JP5054279B2 - Mutanase - Google Patents

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Description

本発明は、バチルス属細菌由来のムタナーゼ、及びそれをコードする遺伝子に関する。   The present invention relates to a mutanase derived from a bacterium belonging to the genus Bacillus, and a gene encoding the same.

歯科領域の二大疾患である歯周病とウ蝕は、生活習慣と深い関わりをもつことが知られている。従って、これらの疾患を効果的に予防できる口腔衛生関連の商品を開発することはきわめて重要なことである。
ウ蝕は、ストレプトコッカス ミュータンス等の細菌が歯垢中の糖類から乳酸や酢酸等の酸を生成することが原因とされる。口腔中のストレプトコッカス ミュータンスは、食餌中のショ糖を基質として高分子のグルカンを合成し、それが歯垢形成の開始に関与するといわれている。合成されるグルカンには水溶性のα−1,6結合を主体とするデキストランと不溶性のα−1,3結合を主体とするムタンがあり、歯垢形成の開始には粘着性で不溶性のムタンの関与が大きいとされている(非特許文献1、2)。即ち、ムタンを分解することで歯垢形成を阻止できると共にウ蝕の誘発を抑えることができると考えられる。
Periodontal disease and dental caries, which are two major diseases in the dental field, are known to be closely related to lifestyle habits. Therefore, it is extremely important to develop products related to oral hygiene that can effectively prevent these diseases.
Caries are caused by bacteria such as Streptococcus mutans producing acids such as lactic acid and acetic acid from saccharides in dental plaque. Streptococcus mutans in the oral cavity is said to synthesize high-molecular glucan using sucrose in the diet as a substrate, which is involved in the initiation of plaque formation. The synthesized glucan includes dextran mainly composed of water-soluble α-1,6 bonds and mutan mainly composed of insoluble α-1,3 bonds. Is considered to have a large involvement (Non-Patent Documents 1 and 2). That is, it is considered that decomposition of mutan can prevent plaque formation and suppress induction of caries.

従ってムタンを分解するムタナーゼの開発は、非常に重要であり、ムタナーゼあるいはムタナーゼ生産菌について報告がなされている(特許文献3−6)。またムタナーゼだけではなく、デキストランを分解するデキストラナーゼとの併用がより歯垢の分解に効果があることも報告されている(非特許文献7)。
浜田茂幸 虫歯はどうしてできるか 岩波新書 1982年 Yamashitaら、Infect.Immun.61,3811−3817,1993 嶋田ら、口腔衛生学会誌、33、89−98,1983 特開昭47−9743号公報 特開昭63−301788号公報 特開平9−37773号公報 特開平10−201483号公報
Therefore, development of a mutanase that degrades mutane is very important, and mutanase or a mutanase-producing bacterium has been reported (Patent Documents 3-6). Moreover, it has been reported that not only mutanase but also dextranase that degrades dextran is more effective for the degradation of dental plaque (Non-patent Document 7).
Shigeyuki Hamada How can teeth be made? Iwanami Shinsho 1982 Yamashita et al., Infect. Immun. 61, 3811-3817, 1993 Shimada et al., Journal of Oral Hygiene, 33, 89-98, 1983 JP-A-47-9743 JP-A-63-301788 JP 9-37773 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-201483

本発明の目的は、口腔衛生商品用の酵素として有用なムタナーゼを見出し、それらをコードする遺伝子の取得並びにその遺伝子を用いた単一且つ大量のムタナーゼを生産する方法を確立することにある。   An object of the present invention is to find a mutanase useful as an enzyme for oral hygiene products, to obtain a gene encoding them, and to establish a method for producing a single and a large amount of mutanase using the gene.

本発明者は、自然界から歯垢分解に関わるグルカナーゼ、特にα−1,3グルカンであるムタンを分解する酵素(ムタナーゼ)の生産菌をスクリーニングし、特定の性質を有するムタナーゼを見出した。更に当該ムタナーゼをコードする遺伝子をクローン化し、これを用いることにより当該ムタナーゼを遺伝子工学的に製造できること、また当該ムタナーゼのアミノ酸配列のうち連続した一部のアミノ酸配列からなるタンパク質がムタナーゼ活性を有することを見出した。   The present inventor screened a production strain of a glucanase involved in plaque degradation, particularly an enzyme (mutanase) that degrades mutan which is an α-1,3 glucan, and found a mutanase having specific properties. Furthermore, the gene encoding the mutanase can be cloned and used to produce the mutanase by genetic engineering, and the protein comprising a part of the amino acid sequence of the mutanase amino acid sequence has mutanase activity. I found.

即ち、本発明は、以下の酵素学的性質を有するムタナーゼを提供するものである。
1.作用:
α−1,3−グルカンを加水分解する。
2.基質特異性:
ムタン及びニゲランを分解し、特にムタンをよく分解する。
3.最適反応pH:
ムタンを基質として40℃で反応させた場合、pH6〜6.5の範囲で高い活性を示す。
4.pH安定性:
ムタンを基質として30℃で30分間処理した場合、pH5〜10の範囲で安定である。
5.最適反応温度:
ムタンを基質としてpH6.5で反応させた場合、45〜50℃において高い活性を示す。
6.耐熱性:
ムタンを基質としてpH6.5で15分間熱処理した場合、50℃まで安定である。
7.分子量:
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動による分子量は約120kDaである。
8.等電点:
等電点電気泳動法により測定した等電点が6.0〜7.0である。
That is, the present invention provides a mutanase having the following enzymological properties.
1. Action:
Hydrolysis of α-1,3-glucan.
2. Substrate specificity:
Decomposes mutan and nigeran, especially mutan.
3. Optimum reaction pH:
When reacted at 40 ° C. using mutan as a substrate, it exhibits high activity in the pH range of 6 to 6.5.
4). pH stability:
When treated with mutan as a substrate at 30 ° C. for 30 minutes, the pH is stable in the range of 5 to 10.
5. Optimal reaction temperature:
When reacting at pH 6.5 using mutan as a substrate, it exhibits high activity at 45-50 ° C.
6). Heat-resistant:
When heat-treated for 15 minutes at pH 6.5 using mutan as a substrate, it is stable up to 50 ° C.
7). Molecular weight:
The molecular weight by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis is about 120 kDa.
8). Isoelectric point:
The isoelectric point measured by isoelectric focusing is 6.0 to 7.0.

また本発明は、以下の酵素学的性質を有するムタナーゼを提供するものである。
1.作用:
α−1,3−グルカンを加水分解する。
2.基質特異性:
ムタン及びニゲランを分解し、特にムタンをよく分解する。
3.最適反応pH:
ムタンを基質として40℃で反応させた場合、pH6〜6.5の範囲で高い活性を示す。
4.分子量:
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動による分子量は約40kDaである。
5.アミノ末端のアミノ酸配列:
アミノ末端側の19アミノ酸残基の配列が、
Ala−Arg−Gly−Ala−Val−Met−Pro−Tyr−Ser−Arg−Tyr−Asp−Thr−Glu−Asp−Ala−Thr−Leu−Glyである。
The present invention also provides a mutanase having the following enzymological properties.
1. Action:
Hydrolysis of α-1,3-glucan.
2. Substrate specificity:
Decomposes mutan and nigeran, especially mutan.
3. Optimum reaction pH:
When reacted at 40 ° C. using mutan as a substrate, it exhibits high activity in the pH range of 6 to 6.5.
4). Molecular weight:
The molecular weight by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis is about 40 kDa.
5. Amino-terminal amino acid sequence:
The sequence of 19 amino acid residues on the amino terminal side is
Ala-Arg-Gly-Ala-Val-Met-Pro-Tyr-Ser-Arg-Tyr-Asp-Thr-Glu-Asp-Ala-Thr-Leu-Gly.

また本発明は、以下の(a)から(c)いずれかのタンパク質及びこれをコードする遺伝子を提供するものである。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号1に示される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、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質(c)配列番号1で示されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質
The present invention also provides any of the following proteins (a) to (c) and a gene encoding the same.
(A) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (b) an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added, and a mutanase activity (C) a protein comprising an amino acid sequence having 80% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having a mutanase activity

また本発明は、以下の(a)から(c)いずれかのポリヌクレオチドからなる遺伝子を提供するものである。
(a)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号2で示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジエントな条件下でハイブリダイズし、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c)配列番号2で示される塩基配列と80%以上の同一性を有する塩基配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
The present invention also provides a gene comprising any of the following polynucleotides (a) to (c).
(A) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 (b) encoding a protein that hybridizes with the polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 under stringent conditions and has a mutanase activity (C) a polynucleotide comprising a base sequence having 80% or more identity with the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 and encoding a protein having mutanase activity

また本発明は、以下の(a)から(c)いずれかのタンパク質及びこれをコードする遺伝子を提供するものである。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸からなるタンパク質
(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸からなる配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質
(c)配列番号1で示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸と80%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質
The present invention also provides any of the following proteins (a) to (c) and a gene encoding the same.
(A) a protein consisting of amino acids 650 to 1217 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (b) a sequence consisting of amino acids 650 to 1217 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added, and having mutanase activity (c) 80% of amino acids 650 to 1217 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 A protein having an amino acid sequence having the above identity and having a mutanase activity

また本発明は、以下の(a)から(c)いずれかのポリヌクレオチドからなる遺伝子を提供するものである。
(a)配列番号2に示される塩基配列の1948番目の塩基から3651番目の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号2で示される塩基配列の1948番目の塩基から3651番目の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジエントな条件下でハイブリダイズし、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c)配列番号2で示される塩基配列の1948番目の塩基から3651番目の塩基配列からなるポリヌクレオチドと80%以上の同一性を有する塩基配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
The present invention also provides a gene comprising any of the following polynucleotides (a) to (c).
(A) a polynucleotide comprising the base sequence of 1948 to 3651 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) consisting of the base sequence of 1948 to 3651 of the base sequence of SEQ ID NO: 2 A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide under stringent conditions and encodes a protein having mutanase activity (c) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence from the 1948th base to the 3651st base sequence of the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 A polynucleotide encoding a protein comprising a nucleotide sequence having 80% or more identity with a nucleotide and having a mutanase activity

また本発明は、上記遺伝子を含有する組換えベクター、該組換えベクターを有する形質転換体を提供するものである。   The present invention also provides a recombinant vector containing the above gene and a transformant having the recombinant vector.

