JP5115954B2 - Functional magnetic bacteria - Google Patents

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Description

本発明は、機能性磁性細菌に関する。さらに詳しくは、重金属の回収能力に優れた機能性磁性細菌に関する。また、本発明は、上記機能性磁性細菌を利用した重金属の回収方法に関する。 The present invention relates to a functional magnetic bacterium. More specifically, the present invention relates to a functional magnetic bacterium having an excellent heavy metal recovery capability. The present invention also relates to a method for recovering heavy metals using the functional magnetic bacteria.

近年、機能性微生物を産出する方法として、いわゆる細胞ディスプレイ技術が提案されている。例えば、金属結合性ペプチド、酵素及び抗原等を細胞表層にディスプレイすることにより微生物に機能を持たせることが可能となっている。 In recent years, so-called cell display technology has been proposed as a method for producing functional microorganisms. For example, it is possible to give a function to a microorganism by displaying a metal-binding peptide, an enzyme, an antigen and the like on the cell surface layer.

細胞ディスプレイ技術の一つであるファージディスプレイ法は、標的分子との特異的な物理的会合によってスクリーニングされるペプチドをコードするDNA配列を特定する方法である。このファージは、ファージゲノムを封入するキャプシド上のタンパク質にペプチドやタンパク質をディスプレイするものである(例えば、特許文献1)。 Phage display method, which is one of cell display technologies, is a method for specifying a DNA sequence encoding a peptide to be screened by specific physical association with a target molecule. This phage displays peptides and proteins on the protein on the capsid enclosing the phage genome (for example, Patent Document 1).

ミニ細胞ディスプレイ法としては、プラスミド又は発現ベクターがコードしたミニ細胞ディスプレイを用いるペプチドディスプレイライブラリーによって、目的物質のスクリーニングをする方法が開示されている(例えば、特許文献2)。上記ディスプレイ法においては、所望の機能的特性及び結合特性を有するペプチドについてのミニ細胞ディスプレイライブラリーを作製し、目的のオリゴヌクレオチド又はペプチドを選択することができるものである。 As a mini cell display method, a method of screening a target substance using a peptide display library using a mini cell display encoded by a plasmid or an expression vector is disclosed (for example, Patent Document 2). In the above display method, a minicell display library for peptides having desired functional properties and binding properties can be prepared, and the target oligonucleotide or peptide can be selected.

また、酵素ディスプレイ法としては、例えばタンパク質−タンパク質結合に接近可能な形態でポリペプチドを酵母細胞の細胞壁に結合させるための遺伝子方法が開示されている。具体的には、酵母Aga2P細胞壁タンパク質のC末端に目的のポリペプチドを遺伝的に結合する方法が開示されている(例えば特許文献3)。これらの遺伝的結合方法により、表現型特徴を有するタンパク質を同定することができることが記載されている。 In addition, as an enzyme display method, for example, a genetic method for binding a polypeptide to a cell wall of a yeast cell in a form accessible to a protein-protein bond is disclosed. Specifically, a method of genetically binding a target polypeptide to the C-terminus of yeast Aga2P cell wall protein is disclosed (for example, Patent Document 3). It is described that proteins having phenotypic characteristics can be identified by these genetic joining methods.

このように細胞ディスプレイ技術においては、機能性細胞に要求される機能に応じたディスプレイされる分子を選択し、かつその分子サイズの制御、さらには細胞ディスプレイ後の機能性微生物の安定性を勘案することが必要となる。つまり、機能性微生物そのものだけでなく目的に合ったキャリアータンパク質を選択することが極めて重要となる。 As described above, in the cell display technology, a molecule to be displayed is selected according to the function required for the functional cell, and the molecular size is controlled, and further, the stability of the functional microorganism after the cell display is taken into consideration. It will be necessary. In other words, it is extremely important to select not only the functional microorganism itself but also a carrier protein suitable for the purpose.

