JP5098086B2 - ケトース３−エピメラーゼとその製造方法並びに用途 - Google Patents

Description

本発明は、ケトース３−エピメラーゼとその製造方法並びに用途に関し、詳細には、リゾビウム属に属する微生物から得ることができ、下記（１）及び（２）の基質特異性を有するケトース３−エピメラーゼとその製造方法、当該酵素をコードするＤＮＡとこれを含んでなる組換えＤＮＡと形質転換体、さらには当該酵素を用いたケトースの製造方法に関するものである。
（１）Ｄ−又はＬ−ケトヘキソースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトヘキソースを生成する。Ｄ−又はＬ−ケトペントースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトペントースを生成する。
（２）Ｄ−又はＬ−ケトヘキソース及びＤ−又はＬ−ケトペントースの中ではＤ−フラクトース及びＤ−プシコースに対する基質特異性が最も高い。

特開２００１−１１０９０号公報には、Ｄ−プシコースが低カロリー甘味料として、低カロリー飲食品の製造に有利に利用できることが記載されている。また、特開２００５−２１３２２７号公報には、Ｄ−プシコースが血糖上昇抑制作用を有していることから、健康食品、糖尿病患者用飲食品、痩身用飲食品などに有利に利用できることが記載されている。

一方、Ｋｅｎ Ｉｚｕｍｏｒｉら、Ｂｉｏｓｃｉ． Ｂｉｏｔｅｃｈ． Ｂｉｏｃｈｅｍ．，５７，１０３７−１０３９（１９９３）にはシュードモナス・チコリ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｃｉｃｈｏｒｉｉ） ＳＴ−２４由来のＤ−ケトヘキソース３−エピメラーゼが開示されており、この酵素を利用することによりＤ−フラクトースからＤ−プシコースが製造できることが記載されている。しかしながら、この酵素は別名Ｄ−タガトース３−エピメラーゼとも呼ばれるように、Ｄ−タガトースへの特異性が最も高く、Ｄ−フラクトースへの作用は比較的弱いことが知られている。また、シュードモナス・チコリは植物病原性微生物であり、Ｄ−ケトヘキソース３−エピメラーゼ産生能が非常に低いため、工業的に利用する上で適しているとは言えない。シュードモナス属に属する微生物とは異なるケトース３−エピメラーゼ産生能の高い微生物、及びＤ−フラクトースへの特異性が高く、Ｄ−プシコースの製造に適した新規ケトース３−エピメラーゼが求められている。

本発明は、新規なケトース３−エピメラーゼとその製造方法、当該酵素をコードするＤＮＡ、これを含んでなる組換えＤＮＡ及び形質転換体、並びに当該酵素を用いたケトースの製造方法を提供することを課題とする。

本発明者等は、ケトース３−エピメラーゼ産生能を有するシュードモナス属に属する微生物以外の微生物に着目して、鋭意探索を続けてきた。その結果、新規なケトース３−エピメラーゼを産生するリゾビウム属に属する微生物を見出した。また、当該微生物由来の新規なケトース３−エピメラーゼは、Ｄ又はＬ−ケトヘキソース、Ｄ−又はＬ−ケトペントースにも作用し、対応するＤ−又はＬ−ケトースへのエピマー化を触媒する幅広い基質特異性を有しており、意外にも、Ｄ−又はＬ−ケトヘキソース及びＤ−又はＬ−ケトペントースの中ではＤ−フラクトース及びＤ−プシコースに対する基質特異性が最も高く、Ｄ−フラクトースからのＤ−プシコースの製造に適していることを見出した。そして、リゾビウム属に属する微生物より得ることのできる新規ケトース３−エピメラーゼとその製造方法、当該酵素をコードするＤＮＡとこれを含んでなる組換えＤＮＡ及び形質転換体を確立するとともに、該酵素を利用したケトースの変換方法並びにケトースの製造方法を確立して本発明を完成した。

すなわち、本発明は、リゾビウム属に属する微生物から得ることのできるケトース３−エピメラーゼとその製造方法、当該酵素をコードするＤＮＡとこれを含んでなる組換えＤＮＡ及び形質転換体、並びに該酵素を利用して、Ｄ−又はＬ−ケトヘキソースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトヘキソースを製造し、また、Ｄ−又はＬ−ケトペントースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトペントースを製造する方法を提供することにより上記課題を解決するものである。

リゾビウム属に属する微生物は新規なケトース３−エピメラーゼ産生能が比較的高く、シュードモナス・チコリとは異なり植物病原性も有していない。また、当該微生物から得ることのできる本発明のケトース３−エピメラーゼは、とりわけＤ−プシコース及びＤ−フラクトース間の相互変換を良く触媒することから、Ｄ−フラクトースからのＤ−プシコースの製造に有用である。

本発明のケトース３−エピメラーゼの至適ｐＨを示す図である。 本発明のケトース３−エピメラーゼの至適温度を示す図である。 本発明のケトース３−エピメラーゼのｐＨ安定性を示す図である。 本発明のケトース３−エピメラーゼの温度安定性を示す図である。 組換え型ケトース３−エピメラーゼ発現用の組換えＤＮＡ、ｐＥＴＤＰＥ１を示す図である。図中、黒い太線で示した部分は、リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０由来のケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡである。

符号の説明

図１乃至４において、
●：１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン非存在下
○：１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下
図５において、
ｆ１ ｏｒｉ：ｆ１ファージ複製起点
Ｋａｎ^ｒ：カナマイシン耐性遺伝子
ｌａｃＩ：ｌａｃリプレッサー

本発明でいうケトヘキソースとは、ケトース構造を有する六炭糖であり、具体的にはフラクトース、プシコース、タガトース及びソルボースを意味し、Ｄ−又はＬ−ケトヘキソースはこれらのＤ−体及びＬ−体を意味する。また、同様に、本発明でいうケトペントースとは、ケトース構造を有する五炭糖であり、具体的にはキシルロース及びリブロースを意味し、Ｄ−又はＬ−ケトペントースはこれらのＤ−体及びＬ−体を意味する。

本発明のケトース３−エピメラーゼは、Ｄ−又はＬ−ケトヘキソースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトヘキソースを生成する活性を有し、Ｄ−又はＬ−フラクトースとＤ−又はＬ−プシコース間の相互変換、及び、Ｄ−又はＬ−タガトースとＤ−又はＬ−ソルボース間の相互変換を触媒する。また、Ｄ−又はＬ−ケトペントースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトペントースを生成する活性を有し、Ｄ−又はＬ−キシルロースとＤ−又はＬ−リブロース間の相互変換を触媒する。本発明のケトヘキソース３−エピメラーゼは、Ｄ−又はＬ−ケトヘキソース及びＤ−又はＬ−ケトペントースの中ではＤ−フラクトース及びＤ−プシコースに対する基質特異性が最も高い酵素である。本発明の酵素は後述するリゾビウム属に属する微生物から得ることができる。

本発明のケトース３−エピメラーゼの活性は、Ｄ−プシコースを基質とし、Ｄ−フラクトースの生成量を測定することにより測定することができる。具体的には、１ｍＭのＭｎＣｌ_２を含む２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）中にＤ−プシコースを終濃度１％（ｗ／ｖ）になるよう溶解したものを基質溶液とし、この基質溶液２ｍｌと、酵素液０．２ｍｌを混合し４５℃で３０分間反応を行ない、その後沸騰水浴中で５分間保持することで酵素を失活させ反応を停止する。次いで、反応液１ｍｌを採取し、これに脱イオン水１ｍｌ及びＮＡＤＰ溶液（０．３Ｍトリエタノールアミン−ＨＣｌ緩衝液(ｐＨ７．６)の５００ｍｌにＮＡＤＰを２．３７ｇ、ＡＴＰを５．９３ｇ、ＭｇＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏを１ｇ溶解したもの）を１ｍｌ添加し混合した後、後述する酵素液Ａと酵素液Ｂを０．３Ｍトリエタノールアミン−ＨＣｌ緩衝液(ｐＨ７．６)にてそれぞれ４倍希釈した溶液の等量混合液を４０μｌ添加混合し、室温で３０分間静置後、３４０ｎｍにおける吸光度を測定することにより、反応により生成物したＤ−フラクトースの量を測定する。酵素液Ａは、０．３Ｍトリエタノールアミン−ＨＣｌ緩衝液(ｐＨ７．６)にヘキソキナーゼ６．７ｍｇ、グルコース６−リン酸脱水素酵素８２μｌを加え２ｍｌとした溶液である。酵素液Ｂは、０．３Ｍトリエタノールアミン−ＨＣｌ緩衝液(ｐＨ７．６)にホスホグルコースイソメラーゼを４ｍｇ加え２ｍｌとした溶液である。酵素活性１単位は、上記条件下において、Ｄ−プシコースをエピマー化し１分間に１μｍｏｌのＤ−フラクトースを生成する酵素量と定義する。