また本発明は、該形質転換体を培養し、ムタナーゼを採取することを特徴とするムタナーゼの製造方法を提供するものである。   The present invention also provides a method for producing a mutanase, which comprises culturing the transformant and collecting the mutanase.

本発明の遺伝子を用いれば、歯垢形成の阻止、ウ蝕予防のための口腔衛生商品への配合用酵素として有用なムタナーゼ及び小型化ムタナーゼを単一且つ大量に生産することができる。また、このムタナーゼ及び小型化ムタナーゼはガム、キャンディー等の食品へ配合することができる。   If the gene of the present invention is used, mutanase and miniaturized mutanase useful as an enzyme for blending into oral hygiene products for preventing dental plaque formation and preventing dental caries can be produced in a single and large amount. Further, this mutanase and miniaturized mutanase can be blended into foods such as gums and candies.

本発明のムタナーゼは、新規酵素であり、以下の酵素学的性質を有するものである。
(1)作用
ムタンに作用しこれを加水分解する。すなわち、ムタンのα−1,3−グルコシド結合を分解する。
(2)基質特異性
ムタン及びニゲランを分解し、特にムタンをよく分解する。即ち、本発明のムタナーゼ溶液(0.004単位/mL)に対し、標準反応条件下(50mM MOPS緩衝液(pH6.5)、0.5mM 塩化コバルト、0.2%ムタンからなる反応液にムタナーゼ溶液を添加し、40℃、60分間反応させる)、様々な多糖類(0.2%ムタン、ニゲラン、デキストラン、プルラン、スターチ、β‐グルカン、キトサン)を添加し反応を行うと、ムタン及びニゲランをよく分解し、ムタンを特によく分解する。
(3)至適作用pH
酢酸(pH4−6)、クエン酸(pH4.3−6.4)、MOPS(pH6−7.8)、リン酸(pH6.4−8)、グリシン水酸化ナトリウム(pH7.3−10)、炭酸(pH9.6−11.2)の各緩衝液で各pHに調整した0.2%ムタン溶液に本発明のムタナーゼを0.004単位/mLとなるように加え、40℃で60分間反応させ、活性を測定し、至適pHでの活性を100%とするときの各pHでの相対活性を求めた場合、pH6付近において作用が至適であり、特にpH6〜6.5の範囲で高い活性を示す(図1)。
(4)作用pH
酢酸(pH4−6)、クエン酸(pH4.3−6.4)、MOPS(pH6−7.8)、リン酸(pH6.4−8)、グリシン水酸化ナトリウム(pH7.3−10)、炭酸(pH9.6−11.2)の各緩衝液で各pHに調整した0.2%ムタン溶液に本発明のムタナーゼを0.004単位/mLとなるように加え、40℃で60分間反応させ、活性を測定し、至適pHでの活性を100%とするときの各pHでの相対活性を求めた場合、pH5.5〜7.0で90%以上の活性を示し、pH5.0〜8.0で80%以上の活性を示す(図1)。
(5)pH安定性
本発明のムタナーゼを25mMの酢酸(pH4−6)、クエン酸(pH4.3−6.4)、MOPS(pH6−7.8)、リン酸(pH6.4−8)、グリシン水酸化ナトリウム(pH7.3−10)、炭酸(pH9.6−11.2)、リン酸(pH11−12.5)の各緩衝液中に0.01単位/mLとなるように添加し、30℃、30分間恒温した後の残存活性を測定すると、pH5〜10の範囲で80%以上の残存活性を示し、安定である(図4)。
(6)最適反応温度
ムタンを0.2%含有するpH6.5の50mM MOPS緩衝液に、本発明のムタナーゼを0.003単位/mLとなるように加え、60分間各温度で反応させ、45℃での活性を100%として各温度での相対活性を求めた場合、45℃〜50℃で最も反応速度が高い(図2)。
(7)耐熱性
25mM MOPS緩衝液(pH6.5)に0.004単位/mLの本発明のムタナーゼを加え、30℃〜70℃で15分間放置する。その後、急冷し、標準反応条件を用いて残存活性を測定したところ、50℃において90%以上の残存活性を示し安定である(図3)。
(8)分子量
10%SDSポリアクリルアミド電気泳動により精製した本酵素の分子量は、約120kDaである(但し、SDSポリアクリルアミド電気泳動法では測定条件により10kDa程度上下することがある)。
(9)等電点
等電点電気泳動法に測定した等電点は、6.0〜7.0である。また、PAGプレート(ファルマシア)を用いて測定した等電点は、6.5付近である。
The mutanase of the present invention is a novel enzyme and has the following enzymological properties.
(1) Action Acts on mutan and hydrolyzes it. That is, the α-1,3-glucoside bond of mutan is decomposed.
(2) Substrate specificity Decomposes mutan and nigeran, and particularly degrades mutan. That is, the mutanase solution (0.004 unit / mL) of the present invention was added to a reaction solution comprising standard reaction conditions (50 mM MOPS buffer (pH 6.5), 0.5 mM cobalt chloride, 0.2% mutan). When the solution is added and reacted at 40 ° C. for 60 minutes), various polysaccharides (0.2% mutan, nigeran, dextran, pullulan, starch, β-glucan, chitosan) are added and the reaction is carried out. Is decomposed well and mutan is decomposed particularly well.
(3) Optimum pH
Acetic acid (pH 4-6), citric acid (pH 4.3-6.4), MOPS (pH 6-7.8), phosphoric acid (pH 6.4-8), sodium glycine hydroxide (pH 7.3-10), The mutanase of the present invention was added to a 0.2% mutan solution adjusted to each pH with each buffer solution of carbonic acid (pH 9.6-11.2) so as to be 0.004 unit / mL, and reacted at 40 ° C. for 60 minutes. The activity is measured, and the relative activity at each pH when the activity at the optimum pH is set to 100% is determined, the action is optimum in the vicinity of pH 6, particularly in the range of pH 6 to 6.5. High activity is shown (FIG. 1).
(4) Working pH
Acetic acid (pH 4-6), citric acid (pH 4.3-6.4), MOPS (pH 6-7.8), phosphoric acid (pH 6.4-8), sodium glycine hydroxide (pH 7.3-10), The mutanase of the present invention was added to a 0.2% mutan solution adjusted to each pH with each buffer solution of carbonic acid (pH 9.6-11.2) so as to be 0.004 unit / mL, and reacted at 40 ° C. for 60 minutes. The activity was measured, and when the relative activity at each pH when the activity at the optimum pH was 100% was determined, the activity was 90% or more at pH 5.5 to 7.0, and pH 5.0 It shows 80% or more activity at ˜8.0 (FIG. 1).
(5) pH stability The mutanase of the present invention is converted to 25 mM acetic acid (pH 4-6), citric acid (pH 4.3-6.4), MOPS (pH 6-7.8), phosphoric acid (pH 6.4-8). , Glycine sodium hydroxide (pH 7.3-10), carbonic acid (pH 9.6-11.2), phosphoric acid (pH 11-12.5) added to 0.01 units / mL in each buffer solution When the residual activity after measuring at 30 ° C. for 30 minutes was measured, the residual activity was 80% or more in the range of pH 5 to 10 and stable (FIG. 4).
(6) Optimal reaction temperature The mutanase of the present invention was added to 50 mM MOPS buffer of pH 6.5 containing 0.2% of mutan so as to be 0.003 unit / mL, and reacted at each temperature for 60 minutes. When the activity at 100 ° C. is taken as 100% and the relative activity at each temperature is determined, the reaction rate is highest at 45 ° C. to 50 ° C. (FIG. 2).
(7) Heat resistance 0.004 unit / mL of the mutanase of the present invention is added to a 25 mM MOPS buffer (pH 6.5) and left at 30 ° C. to 70 ° C. for 15 minutes. Thereafter, it was rapidly cooled and the residual activity was measured using standard reaction conditions. As a result, it showed a residual activity of 90% or more at 50 ° C. and is stable (FIG. 3).
(8) Molecular weight The molecular weight of the enzyme purified by 10% SDS polyacrylamide electrophoresis is about 120 kDa (however, in SDS polyacrylamide electrophoresis, it may be increased or decreased by about 10 kDa depending on the measurement conditions).
(9) Isoelectric point The isoelectric point measured by the isoelectric focusing method is 6.0 to 7.0. The isoelectric point measured using a PAG plate (Pharmacia) is around 6.5.

また、本発明のムタナーゼは以下の酵素学的性質を有するムタナーゼも包含する。
(1)作用
α−1,3−グルカンを加水分解する。
(2)基質特異性
ムタン及びニゲランを分解し、特にムタンをよく分解する。
(3)最適反応pH
ムタンを基質として40℃で反応させた場合、pH6〜6.5の範囲で高い活性を示す。
(4)分子量
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動による分子量は約40kDaである(但し、5kDa程度上下することがある)。
(5)アミノ末端のアミノ酸配列
アミノ末端側の19アミノ酸残基の配列が、Ala−Arg−Gly−Ala−Val−Met−Pro−Tyr−Ser−Arg−Tyr−Asp−Thr−Glu−Asp−Ala−Thr−Leu−Glyである。このアミノ酸配列は、配列番号1に示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から668番目のアミノ酸までのアミノ酸配列に相当するものである。
The mutanase of the present invention also includes a mutanase having the following enzymological properties.
(1) Action It hydrolyzes α-1,3-glucan.
(2) Substrate specificity Decomposes mutan and nigeran, and particularly degrades mutan.
(3) Optimum reaction pH
When reacted at 40 ° C. using mutan as a substrate, it exhibits high activity in the pH range of 6 to 6.5.
(4) Molecular weight The molecular weight by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis is about 40 kDa (however, it may go up and down by about 5 kDa).
(5) Amino-terminal amino acid sequence The amino-terminal 19 amino acid residue sequence is Ala-Arg-Gly-Ala-Val-Met-Pro-Tyr-Ser-Arg-Tyr-Asp-Thr-Glu-Asp- Ala-Thr-Leu-Gly. This amino acid sequence corresponds to the amino acid sequence from the 650th amino acid to the 668th amino acid of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.