一方、磁性細菌は、菌体内に50〜100nmの単磁区のマグネタイトからなる磁気微粒子(バイオマグネタイト)を20個程度保持し、磁力線に沿って遊走する細菌であることが報告されている(例えば、非特許文献1)。かかる磁性細菌は、体内に磁気微粒子を有することから磁石等により磁場をかけることによって磁性細菌(菌体)を回収し濃縮することが可能であることが示唆されている(例えば、非特許文献2)。しかしながら、磁性細菌のこのような特性を活かし、磁性細菌の持つキャリアータンパク質を用いて、磁性細菌を機能性微生物として機能を更に向上させた報告例はなされていない。大腸菌由来のOmpAタンパク質については、すでにその立体構造が決定されており、細胞表層ディスプレイに用いられた例が報告されている (例えば、非特許文献3)。 On the other hand, magnetic bacteria are reported to be bacteria that retain about 20 magnetic fine particles (biomagnetite) made of magnetite having a single magnetic domain of 50 to 100 nm and migrate along the lines of magnetic force (for example, Non-patent document 1). Since such magnetic bacteria have magnetic fine particles in the body, it is suggested that magnetic bacteria (bacteria) can be collected and concentrated by applying a magnetic field with a magnet or the like (for example, Non-Patent Document 2). ). However, there have been no reported examples of further improving the function of magnetic bacteria as functional microorganisms using the carrier protein possessed by magnetic bacteria, taking advantage of such characteristics of magnetic bacteria. Regarding the OmpA protein derived from E. coli, the three-dimensional structure has already been determined, and an example of use in cell surface display has been reported (for example, Non-Patent Document 3).

また、磁性細菌(Magnetospirillum sp.)AMB−1由来の磁気微粒子膜特異的タンパク質であるMms16に機能性ペプチドを結合させた融合タンパク質が開示されており、この融合タンパク質が、GTPase活性能を有することが説明されている(例えば、特許文献4)。しかしながら、上記融合タンパク質であるMms16をキャリアータンパク質として採用した際には、
機能性ペプチドが磁気微粒子上に発現するとされており、ライブラリー化する際に細胞破際、洗浄工程など処理時間に大きな問題がある。
In addition, a fusion protein in which a functional peptide is bound to Mms16, which is a magnetic microparticle membrane-specific protein derived from magnetic bacteria (Magnetospirillum sp.) AMB-1, is disclosed, and this fusion protein has GTPase activity ability. (For example, Patent Document 4). However, when Mms16, which is the fusion protein, is used as a carrier protein,
It is said that functional peptides are expressed on magnetic fine particles, and there are significant problems in processing time such as cell breakage and washing process when making a library.

なお、本発明に関連する先行技術文献としては、以下のものがある。 As prior art documents related to the present invention, there are the following.

米国特許第5,571,698号US Pat. No. 5,571,698 特開2005−218415号公報JP 2005-218415 A 特公表2002−508977号公報Japanese Patent Publication No. 2002-508977 特開2002−176989号公報JP 2002-176989 A 「生命工学への招待」103頁、(松永是、竹山春子他編、朝倉書店株式会社)“Invitation to Biotechnology”, page 103 (Zen Matsunaga, Haruko Takeyama et al., Asakura Shoten Co., Ltd.) 特開2004−261169号公報JP 2004-261169 A 特開2004−290039号公報JP 2004-290039 A

以上のような状況に鑑み、本発明の課題は、磁性細菌の特有の性質を利用し、
磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の細胞外領域に重金属と結合する能力を有する一又は複数のアミノ酸を挿入し、更に機能的に優れた機能性磁性細菌を提供することにある。また、本発明の課題は、上記機能性磁性細菌を使用した重金属の回収方法を提供することにある。
さらに、本発明の課題は、上記機能性磁性細菌を使用して、水質環境汚染の原因となっている重金属の一つであるカドミウムを回収する方法を提供することにある。
In view of the situation as described above, the problem of the present invention is to utilize the unique properties of magnetic bacteria,
An object of the present invention is to provide a functional magnetic bacterium which is functionally superior by inserting one or more amino acids having the ability to bind heavy metals into the extracellular region of a protein present in the cell membrane of the magnetic bacterium. Moreover, the subject of this invention is providing the collection | recovery method of the heavy metal using the said functional magnetic bacteria.
Furthermore, the subject of this invention is providing the method of collect | recovering cadmium which is one of the heavy metals causing the water quality environment pollution using the said functional magnetic bacteria.

