrated with Buffer A containing 15% saturated ammonium sulfate, and washed with the same Buffer. After washing with Buffer A, the target nitrilase activity was eluted by flowing Buffer A containing 10% (V / V) ethylene glycol. The active fraction was collected and dialyzed thoroughly with Buffer A.

表1にアースロバクター エスピー F−73株のニトリラーゼを精製した結果を示す。このように精製した酵素は、SDS−PAGEで単一バンドを示し、高度に精製されていることを確認した。
本アースロバクター エスピー F−73株のニトリラーゼの最終精製標品は総タンパク質4.6mg、標準反応条件下での比活性61.1unit/mg、精製収率13.8%であった。
Table 1 shows the results of purifying the nitrilase of Arthrobacter sp. F-73. The enzyme purified in this way showed a single band by SDS-PAGE, confirming that it was highly purified.
The final purified sample of the nitrilase of the present Arthrobacter sp. F-73 strain was 4.6 mg of total protein, a specific activity of 61.1 units / mg under standard reaction conditions, and a purification yield of 13.8%.

Figure 0004884863
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得られた酵素の諸性質:
(1)分子量、サブユニット分子量
SDSゲル電気泳動から、本ニトリラーゼのサブユニットは約44kDa、ゲル濾過クロマトグラフィーから分子量は約530kDaと算出され、同じ大きさのサブユニットの12量体と考えられた。
Properties of the enzyme obtained:
(1) Molecular weight, subunit molecular weight From SDS gel electrophoresis, the subunit of this nitrilase was calculated to be about 44 kDa, and the molecular weight was calculated to be about 530 kDa from gel filtration chromatography, which was considered to be a 12-mer of subunits of the same size. .

(2)至適pH、温度、熱安定性
本酵素反応を30℃で15分行い反応の至適pHを検討したところ、pH6.0−8.0にあり、pH5.0以下、pH9.0以上で急激に活性が低下した。各種pH条件下で酵素溶液を30分間保った後、pH7.0で10分間反応させpH安定性を検討したところ、pH5.0−11.0の範囲で安定であった。
本酵素を15分あるいは30分間、各種温度に保った後、30℃で10分間反応させたところ、40−45℃で安定であったが、50℃を超えると失活が認められた。また20−60℃で10分間反応させた反応の至適温度を検討したところ、40−45℃で最大活性を示した。
(2) Optimum pH, temperature, and heat stability The enzyme reaction was carried out at 30 ° C for 15 minutes to examine the optimum pH of the reaction, which was pH 6.0-8.0, pH 5.0 or lower, pH 9.0. As a result, the activity decreased rapidly. The enzyme solution was kept for 30 minutes under various pH conditions, and then reacted at pH 7.0 for 10 minutes to examine pH stability. As a result, it was stable in the range of pH 5.0 to 11.0.
The enzyme was kept at various temperatures for 15 minutes or 30 minutes and then reacted at 30 ° C. for 10 minutes. The enzyme was stable at 40-45 ° C., but was inactivated when it exceeded 50 ° C. Moreover, when the optimal temperature of reaction made to react for 10 minutes at 20-60 degreeC was examined, the maximum activity was shown at 40-45 degreeC.

[実施例2]
基質特異性:
実施例において、酵素活性の測定は、20℃で、50mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)、1mM DTTと適当量の酵素液を加えた反応液(2ml)に表2の基質10mMを加えることにより反応を開始させて実施した。反応は3NHClを0.2 mlの添加により停止した。反応時間は60分とした。反応液を遠心分離して上清液を得た。
[Example 2]
Substrate specificity:
In Examples, the enzyme activity was measured at 20 ° C. by adding 10 mM of the substrate shown in Table 2 to a reaction solution (2 ml) containing 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), 1 mM DTT and an appropriate amount of enzyme solution. To start the reaction. The reaction was stopped by adding 0.2 ml of 3N HCl. The reaction time was 60 minutes. The reaction solution was centrifuged to obtain a supernatant.

反応によって生成した有機酸を高速液体クロマトグラフィーあるいはガスクロマトグラフィーで定量分析した。   The organic acid produced by the reaction was quantitatively analyzed by high performance liquid chromatography or gas chromatography.

HPLC分析は、Wakosil−II 5C18TS(4.6x150mm)を用いて、10mM、KHPO/HPO(pH2.8)/CHCNの系で、リン酸緩衝液とアセトニトリルの溶媒の量比を基質によって変化させた。 HPLC analysis was carried out using a Wakosil-II 5C18TS (4.6 × 150 mm) in a system of 10 mM, KH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pH 2.8) / CH 3 CN, in a phosphate buffer and acetonitrile solvent. The quantitative ratio was varied depending on the substrate.