また、本発明のムタナーゼには(a)配列番号1に示すアミノ酸配列からなるタンパク質、または(b)(a)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、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質が包含される。   The mutanase of the present invention includes (a) a protein comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, or (b) an amino acid in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence of (a) A protein consisting of a sequence is included.

ここで、配列番号1に示す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、置換若しくは付加されたアミノ酸配列とは、配列番号1のアミノ酸配列とそれぞれ等価のアミノ酸配列を意味し、1若しくは数個、好ましくは1〜10個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列であって、依然としてムタナーゼ活性を保持する配列をいい、付加には、両末端への1〜数個のアミノ酸の付加が含まれる。   Here, in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, the amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted, or added means an amino acid sequence equivalent to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, respectively. An amino acid sequence in which several, preferably 1 to 10 amino acids have been deleted, substituted or added, and still retains mutanase activity. For addition, 1 to several amino acids at both ends Is included.

本発明の配列番号1に示すムタナーゼのアミノ酸配列と公知のムタナーゼのアミノ酸配列との同一性を比較した結果、バチルス エスピー RM1株の生産するムタナーゼ(特開平10−201483号報)と75.6%の同一性を示した。その他の公知のムタナーゼとの同一性は極めて低く、本発明のムタナーゼは新規な酵素であることが示唆された。   As a result of comparing the identity between the amino acid sequence of the mutanase shown in SEQ ID NO: 1 of the present invention and the amino acid sequence of the known mutanase, 75.6% of the mutanase produced by the Bacillus sp. Showed the identity. The identity with other known mutanases was extremely low, suggesting that the mutanase of the present invention is a novel enzyme.

従って、配列番号1に示すアミノ酸配列と相当する配列を適切にアライメントした時、80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上の同一性を有し、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質は上記ムタナーゼと等価であり本発明に含まれる。   Therefore, when the sequence corresponding to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is appropriately aligned, a protein having an identity of 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more and having a mutanase activity is It is equivalent to the above mutanase and is included in the present invention.

ここで、ムタナーゼ活性を有するとは、ムタンに作用し、そのα−1,3−グルコシド結合を分解する活性を意味するが、その活性の程度は、その機能を発揮する限り配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同程度のもののみならず、これより高いもの、或いは低いものであってもよい。   Here, having mutanase activity means the activity of acting on mutan and decomposing the α-1,3-glucoside bond, and the degree of the activity is represented by SEQ ID NO: 1 as long as it exhibits its function. It may be higher or lower than that of a protein having the same amino acid sequence.

また、上記ムタナーゼと等価なタンパク質は、ムタナーゼ活性を有していれば、さらに付加的な性質を有していても良い。斯かる性質としては、例えば、配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質に比べて安定性に優れているという性質、低温及び/又は高温においてのみ異なる機能を有する性質、最適pHが異なるという性質などが挙げられる。   Moreover, the protein equivalent to the above mutanase may have additional properties as long as it has mutanase activity. Such properties include, for example, the property of being superior in stability compared to the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, the property of having different functions only at low temperature and / or high temperature, and the property of different optimum pH Etc.

また、配列番号1に示すアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸からなるタンパク質は、上記ムタナーゼと同様の酵素学的性質を有する。すなわち、(1)α−1,3−グルカンを加水分解する、(2)ムタン及びニゲランを分解し、特にムタンをよく分解する、(3)ムタンを基質として40℃で反応させた場合、pH6〜6.5の範囲で高い活性を示す、(4)ムタンを基質として30℃で30分間処理した場合、pH5〜10の範囲で安定である、(5)ムタンを基質としてpH6.5で反応させた場合、45〜50℃において高い活性を示す、(6)ムタンを基質としてpH6.5で15分間熱処理した場合、50℃まで安定である、(7)等電点電気泳動法により測定した等電点が6.0〜7.0である、という性質を有する。以下、この分子量の小さいムタナーゼ様タンパク質を「小型化ムタナーゼ」と称する。   A protein consisting of amino acids 650 to 1217 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 has the same enzymatic properties as the above mutanase. (1) hydrolyzing α-1,3-glucan, (2) decomposing mutan and nigeran, particularly degrading mutan well, (3) when reacting at 40 ° C. with mutan as a substrate, pH 6 (4) Stable at pH 5 to 10 when treated with 30% at 30 ° C. using mutan as a substrate, (5) Reaction at pH 6.5 using mutan as a substrate (6) When it is heat treated at pH 6.5 for 15 minutes using mutan as a substrate, it is stable up to 50 ° C. (7) Measured by isoelectric focusing The isoelectric point is 6.0 to 7.0. Hereinafter, this low molecular weight mutanase-like protein is referred to as “miniaturized mutanase”.

すなわち、小型化ムタナーゼには、以下(a)〜(c)のものが包含される。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸からなるタンパク質
(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸からなる配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質
(c)配列番号1で示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸と80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質
That is, the following (a) to (c) are included in the miniaturized mutanase.
(A) a protein consisting of amino acids 650 to 1217 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (b) a sequence consisting of amino acids 650 to 1217 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added, and having mutanase activity (c) 80% of amino acids 650 to 1217 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 A protein comprising an amino acid sequence having the above identity, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and having mutanase activity

本発明の遺伝子は、配列番号1に示すアミノ配列からなるタンパク質又は当該アミノ酸配列と等価のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするものであるが、(a)配列番号2に示す塩基配列からなるポリヌクレオチド、(b)当該遺伝子とストリンジエントな条件下でハイブリダイズし、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、(c)配列番号2で示される塩基配列と80%以上の同一性を有する塩基配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドからなる遺伝子が好ましい。すなわち、本発明の遺伝子には、配列番号2の塩基配列で示されるDNAにおいて、変異剤処理、ランダム変異、特定部位突然変異、欠損あるいは挿入等によって部分的に塩基配列が変化したものであっても、これらのDNA変異体が配列番号2の塩基配列で示されるDNAとストリンジエントな条件下でハイブリダイズし、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレトチドからなる遺伝子を包含するものである。   The gene of the present invention encodes a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or a protein consisting of an amino acid sequence equivalent to the amino acid sequence, (a) a polynucleotide consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 (B) a polynucleotide that hybridizes with the gene under stringent conditions and encodes a protein having mutanase activity; (c) has a identity of 80% or more to the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 A gene comprising a nucleotide sequence and a polynucleotide encoding a protein having mutanase activity is preferred. That is, the gene of the present invention is a DNA whose nucleotide sequence is partially changed by treatment with a mutagen, random mutation, specific site mutation, deletion or insertion in the DNA represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. Furthermore, these DNA variants include a gene consisting of a polynucleotide that hybridizes with a DNA represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 under stringent conditions and encodes a protein having a mutanase activity.

ここで「ストリンジエントな条件」とは、例えばMolecular cloning −a laboratory manual, 2nd edition(Sambrookら、1989)に記載の条件等が挙げられる。即ち、6XSSC(1XSSCの組成:0.15M塩化ナトリウム、0.015Mクエン酸ナトリウム、pH7.0)、0.5%SDS、5Xデンハート及び100mg/mLニシン精子DNAを含む溶液にプローブとともに65℃で8〜16時間恒温し、ハイブリダイズさせる条件等が挙げられる。 Here, "stringent conditions" are, for example, Molecular cloning -a laboratory manual, 2 nd edition (Sambrook et al., 1989), and the conditions described. That is, 6XSSC (1XSSC composition: 0.15M sodium chloride, 0.015M sodium citrate, pH 7.0), 0.5% SDS, 5X Denhart and 100 mg / mL herring sperm DNA together with the probe at 65 ° C. Examples include conditions of constant temperature for 8 to 16 hours and hybridization.

また、上記(b)又は(c)で示される遺伝子は、例えば、(a)で示される遺伝子に比べて、mRNAの発現量が多い、そのmRNAの安定性が高い、翻訳されるタンパク質の安定性が優れている、等の付加的な性質を有していてもよい。   In addition, the gene represented by (b) or (c) above has, for example, a higher expression level of mRNA, higher stability of the mRNA, and stability of the translated protein than the gene represented by (a). It may have additional properties such as excellent properties.

また、本発明は小型化ムタナーゼに関する遺伝子を提供するが、斯かる遺伝子としては、配列番号1に示すアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸からなるタンパク質(小型化ムタナーゼ)又は当該アミノ酸配列と等価のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするものであればよく、好ましくは(a)配列番号2に示される塩基配列の1948番目の塩基から3651番目の塩基配列からなるポリヌクレオチド、(b)配列番号2で示される塩基配列の1948番目の塩基から3651番目の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジエントな条件下でハイブリダイズし、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、(c)配列番号2で示される塩基配列の1948番目の塩基から3651番目の塩基配列からなるポリヌクレオチドと80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上の同一性を有する塩基配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドからなる遺伝子が挙げられる。   In addition, the present invention provides a gene relating to a miniaturized mutanase. Examples of such a gene include a protein (miniaturized mutanase) consisting of amino acids 650 to 1217 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, or the amino acid sequence. As long as it encodes a protein consisting of an amino acid sequence equivalent to the above, preferably (a) a polynucleotide consisting of the base sequence from 1948 to 3651 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2, and (b) the sequence A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide comprising the base sequence from 1948 to 3651 of the base sequence represented by No. 2 under a stringent condition and encodes a protein having a mutanase activity, (c) a sequence 1948th salt of the base sequence shown by No. 2 To a polynucleotide consisting of a nucleotide sequence having the identity of 80% or more, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and a polynucleotide encoding a protein having mutanase activity. Gene.