本発明のケトース３−エピメラーゼは、リゾビウム属に属し、ケトース３−エピメラーゼ産生能を有する微生物を培養し、培養液中に生成したケトース３−エピメラーゼを採取することにより調製することができる。リゾビウム属に属する微生物としては、例えば、リゾビウム・レグミノサラム（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｌｅｇｕｍｉｎｏｓａｒｕｍ （ｂｉｏｖａｒ ｔｒｉｆｏｌｉｉ）） ＡＴＣＣ１４４８０株、リゾビウム・フレディ（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｆｒｅｄｉｉ） ＡＴＣＣ３５４２３株及びリゾビウム・メリロティ（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｍｅｌｉｌｏｔｉ） ＡＴＣＣ９９３０株及びこれらの変異株などが有利に利用できる。これら菌株の内、リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０株はケトース３−エピメラーゼの産生能が比較的高く、本発明の酵素を得る上で好適である。

本発明のケトース３−エピメラーゼは、下記の理化学的性質を有している場合がある。
（１）分子量
ＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲル電気泳動において、３０，０００±３，０００ダルトンを示す。
（２）至適ｐＨ
４５℃、３０分間反応、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下の条件下で、ｐＨ９．０乃至９．５
（３）至適温度
ｐＨ８．０、３０分間反応、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン非存在下の条件下で、約５０℃
１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下で、約６５℃
（４）ｐＨ安定性
３０℃、６０分間保持、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン非存在下の条件下で、少なくともｐＨ８乃至１０の範囲で安定
１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下で、ｐＨ４．５乃至９．５の範囲で安定
（５）温度安定性
ｐＨ８．０、１０分間保持、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン非存在下の条件下で、約５０℃以下で安定
１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下で、約７５℃以下で安定
（６）金属イオンによる活性化
Ｍｎ^２＋及びＭｇ^２＋イオンにより活性化される

また、上記理化学的性質を有する本発明のケトース３−エピメラーゼの一つは、上記理化学的性質のみならず、そのＮ末端アミノ酸配列として、配列表における配列番号１で示されるアミノ酸配列を有している場合がある。

本発明のケトース３−エピメラーゼは、通常、所定のアミノ酸配列を有しており、その一例としては、例えば、配列表における配列番号２で示されるアミノ酸配列又はそれに相同的なアミノ酸配列が挙げられる。配列表における配列番号２で示されるアミノ酸配列に相同的なアミノ酸配列を有する変異体酵素としては、Ｄ−又はＬ−ケトヘキソースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトヘキソースを生成し、且つ、Ｄ−又はＬ−ケトペントースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトペントースを生成するという酵素活性を保持する範囲で、配列番号２で示されるアミノ酸配列において１個又は２個以上のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加したアミノ酸配列を有するものが挙げられ、配列番号２で示されるアミノ酸配列に対し、通常、６０％以上、望ましくは、７０％以上、さらに望ましくは、８０％以上、よりさらに望ましくは、９０％以上の相同性を有するアミノ酸配列を有するものが好適である。

本発明のＤＮＡとは、上記ケトース３−エピメラーゼをコードするもの全般を意味する。本発明のＤＮＡは、ケトース３−エピメラーゼをコードするものである限り、それが天然由来のものであっても、人為的に合成されたものであってもよい。天然の給源としては、例えば、リゾビウム・レグミノサラム（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｌｅｇｕｍｉｎｏｓａｒｕｍ （ｂｉｏｖａｒ ｔｒｉｆｏｌｉｉ）） ＡＴＣＣ１４４８０、リゾビウム・フレディ（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｆｒｅｄｉｉ） ＡＴＣＣ３５４２３、リゾビウム・メリロティ（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｍｅｌｉｌｏｔｉ） ＡＴＣＣ９９３０を含むリゾビウム属の微生物が挙げられ、これらの菌体から本発明のＤＮＡを含む遺伝子ＤＮＡを得ることができる。すなわち、斯かる微生物を栄養培地に接種し、好気的条件下で約１乃至３日間培養後、培養物から菌体を採取し、リゾチームやβ−グルカナーゼなどの細胞壁溶解酵素や超音波で処理することにより当該ＤＮＡを含む遺伝子ＤＮＡを菌体外に溶出させる。このとき、プロテアーゼなどの蛋白質分解酵素を併用したり、ＳＤＳなどの界面活性剤を共存させたり凍結融解してもよい。斯くして得られる処理物に、例えば、フェノール抽出、アルコール沈殿、遠心分離、リボヌクレアーゼ処理などの常法を適用すれば目的の遺伝子ＤＮＡが得られる。本発明のＤＮＡを人為的に合成するには、例えば、配列表における配列番号２で示されるアミノ酸配列に基づいて化学合成すればよい。また、当該ＤＮＡを含む遺伝子ＤＮＡを鋳型として、適当なプライマーとなる化学合成ＤＮＡを用いてＰＣＲ合成することも有利に実施できる。

本発明のＤＮＡは、通常、所定の塩基配列を有しており、その一例としては、例えば、配列表における配列番号３で示される塩基配列又はそれに相同的な塩基配列が挙げられる。配列表における配列番号３で示される塩基配列に相同的な塩基配列を有する変異体ＤＮＡとしては、コードする酵素の活性を保持する範囲で、配列番号３で示される塩基配列において１個又は２個以上の塩基が欠失、置換若しくは付加した塩基配列を有するものが挙げられ、配列番号３で示される塩基配列に対し、通常、６０％以上、望ましくは、７０％以上、さらに望ましくは、８０％以上、よりさらに望ましくは、９０％以上の相同性を有する塩基配列を有するものが好適である。また、遺伝子コードの縮重に基づき、そのコードする酵素のアミノ酸配列を変えることなく塩基の１個又は２個以上を他の塩基に置換したものも当然、本発明のＤＮＡに包含される。

本発明のＤＮＡを、自律複製可能な適宜ベクターに挿入して組換えＤＮＡとすることも有利に実施できる。組換えＤＮＡは、通常、ＤＮＡと自律複製可能なベクターとからなり、ＤＮＡが入手できれば、常法の組換えＤＮＡ技術により比較的容易に調製することができる。斯かるベクターの例としては、ｐＢＲ３２２、ｐＵＣ１８、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔ ＩＩ ＳＫ（＋）、ｐＵＢ１１０、ｐＴＺ４、ｐＣ１９４、ｐＨＶ１４、ＴＲｐ７、ＹＥｐ７、ｐＢＳ７などのプラスミドベクターやλｇｔ・λＣ、λｇｔ・λＢ、ρ１１、φ１、φ１０５などのファージベクターが挙げられる。この内、本発明のＤＮＡを大腸菌で発現させるには、ｐＢＲ３２２、ｐＵＣ１８、ｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔ ＩＩ ＳＫ（＋）、λｇｔ・λＣ及びλｇｔ・λＢが好適であり、一方、枯草菌で発現させるには、ｐＵＢ１１０、ｐＴＺ４、ｐＣ１９４、ρ１１、φ１及びφ１０５が好適である。ｐＨＶ１４、ＴＲｐ７、ＹＥｐ７及びｐＢＳ７は、組換えＤＮＡを二種以上の宿主内で複製させる場合に有用である。ＤＮＡを斯かるベクターに挿入するには、斯界において通常一般の方法が採用される。具体的には、まず、ＤＮＡを含む遺伝子ＤＮＡと自律複製可能なベクターとを制限酵素及び／又は超音波により切断し、次に、生成したＤＮＡ断片とベクター断片とを連結する。遺伝子ＤＮＡ及びベクターの切断にヌクレオチドに特異的に作用する制限酵素、とりわけＩＩ型の制限酵素、詳細には、Ｓａｕ ３ＡＩ、Ｅｃｏ ＲＩ、Ｈｉｎ ｄＩＩＩ、Ｂａｍ ＨＩ、Ｓａｌ Ｉ、Ｘｂａ Ｉ、Ｓａｃ Ｉ、Ｐｓｔ Ｉなどを使用すれば、ＤＮＡ断片とベクター断片とを連結するのが容易である。必要に応じて、両者をアニーリングした後、生体内又は生体外でＤＮＡリガーゼを作用させればよい。斯くして得られる組換えＤＮＡは、適宜宿主に導入して形質転換体とし、これを培養することにより無限に複製可能である。