たとえば、マンデル酸は17/3(v/v)で235nmで検出、2−クロロマンデル酸は13/7(v/v)で220nmで検出、2−,3−チオフェン酢酸は65:35(v/v)で235nmで検出、3−トリルアセトニトリル、ベンジルシアナイド、ナフトアセトニトリルは、1:1(v/v)で230nmで検出、2−トリルアセトニトリル、2−,3−ピリジンアセトニトリルは、2/1(v/v)で230nmで検出、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルと2−ヒドロキシ−4−メチルチオ酪酸は9/1(v/v)で210nmで検出、2−フランカルボン酸は9/1(v/v)で、230nmで検出、アクリル酸は 4/1(v/v)で210nmで検出した。   For example, mandelic acid is detected at 17/3 (v / v) at 235 nm, 2-chloromandelic acid is detected at 13/7 (v / v) at 220 nm, 2-, 3-thiopheneacetic acid is detected at 65:35 (v / V) detected at 235 nm, 3-tolylacetonitrile, benzyl cyanide, naphthoacetonitrile detected at 230 nm at 1: 1 (v / v), 2-tolylacetonitrile, 2-, 3-pyridineacetonitrile 1 (v / v) at 230 nm, 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile and 2-hydroxy-4-methylthiobutyric acid at 9/1 (v / v) at 210 nm, 2-furancarboxylic acid is 9/1 (v / v) was detected at 230 nm, and acrylic acid was detected at 4/1 (v / v) at 210 nm.

GC分析は、ガスクロマトグラフィー(島津モデルGC−14A)を用いて、Thermon3000(5% on ChromosorbW)80/100メッシュ)をパックしたガラスカラムを用いて、インジェクター、検出器、カラムの温度をそれぞれ230、230、150℃にセットして行った。   GC analysis was performed using a gas column (Shimadzu model GC-14A) and a glass column packed with Thermo 3000 (5% on Chromosorb W) 80/100 mesh, and the temperature of the injector, detector, and column was set to 230 respectively. , 230, and 150 ° C.

各種基質に対する本ニトリラーゼの基質特異性(相対活性)の結果を表2に示す。本酵素は、2−チオフェンアセトニトリルをもっとも良好な基質とし、これに対する活性(43μmol/min/mgタンパク質)を100とした相対活性で示した。3−チオフェンアセトニトリル、3−ピリジンアセトニトリル、2−ピリジンアセトニトリル、4−トリルアセトニトリル、3−トリルアセトニトリル、ベンジルシアナイドなどアリールアセトニトリル類を良好な基質とし、アンモニア及び対応するカルボン酸を生成した。   Table 2 shows the results of substrate specificity (relative activity) of this nitrilase for various substrates. This enzyme was shown as a relative activity with 2-thiopheneacetonitrile as the best substrate and its activity (43 μmol / min / mg protein) as 100. Ammonia and the corresponding carboxylic acid were produced using arylacetonitriles such as 3-thiopheneacetonitrile, 3-pyridineacetonitrile, 2-pyridineacetonitrile, 4-tolylacetonitrile, 3-tolylacetonitrile, benzylcyanide as good substrates.

他にマンデロニトリル、2−クロロマンデロニトリル、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルなどのα−シアノヒドリン類にも作用した。アクリロニトリル、n−バレロニトリルにも作用したが、ベンゾニトリル、p−シアノフェノール、o−シアノフェノール、o、mあるいはp−トルニトリル、3-シアノピリジン、シアノピラジン、2-シアノチオフェン、3-インドールアセトニトリル、メタアクリロニトリル、イソバレロニトリル、イソブチロニトリル、クロトンニトリル、アセトニトリル、イソブチロニトリルなどには作用しなかった。よって本ニトリラーゼはアリルアセトニトリラーゼの範疇に入ると判断された。なお2−チオフェンアセトニトリルに対するKm値は、15μM以下の小さい値を示し、値が小さすぎるために正確なKm値の測定ができなかった。   In addition, it also acted on α-cyanohydrins such as mandelonitrile, 2-chloromandelonitrile, 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile. It also acted on acrylonitrile and n-valeronitrile, but benzonitrile, p-cyanophenol, o-cyanophenol, o, m or p-tolunitrile, 3-cyanopyridine, cyanopyrazine, 2-cyanothiophene, 3-indoleacetonitrile It did not act on methacrylonitrile, isovaleronitrile, isobutyronitrile, crotonnitrile, acetonitrile, isobutyronitrile and the like. Therefore, this nitrilase was judged to fall within the category of allylacetonitrilase. The Km value for 2-thiopheneacetonitrile showed a small value of 15 μM or less, and because the value was too small, an accurate Km value could not be measured.