なお、アミノ酸配列及び塩基配列の同一性は、例えば、Lipman−Pearson法(Science,227,1435,1985)等の公知のアルゴリズムを用いてアミノ酸配列を比較することにより行うことができる。具体的にはGENENTYX−WIN(ソフトウエァ開発)のサーチホモロジーやマキシマムマッチングプログラムを用いて同一性を求めることができる。   In addition, the identity of an amino acid sequence and a base sequence can be performed by comparing amino acid sequences using known algorithms such as Lipman-Pearson method (Science, 227, 1435, 1985). Specifically, the identity can be obtained using a GENTYTYX-WIN (software development) search homology or maximum matching program.

本発明のムタナーゼは、例えば、バチルス属に属する微生物、バチルス エスピー KSM−M86株や本菌と同等の菌学的性質並びに生理学的性質を有する菌を公知の方法により培養することで生産、取得することができる。バチルス エスピー KSM−M86株の菌学的性質並びに生理学的性質を以下に示す。   The mutanase of the present invention is produced and obtained by, for example, culturing a microorganism belonging to the genus Bacillus, a Bacillus sp. KSM-M86 strain, or a fungus having the same bacteriological and physiological properties as the present bacterium, by a known method. be able to. The bacteriological and physiological properties of Bacillus sp. KSM-M86 strain are shown below.

(a)細胞の形、大きさ:桿菌(0.53〜0.73x2〜2.7μm)
(b)細胞の多形性:無し
(c)運動性:有り
(d)胞子:有り、中央、膨潤有り(0.67〜1.0x1.3〜2.0μm)
(e)グラム染色:陽性
B.生理学的性質
(a)硝酸塩の還元:陰性
(b)カタラーゼ:陽性
(c)VPテスト:陽性
(d)インドールの生成:陰性
(e)澱粉の加水分解:陽性
(f)ジヒドロキシアセトンの生成:陽性
(g)オキシダーゼ:陽性
(h)グルコースからの酸産生:陽性
(i)アラビノースからの酸産生:陰性
(j)キシロースからの酸産生:陽性
(k)マンニットからの酸産生:陰性
(l)グルコースからのガス産生:陰性
(m)レシチナーゼ:陰性
(n)クエン酸の利用:陽性
(o)プロピオン酸の利用:陰性
(p)チロシンの分解:陰性
(q)フェニルアラニンの脱アミノ反応:陰性
(r)カゼインの分解:陽性
(s)ゼラチンの分解:陽性
(t)嫌気性下での生育:生育する
(u)食塩耐性:2%以下
(v)生育温度:15℃〜35℃
(w)YM寒天培地:弱い生育
(x)ニュートリエント寒天培地:生育する
(A) Shape and size of cells: Neisseria gonorrhoeae (0.53 to 0.73 × 2 to 2.7 μm)
(B) Cell polymorphism: None (c) Motility: Existence (d) Spore: Existence, Center, Swelling (0.67-1.0 × 1.3-2.0 μm)
(E) Gram staining: positive Physiological properties (a) nitrate reduction: negative (b) catalase: positive (c) VP test: positive (d) indole production: negative (e) starch hydrolysis: positive (f) dihydroxyacetone production: positive (G) Oxidase: Positive (h) Acid production from glucose: Positive (i) Acid production from arabinose: Negative (j) Acid production from xylose: Positive (k) Acid production from mannitol: Negative (l) Gas production from glucose: negative (m) lecithinase: negative (n) use of citrate: positive (o) use of propionic acid: negative (p) degradation of tyrosine: negative (q) deamination of phenylalanine: negative ( r) Casein degradation: positive (s) Gelatin degradation: positive (t) Anaerobic growth: grow (u) Salt tolerance: 2% or less (v) Growth temperature: 15 ° C-35 ° C
(W) YM agar medium: weak growth (x) Nutrient agar medium: grows

上記のKSM−M86株の菌学的性質並びに生理学的性質についてBergey's Mannual of Systematic Bacteriology (Williams & Wilkins社、1984年)の記載に準じ検討した結果、バチルス属細菌に属することは明白であったが、種については既知のバチルス属細菌とは完全に一致するものではなかった。そこで新規な微生物として、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バチルス エスピー KSM−M86(FERM P−19721)として寄託した。   As a result of examining the bacteriological and physiological properties of the KSM-M86 strain described above according to the description in Bergey's Mannual of Systematic Bacteriology (Williams & Wilkins, 1984), it was clear that the strain belongs to the genus Bacillus. The species was not completely consistent with known Bacillus bacteria. Therefore, it was deposited as a new microorganism as Bacillus SP KSM-M86 (FERM P-19721) at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.

バチルス エスピー KSM−M86から本発明のムタナーゼを生産するには、0.005%〜10%(w/v)のムタンを添加した培地に植菌し、適当な温度で好気的な条件下で培養すればよい。培養液からのムタナーゼの精製は、常法に従って行うことができる。即ち、培養液を遠心分離し、菌体を除去した後、上清を硫安添加により酵素を沈殿させたり、あるいは限外ろ過膜などを用いて濃縮することができる。さらに噴霧乾燥、凍結乾燥、結晶化などにより様々な形態として調製することができる。   In order to produce the mutanase of the present invention from Bacillus sp. KSM-M86, it is inoculated into a medium supplemented with 0.005% to 10% (w / v) mutan under an aerobic condition at an appropriate temperature. What is necessary is just to culture. Purification of mutanase from the culture can be performed according to a conventional method. That is, after centrifuging the culture solution and removing the cells, the supernatant can be concentrated by adding ammonium sulfate to precipitate the enzyme, or using an ultrafiltration membrane or the like. Furthermore, it can be prepared in various forms by spray drying, freeze drying, crystallization and the like.

バチルス エスピー KSM−M86から得られた本発明のムタナーゼは、SDS−ポリアクリルアミド電気泳動法によって測定した分子量が約40kDa(但し、5kDa程度上下することがある)であり、ムタンを基質として40℃で反応させた場合、pH6〜6.5の範囲で高い活性を示す。また、アミノ末端側の19アミノ酸残基の配列が、Ala−Arg−Gly−Ala−Val−Met−Pro−Tyr−Ser−Arg−Tyr−Asp−Thr−Glu−Asp−Ala−Thr−Leu−Glyである。   The mutanase of the present invention obtained from Bacillus sp. KSM-M86 has a molecular weight measured by SDS-polyacrylamide electrophoresis of about 40 kDa (however, it may rise and fall by about 5 kDa), and mutan as a substrate at 40 ° C. When reacted, it exhibits high activity in the pH range of 6 to 6.5. Further, the sequence of 19 amino acid residues on the amino terminal side is Ala-Arg-Gly-Ala-Val-Met-Pro-Tyr-Ser-Arg-Tyr-Asp-Thr-Glu-Asp-Ala-Thr-Leu- Gly.

本発明のムタナーゼは上記のように自然界から得ることが可能ではあるが、その遺伝子を上記微生物の染色体DNAからクローニングし、当該ムタナーゼを大量に生産、取得することもできる。
ムタナーゼ遺伝子のクローニング方法としては、例えば当該遺伝子を安定に増幅できるDNAベクターに連結させる、あるいは当該遺伝子を安定に維持できる染色体DNA上に導入させる等の方法で本発明のムタナーゼをコードするDNAを安定に増幅し、さらに当該遺伝子を安定にかつ効率よく発現させることが可能である宿主に導入し、ムタナーゼを生産させる方法が採用できる。
Although the mutanase of the present invention can be obtained from nature as described above, the gene can be cloned from the chromosomal DNA of the microorganism, and the mutanase can be produced and obtained in large quantities.
As a method for cloning the mutanase gene, for example, the DNA encoding the mutanase of the present invention can be stabilized by ligating it to a DNA vector that can stably amplify the gene, or introducing it onto a chromosomal DNA that can stably maintain the gene. And a method for introducing mutanase by introducing the gene into a host where the gene can be expressed stably and efficiently.

また、本発明のムタナーゼ遺伝子を含む組換えベクターを作製するには、宿主菌体内で複製維持が可能であり、当該酵素を安定に発現させることができ、当該遺伝子を安定に保持できるベクターにムタナーゼ遺伝子を組込めばよい。係る発現用ベクターとしては、大腸菌を宿主とする場合、pUC18、pBR322、pHY300PYL(タカラバイオ)等が挙げられ、枯草菌を宿主とする場合、pUB110、pC194、pHY300PYL等が挙げられる。   Further, in order to produce a recombinant vector containing the mutanase gene of the present invention, it is possible to maintain replication in the host cell, to stably express the enzyme, and to a vector that can stably hold the gene. A gene should be incorporated. Examples of such expression vectors include pUC18, pBR322, pHY300PYL (Takara Bio) and the like when Escherichia coli is used as a host, and pUB110, pC194, pHY300PYL and the like when Bacillus subtilis is used as a host.

なお、本発明の小型化ムタナーゼを得る場合には、上記微生物の染色体と上記微生物の染色体DNAからクローニングしたムタナーゼ遺伝子配列を元にデザインした適当なプライマーを用いてPCRを行うことで、小型化ムタナーゼ遺伝子を取得し、例えば当該遺伝子を安定に増幅できるDNAベクターに連結させる、あるいは当該遺伝子を安定に維持できる染色体DNA上に導入させる等の方法で本発明の小型化ムタナーゼをコードするDNAを安定に増幅し、さらに当該遺伝子を安定にかつ効率よく発現させることが可能である宿主に導入し、小型化ムタナーゼを生産させる方法が採用できる。   When obtaining the miniaturized mutanase of the present invention, the miniaturized mutanase is obtained by performing PCR using appropriate primers designed based on the chromosomal chromosome of the microorganism and the mutanase gene sequence cloned from the chromosomal DNA of the microorganism. The DNA encoding the miniaturized mutanase of the present invention can be stably obtained by obtaining a gene and, for example, ligating it to a DNA vector capable of stably amplifying the gene or introducing the gene onto a chromosomal DNA capable of stably maintaining the gene. A method for amplifying and introducing a gene into a host capable of stably and efficiently expressing the gene and producing a miniaturized mutanase can be employed.