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、特定の磁性細菌を採択し、そのキャリアータンパク質のゲノム、プロテオーム解析結果に基づいて、
磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の細胞外領域を特定し重金属と結合する能力を有する一又は複数のアミノ酸を容易にディプレイできることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は、以下の技術的事項から構成される。すなわち、
(1)磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の細胞外領域に、重金属と結合する能力を有する一又は複数のアミノ酸が挿入されたことを特徴とする機能性磁性細菌。
(2)配列番号1に記載されたアミノ酸配列において、以下の部位又はその近傍に一又は複数のアミノ酸が挿入されたことを特徴とする(1)に記載の機能性磁性細菌。
148番目 Val ,163番目 Asn ,238番目 Leu ,263番目 Phe ,
285番目 Ala
(3)前記複数のアミノ酸は、ヒスタグであることを特徴とする(1)又は(2)に記載の機能性磁性細菌。
(4)(1)〜(3)のいずれかに記載の機能性磁性細菌をコードする遺伝子。
(5)(4)に記載の遺伝子を含むベクター。
(6)重金属を含有する水溶液に(1)〜(3)の機能性磁性細菌を接触させ、
前記水溶液中の重金属を前記機能性磁性細菌に吸着させることを特徴とする重金属の回収方法。
(7)前記重金属は、カドミウムであることを特徴とする(7)に記載の重金属の回収方法に関する。
As a result of earnest research to solve the above problems, the present inventors adopted a specific magnetic bacterium, based on the genome of the carrier protein, the proteome analysis results,
The inventors have found that one or a plurality of amino acids having the ability to identify the extracellular region of a protein present in the cell membrane of a magnetic bacterium and bind to a heavy metal can be easily displayed, thereby completing the present invention. The present invention is composed of the following technical matters. That is,
(1) A functional magnetic bacterium characterized in that one or a plurality of amino acids having the ability to bind heavy metals are inserted into the extracellular region of a protein present in the cell membrane of the magnetic bacterium.
(2) The functional magnetic bacterium according to (1), wherein one or more amino acids are inserted into the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 at or near the following site.
148th Val, 163rd Asn, 238th Leu, 263th Phe,
285th Ala
(3) The functional magnetic bacterium according to (1) or (2), wherein the plurality of amino acids are Histags.
(4) A gene encoding the functional magnetic bacterium according to any one of (1) to (3).
(5) A vector comprising the gene according to (4).
(6) contacting the functional magnetic bacteria of (1) to (3) with an aqueous solution containing heavy metal,
A method for recovering heavy metals, comprising adsorbing heavy metals in the aqueous solution to the functional magnetic bacteria.
(7) The heavy metal relates to the heavy metal recovery method according to (7), wherein the heavy metal is cadmium.

本発明によれば、磁気微粒子(バイオマグネタイト)を生成する磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の細胞外領域に重金属と結合する能力を有する一又は複数のアミノ酸がディプレイされた機能性磁性細菌が提供される。すなわち、本発明の機能性磁性細菌は、その磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の細胞外領域に金属結合性ペプチド等の一又は複数のアミノ酸をディスプレイしてあるので、磁性細菌の特性に加えさらに機能性分子が有する機能を発揮することができる。たとえば、複数のアミノ酸が金属結合性ペプチドである場合には、これを磁気による回収可能な磁性細菌ホストとして用いて工業排水中のカドミウム、鉛、クロム等の重金属を簡易且つ容易に回収することができる。 According to the present invention, there is provided a functional magnetic bacterium in which one or a plurality of amino acids having the ability to bind heavy metals are displayed in an extracellular region of a protein present in a cell membrane of a magnetic bacterium that generates magnetic fine particles (biomagnetite). Provided. That is, the functional magnetic bacterium of the present invention displays one or more amino acids such as a metal-binding peptide in the extracellular region of the protein present in the cell membrane of the magnetic bacterium. The function which a functional molecule has can be exhibited. For example, when a plurality of amino acids are metal-binding peptides, they can be used as a magnetic bacterial host that can be recovered magnetically, and heavy metals such as cadmium, lead, and chromium in industrial wastewater can be easily and easily recovered. it can.

また、本発明の重金属の回収方法は、上記機能性磁性細菌を使用しているので、汚水中の重金属を効率よくかつ安価に回収することができ、いわゆるバイオレメディエーションに、好適に適用することができる。特に、本発明の重金属の回収方法は、重金属の回収反応の際にエネルギーを必要としないことから、環境浄化のためのコストをきわめて抑えることができる。 Further, since the heavy metal recovery method of the present invention uses the functional magnetic bacteria, it is possible to recover heavy metals in sewage efficiently and inexpensively, and can be suitably applied to so-called bioremediation. it can. In particular, since the heavy metal recovery method of the present invention does not require energy in the recovery reaction of heavy metals, the cost for environmental purification can be extremely reduced.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明の機能性磁性細菌は、磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の細胞外領域に、重金属と結合する能力を有する一又は複数のアミノ酸が挿入されたことを特徴とするものである。本発明の機能性磁性細菌を構成する磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質としては、配列表の配列番号1に記載されたアミノ酸配列からなる磁気微粒子特異的なタンパク質であるメンブランスペシフィックプロテイン1(以下、Msp1と略する。)や配列番号1に記載された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からなるタンパク質を挙げることができる。これは、磁性細菌が保持する細胞膜に存在するタンパク質を網羅的に同定したことに起因するものであり、Msp1のほか、機能性ペプチドの性質に応じてキャリアータンパク質を選択できる。 The functional magnetic bacterium of the present invention is characterized in that one or a plurality of amino acids having the ability to bind heavy metals are inserted into the extracellular region of a protein present in the cell membrane of the magnetic bacterium. As a protein present in the cell membrane of the magnetic bacterium constituting the functional magnetic bacterium of the present invention, a membrane specific protein 1 (hereinafter referred to as a magnetic particle-specific protein consisting of an amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing) Abbreviated as Msp1) and a protein composed of amino acids in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. This is due to the comprehensive identification of proteins present in the cell membrane held by magnetic bacteria, and in addition to Msp1, a carrier protein can be selected according to the properties of the functional peptide.