Figure 0004884863
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タンパク質の定量は、Bradford法(Bradford,M.(1976) Anal.Biochem.72,248−254.)により、Bio−Rad社製のタンパク定量キットを用いて行った。
基質特異性の検討においては、生成したアンモニアをインドフェノール法(Fawcett,J.K.&Scott,J.E.(1960)J.Clin.Pathol.13,156−159.)によって比色定量した。
Protein quantification was performed by the Bradford method (Bradford, M. (1976) Anal. Biochem. 72, 248-254.) Using a protein quantification kit manufactured by Bio-Rad.
In the examination of substrate specificity, the produced ammonia was colorimetrically determined by the indophenol method (Fawcett, JK & Scott, JE (1960) J. Clin. Pathol. 13, 156-159.).

[実施例3]
阻害剤の効果:
各種阻害剤を添加して本ニトリラーゼ活性を測定したところ、1mM のCu2+、Hg2+、Ag、0.1mM p−クロロ水銀安息香酸(p−CMB)などのSH阻害剤の添加によって大きく阻害を受けた。これらの阻害は5mM DTTを添加することで回復した。
[Example 3]
Inhibitor effect:
When the nitrilase activity was measured by adding various inhibitors, it was greatly inhibited by addition of SH inhibitors such as 1 mM Cu 2+ , Hg 2+ , Ag + , 0.1 mM p-chloromercurybenzoic acid (p-CMB). Received. These inhibitions were restored by adding 5 mM DTT.

[実施例4]
有機溶媒の添加効果:
有機溶媒添加条件下、活性を検討した。結果を表3に示す。菌体に比べて精製酵素の有機溶媒に対する耐性は減少したが、表3に示した水に可溶性の有機溶媒添加条件下では、溶媒耐性を示し活性を示した。
[Example 4]
Effect of organic solvent addition:
The activity was examined under the condition of organic solvent addition. The results are shown in Table 3. Although the resistance of the purified enzyme to the organic solvent was reduced as compared with the fungus body, it exhibited solvent resistance and activity under the conditions of addition of the water-soluble organic solvent shown in Table 3.

n−ブタノールと水の混合液(1:9、V/V)、トルエンと水との混合液(1:9、V/V)に対しては強い阻害を受け、ほぼ完全に失活した。しかし、n−ヘプタノール、n−オクタノール、n−ヘキサン、n−オクタン、n−ヘキサデカン、t-酪酸メチル、ジイソプロピルエーテルと水の混合液(1:1、V/V)については、全く阻害を受けなかった。酢酸エチルと水との混合液(9:1、8:2)に対しては、無添加に比べて、それぞれ75%、38%の活性を示した。   The mixture of n-butanol and water (1: 9, V / V) and the mixture of toluene and water (1: 9, V / V) were strongly inhibited and almost completely deactivated. However, n-heptanol, n-octanol, n-hexane, n-octane, n-hexadecane, methyl t-butyrate, diisopropyl ether and water mixture (1: 1, V / V) are completely inhibited. There wasn't. The mixed liquids of ethyl acetate and water (9: 1, 8: 2) showed activity of 75% and 38%, respectively, compared to the case of no addition.

Figure 0004884863
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このような精製したニトリラーゼが、優れた有機溶媒耐性を有することは、本発明において初めて見出された極めて驚くべき性質である。たとえば、菌体では細胞膜によるバリヤーが存在し、無細胞粗酵素では、不純物および安定化を促す夾雑物の存在により、菌体反応および無細胞反応(粗酵素)に一定の有機溶媒耐性があることはあり得る。しかし精製したニトリラーゼが優れた有機溶媒耐性を有するかどうかは、予測不可能であり、今回、単離精製して初めて確認された。   The fact that such purified nitrilase has excellent organic solvent resistance is a very surprising property first discovered in the present invention. For example, cell bodies have barriers due to cell membranes, and cell-free crude enzymes have certain organic solvent resistance to cell and cell-free reactions (crude enzymes) due to the presence of impurities and impurities that promote stabilization. Is possible. However, whether or not the purified nitrilase has excellent organic solvent resistance is unpredictable and was confirmed for the first time after isolation and purification.