このようにして得られる組換えＤＮＡは、大腸菌、枯草菌、放線菌、酵母をはじめとする適宜の宿主微生物に導入することができる。形質転換体を取得するには、コロニーハイブリダイゼーション法を適用するか、栄養培地で培養し、目的とするケトース３−エピメラーゼを生成するものを選択すればよい。

本発明のケトース３−エピメラーゼ産生能を有するリゾビウム属に属する微生物若しくは形質転換体の培養方法は、常法に従って、炭素源、窒素源、無機塩、ビタミンなどを含有する栄養培地に１乃至５日間程度培養、望ましくは、液体培地に通気撹拌などにより好気的条件下で培養し、得られる菌体、又は培養液上清などの培養物からケトース３−エピメラーゼを採取すればよい。通常、培養物を粗ケトース３−エピメラーゼとして利用することができる。必要ならば、培養物を濾過、遠心分離、塩析、透析、濃縮、凍結乾燥など公知の方法で部分精製して採取し、利用することができる。さらに高度の精製を必要とする場合には、例えば、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、電気泳動、更には、モノクローナル抗体への吸着、溶出などを組合せて純度を高めて利用することも随意である。また、本発明のケトース３−エピメラーゼ又はケトース３−エピメラーゼを発現したリゾビウム属微生物菌体を公知の方法により固定化して、反応に繰り返し利用することも、連続反応に利用することも有利に実施できる。

ケトース３−エピメラーゼが組換え型酵素である場合には、宿主の種類によっては菌体内に酵素が蓄積することがある。このような場合には、菌体又は培養物をそのまま使用することも可能であるものの、通常は使用に先立ち、必要に応じて、浸透圧ショックや界面活性剤により菌体から抽出した後、又は、超音波や細胞壁溶解酵素により菌体を破砕した後、濾過、遠心分離などにより組換え型酵素を菌体又は菌体破砕物から分離して用いることも有利に実施できる。

ケトースの変換反応は、通常、次の条件で行なわれる。基質濃度は１乃至６０％（ｗ／ｖ）、望ましくは、約５乃至５０％（ｗ／ｖ）、反応温度は１０乃至７０℃、望ましくは、約３０乃至６０℃、反応ｐＨは５乃至１０、望ましくは、約７乃至１０、酵素活性は基質１グラム当り１単位以上、望ましくは、５０乃至５，０００単位の範囲から選ばれる。反応時間は、適宜選択できるが、経済性との関係で、バッチ反応の場合には、通常、５乃至５０時間の範囲が選ばれる。

このようにして変換させて得られる反応溶液は、原料のケトースと新たに生成したケトースとを含有しており、これをそのまま甘味料、保湿剤、結晶析出防止剤、照り付与剤などとして利用することも有利に実施できる。通常、反応溶液は、常法に従い、活性炭を用いて脱色し、Ｈ型及びＯＨ型イオン変換樹脂を用いて脱塩、濃縮してシラップ状製品を得る。

必要ならば、更に、この濃縮液を、例えば、アルカリ金属型又はアルカリ土類金属型強酸性カチオン交換樹脂を用いるカラムクロマトグラフィーにより、新たに生成したケトースと原料ケトースとを分離精製し、新たに生成したケトース高含有画分を濃縮し、シラップ状製品を得ることも、更に、結晶化しうるケトースの場合には、晶出させて、結晶製品を得ることも有利に実施できる。また、この分離された原料のケトースを、再度、変換反応の原料に用いることも有利に実施できる。

このようにして得られたケトースは、甘味料として好適であり、飲食物、飼料、餌料、歯みがき、口中香錠、舌下錠、内服薬など経口摂取物の甘味付け、嗜好性向上などに有利に利用できる。また、発酵用炭素源、試薬、化学品・医薬品の原料、中間体などとしても有利に利用できる。

以下、実験により本発明を詳細に説明する。なお、以下の実験においてはＤ−プシコースをＤ−フラクトースに変換するＤ−プシコース３−エピメラーゼ活性を前述した活性測定法により測定し、ケトース３−エピメラーゼ活性と表記した。

＜実験１：リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０の培養＞
澱粉部分分解物（商品名「パインデックス＃４」、松谷化学工業株式会社販売）１．５％（ｗ／ｖ）、マルトース（商品名「サンマルトＳ」、株式会社林原商事販売）０．１％（ｗ／ｖ）、酵母エキス（商品名「酵母エキスＳ」、日本製薬株式会社販売）０．１％（ｗ／ｖ）、ポリペプトン（商品名「ポリペプトンＳ」、日本製薬株式会社販売）０．５％（ｗ／ｖ）、リン酸水素二カリウム０．１％（ｗ／ｖ）、リン酸二水素ナトリウム０．０６％（ｗ／ｖ）、硫酸マグネシウム０．０５％（ｗ／ｖ）、硫酸第一鉄０．００１％（ｗ／ｖ）、硫酸マンガン０．００１％（ｗ／ｖ）及び脱イオン水からなる液体培地を３０Ｌ−容ジャーファーメンターに２０Ｌ入れ、１２０℃、２０分間滅菌した後、リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０の種培養液１％（ｖ／ｖ）を無菌的に添加し、通気撹拌しながら２７℃で７２時間培養した。得られた培養液中のケトース３−エピメラーゼ活性は約１．０単位／ｍｌ−培養液であった。

＜実験２：ケトース３−エピメラーゼの精製＞
実験１で得た培養液約１０Ｌから遠心分離して菌体を集め、これを２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）１Ｌに懸濁し、細胞破砕機ダイノミル（ベッコーフェン製）を用いて破砕した。得られた菌体破砕懸濁液を遠心分離し、上清を回収して菌体破砕抽出液とした。菌体破砕抽出液は、２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）に対して透析した後、セパビーズ（Ｓｅｐａｂｅａｄｓ） ＦＰ−ＤＡ１３（三菱化学株式会社製）を用いた陰イオン交換クロマトグラフィー（ゲル容量８００ｍｌ）に供し、吸着したケトース３−エピメラーゼを食塩濃度０Ｍから０．６Ｍのリニアグラジエントで溶出させた。得られた活性画分を回収し、終濃度１Ｍとなるように硫安を添加し、ブチル−トヨパール（Ｂｕｔｙｌ−Ｔｏｙｏｐｅａｒｌ） ６５０Ｍ（東ソー株式会社製）を用いた疎水クロマトグラフィー（ゲル容量１００ｍｌ）に供したところ、ケトース３−エピメラーゼは吸着せず非吸着画分に溶出した。活性画分を２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）に透析し、ＤＥＡＥ−トヨパール（Ｔｏｙｏｐｅａｒｌ） ６５０Ｓ（東ソー株式会社製）を用いた陰イオン交換カラムクロマトグラフィー（ゲル容量１００ｍｌ）に供し、吸着したケトース３−エピメラーゼを食塩濃度０Ｍから０．６Ｍのリニアグラジエントで溶出させた。得られた活性画分を濃縮し、トヨパール ＨＷ−５５Ｓ（東ソー株式会社製）を用いるゲル濾過クロマトグラフィー（ゲル容量３００ｍｌ）に供し活性画分を回収した。得られた活性画分は、さらにリソース（Ｒｅｓｏｕｃｅ） ＰＨＥ（アマシャム・バイオサイエンス社製）を用いた疎水クロマトグラフィー、リソース Ｑ（アマシャム・バイオサイエンス社製）を用いた陰イオン交換クロマトグラフィー及びスーパーデックス（Ｓｕｐｅｒｄｅｘ） ２００ ＨＲ２６／６０（アマシャム・バイオサイエンス社製）を用いたゲル濾過クロマトグラフィーに供して精製し、ケトース３−エピメラーゼ精製標品を得た。精製工程を表１にまとめた。