得られた組換えベクターを用いて宿主菌を形質転換するには、塩化カルシウム法、プロトプラスト法、コンピテントセル法やエレクトロポレーション法等を用いることができる。宿主菌としては、例えば枯草菌、大腸菌、カビ、酵母、放線菌等が挙げられ、好ましくは枯草菌で、より好ましくはプロテアーゼ遺伝子が欠損若しくは欠失した枯草菌である。   In order to transform a host bacterium using the obtained recombinant vector, a calcium chloride method, a protoplast method, a competent cell method, an electroporation method, or the like can be used. Examples of the host bacterium include Bacillus subtilis, Escherichia coli, mold, yeast, actinomycetes, etc., preferably Bacillus subtilis, and more preferably Bacillus subtilis lacking or deleting the protease gene.

形質転換体は、該生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機金属塩、ビタミン等を含む培地を用いて適度な条件下で培養すればよい。培養液から、一般的な方法により酵素の採取、精製を行い、凍結乾燥、噴霧乾燥、結晶化により必要な酵素形態を得ることができる。   The transformant may be cultured under appropriate conditions using a medium containing a carbon source, a nitrogen source, an inorganic metal salt, a vitamin and the like that can be assimilated by the organism. From the culture solution, the enzyme is collected and purified by a general method, and a necessary enzyme form can be obtained by lyophilization, spray drying, and crystallization.

さらに本発明のムタナーゼ及び小型化ムタナーゼは、部位特異的突然変異誘発法等の公知の手法を利用して生産性の向上、比活性の向上等を目論み、変異酵素を調製することもできる。例えば、ムタナーゼ又は小型化ムタナーゼをコードする遺伝子に対し、一般的に行われているランダム変異や部異特異的変異の方法がいずれも採用できる。より具体的には、例えば宝酒造社のSite−Directed Mutagenesis System Mutant−Super Express Kmキット等を用いて行うことができる。また、リコンビナントPCR(polymerase chain reaction)法(PCR protocols, Academic press,New York,1990)を用いることもできる。
以上のように調製された本発明のムタナーゼ及び小型化ムタナーゼは、各種口腔衛生商品、特に歯磨き剤、あるいはガム、キャンディーのような形態の商品への配合用酵素として有用である。
Furthermore, the mutanase and miniaturized mutanase of the present invention can be prepared by using known techniques such as site-directed mutagenesis to improve productivity and specific activity, and to prepare mutant enzymes. For example, any of the commonly used methods of random mutation and partial mutation specific to a gene encoding mutanase or miniaturized mutanase can be employed. More specifically, for example, it can be performed using Site-Directed Mutagenesis System Mutant-Super Express Km kit manufactured by Takara Shuzo. In addition, a recombinant PCR (polymerase chain reaction) method (PCR protocols, Academic press, New York, 1990) can also be used.
The mutanase and miniaturized mutanase of the present invention prepared as described above are useful as enzymes for blending into various oral hygiene products, particularly products such as dentifrices or gums and candies.

実施例1 ムタナーゼ生産菌のスクリーニング
日本各地の土壌サンプル0.5gを生理食塩水(5mL)に懸濁し、80℃で20分間処理を行った。その後、表1記載の組成からなる液体培地(4mL)に0.1mLの熱処理上清液を添加し、30℃で7日間振盪培養を行った。菌が生育した培養液は、新たな同組成の培地へ0.1mL接種し、さらに7日間振盪培養を行った。この操作をさらに1回繰り返した後、菌液をトリプティケースソイ寒天培地へ塗抹し、30℃で3日間、静置培養を行った。生育した菌を選抜し、純化した後に液体培地へ接種し、30℃で3日間、振盪培養を行い、上清液中のムタナーゼ活性を測定した。ムタナーゼ生産量の高い菌株の中からバチルス エスピー KSM−M86株を選抜した。
Example 1 Screening for Mutanase-Producing Bacteria 0.5 g of soil samples from various parts of Japan were suspended in physiological saline (5 mL) and treated at 80 ° C. for 20 minutes. Thereafter, 0.1 mL of the heat-treated supernatant was added to a liquid medium (4 mL) having the composition shown in Table 1, and shaking culture was performed at 30 ° C. for 7 days. The culture solution in which the fungus grew was inoculated with 0.1 mL of a new medium having the same composition, and further cultured with shaking for 7 days. This operation was further repeated once, and then the bacterial solution was smeared on a trypticase soy agar medium, followed by stationary culture at 30 ° C. for 3 days. The grown bacteria were selected and purified, then inoculated into a liquid medium, cultured at 30 ° C. for 3 days with shaking, and the mutanase activity in the supernatant was measured. Bacillus sp. KSM-M86 strain was selected from strains with high mutanase production.

Figure 0005054279
Figure 0005054279

実施例2 ムタナーゼの生産並びに精製
バチルス エスピー KSM−M86株を1.5%(w/v)ポリペプトンS(日本製薬)、0.5%酵母エキス(ディフコ)、1.0%魚肉エキス(和光)、0.1%リン酸2カリウム、0.01%硫酸マグネシウム7水塩、0.001%硫酸マンガン、0.1%ムタンからなる70mLの液体培地に接種し、30℃、3日間振盪培養を行った。培養液(0.084U/mL)を遠心分離(8,000xg、10分間、4℃)し、得られた上清液2Lに対し、硫安を80%飽和になるように徐々に加え遠心分離(8,000xg、15分間、4℃)し、沈殿を集め、10mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5)に対し1昼夜透析を行った。透析内液を予め50mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5)にて平衡化しておいたSuperQ Toyopearlカラムへ添着させた。ムタナーゼ活性は非吸着画分に得られ、次いで予め0.75M硫安を含む10mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5)で平衡化しておいたButyl Toyopearlカラムへ添着させた後、0.75M〜0M硫安の直線濃度勾配法により吸着タンパク質を溶出させた。ムタナーゼ活性画分を集め、限外ろ過にて濃縮脱塩を行い、予め10mM MOPS緩衝液(pH6.0)で平衡化しておいたDEAE Toyopearlカラムへ添着させた。0.1Mまでの塩化カリウムを用いた直線濃度勾配法により吸着タンパク質を溶出させ、活性画分を集め、予め10mMリン酸緩衝液にて平衡化しておいたヒドロキシアパタイトカラムへ吸着させた。同緩衝液で溶出された画分に活性が認められ、集めて濃縮した。濃縮液のSDS電気泳動を行ったところ、分子量40kDa付近に均一のタンパク質バンドが確認された。このバンドのアミノ末端のアミノ酸配列を解析した結果、Ala−Arg−Gly−Ala−Val−Met−Pro−Tyr−Ser−Arg−Tyr−Asp−Thr−Glu−Asp−Ala−Thr−Leu−Glyの19アミノ酸配列が決定された。
Example 2 Production and Purification of Mutanase Bacillus sp. KSM-M86 strain was converted to 1.5% (w / v) Polypeptone S (Nippon Pharmaceutical), 0.5% yeast extract (Difco), 1.0% fish meat extract (Wako) Inoculate a 70 mL liquid medium consisting of 0.1% dipotassium phosphate, 0.01% magnesium sulfate heptahydrate, 0.001% manganese sulfate, and 0.1% mutan. went. The culture solution (0.084 U / mL) is centrifuged (8,000 × g, 10 minutes, 4 ° C.), and ammonium sulfate is gradually added to 2 L of the obtained supernatant solution so as to be 80% saturation, followed by centrifugation ( The precipitate was collected and dialyzed against 10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) for one day and night. The dialyzed internal solution was applied to a SuperQ Toyopearl column that had been equilibrated in advance with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5). The mutanase activity was obtained in the non-adsorbed fraction, then applied to a Butyl Toyopearl column previously equilibrated with 10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 0.75 M ammonium sulfate, and then 0.75 M to 0 M ammonium sulfate. The adsorbed protein was eluted by the linear concentration gradient method. The fraction of mutanase activity was collected, concentrated and desalted by ultrafiltration, and applied to a DEAE Toyopearl column that had been equilibrated in advance with 10 mM MOPS buffer (pH 6.0). The adsorbed protein was eluted by a linear concentration gradient method using potassium chloride up to 0.1 M, and the active fractions were collected and adsorbed onto a hydroxyapatite column that had been equilibrated in advance with 10 mM phosphate buffer. Activity was observed in the fractions eluted with the same buffer, which were collected and concentrated. When the concentrated solution was subjected to SDS electrophoresis, a uniform protein band was confirmed around a molecular weight of 40 kDa. As a result of analyzing the amino terminal amino acid sequence of this band, Ala-Arg-Gly-Ala-Val-Met-Pro-Tyr-Ser-Arg-Tyr-Asp-Thr-Glu-Asp-Ala-Thr-Leu-Gly The 19 amino acid sequence was determined.