上記磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の中でも、細胞外膜に局在し、磁性細菌の中でも最も発現量が多いことから前述したMsp1をキャリアータンパク質として使用することが好ましい。 Among the proteins present in the cell membrane of the magnetic bacteria, it is preferable to use the aforementioned Msp1 as a carrier protein because it is localized in the outer cell membrane and has the highest expression level among the magnetic bacteria.

また、本発明の磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質として、これらのタンパク質と特異的に結合する抗体が特異的に結合する組み換えタンパク質を挙げることができる。これらのタンパク質は、後述するようにDNA配列情報に基づき公知の方法で作製することができるほか、例えば、磁性細菌マグネトスピリラムマグネティカムAMB−1(Magnetospirillum magneticum AMB−1、以下「AMB−1」と略する。)等磁性細菌の細胞破砕液を三画分し、各タンパク質のSDS−PAGEプロフィールを比較することによっても容易に作製することができる。 In addition, examples of the protein present in the cell membrane of the magnetic bacterium of the present invention include a recombinant protein that specifically binds to an antibody that specifically binds to these proteins. These proteins can be prepared by a known method based on DNA sequence information as described later. For example, magnetic bacteria magnetospirillum magneticum AMB-1 (hereinafter referred to as “AMB-1”) It can also be easily prepared by dividing three fractions of isomagnetic bacterial cell lysates and comparing the SDS-PAGE profiles of each protein.

また、本発明の対象となる遺伝子は、配列番号1に記載されたアミノ酸配列からなる磁性細菌に特異的な細胞膜に存在するタンパク質Msp1をコードする遺伝子、また、配列番号1に記載された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からなるタンパク質をコードする遺伝子や、配列番号2に記載された塩基配列又はその相補的配列並びにこれらの配列の一部又は全部を含む遺伝子を例示することができる。 In addition, the gene to be the subject of the present invention is a gene encoding a protein Msp1 present in a cell membrane specific to a magnetic bacterium consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 A gene encoding a protein consisting of amino acids in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added, the base sequence set forth in SEQ ID NO: 2 or its complementary sequence, and part or all of these sequences The gene containing can be illustrated.

これらの遺伝子は、DNA列情報に基づき、公知の方法によって調製することができる。また、配列番号2に記載された塩基配列又はその相補的配列並びにこれらの配列の一部又は全部をプローブとして、各種DNAライブラリーに対してストリンジェントな条件でハイブリダイゼイションを行い、該プローブにハイブリダイズするDNAを単離することにより、磁性細菌に特異的な細胞膜に存在するタンパク質であるMsp1のDNAと同様な活性を有するタンパク質をコードするDNAを得ることもできる。かかるDNAを取得するためのハイブリダイゼイションの条件としてはハイブリダイゼイションのストリンジェンシーに影響を与える要素に応じて適宜設定することができる。 These genes can be prepared by a known method based on DNA sequence information. In addition, hybridization was performed under stringent conditions on various DNA libraries using the base sequence described in SEQ ID NO: 2 or a complementary sequence thereof and a part or all of these sequences as probes. By isolating DNA that hybridizes to DNA, DNA encoding a protein having the same activity as that of Msp1 DNA, which is a protein present in a cell membrane specific to magnetic bacteria, can also be obtained. Hybridization conditions for obtaining such DNA can be appropriately set according to factors that affect the stringency of hybridization.