[実施例5]
有機溶媒存在下の水溶液中における精製ニトリラーゼを用いる各種カルボン酸の生産:
実施例1で得られた精製酵素0.1mgを反応液2ml(表4に列挙した基質 20mMを含む、リン酸カリ緩衝液(pH7.0)100mMメタノール5%(v/v))を含む試験管中で、25℃で、2時間反応させた後、さらに基質20mMを追加添加して、さらに2時間、25℃で反応させた。計4時間の反応のあと、生成したカルボン酸を定量した。結果を表4に示す。基質として用いた2−チオフェンアセトニトリル、3−チオフェンアセトニトリル、3−ピリジンアセトニトリル、2−ピリジンアセトニトリル、4−トリルアセトニトリル、3−トリルアセトニトリル、ベンジルシアナイド、(R,S)−マンデロニトリル、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルにおいて、高い収率で、対応するカルボン酸が得られた。結果を表4に示す。
[Example 5]
Production of various carboxylic acids using purified nitrilase in aqueous solution in the presence of organic solvent:
Test containing 0.1 mg of the purified enzyme obtained in Example 1 and 2 ml of reaction solution (containing 20 mM of the substrate listed in Table 4, potassium phosphate buffer (pH 7.0) 100 mM methanol 5% (v / v)) After reacting in a tube at 25 ° C. for 2 hours, an additional 20 mM of substrate was further added, and further reacted at 25 ° C. for 2 hours. After a total of 4 hours of reaction, the produced carboxylic acid was quantified. The results are shown in Table 4. 2-thiopheneacetonitrile, 3-thiopheneacetonitrile, 3-pyridineacetonitrile, 2-pyridineacetonitrile, 4-tolylacetonitrile, 3-tolylacetonitrile, benzylcyanide, (R, S) -mandelonitrile, 2- In hydroxy-4-methylthiobutyronitrile, the corresponding carboxylic acid was obtained in high yield. The results are shown in Table 4.

Figure 0004884863
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本発明の有機溶媒耐性のニトリラーゼを利用することにより、反応に使用し得る反応液が、水系反応液、水溶性有機溶媒を添加した水系反応液、水系反応液に溶解しない有機溶媒を添加したニ層系などと広がり、これにより基質として使用し得るニトリルも水溶性ニトリルから、水に難溶なニトリルまで広範囲に対応することが可能となった。そのため、本発明の酵素を用いることにより、従来、ニトリラーゼを利用した製造では困難であったカルボン酸を含むより多くのカルボン酸を工業的に製造することが可能となる。   By utilizing the organic solvent-resistant nitrilase of the present invention, the reaction solution that can be used for the reaction is an aqueous reaction solution, an aqueous reaction solution to which a water-soluble organic solvent is added, or a solution to which an organic solvent that does not dissolve in an aqueous reaction solution is added. As a result, the nitrile that can be used as a substrate can be used in a wide range from water-soluble nitriles to nitriles that are hardly soluble in water. Therefore, by using the enzyme of the present invention, it becomes possible to industrially produce more carboxylic acid including carboxylic acid, which has been difficult in the conventional production using nitrilase.

Claims (4)