実施例3 ムタナーゼ遺伝子のクローニング
実施例2で得られた19アミノ酸配列を基にプライマー1(配列番号3)、プライマー2(配列番号4)をデザインした。
バチルス エスピー KSM−M86株を1.0%(w/v) バクトトリプトン(ディフコ)、0.5%酵母エキス(ディフコ)、1.0%NaCl、から成る10mLの液体培地に接種し、30℃、1日間振盪培養した後、Genとるくん(酵母用)(タカラバイオ)を用いて菌体から染色体を抽出した。LA PCR in vitro Cloningキット(タカラバイオ)に従い、得られた染色体5μgをHindIII制限酵素処理した後、カセット(キット添付)と連結させ、プライマー1とプライマーC1(キット添付)を用いたPCRを行った。得られた増幅断片を鋳型とし、さらにプライマー2とプライマーC2(キット添付)を用いたPCRを行い、約0.8kbのPCR増幅断片を取得した。増幅したDNA断片をpT7Blue T−Vector(タカラバイオ)と連結し、大腸菌JM109株のコンピテントセル(タカラバイオ)を形質転換した。白色形質転換体からプラスミドDNAを抽出し、プライマー2とプライマーC2を用いてシーケンスを行い、ムタナーゼ遺伝子の部分配列を解析した。得られた塩基配列を基にプライマーを構築し、LA PCR in vitro Cloningキットによりムタナーゼをコードする遺伝子を含む4763bpの塩基配列を決定した。
本発明のムタナ−ゼの発現には枯草菌のspoVG遺伝子のプロモーター領域を利用した。公知の枯草菌の遺伝子配列及び決定したムタナーゼ遺伝子配列を基にプライマー3(配列番号5)、プライマー4(配列番号6)、プライマー5(配列番号7)をデザインした。枯草菌168株(BGSC 1A1)の染色体DNAを鋳型として、プライマー3及びプライマー4を用いてPCRを行い、spoVG遺伝子のプロモーター領域、約0.2kbの増幅断片を取得した。PCRはLA Taq(タカラバイオ)を用い、94℃で1分間鋳型DNAを変性させた後、94℃で1分間、56℃で30秒間、72℃で1分間を1サイクルとして30サイクル行い、更に72℃で2分間保温した。次にバチルス エスピー KSM−M86株の染色体DNAを鋳型とし、取得した約0.2kbのDNA断片とプライマー5を用いて、PCRを行った。PCRは、94℃で1分間鋳型DNAを変性させた後、94℃で1分間、56℃で30秒間、72℃で3分間を1サイクルとして30サイクル行い、更に72℃で2分間保温した。増幅した約3.9kbDNA断片を制限酵素SpeI及びBglIIで処理し、同様にSpeI及びBglIIで処理したプラスミドpHY300PLK(タカラバイオ)と連結反応を行い、反応液を用いて大腸菌JM109株(タカラバイオ)を形質転換した。テトラサイクリン耐性株からムタナーゼ遺伝子を導入したプラスミドを選択した。形質転換体からムタナーゼ遺伝子を含むプラスミドを抽出し、アルカリプロテアーゼを欠損させた枯草菌ISW1214株(ヤクルト本社)を形質転換した。
Example 3 Cloning of Mutanase Gene Primer 1 (SEQ ID NO: 3) and primer 2 (SEQ ID NO: 4) were designed based on the 19 amino acid sequence obtained in Example 2.
Bacillus sp. KSM-M86 strain was inoculated into 10 mL of liquid medium consisting of 1.0% (w / v) bactotripton (Difco), 0.5% yeast extract (Difco), 1.0% NaCl, and 30 After shaking culture at 1 ° C. for 1 day, chromosomes were extracted from the cells using Gen Toru-kun (for yeast) (Takara Bio). According to the LA PCR in vitro Cloning kit (Takara Bio), 5 μg of the obtained chromosome was treated with HindIII restriction enzyme, then ligated with a cassette (attached to the kit), and PCR was performed using primer 1 and primer C1 (attached to the kit). . Using the obtained amplified fragment as a template, PCR was further performed using Primer 2 and Primer C2 (attached to the kit) to obtain a PCR amplified fragment of about 0.8 kb. The amplified DNA fragment was ligated with pT7Blue T-Vector (Takara Bio), and competent cells of E. coli JM109 strain (Takara Bio) were transformed. Plasmid DNA was extracted from the white transformant, sequenced using primer 2 and primer C2, and the partial sequence of the mutanase gene was analyzed. Primers were constructed based on the obtained base sequence, and a 4863 bp base sequence containing a gene encoding mutanase was determined by the LA PCR in vitro Cloning kit.
The promoter region of the spoVG gene of Bacillus subtilis was used for expression of the mutanase of the present invention. Primer 3 (SEQ ID NO: 5), primer 4 (SEQ ID NO: 6), and primer 5 (SEQ ID NO: 7) were designed based on the known gene sequence of Bacillus subtilis and the determined mutanase gene sequence. PCR was performed using Primer 3 and Primer 4 using the chromosomal DNA of Bacillus subtilis 168 strain (BGSC 1A1) as a template to obtain a promoter region of the spoVG gene, an amplified fragment of about 0.2 kb. PCR was performed using LA Taq (Takara Bio), denaturing the template DNA at 94 ° C for 1 minute, followed by 30 cycles of 94 ° C for 1 minute, 56 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 1 minute, Incubated at 72 ° C. for 2 minutes. Next, PCR was performed using the chromosomal DNA of Bacillus sp. KSM-M86 strain as a template and the obtained DNA fragment of about 0.2 kb and primer 5. PCR was performed by denaturing the template DNA at 94 ° C. for 1 minute, followed by 30 cycles of 94 ° C. for 1 minute, 56 ° C. for 30 seconds, 72 ° C. for 3 minutes, and further incubated at 72 ° C. for 2 minutes. The amplified about 3.9 kb DNA fragment was treated with restriction enzymes SpeI and BglII, similarly ligated with plasmid pHY300PLK (Takara Bio) treated with SpeI and BglII, and Escherichia coli JM109 strain (Takara Bio) was used using the reaction solution. Transformed. A plasmid into which a mutanase gene was introduced was selected from a tetracycline resistant strain. A plasmid containing a mutanase gene was extracted from the transformant, and Bacillus subtilis ISW1214 strain (Yakult Head Office) lacking alkaline protease was transformed.

実施例4 小型化ムタナーゼ(Δ)の作製
バチルス エスピー KSM−M86株のムタナーゼ遺伝子配列を基にデザインしたプライマー6(配列番号8)とプライマー5(配列番号7)を用いて、PCRを行った。PCRはLA Taqを用い、94℃で1分間鋳型DNAを変性させた後、94℃で1分間、55℃で30秒間、72℃で3分間を1サイクルとして30サイクル行い、更に72℃で2分間保温した。増幅した約3.4kbのDNA断片を精製後、制限酵素SalI及びBglIIにて処理し、同様にSalI及びBglIIにて処理したプラスミドpHY300PLK(タカラバイオ)と連結反応を行った。反応溶液を用いて、大腸菌HB101株のコンピテントセル(タカラバイオ)を形質転換し、テトラサイクリン耐性菌から小型化ムタナーゼ遺伝子領域が導入されたプラスミドを選択した。
実施例3と同様に小型化ムタナ−ゼの発現には枯草菌のspoVG遺伝子のプロモーター領域を利用した。即ち公開されている枯草菌168株の染色体DNAの塩基配列を基に、プライマー7(配列番号9)、プライマー8(配列番号10)を設計した。さらにSD配列並びにシグナル配列はバチルス エスピー KSM−64株のアルカリセルラーゼ遺伝子(GenBank M84963)の配列を利用し、プライマー9(配列番号11)、プライマー10(配列番号12)を設計した。また、小型化ムタナーゼ遺伝子配列を基にシグナル配列との結合を考慮し、プライマー11(配列番号13)及びプライマー12(配列番号14)を設計した。
枯草菌168株の染色体DNAを鋳型として、プライマー7とプライマー8を用いてプロモーター領域のPCRを、バチルス エスピー KSM−64株の染色体DNAを鋳型にプライマー9とプライマー10を用いてSD配列及びシグナル領域のPCRを、バチルス エスピー KSM−M86株の染色体DNAを鋳型にプライマー11とプライマー12を用いて小型化ムタナーゼ領域のPCRを行った。PCRは、94℃で1分間鋳型DNAを変性させた後、94℃で1分間、55℃で30秒間、72℃で1分間を1サイクルとして30サイクル行い、更に72℃で2分間保温した。増幅したDNA断片を用いたSOE−PCRを行い、更に引き続きプライマー7とプライマー12を添加したPCRを行い、3断片を結合させた約0.5kbの増幅断片を取得した。取得したDNA断片を制限酵素BamHI及びHaeII処理し、同様にBamHI及びHaeII処理したムタナーゼ遺伝子下流領域が導入されたプラスミドと結合反応を行った。反応溶液を用いて大腸菌HB101コンピテントセルを形質転換し、テトラサイクリン耐性株から小型化ムタナーゼ遺伝子を導入したプラスミドを選択した。形質転換体から小型化ムタナーゼ遺伝子を含むプラスミドを抽出し、アルカリプロテアーゼを欠損させた枯草菌ISW1214株(ヤクルト本社)を形質転換した。
Example 4 Production of Miniaturized Mutanase (Δ) PCR was performed using primer 6 (SEQ ID NO: 8) and primer 5 (SEQ ID NO: 7) designed based on the mutanase gene sequence of Bacillus sp. KSM-M86 strain. PCR was performed using LA Taq, denaturing the template DNA at 94 ° C for 1 minute, followed by 30 cycles of 94 ° C for 1 minute, 55 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 3 minutes, and 2 cycles at 72 ° C. Keep warm for a minute. The amplified DNA fragment of about 3.4 kb was purified, then treated with restriction enzymes SalI and BglII, and ligated with plasmid pHY300PLK (Takara Bio) similarly treated with SalI and BglII. Using the reaction solution, E. coli HB101 strain competent cell (Takara Bio) was transformed, and a plasmid in which a miniaturized mutanase gene region was introduced from tetracycline-resistant bacteria was selected.
As in Example 3, the promoter region of the spoVG gene of Bacillus subtilis was used for the expression of the miniaturized mutase. That is, Primer 7 (SEQ ID NO: 9) and Primer 8 (SEQ ID NO: 10) were designed based on the publicly available chromosomal DNA of Bacillus subtilis 168 strain. Furthermore, as the SD sequence and the signal sequence, the sequence of the alkaline cellulase gene (GenBank M84963) of Bacillus sp. KSM-64 strain was used, and primer 9 (SEQ ID NO: 11) and primer 10 (SEQ ID NO: 12) were designed. In addition, primer 11 (SEQ ID NO: 13) and primer 12 (SEQ ID NO: 14) were designed in consideration of binding to the signal sequence based on the miniaturized mutanase gene sequence.
Using the chromosomal DNA of Bacillus subtilis 168 as a template, PCR of the promoter region using primer 7 and primer 8, and the SD sequence and signal region using the chromosomal DNA of Bacillus sp. KSM-64 strain as a template and primer 9 and primer 10 PCR of the miniaturized mutanase region was performed using primers 11 and 12 using the chromosomal DNA of Bacillus sp. KSM-M86 as a template. PCR was performed by denaturing the template DNA at 94 ° C. for 1 minute, followed by 30 cycles of 94 ° C. for 1 minute, 55 ° C. for 30 seconds, 72 ° C. for 1 minute, and further incubated at 72 ° C. for 2 minutes. SOE-PCR using the amplified DNA fragment was performed, followed by PCR with addition of primer 7 and primer 12 to obtain an amplified fragment of about 0.5 kb in which the three fragments were bound. The obtained DNA fragment was treated with restriction enzymes BamHI and HaeII, and similarly, a binding reaction was performed with a plasmid into which the downstream region of the mutanase gene treated with BamHI and HaeII was introduced. The reaction solution was used to transform E. coli HB101 competent cells, and a plasmid into which a miniaturized mutanase gene was introduced from a tetracycline resistant strain was selected. A plasmid containing a miniaturized mutanase gene was extracted from the transformant and transformed into Bacillus subtilis ISW1214 strain (Yakult Head Office), which lacked the alkaline protease.