表１の結果から明らかなように、この精製工程によって、比活性は約２，０８０倍に上昇した。精製したケトース３−エピメラーゼ標品の純度を５乃至２０％（ｗ／ｖ）濃度勾配ポリアクリルアミドゲルを用いたゲル電気泳動法により検定したところ、蛋白バンドはほぼ単一であり、純度の高い標品であった。

＜実験３：ケトース３−エピメラーゼの性質＞

＜実験３−１：分子量＞
実験２の方法で得たケトース３−エピメラーゼ精製標品をＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲル電気泳動法（５乃至２０％（ｗ／ｖ）濃度勾配）に供し、同時に泳動した分子量マーカー（日本バイオ・ラッド・ラボラトリーズ株式会社製）と比較して分子量を測定したところ、ケトース３−エピメラーゼの分子量は３０，０００±３，０００ダルトンであることが判明した。

＜実験３−２：至適ｐＨ及び至適温度＞
実験２の方法で得たケトース３−エピメラーゼ精製標品を用いて、ケトース３−エピメラーゼ活性に及ぼすｐＨ、温度の影響を活性測定の方法に準じて調べた。これらの結果を図１（至適ｐＨ）、図２（至適温度）に示した。本発明のケトース３−エピメラーゼの至適ｐＨは、４５℃、３０分間反応、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下の条件でｐＨ９．０乃至９．５であった。至適温度はｐＨ８．０、３０分間反応、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン非存在下（図２における符号●）の条件で約５０℃であり、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下（図２における符号○）では約６５℃であることが判明した。

＜実験３−３：ｐＨ安定性及び温度安定性＞
実験２の方法で得たケトース３−エピメラーゼ精製標品を用いて、ケトース３−エピメラーゼのｐＨ安定性及び温度安定性を調べた。ｐＨ安定性は、酵素を１ｍＭ ＭｎＣｌ_２添加又は無添加の各ｐＨの１０ｍＭ緩衝液中で３０℃、６０分間保持した後、ｐＨを８．０に調整し、残存する酵素活性を測定することにより求めた。温度安定性は、１ｍＭ ＭｎＣｌ_２添加又は無添加の２０ｍＭトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）を用い、酵素溶液を各温度に１０分間保持し、水冷した後、残存する酵素活性を測定することにより求めた。これらの結果を図３（ｐＨ安定性）、図４（温度安定性）に示した。図３から明らかなように、本発明のケトース３−エピメラーゼのｐＨ安定性は、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオンの非存在下（図３における符号●）では少なくともｐＨ８乃至１０の範囲で安定であることが判明した。ｐＨ１０を越えると活性測定において、生成するＤ−フラクトースの定量に支障をきたすため、ｐＨ１０を越える範囲の安定性は評価できなかった。一方、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下（図３における符号○）では、ｐＨ４．５乃至９．５の範囲で安定であることが判明した。また、図４から明らかなように、温度安定性は、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン非存在下（図４における●）では約５０℃以下で安定であり、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下（図４における○）では約７５℃以下で安定であることが判明した。

＜実験３−４：酵素活性に及ぼす金属イオンの影響＞
実験２の方法で得た精製酵素標品を用いて、酵素活性に及ぼす金属イオンの影響を、１ｍＭのＭｎＣｌ_２を含まない基質溶液を用い、濃度１ｍＭの各種金属塩存在下で活性測定することにより調べた。金属塩の内、塩化鉄の２種（ＦｅＣｌ_２及びＦｅＣｌ_３）及び塩化水銀（ＨｇＣｌ_２）は反応液中のＤ−フラクトースの定量に悪影響を及ぼすため、これら３種の金属イオン存在下におけるＤ−フラクトースの生成量については、ＨＰＬＣを用いて定量した。結果を表２に示す。

本発明のケトース３−エピメラーゼの活性は、調査した１５種の金属イオンの内、Ｍｇ^２＋及びＭｎ^２＋イオンによって、それぞれ金属イオン無添加時の約１４０％及び約２８０％に活性化された。Ｓｎ^２＋イオンでは若干、活性化され、Ｃｏ^２＋及びＳｒ^２＋イオンでは影響は認められなかった。Ｎｉ^２＋、Ｃｕ^２＋、Ｐｂ^２＋、Ｆｅ^２＋及びＦｅ^３＋の各イオンでは活性がやや阻害され、Ｚｎ^２＋及びＨｇ^２＋イオンでは著しく阻害された。また、ＥＤＴＡによっては阻害されなかった。

＜実験３−５：Ｎ末端アミノ酸配列＞
実験２の方法で得た精製ケトース３−エピメラーゼ標品を用いて、本酵素のＮ末端アミノ酸配列を、プロテインシーケンサー モデル４９２ＨＴ（アプライドバイオシステムズ社製）を用いて分析したところ、配列表における配列番号１で示されるアミノ酸配列、すなわち、メチオニン−グルタミン酸−グリシン−フェニルアラニン−グリシン−バリン−ヒスチジン−スレオニン−セリン−メチオニン を有していることが判明した。

＜実験４：ケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡのクローニング及びこれを含む組換えＤＮＡと形質転換体の調製＞
ケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡをリゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０からクローニングし、自律複製可能な組換えＤＮＡの作製、酵素をコードするＤＮＡの塩基配列の決定、及び形質転換体の調製を行った。

＜実験４−１：染色体ＤＮＡの調製＞
Ｄ−マンニトール２ｗ／ｖ％、酵母エキス（商品名『Ｂａｃｔｏ−ｙｅａｓｔ ｅｘｔｒａｃｔ』、Ｄｉｆｃｏ社販売）０．１ｗ／ｖ％、ペプトン（商品名『Ｂａｃｔｏ−ｐｅｐｔｏｎｅ』、Ｄｉｆｃｏ社販売）、０．５ｗ／ｖ％、リン酸二カリウム０．１ｗ／ｖ％、リン酸一ナトリウム・２水塩０．１ｗ／ｖ％、硫酸マグネシウム・７水塩０．０５ｗ／ｖ％及び水からなる液体培地（ｐＨ７．０）を、５００ｍｌ容三角フラスコ２０本に５０ｍｌずつ入れ、オートクレーブで１２１℃、２０分間滅菌し、冷却して、リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０を接種し、２７℃、２３０ｒｐｍで２日間回転振盪培養した。

遠心分離により培養物から採取した菌体をＴＥＳ緩衝液（ｐＨ８．０）に浮遊させ、リゾチームを０．０５％（ｗ／ｖ）加え、３７℃で３０分間インキュベートした。処理物を−８０℃で１時間凍結後、ＴＥＳ緩衝液（ｐＨ９．０）を加えて６０℃に加温し、ＴＥＳ緩衝液／フェノール混液を加え、氷水中で冷却しながら１０分間激しく振盪した後、遠心分離により上清を採取した。この上清に２倍容の冷エタノールを加え、沈殿した粗染色体ＤＮＡを採取し、ＳＳＣ緩衝液（ｐＨ７．１）に溶解後、リボヌクレアーゼとプロテイナーゼをそれぞれ７．５μｇと１２５μｇ加え、３７℃で１時間保持して反応させた。反応物にクロロホルム／イソアミルアルコール混液を加えて染色体ＤＮＡを抽出し、冷エタノールを加え、生成した染色体ＤＮＡを含む沈殿を採取した。このようにして得た精製染色体ＤＮＡを濃度約１ｍｇ／ｍｌになるようにＳＳＣ緩衝液（ｐＨ７．１）に溶解し、−８０℃で凍結した。