有機溶媒を含む水溶液中で、受託番号FERM P-20349で表されるアースロバクター エスピー F−73株に由来し下記[1]〜[7]の理化学的性質を有する精製したニトリラーゼを、ニトリル化合物に接触させ、生成されるカルボン酸を回収する工程を含む、カルボン酸の製造方法であって、
該ニトリル化合物が、2−チオフェンアセトニトリル、3−チオフェンアセトニトリル、3−ピリジンアセトニトリル、2−ピリジンアセトニトリル、4−トリルアセトニトリル、3−トリルアセトニトリル、ベンジルシアナイド、マンデロニトリル、および2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルからなる群から選択され、
該有機溶媒が、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、DMSO、DMF、n−ヘプタノール、n−オクタノール、n−ヘキサン、n−オクタン、n−ヘキサデカン、t-酪酸メチル、ジイソプロピルエーテル、および酢酸エチルからなる群から選択される、方法;
[1]作用:
ニトリル化合物のニトリル基に作用し、ニトリル基を酸化してカルボキシル基にする、
[2]基質特異性:
2−チオフェンアセトニトリルに作用するが、アセトニトリル、ベンゾニトリルに作用しない、
[3]至適pH:
pH6.0〜8.0(反応温度30℃)でニトリラーゼの酸化活性が至適である、
[4]至適温度:
40〜45℃でニトリル基の酸化作用が最大活性を示す、
[5]pH安定性:
pH5.0−11.0が安定領域である、および
[6]分子量:
ゲルろ過法による分子量が約530kDa、
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動により、分子量約44kDaのサブユニットに分離される、
[7]有機溶媒耐性:
メタノール、エタノール、アセトン、DMSOおよび2−プロパノールからなる群から選択されたいずれかの有機溶媒を20%(V/V)含む水溶液で、20℃で60分間処理して50%以上の残存活性を示す。
A purified nitrilase derived from Arthrobacter sp. F-73 strain represented by accession number FERM P-20349 and having the physicochemical properties [1] to [7] below in an aqueous solution containing an organic solvent is converted into a nitrile compound. A method for producing a carboxylic acid, comprising a step of contacting the carboxylic acid with the product and recovering the produced carboxylic acid,
The nitrile compound is 2-thiopheneacetonitrile, 3-thiopheneacetonitrile, 3-pyridineacetonitrile, 2-pyridineacetonitrile, 4-tolylacetonitrile, 3-tolylacetonitrile, benzylcyanide, mandelonitrile, and 2-hydroxy-4- Selected from the group consisting of methylthiobutyronitrile,
The organic solvent consists of methanol, ethanol, propanol, acetone, DMSO, DMF, n-heptanol, n-octanol, n-hexane, n-octane, n-hexadecane, methyl t-butyrate, diisopropyl ether, and ethyl acetate. A method selected from the group;
[1] Action:
Acts on the nitrile group of the nitrile compound, oxidizing the nitrile group to a carboxyl group,
[2] Substrate specificity:
Acts on 2-thiophene acetonitrile but does not act on acetonitrile or benzonitrile,
[3] Optimum pH:
The oxidation activity of nitrilase is optimal at pH 6.0 to 8.0 (reaction temperature 30 ° C.),
[4] Optimum temperature:
The nitrile group oxidation action shows maximum activity at 40-45 ° C.,
[5] pH stability:
pH 5.0-11.0 is the stable region, and [6] Molecular weight:
The molecular weight by gel filtration is about 530 kDa,
It is separated into subunits having a molecular weight of about 44 kDa by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis.
[7] Organic solvent resistance:
Treatment with an aqueous solution containing 20% (V / V) of any organic solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, acetone, DMSO and 2-propanol at 20 ° C. for 60 minutes gives a residual activity of 50% or more. Show.
ニトリル化合物が、2−ヒドロキシ−4−メチルチオブチロニトリルである、請求項1に記載の製造方法。   The production method according to claim 1, wherein the nitrile compound is 2-hydroxy-4-methylthiobutyronitrile. 有機溶媒の含有量が、90%(V/V(有機溶媒の耐性/溶液の全体積))以下である、請求項1または2に記載の製造方法。   The production method according to claim 1 or 2, wherein the content of the organic solvent is 90% (V / V (resistance of organic solvent / total volume of solution)) or less. 前記精製したニトリラーゼが、下記段階を含む精製工程を経て得られたものである、請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法
(1) アースロバクター エスピー F−73株に由来する無細胞抽出液を、還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、さらに酵素が含まれる溶液の温度が5℃以下の条件下で調製する工程;
(2) 還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、酵素が含まれる溶液のpHを7.0±0.3の条件下で、無細胞抽出液を硫安分画する工程;
(3) 還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、酵素濃度が100μg/ml以下にならない条件下で、陰イオン交換クロマトグラフィーを行う工程;および
(4) 還元剤としてジチオスレイトールを存在させ、酵素濃度が100μg/ml以下にならない条件下で、疎水クロマトグラフィーを行う工程。
The production method according to claim 1, wherein the purified nitrilase is obtained through a purification process including the following steps;
(1) A step of preparing a cell-free extract derived from Arthrobacter sp. F-73 strain under the condition that dithiothreitol is present as a reducing agent and the temperature of the solution containing the enzyme is 5 ° C. or lower;
(2) a step of subjecting the cell-free extract to ammonium sulfate fractionation under the condition that dithiothreitol is present as a reducing agent and the pH of the solution containing the enzyme is 7.0 ± 0.3;
(3) performing anion exchange chromatography under the condition that dithiothreitol is present as a reducing agent and the enzyme concentration is not less than 100 μg / ml; and (4) dithiothreitol is present as a reducing agent, A step of performing hydrophobic chromatography under conditions where the concentration does not fall below 100 μg / ml.
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