実施例5 組換えムタナーゼ及び小型化ムタナーゼ(Δ)の生産と精製
実施例3及び実施例4で得られた形質転換体を8%(w/v)ポリペプトンS、1%魚肉エキス、0.5%酵母エキス、0.2%リン酸カリウム、0.04%硫酸マグネシウムからなる培地(50mL)に接種し30℃、3日間振盪培養を行った。
培養液(0.28U/mL、Δは0.068U/mL)を遠心分離(8,000×g、10分間、4℃)し、得られた上清液600mLに対し、硫安を80%飽和になるように徐々に加え遠心分離(8,000×g、1分間、4℃)し、沈殿を集め、10mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5)に対し1昼夜透析を行った。透析内液を予め50mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5)にて平衡化しておいたSuperQ Toyopearlカラムへ添着させた。ムタナーゼ活性は非吸着画分に得られ、次いで予め10mM MOPS緩衝液(pH6)で平衡化しておいたDEAE Toyopearlカラムへ添着させた後、0〜0.1M塩化カリウムの直線濃度勾配法により吸着タンパク質を溶出させた。ムタナーゼ活性画分を集め、1Mになるように硫安を添加した後、予め1M硫安を含むトリス塩酸緩衝液(pH7.5)で平衡化しておいたPhenyl Toyopearlカラムへ添着させた。1Mから0Mまでの硫安を用いた直線濃度勾配法により吸着タンパク質を溶出させ、活性画分を集め、限外ろ過にて濃縮した。予め0.1M塩化カリウムを含む10mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5)にて平衡化しておいたBio−Gel−A0.5mゲルろ過カラムへ濃縮液をのせた。溶出された画分の中で活性が認められたフラクションを集めて濃縮した。濃縮液のSDS電気泳動を行ったところ、分子量約120kDa付近に均一のタンパク質バンドが確認され、この濃縮液を用いて諸性質の検討を行った。なお、小型化ムタナーゼ(Δ)の場合は、Phenyl Toyopearlカラムまでで完全に精製され、活性画分の濃縮液についてSDS電気泳動を行ったところ、分子量約57kDa付近に均一のタンパク質バンドが確認され、この濃縮液を用いて諸性質の検討を行った。
Example 5 Production and Purification of Recombinant Mutanase and Miniaturized Mutanase (Δ) The transformants obtained in Example 3 and Example 4 were treated with 8% (w / v) polypeptone S, 1% fish meat extract, 0.5% A medium (50 mL) consisting of% yeast extract, 0.2% potassium phosphate and 0.04% magnesium sulfate was inoculated and cultured at 30 ° C. for 3 days with shaking.
The culture solution (0.28 U / mL, Δ is 0.068 U / mL) was centrifuged (8,000 × g, 10 minutes, 4 ° C.), and ammonium sulfate was saturated 80% with respect to 600 mL of the obtained supernatant solution. The mixture was gradually added to the solution and centrifuged (8,000 × g, 1 minute, 4 ° C.), and the precipitate was collected and dialyzed against 10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) overnight. The dialyzed internal solution was applied to a SuperQ Toyopearl column that had been equilibrated in advance with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5). The mutanase activity was obtained in the non-adsorbed fraction, and then adsorbed to a DEAE Toyopearl column that had been equilibrated in advance with 10 mM MOPS buffer (pH 6), and then adsorbed protein was obtained by a linear concentration gradient method of 0 to 0.1 M potassium chloride. Was eluted. The mutanase activity fraction was collected, added with ammonium sulfate to 1M, and then applied to a Phenyl Toyopearl column that had been equilibrated in advance with a Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 1M ammonium sulfate. The adsorbed protein was eluted by a linear concentration gradient method using 1M to 0M ammonium sulfate, and the active fractions were collected and concentrated by ultrafiltration. The concentrated solution was placed on a Bio-Gel-A 0.5 m gel filtration column that had been equilibrated in advance with 10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 0.1 M potassium chloride. Fractions in which activity was observed in the eluted fractions were collected and concentrated. When the concentrated solution was subjected to SDS electrophoresis, a uniform protein band was confirmed in the vicinity of a molecular weight of about 120 kDa, and various properties were examined using this concentrated solution. In the case of miniaturized mutanase (Δ), it was completely purified up to the Phenyl Toyopearl column, and SDS electrophoresis was performed on the concentrated fraction of the active fraction. As a result, a uniform protein band was confirmed around a molecular weight of about 57 kDa. Various properties were examined using this concentrated solution.

実施例6 組換えムタナーゼの性質
1.最適反応pH
酢酸(pH4−6)、クエン酸(pH4.3−6.4)、MOPS(pH6−7.8)、リン酸(pH6.4−8)、グリシン水酸化ナトリウム(pH7.3−10)、炭酸(pH9.6−11.2)の各緩衝液を用い、反応を行った。その結果、本酵素はpH6付近のクエン酸緩衝液中で最も反応速度が高かった(図1)。
2.最適反応温度
標準反応条件において反応温度を30℃〜80℃とし、反応を行った。その結果、本酵素は、45℃〜50℃付近で最も反応速度が高かった(図2)。
3.耐熱性
酵素を25mM MOPS緩衝液(pH6.5)に添加し、30℃〜70℃で15分間放置した。その後、急冷し、標準反応条件を用いて残存活性を測定した。その結果、本酵素は50℃まで安定であった(図3)。
4.pH安定性
酵素を25mMの酢酸(pH4−6)、クエン酸(pH4.3−6.4)、MOPS(pH6−7.8)、リン酸(pH6.4−8)、グリシン水酸化ナトリウム(pH7.3−10)、炭酸(pH9.6−11.2)、リン酸(pH11−12.5)の各緩衝液中に添加し、30℃、30分間恒温した後の残存活性を測定した。その結果、本酵素はpH5−10の範囲で安定であった(図4)。
5.基質特異性
標準反応条件下においてムタンの代わりに様々な多糖類(全て0.2%)を添加し、反応を行った。その結果、本酵素はムタンの他にニゲランを分解することができたが、他のα−1,3グルカン以外の多糖類を分解することはなかった。
6.分子量
10%SDSポリアクリルアミド電気泳動により本酵素の分子量は約120kDaであった(但し、SDSポリアクリルアミド電気泳動法では測定条件により10kDa程度上下することがある)。
7.等電点
PAGプレート(ファルマシア)を用いて本酵素の等電点を測定した結果、6.5付近であった。
尚、アミノ酸650番目から1217番目までの小型化ムタナーゼ(Δ)の10%SDSポリアクリルアミド電気泳動法による分子量は約57kDa、PAGプレート(ファルマシア)を用いて測定した等電点はpH6.5付近であった。最適反応温度(図5),最適反応pH(図6)、基質特異性などの性質は野生型ムタナーゼの性質とほぼ一致した。
Example 6 Properties of recombinant mutanase Optimal reaction pH
Acetic acid (pH 4-6), citric acid (pH 4.3-6.4), MOPS (pH 6-7.8), phosphoric acid (pH 6.4-8), sodium glycine hydroxide (pH 7.3-10), Reaction was performed using each buffer solution of carbonic acid (pH 9.6-11.2). As a result, the reaction rate of this enzyme was highest in a citrate buffer around pH 6 (FIG. 1).
2. Optimum reaction temperature The reaction temperature was 30 ° C to 80 ° C under standard reaction conditions. As a result, the reaction rate of this enzyme was highest at around 45 ° C. to 50 ° C. (FIG. 2).
3. Thermostable enzyme was added to 25 mM MOPS buffer (pH 6.5) and left at 30 ° C. to 70 ° C. for 15 minutes. Thereafter, it was quenched and the residual activity was measured using standard reaction conditions. As a result, this enzyme was stable up to 50 ° C. (FIG. 3).
4). pH stability Enzymes were mixed with 25 mM acetic acid (pH 4-6), citric acid (pH 4.3-6.4), MOPS (pH 6-7.8), phosphoric acid (pH 6.4-8), glycine sodium hydroxide ( pH 7.3-10), carbonic acid (pH 9.6-11.2), and phosphoric acid (pH 11-12.5) were added to each buffer solution, and the residual activity was measured after incubation at 30 ° C. for 30 minutes. . As a result, this enzyme was stable in the range of pH 5-10 (FIG. 4).
5. Substrate specificity Various polysaccharides (all 0.2%) were added in place of mutan under standard reaction conditions to carry out the reaction. As a result, this enzyme was able to degrade nigeran in addition to mutan, but did not degrade other polysaccharides other than α-1,3 glucan.
6). Molecular weight The molecular weight of this enzyme was about 120 kDa as determined by 10% SDS polyacrylamide electrophoresis (however, in SDS polyacrylamide electrophoresis, the molecular weight may increase or decrease by about 10 kDa depending on the measurement conditions).
7). Isoelectric point As a result of measuring the isoelectric point of this enzyme using a PAG plate (Pharmacia), it was around 6.5.
The molecular weight of the miniaturized mutanase (Δ) from amino acid 650 to 1217 by 10% SDS polyacrylamide electrophoresis is about 57 kDa, and the isoelectric point measured using a PAG plate (Pharmacia) is around pH 6.5. there were. Properties such as optimum reaction temperature (FIG. 5), optimum reaction pH (FIG. 6), and substrate specificity almost coincided with those of wild-type mutanase.