＜実験４−２：ケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡのクローニング及び塩基配列の決定＞
実験３−５で得たケトース３−エピメラーゼのＮ末端アミノ酸配列（配列表における配列番号１で示されるアミノ酸配列）に基づき、同アミノ酸配列と相同性を示すアミノ酸配列を有する蛋白質を、相同性検索プログラム『ＢＬＡＳＴ』を用い、データベース『ＧｅｎＢａｎｋ』を対象に検索したところ、Ｎ末端アミノ酸配列のアミノ酸残基１０残基中９残基が一致するシノリゾビウム・メリロティ（Ｓｉｎｏｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｍｅｌｉｌｏｔｉ）１０２１由来の未知蛋白質が認められ、この蛋白質も糖質のエピメラーゼと推察された。なお、当該未知蛋白質は配列表における配列番号４で示されるアミノ酸配列を有しており、配列表における配列番号５で示される塩基配列を有するＤＮＡによりコードされていた。リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０のケトース３−エピメラーゼのアミノ酸配列が全域にわたり上記未知蛋白質のアミノ酸配列と相同性が高いとの前提をもとに、ケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡのクローニングを試みた。

配列表における配列番号４で示されるアミノ酸配列（シノリゾビウム・メリロティ１０２１由来未知蛋白質）の第１０乃至１６番目のアミノ酸配列に基づき、センスプライマーとして配列表における配列番号６で示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成し、同第１７９乃至１８５番目のアミノ酸配列に基づき、アンチセンスプライマーとして配列表における配列番号７で示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。これらのプライマーを用い、実験４−１で得た染色体ＤＮＡを鋳型として常法によりＰＣＲ増幅を行ったところ、約６００ｂｐのＤＮＡ断片が増幅された。このＤＮＡ断片をクローニングベクターｐＣＲ−Ｓｃｒｉｐｔ Ａｍｐ ＳＫ＋（ストラタジーン社製）の制限酵素Ｓｒｆ Ｉサイトにクローニングし、得られた組換えＤＮＡを用いて大腸菌ＪＭ１０９を形質転換した。形質転換体５クローンからプラスミドを調製して調べたところ、いずれも目的とする約６００ｂｐのＤＮＡ断片を有していた。１クローンを選択して、その組換えプラスミドを「ｐＣＲ１２−１」と命名した。

組換えＤＮＡ、ｐＣＲ１２−１が有する約６００ｂｐのＤＮＡ断片の塩基配列を、通常のジデオキシ法により解読したところ、解読した３４５ｂｐの塩基配列がコードするアミノ酸配列は、前記シノリゾビウム・メリロティ １０２１由来の糖質のエピメラーゼと推察される未知蛋白質の部分アミノ酸配列と約７８％の高い相同性を有していた。この結果から、得られたＤＮＡ断片は目的とするケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡの一部と推察された。

上記のケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡの一部と推察されたＤＮＡ断片が制限酵素Ｃｌａ Ｉにて切断されないことを予め確認した後、実験４−１で得た染色体ＤＮＡを制限酵素Ｃｌａ Ｉにて消化し、消化物をセルフライゲーションさせて環状化ゲノムを得た。ケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡの一部と推察されたＤＮＡ断片の塩基配列に基づき、プライマーとして、配列表における配列番号８乃至１１で示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成した。配列表における配列番号８及び９の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドをそれぞれセンスプライマー及びアンチセンスプライマーとして用い、上記環状化ゲノムを鋳型として１次ＰＣＲを行い、続いて、配列表における配列番号１０及び１１の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドをそれぞれセンスプライマー及びアンチセンスプライマーとして２次ＰＣＲを行ったところ、約１，８００ｂｐのＤＮＡ断片が増幅された。

得られた約１，８００ｂｐのＤＮＡ断片の塩基配列を、直接、常法のジデオキシ法により解読し、当該塩基配列にコードされるアミノ酸配列と実験３−５の方法で確認されたケトース３−エピメラーゼのＮ末端アミノ酸配列（配列表における配列番号１で示されるアミノ酸配列）を比較したところ、当該塩基配列内にコードされた、配列表における配列番号２で示されるアミノ酸配列における第１乃至１０番目のアミノ酸配列と完全に一致した。このことは、リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０のケトース３−エピメラーゼが、配列表における配列番号２で示される２８２アミノ酸残基のアミノ酸配列からなるものであり、且つ、当該酵素をコードするＤＮＡは、配列表における配列番号３で示される鎖長８４６ｂｐの塩基配列を有することを示している。なお、配列表における配列番号２に示されるアミノ酸配列から算出される分子量は約３０，９００ダルトンであり、この値は実験３−１において測定されたリゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０のケトース３−エピメラーゼの分子量３０，０００±３，０００ダルトンとよく一致した。

＜実験４−３：ケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡの再クローニングと塩基配列の再確認＞
実験４−２で決定したケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡの塩基配列を確定させる目的で、当該ＤＮＡにおける翻訳開始コドン及び終始コドンを含むプライマーを合成し、実験４−１で得た染色体ＤＮＡを鋳型としてＰＣＲを行い、ケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡの再クローニングを行い、塩基配列を再度解析した。また、上記プライマーは、再クローン化したケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡを発現用ベクターに組込む目的で、当該ＤＮＡの上流に制限酵素Ｎｄｅ Ｉ認識部位を導入し、下流に制限酵素Ｅｃｏ ＲＩ認識部位を導入すべく設計した。

配列表における配列番号１２及び１３でそれぞれ示される塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成し、それぞれをセンスプライマー及びアンチセンスプライマーとして用い、実験４−１で得た染色体ＤＮＡを鋳型としてＰＣＲを行い、増幅ＤＮＡ断片をベクターｐＣＲ−Ｓｃｒｉｐｔ Ａｍｐ ＳＫ＋（ストラタジーン社製）の制限酵素Ｓｒｆ Ｉサイトにクローニングし、得られた組換えＤＮＡを『ｐＣＲＤＰＥ６』と命名した。ｐＣＲＤＰＥ６が有するＤＮＡの塩基配列を常法のジデオキシ法により決定したところ、実験４−２で決定した配列表における配列番号３で示される塩基配列と全く同一の塩基配列を含んでいた。

＜実験５：発現用組換えＤＮＡ、ｐＥＴＤＰＥ１の作製とその形質転換体による組換え型ケトース３−エピメラーゼの産生＞
組換えＤＮＡ『ｐＣＲＤＰＥ６』中のケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡを発現用ベクターに挿入し、大腸菌において組換え型ケトース３−エピメラーゼを発現させ、その活性を調べた。

＜実験５−１：発現用組換えＤＮＡ、ｐＥＴＤＰＥ１の作製及び形質転換体ＥＴＤＰＥ１の調製＞
実験４−３で得たケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡを含む組換えＤＮＡ『ｐＣＲＤＰＥ６』を制限酵素Ｎｄｅ Ｉ及びＥｃｏ ＲＩにより消化し、７０℃で３０分間熱処理して制限酵素を失活させた。この消化物を用いて、予め制限酵素Ｎｄｅ Ｉ及びＥｃｏ ＲＩで消化した発現ベクター、ｐＥＴ−３８ｂ（＋）（ノバジェン社製）に市販のキット（商品名「Ｌｉｇａｔｉｏｎ Ｋｉｔ Ｖｅｒ．２．１、宝酒造製）を用いて挿入した。この反応物を用いて大腸菌ＪＭ１０９（東洋紡製）を形質転換し、目的とする組換えＤＮＡを保持する形質転換体を選択し、この形質転換体から組換えＤＮＡを単離して『ｐＥＴＤＰＥ１』と命名した。次いで、ｐＥＴＤＰＥ１を図５に示す。ｐＥＴＤＰＥ１を用いて発現用宿主大腸菌Ｒｏｓｅｔｔａ（ＤＥ３）（ノバジェン社製）を形質転換して形質転換体『ＥＴＤＰＥ１』を調製した。

＜実験５−２：形質転換体ＥＴＤＰＥ１による組換え型ケトース３−エピメラーゼの産生＞
１０ｇ／ｌトリプトン（商品名『Ｂａｃｔｏ−ｔｒｙｐｔｏｎｅ』、Ｄｉｆｃｏ社販売）、５ｇ／ｌ酵母エキス（商品名『Ｂａｃｔｏ−ｙｅａｓｔ ｅｘｔｒａｃｔ』、Ｄｉｆｃｏ社販売）及び１０ｇ／ｌ食塩及び水からなる液体培地を、５００ｍｌ容三角フラスコに１００ｍｌずつ入れ、オートクレーブで１２１℃、２０分間滅菌し、冷却して、無菌的にｐＨ７．５に調整した後、カナマイシン２ｍｇを無菌的に添加して液体培地を調製した。この液体培地に実験５−１の方法で得た形質転換体ＥＴＤＰＥ１を接種し、３７℃で回転振盪培養して濁度が約０．６に達した時点でイソプロピル−１−チオ−β−Ｄ−ガラクトピラノシド（ＩＰＴＧ）を終濃度０．４ｍＭになるように添加してケトース３−エピメラーゼ遺伝子の発現を誘導し、さらに２７℃で３時間培養した。得られた培養物を、常法に従い、遠心分離して菌体を回収した。次いで、菌体を２０ｍＭトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ７．５）に懸濁した後、その菌体懸濁液を氷水中で冷却しながら超音波ホモジナイザー（モデルＵＨ−６００、株式会社エスエムテー製）で細胞破砕し、その破砕物の遠心上清を細胞破砕可溶性画分とした。

このようにして調製した細胞破砕可溶性画分についてケトース３−エピメラーゼ活性を測定し、活性値を培養物１ｍｌ当りに換算した。なお、対照としてプラスミドｐＥＴ−３８ｂ（＋）を保持する大腸菌Ｒｏｓｅｔｔａ（ＤＥ３）を上述の形質転換体の場合と同一条件で培養し、同様に培養物から細胞破砕可溶性画分を調製し、ケトース３−エピメラーゼ活性を測定した。これらの結果を表３に示す。

表３の結果から明らかなように、形質転換体ＥＴＤＰＥ１は、組換え型ケトース３−エピメラーゼを細胞内に産生することが判明した。発現用ベクターのみを保持する対照の大腸菌では当該酵素活性は全く認められなかった。

この実験５の方法で得た細胞破砕可溶性画分を、さらに実験２に示した方法に準じて、塩析、透析し、セパビーズゲル、ブチル−トヨパールゲルを用いたカラムクロマトグラフィーに供して部分精製し、さらにこの部分精製酵素標品を実験３に示した方法に準じて分析した。その結果、組換え型ケトース３−エピメラーゼの至適ｐＨは、４５℃、３０分間反応、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下でｐＨ９．０乃至９．５、至適温度はｐＨ８．０、３０分間反応、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下で約６５℃、ｐＨ安定性は、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下、各ｐＨに３０℃で６０分間保持する条件下で約４．５乃至９．５の範囲で安定、温度安定性は、各温度にｐＨ８．０で１０分間保持する条件下で、Ｍｎ^２＋イオン非存在下で約５０℃まで、１ｍＭ Ｍｎ^２＋イオン存在下で約７５℃まで安定であった。これらの理化学的性質は、実験２に示された方法で調製された当該酵素のそれと実質的に同一であった。以上の結果は、本発明のケトース３−エピメラーゼは、組換えＤＮＡ技術によって良好に製造できることを示している。

＜実験６：ケトース３−エピメラーゼの基質特異性＞
実験２の方法で得たケトース３−エピメラーゼの精製標品を用いて、当該酵素の基質特異性を、各種Ｄ−又はＬ−ケトヘキソース及びＤ−又はＬ−ケトペントースを用いて調べた。Ｄ−フラクトース、Ｄ−プシコース、Ｄ−タガトース、Ｄ−ソルボース、Ｄ−キシルロース、Ｄ−リブロース、Ｌ−フラクトース、Ｌ−プシコース、Ｌ−タガトース、Ｌ−ソルボース、Ｌ−キシルロース又はＬ−リブロースを、それぞれ終濃度１％（ｗ／ｖ）になるように１ｍＭのＭｎＣｌ_２を含む２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）に溶解したものを基質溶液とし、実験２の方法で得たケトース３−エピメラーゼ精製標品をＤ−プシコース３−エピメラーゼ活性として基質固形物１グラム当たり２単位又は２０単位ずつ加え、４５℃で１７時間反応させた。１００℃で１０分間保持して反応を停止させた後、それぞれの基質から生成したエピマーの含量を高速液体クロマトグラフィー（以下、ＨＰＬＣと略称する。）を用いて測定した。ＨＰＬＣは、カラムに『ＭＣＩ ＧＥＬ ＣＫ０８ＥＣ』（株式会社三菱化学製）を用い、溶離液に水を用いて、カラム温度７５℃、流速０．６ｍｌ／分の条件で行い、検出は示差屈折計ＲＩＤ−１０Ａ（株式会社島津製作所製）を用いて行った。結果を表４に示す。

表４の結果から明らかなように、本発明のケトース３−エピメラーゼは試験した全てのＤ−又はＬ−ケトヘキソース、Ｄ−又はＬ−ケトペントースに作用して、程度の差はあるものの３位水酸基のアノマーをエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトヘキソース、Ｄ−又はＬ−ケトペントースを生成することが判明した。酵素作用量が２単位／ｇ−基質と少ない場合においてもＤ−プシコースの約３９％がＤ−フラクトースに変換され、一方、Ｄ−フラクトースの約１８％がＤ−プシコースに変換されたことから、本発明のケトース３−エピメラーゼは試験した基質の中ではＤ−フラクトース及びＤ−プシコース間の変換を最も良く触媒することが判明した。Ｄ−リブロース及びＤ−キシルロース間、又は、Ｌ−リブロース及びＬ−キシルロース間の変換も比較的良く触媒したものの、Ｄ−タガトース及びＤ−ソルボース間の変換はごく僅かであった。

一方、上記と同様に、Ｄ−グルコース、Ｄ−ガラクトース、Ｄ―マンノース、Ｄ−キシロース、Ｄ−リボース又はＬ−アラビノースを用いて、Ｄ−アルドヘキソース、Ｄ−又はＬ−アルドペントースへの作用も調べたところ、これらの基質には当該ケトース３−エピメラーゼは全く作用せず、試験した範囲ではアルドースには作用しないことが確認された。

＜実験７：他のリゾビウム属に属する微生物由来のケトース３−エピメラーゼ＞
他のリゾビウム属に属する微生物の内、ケトース３−エピメラーゼ産生能の認められたリゾビウム・フレディ（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｆｒｅｄｉｉ） ＡＴＣＣ３５４２３及びリゾビウム・メリロティ（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｍｅｌｉｌｏｔｉ） ＡＴＣＣ９９３０を実験１の場合と同様にファーメンターで培養した。それぞれの培養液約１０Ｌを用いて、実験２の場合と同様に菌体を破砕し、遠心上清を回収し、続いて、透析、陰イオン交換カラムクロマトグラフィーに供して部分精製酵素を調製した。得られた部分精製酵素について実験３の場合と同様に酵素的性質を調べた。これらの結果を、前述のリゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０由来のケトース３−エピメラーゼの性質及び公知のシュードモナス・チコリ ＳＴ−２４由来の酵素の性質（Ｋｅｎ Ｉｚｕｍｏｒｉら、Ｂｉｏｓｃｉ． Ｂｉｏｔｅｃｈ． Ｂｉｏｃｈｅｍ．，５７，１０３７−１０３９（１９９３）より抜粋）とともに表５にまとめた。