参考例 ムタナーゼ活性測定法
上記、酵素学的性質における酵素活性は、以下に示す方法により行った。
50mM MOPS緩衝液(pH6.5)、0.5mM 塩化コバルト、0.2%ムタンからなる反応液に適当に希釈した酵素液を添加し、40℃、60分間恒温した(全量1mL)。1mLのDNS試薬[0.5%(w/v)ジニトロサリチル酸、0.4N 水酸化ナトリウム、30% 酒石酸ナトリウム・カリウム]を添加した後、100℃で5分間恒温し、生成された還元糖を定量した。ムタナーゼ1単位(ユニット)は、上記反応条件下で1分間に1μmoLのグルコースに相当する還元糖を生成する量とした。
Reference Example Method for Measuring Mutanase Activity The enzyme activity in the above enzymatic properties was carried out by the following method.
An enzyme solution appropriately diluted was added to a reaction solution consisting of 50 mM MOPS buffer (pH 6.5), 0.5 mM cobalt chloride, and 0.2% mutan, and the mixture was incubated at 40 ° C. for 60 minutes (total volume: 1 mL). 1 mL of DNS reagent [0.5% (w / v) dinitrosalicylic acid, 0.4N sodium hydroxide, 30% sodium / potassium tartrate] was added, and the mixture was incubated at 100 ° C. for 5 minutes. Quantified. One unit of mutanase (unit) was defined as an amount that produces reducing sugar corresponding to 1 μmol of glucose per minute under the above reaction conditions.

本発明のムタナーゼの最適反応pHを示すグラフである。It is a graph which shows the optimal reaction pH of the mutanase of this invention. 本発明のムタナーゼの最適反応温度を示すグラフである。It is a graph which shows the optimal reaction temperature of the mutanase of this invention. 本発明のムタナーゼの耐熱性を示すグラフである。It is a graph which shows the heat resistance of the mutanase of this invention. 本発明のムタナーゼのpH安定性を示すグラフである。It is a graph which shows the pH stability of the mutanase of this invention. 本発明の小型化ムタナーゼの最適反応温度を示すグラフである。It is a graph which shows the optimal reaction temperature of the miniaturized mutanase of this invention. 本発明の小型化ムタナーゼの最適反応pHを示すグラフである。It is a graph which shows the optimal reaction pH of the miniaturized mutanase of this invention.

Claims (13)

以下の酵素学的性質を有するムタナーゼ。
1.作用:
α−1,3−グルカンを加水分解する。
2.基質特異性:
ムタン及びニゲランを分解し、特にムタンをよく分解する。
3.最適反応pH:
ムタンを基質として40℃で反応させた場合、pH6〜6.5の範囲で高い活性を示す。
4.pH安定性:
ムタンを基質として30℃で30分間処理した場合、pH5〜10の範囲で安定である。
5.最適反応温度:
ムタンを基質としてpH6.5で反応させた場合、45〜50℃において高い活性を示す。
6.耐熱性:
ムタンを基質としてpH6.5で15分間熱処理した場合、50℃まで安定である。
7.分子量:
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動による分子量は約120kDaである。
8.等電点:
等電点電気泳動法により測定した等電点が6.0〜7.0である。
A mutanase having the following enzymatic properties:
1. Action:
Hydrolysis of α-1,3-glucan.
2. Substrate specificity:
Decomposes mutan and nigeran, especially mutan.
3. Optimum reaction pH:
When reacted at 40 ° C. using mutan as a substrate, it exhibits high activity in the pH range of 6 to 6.5.
4). pH stability:
When treated with mutan as a substrate at 30 ° C. for 30 minutes, the pH is stable in the range of 5 to 10.
5. Optimal reaction temperature:
When reacting at pH 6.5 using mutan as a substrate, it exhibits high activity at 45-50 ° C.
6). Heat-resistant:
When heat-treated for 15 minutes at pH 6.5 using mutan as a substrate, it is stable up to 50 ° C.
7). Molecular weight:
The molecular weight by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis is about 120 kDa.
8). Isoelectric point:
The isoelectric point measured by isoelectric focusing is 6.0 to 7.0.
以下の酵素学的性質を有するムタナーゼ。
1.作用:
α−1,3−グルカンを加水分解する。
2.基質特異性:
ムタン及びニゲランを分解し、特にムタンをよく分解する。
3.最適反応pH:
ムタンを基質として40℃で反応させた場合、pH6〜6.5の範囲で高い活性を示す。
4.分子量:
SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動による分子量は約40kDaである。
5.アミノ末端のアミノ酸配列:
アミノ末端側の19アミノ酸残基の配列が、
Ala−Arg−Gly−Ala−Val−Met−Pro−Tyr−Ser−Arg−Tyr−Asp−Thr−Glu−Asp−Ala−Thr−Leu−Glyである。
A mutanase having the following enzymatic properties:
1. Action:
Hydrolysis of α-1,3-glucan.
2. Substrate specificity:
Decomposes mutan and nigeran, especially mutan.
3. Optimum reaction pH:
When reacted at 40 ° C. using mutan as a substrate, it exhibits high activity in the pH range of 6 to 6.5.
4). Molecular weight:
The molecular weight by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis is about 40 kDa.
5. Amino-terminal amino acid sequence:
The sequence of 19 amino acid residues on the amino terminal side is
Ala-Arg-Gly-Ala-Val-Met-Pro-Tyr-Ser-Arg-Tyr-Asp-Thr-Glu-Asp-Ala-Thr-Leu-Gly.
以下の(a)から(c)いずれかのタンパク質。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列からなるタンパク質
(b)配列番号1に示される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、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質
(c)配列番号1で示されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質
Any of the following proteins (a) to (c):
(A) a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (b) an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added, and a mutanase activity (C) a protein comprising an amino acid sequence having 90 % or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having a mutanase activity
請求項3記載のタンパク質をコードする遺伝子。   A gene encoding the protein according to claim 3. 以下の(a)から(c)いずれかのポリヌクレオチドからなる遺伝子。
(a)配列番号2に示される塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号2で示される塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジエントな条件下でハイブリダイズし、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c)配列番号2で示される塩基配列と90%以上の同一性を有する塩基配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
A gene comprising any of the following polynucleotides (a) to (c):
(A) a polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 (b) encoding a protein that hybridizes with the polynucleotide comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 under stringent conditions and has a mutanase activity (C) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence having 90 % or more identity with the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 and encoding a protein having mutanase activity
以下の(a)から(c)いずれかのタンパク質。
(a)配列番号1に示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸からなるタンパク質
(b)配列番号1に示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸からなる配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質
(c)配列番号1で示されるアミノ酸配列の650番目のアミノ酸から1217番目のアミノ酸と90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つムタナーゼ活性を有す
るタンパク質
Any of the following proteins (a) to (c):
(A) a protein consisting of amino acids 650 to 1217 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 (b) a sequence consisting of amino acids 650 to 1217 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; A protein having an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added, and having mutanase activity (c) 90 % of amino acids 650 to 1217 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 A protein having an amino acid sequence having the above identity and having a mutanase activity
請求項6記載のタンパク質をコードする遺伝子。   A gene encoding the protein according to claim 6. 以下の(a)から(c)いずれかのポリヌクレオチドからなる遺伝子。
(a)配列番号2に示される塩基配列の1948番目の塩基から3651番目の塩基配列からなるポリヌクレオチド
(b)配列番号2で示される塩基配列の1948番目の塩基から3651番目の塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジエントな条件下でハイブリダイズし、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
(c)配列番号2で示される塩基配列の1948番目の塩基から3651番目の塩基配列からなるポリヌクレオチドと90%以上の同一性を有する塩基配列からなり、且つムタナーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド
A gene comprising any of the following polynucleotides (a) to (c):
(A) a polynucleotide comprising the base sequence of 1948 to 3651 of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 (b) consisting of the base sequence of 1948 to 3651 of the base sequence of SEQ ID NO: 2 A polynucleotide that hybridizes with a polynucleotide under stringent conditions and encodes a protein having mutanase activity (c) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence from the 1948th base to the 3651st base sequence of the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 A polynucleotide encoding a protein comprising a nucleotide sequence having 90 % or more identity with a nucleotide and having a mutanase activity
請求項4、5、7又は8記載の遺伝子を含有する組換えベクター。   A recombinant vector containing the gene according to claim 4, 5, 7, or 8. 請求項9記載の組換えベクターを含む形質転換体。   A transformant comprising the recombinant vector according to claim 9. 宿主が微生物である請求項10記載の形質転換体。   The transformant according to claim 10, wherein the host is a microorganism. 請求項11記載の形質転換体を培養し、ムタナーゼを採取することを特徴とするムタナーゼの製造方法。   A method for producing a mutanase, comprising culturing the transformant according to claim 11 and collecting a mutanase. 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FERM P−19721として寄託された微生物(バチルス エスピー KSM−M86)。   A microorganism (Bacillus sp. KSM-M86) deposited as FERM P-19721 at the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.
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