表５の結果から明らかなように、リゾビウム・フレディ ＡＴＣＣ３５４２３及びリゾビウム・メリロティ ＡＴＣＣ９９３０由来のケトース３−エピメラーゼは、リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０由来の酵素と同等の酵素的性質を示した。これらリゾビウム属微生物由来ケトース３−エピメラーゼの性質は、従来のシュードモナス・チコリ ＳＴ−２４の酵素のそれとは異なっていた。

リゾビウム・フレディ ＡＴＣＣ３５４２３及びリゾビウム・メリロティ ＡＴＣＣ９９３０由来のケトース３−エピメラーゼについても実験２と同様にＤＥＡＥ−トヨパール工程まで精製した部分精製酵素を用いて実験６の場合と同様に基質特異性を調べたところ、前述のリゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０由来のケトース３−エピメラーゼと同等の結果であった。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、本実施例におけるケトース３−エピメラーゼ活性は、実験の項と同様にＤ−プシコース３−エピメラーゼ活性を意味する。

＜ケトース３−エピメラーゼの調製＞
実験１で用いた液体培地を３０Ｌ−容ジャーファーメンターに約２０Ｌ入れ、１２０℃、２０分間滅菌した後、リゾビウム・フレディ ＡＴＣＣ３５４２３の種培養液１％（ｖ／ｖ）を無菌的に添加し、通気撹拌しながら２７℃で６０時間培養した。得られた培養液中のケトース３−エピメラーゼ活性は約０．７単位／ｍｌ−培養液であった。培養液約１８Ｌから遠心分離して菌体を集め、これを２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）１．５Ｌに懸濁し、細胞破砕機ダイノミル（ベッコーフェン製）を用いて破砕した。得られた菌体破砕懸濁液を遠心分離し、上清を回収して菌体破砕抽出液とした。菌体破砕抽出液は、実験２の方法に準じてＤＥＡＥ−トヨパール ６５０Ｓ（東ソー株式会社製）を用いた陰イオン交換カラムクロマトグラフィーの段階まで精製し、ケトース３−エピメラーゼ部分精製酵素標品として総活性で約７，２００単位を得た。

＜ケトース３−エピメラーゼの調製＞
常法により、リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０を突然変異させ、ケトース３−エピメラーゼ高産生変異株を取得した。実験１で用いた液体培地を３０Ｌ−容ジャーファーメンターに約２０Ｌ入れ、１２０℃、２０分間滅菌した後、上記変異株の種培養液１％（ｖ／ｖ）を無菌的に添加し、通気撹拌しながら２７℃で６０時間培養した。得られた培養液中のケトース３−エピメラーゼ活性は約１３単位／ｍｌ−培養液であった。培養液約１８Ｌから遠心分離して菌体を集め、これを２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）１．５Ｌに懸濁し、細胞破砕機ダイノミル（ベッコーフェン製）を用いて破砕した。得られた菌体破砕懸濁液を遠心分離し、上清を回収して菌体破砕抽出液とした。菌体破砕抽出液は、実験２の方法に準じてＤＥＡＥ−トヨパール ６５０Ｓ（東ソー株式会社製）を用いた陰イオン交換カラムクロマトグラフィーの段階まで精製し、ケトース３−エピメラーゼ部分精製酵素標品として総活性で約８２，０００単位を得た。

＜Ｄ−フラクトースからのＤ−プシコースの製造＞
Ｄ−フラクトースの１０ｗ／ｖ％水溶液（ｐＨ８．０、１ｍＭのＭｎＣｌ_２を含む）に、実施例１の方法で得たリゾビウム・フレディ ＡＴＣＣ３５４２３由来の部分精製ケトース３−エピメラーゼを、Ｄ−フラクトース１グラム当り５０単位の割合で加え、４５℃、３０時間反応させた。反応後、反応液を常法に従って、活性炭を用いて脱色し、次いで、Ｈ型イオン交換樹脂（商品名「ダイヤイオン ＳＫ１Ｂ」、三菱化学株式会社製造）及びＯＨ型イオン交換樹脂（商品名「ダイヤイオン ＷＡ３０」、三菱化学株式会社製造）を用いて脱塩し、減圧濃縮してＤ−プシコースを含む透明なシラップを得た。本シラップを塩型強酸性カチオン交換樹脂（アンバーライトＣＲ−１３１０、Ｎａ型、オルガノ株式会社製造）を用いるカラムクロマトグラフィーにかけ、分離精製し、濃縮してシラップ状のＤ−プシコースを固形物当り収率約２３％で得た。本品の理化学的性質は、標準のＤ−プシコースのそれとよく一致した。本品は、甘味料、発酵用炭素源、試薬、化学品、医薬品の原料及び中間体などとして有利に利用できる。また、本酵素反応が可逆的な反応であることから、原料としてＤ−プシコースを用いることにより、Ｄ−フラクトースを製品として採取することも容易である。

＜Ｄ−キシルロースからのＤ−リブロースの調製＞
Ｄ−キシルロースの１％（ｗ／ｖ）水溶液（ｐＨ８．０、１ｍＭのＭｎＣｌ_２を含む）に、実験１及び２の方法でＤＥＡＥ−トヨパール工程まで部分精製したリゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０由来のケトース３−エピメラーゼをＤ−キシルロース１グラム当り２０単位の割合で加え、４５℃、５０時間反応させた。反応後、反応液を実施例３と同様に、脱色、脱塩し、減圧濃縮してＤ−リブロースを含む透明なシラップを得た。本シラップを実施例３と同様に塩型強酸性カチオン交換樹脂を用いるカラムクロマトグラフィーにより、分離精製し、濃縮してシラップ状のＤ−リブロースを固形物当り収率約１６％で得た。本品の理化学的性質は、標準のＤ−リブロースのそれとよく一致した。本品は、甘味料、発酵用炭素源、試薬、化学品、医薬品の原料及び中間体などとして有利に利用できる。また、本酵素反応が可逆的な反応であることから、原料としてＤ−リブロースを用いることにより、Ｄ−キシルロースを製品として採取することも容易である。

＜Ｌ−キシルロースからのＬ−リブロースの調製＞
１％（ｗ／ｖ）Ｌ−キシルロース水溶液（ｐＨ８．０、１ｍＭのＭｎＣｌ_２を含む）に対し、実施例１の方法で得たリゾビウム・フレディ ＡＴＣＣ３５４２３由来の部分精製ケトース３−エピメラーゼをＬ−キシルロース１グラム当り１００単位の割合で加え、４５℃、５０時間反応した。反応後、反応液を実施例２と同様に、脱色、脱塩し、減圧濃縮してＬ−リブロースを含む透明なシラップを得た。本シラップを実施例３と同様に塩型強酸性カチオン交換樹脂を用いるカラムクロマトグラフィーにより、分離精製し、濃縮してシラップ状のＬ−リブロースを固形物当り収率約２５％で得た。本品の理化学的性質は、標準のＬ−リブロースのそれとよく一致した。本品は、甘味料、発酵用炭素源、試薬、化学品、医薬品の原料及び中間体などとして有利に利用できる。また、本酵素反応が可逆的な反応であることから、原料としてＬ−リブロースを用いることにより、Ｌ−キシルロースを製品として採取することも容易である。

＜Ｌ−タガトースからのＬ−ソルボースの調製＞
１％（ｗ／ｖ）Ｌ−タガトース水溶液（ｐＨ８．０、１ｍＭのＭｎＣｌ_２を含む）に対し、実施例２の方法で得た、リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０の酵素高産生変異株由来の部分精製ケトース３−エピメラーゼをＬ−タガトース１グラム当り２０単位の割合で加え、４５℃、５０時間反応した。反応後、反応液を実施例３と同様に、脱色、脱塩し、減圧濃縮してＬ−ソルボースを含む透明なシラップを得た。本シラップを実施例３と同様に塩型強酸性カチオン交換樹脂を用いるカラムクロマトグラフィーにより、分離精製し、濃縮してシラップ状のＬ−ソルボースを固形物当り収率約２５％で得た。本品の理化学的性質は、標準のＬ−ソルボースのそれとよく一致した。本品は、甘味料、発酵用炭素源、試薬、化学品、医薬品の原料及び中間体などとして有利に利用できる。また、本酵素反応が可逆的な反応であることから、原料としてＬ−ソルボースを用いることにより、Ｌ−タガトースを製品として採取することも容易である。

＜固定化ケトース３−エピメラーゼ＞
リゾビウム・レグミノサラム ＡＴＣＣ１４４８０を実験１と同様の方法で培養し、遠心分離してケトース３−エピメラーゼ活性を発現した湿菌体１００ｇを得た。次いで、この湿菌体を２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）に溶解した２．５％アルギン酸ナトリウム（和光純薬工業株式会社販売）１００ｍｌに混練した。得られた菌体を含むスラリーを、マグネティックスターラーで攪拌した０．１ＭＣａＣｌ_２溶液に、水面より約２０ｃｍの高さから連続的に滴下し、直径約２ｍｍの球状のゲル化物を調製した。これを０．１ＭＣａＣｌ_２溶液中に約２時間保持した後、吸引濾過してアルギン酸固定化菌体を回収した。この固定化菌体はケトース３−エピメラーゼ活性を発現していることから、カラムに充填するなどして固定化ケトース３−エピメラーゼとして有利に利用できる。

本発明のケトース３−エピメラーゼは、遊離のＤ−又はＬ−ケトヘキソース、Ｄ−又はＬ−ケトペントースに作用させて、これらケトースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトヘキソース、Ｄ−又はＬ−ケトペントースを容易に生成する。この反応は、各種ケトース、とりわけＤ−フラクトースを原料としたＤ−プシコースの大量生産の道を拓くものである。従って、本発明のケトース３−エピメラーゼとその製造方法の確立は、製糖産業のみならず、これに関連する食品、化粧品、医薬品産業における工業的意義が極めて大きい。

Claims (14)

1. リゾビウム（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）属に属する微生物から得ることができ、下記の基質特異性と理化学的性質を有するケトース３−エピメラーゼ：
   （１）Ｄ−又はＬ−ケトヘキソースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトヘキソースを生成する。Ｄ−又はＬ−ケトペントースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトペントースを生成する；
   （２）Ｄ−又はＬ−ケトヘキソース及びＤ−又はＬ−ケトペントースの中ではＤ−フラクトース及びＤ−プシコースに対する基質特異性が最も高い；
   （３）分子量
   ＳＤＳ−ポリアクリルアミドゲル電気泳動において、３０，０００±３，０００ダルトンを示す；
   （４）至適ｐＨ
   ４５℃、３０分間反応、１ｍＭ Ｍｎ ^２＋ イオン存在下の条件下で、ｐＨ９．０乃至９．５；
   （５）至適温度
   ｐＨ８．０、３０分間反応、１ｍＭ Ｍｎ ^２＋ イオン非存在下の条件下で、５０℃；
   １ｍＭ Ｍｎ ^２＋ イオン存在下で、６５℃；
   （６）ｐＨ安定性
   ３０℃、６０分間保持、１ｍＭ Ｍｎ ^２＋ イオン非存在下の条件下で、少なくともｐＨ８乃至１０の範囲で安定；
   １ｍＭ Ｍｎ ^２＋ イオン存在下で、ｐＨ４．５乃至９．５の範囲で安定；
   （７）温度安定性
   ｐＨ８．０、１０分間保持、１ｍＭ Ｍｎ ^２＋ イオン非存在下の条件下で、５０℃以下で安定；
   １ｍＭ Ｍｎ ^２＋ イオン存在下で、７５℃以下で安定；
   （８）金属イオンによる活性化
   Ｍｎ ^２＋ 又はＭｇ ^２＋ イオンにより活性化される。
2. リゾビウム属に属する微生物が、リゾビウム・レグミノサラム（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｌｅｇｕｍｉｎｏｓａｒｕｍ）、リゾビウム・フレディ（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｆｒｅｄｉｉ）及びリゾビウム・メリロティ（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ ｍｅｌｉｌｏｔｉ）のいずれかである請求項１記載のケトース３−エピメラーゼ。
3. 配列表における配列番号１で示されるアミノ酸配列をＮ末端アミノ酸配列として有する請求項１又は２記載のケトース３−エピメラーゼ。
4. 配列表における配列番号２で示されるアミノ酸配列か、配列表における配列番号２で示されるアミノ酸配列において、酵素の活性を保持する範囲で１個以上１０個未満のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加したアミノ酸配列を有する請求項１乃至３のいずれかに記載のケトース３−エピメラーゼ。
5. 請求項４記載のケトース３−エピメラーゼをコードするＤＮＡ。
6. 配列表における配列番号３で示される塩基配列か、又は配列表における配列番号３で示される塩基配列において、コードする酵素の活性を保持する範囲で１個以上３０個未満の塩基が欠失、置換若しくは付加した塩基配列、又はそれらに相補的な塩基配列を有する請求項５記載のＤＮＡ。
7. 遺伝子コードの縮重に基づき、コードするアミノ酸配列を変えることなく、塩基配列における塩基の１個以上３０個未満を他の塩基で置換した請求項５又は６記載のＤＮＡ。
8. 請求項５乃至７のいずれかに記載のＤＮＡと、自律複製可能なベクターを含んでなる組換えＤＮＡ。
9. 請求項８記載の組換えＤＮＡを適宜の宿主に導入してなる形質転換微生物。
10. リゾビウム属に属し、ケトース３−エピメラーゼ産生能を有する微生物を、栄養培地で培養して請求項１乃至４のいずれかに記載のケトース３−エピメラーゼを生成せしめ、これを採取することを特徴とするケトース３−エピメラーゼの製造方法。
11. 請求項９記載の形質転換微生物を培養し、培養物から組換え型ケトース３−エピメラーゼを採取することを特徴とする組換え型ケトース３−エピメラーゼの製造方法。
12. Ｄ−又はＬ−ケトヘキソース及びＤ−又はＬ−ケトペントースから選ばれる１種以上のケトースを含有する溶液に、リゾビウム（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）属微生物に由来し、下記の基質特異性を有するケトース３−エピメラーゼを作用させて、該ケトースの３位をエピマー化することを特徴とするケトースの変換方法；
    （１）Ｄ−又はＬ−ケトヘキソースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトヘキソースを生成する。Ｄ−又はＬ−ケトペントースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトペントースを生成する；
    （２）Ｄ−又はＬ−ケトヘキソース及びＤ−又はＬ−ケトペントースの中ではＤ−フラクトース及びＤ−プシコースに対する基質特異性が最も高い。
13. Ｄ−又はＬ−ケトヘキソース及びＤ−又はＬ−ケトペントースから選ばれる１種以上のケトースを含有する溶液に、リゾビウム（Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍ）属微生物に由来し、下記の基質特異性を有するケトース３−エピメラーゼを作用させて該ケトースの３位をエピマー化し、対応するケトースを生成せしめ、これを採取することを特徴とするケトースの製造方法；
    （１）Ｄ−又はＬ−ケトヘキソースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトヘキソースを生成する。Ｄ−又はＬ−ケトペントースの３位をエピマー化し、対応するＤ−又はＬ−ケトペントースを生成する；
    （２）Ｄ−又はＬ−ケトヘキソース及びＤ−又はＬ−ケトペントースの中ではＤ−フラクトース及びＤ−プシコースに対する基質特異性が最も高い。
14. ケトースを採取する方法が、塩型強酸性カチオン交換樹脂を用いるカラムクロマトグラフィーによりケトースを採取する方法であることを特徴とする請求項１３記載のケトースの製造方法。

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