本発明において、その細胞表層タンパク質の外膜にディスプレイされる一又は複数のアミノ酸としては、磁性細菌が本来有する機能を阻害することなく、一又は複数のアミノ酸が有する所定の機能を発揮することができれば特に制限されるものではない。例えば、ディスプレイすることができる複数のアミノ酸としては、6His(HHHHHH)、HA(ヘマグルチニン)、FLAG(DYKDDDDK)、MYC(EQKLISEEDL)等のエピトープタグを用いることができる。親和性タグとしては、GST、マルトース結合タンパク質、ビオチン化ペプチド、オリゴビスチジン等を例示することができる。 In the present invention, the one or more amino acids displayed on the outer membrane of the cell surface protein may exhibit a predetermined function possessed by one or more amino acids without inhibiting the function inherently possessed by magnetic bacteria. It is not particularly limited if possible. For example, as a plurality of amino acids that can be displayed, epitope tags such as 6His (HHHHHH), HA (hemagglutinin), FLAG (DYKDDDDK), and MYC (EQKLISEEDL) can be used. Examples of the affinity tag include GST, maltose binding protein, biotinylated peptide, oligobistidine and the like.

上記複数のアミノ酸の中でも、金属親和性を有するタグであり、特に汚水中の重金属を容易に回収することができる観点からすれば、ヒスタグ(His:(HHHHHH)が特に好ましい。 Among the plurality of amino acids, it is a tag having metal affinity, and from the viewpoint of easily recovering heavy metals in sewage, His tag (His: (HHHHHH)) is particularly preferable.

さらに本発明の機能性磁性細菌は、汚水中の重金属を認識して結合することができる6〜10個の複数のアミノ酸配列や5〜8の単糖の配列からなる構造単位である機能性ペプチドを磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の細胞外領域にディスプレイすることもできる。すなわち、カドミウム等の特定の重金属を認識することができるアミノ酸配列をコードする塩基配列を標識として、磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の細胞外領域に導入し、機能性ペプチドにより重金属等を検出し、溶液中の重金属等を分離できるものである。なお、上記これらの機能性ペプチドは、常法に従い、容易に作製することができる。 Furthermore, the functional magnetic bacterium of the present invention is a functional peptide which is a structural unit consisting of a sequence of 6 to 10 amino acids and 5 to 8 monosaccharides capable of recognizing and binding heavy metals in sewage. Can also be displayed in the extracellular region of proteins present in the cell membrane of magnetic bacteria. In other words, a base sequence encoding an amino acid sequence capable of recognizing a specific heavy metal such as cadmium is used as a label, introduced into the extracellular region of a protein present in the cell membrane of a magnetic bacterium, and heavy metals are detected with a functional peptide. In addition, heavy metals and the like in the solution can be separated. In addition, these functional peptides can be easily prepared according to a conventional method.

次に、本発明の機能性磁性細菌の作製方法について説明する。まず、機能性磁性細菌を作製するに際して、上記機能性ペプチドを磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質を明らかにする必要がある。タンパク質の構造を明らかにする方法としては特に制限されるものではないが、後述する実施例に示すような二次構造予測プログラム等の公知の方法により膜タンパク質の構造情報を明らかにすることができる。このように磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の構造を明らかにした上で、一又は複数のアミノ酸の挿入位置を決定する。膜タンパクの構造解析により、細胞外領域(ループ)に相当する箇所を検出して、該箇所をアミノ酸の挿入位置として決定することができる。なお、アミノ酸の挿入箇所は1つに限定されるものではなく、必要に応じて挿入箇所を複数設定することができる。 Next, a method for producing the functional magnetic bacterium of the present invention will be described. First, when producing a functional magnetic bacterium, it is necessary to clarify the protein present in the cell membrane of the above-mentioned functional peptide. The method for clarifying the structure of the protein is not particularly limited, but the structure information of the membrane protein can be revealed by a known method such as a secondary structure prediction program as shown in the examples described later. . Thus, after clarifying the structure of the protein present in the cell membrane of magnetic bacteria, the insertion position of one or more amino acids is determined. By analyzing the structure of the membrane protein, a position corresponding to the extracellular region (loop) can be detected, and the position can be determined as an amino acid insertion position. In addition, the insertion location of an amino acid is not limited to one, A multiple insertion location can be set as needed.

本発明の機能性磁性細菌は、一又は複数のアミノ酸の挿入位置を磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質の細胞外領域と定め、これをタンパク質の構造情報に基づき決定した後、各挿入位置に一又は複数のアミノ酸を挿入する。一又は複数のアミノ酸を挿入するためには、挿入に必要なプライマーセットをデザインし、機能性タグをSite−directed mutagenesis法等の公知の方法によって挿入する。また同様に、相同性組み換えによっても一又は複数のアミノ酸を挿入することができる。 In the functional magnetic bacterium of the present invention, the insertion position of one or a plurality of amino acids is defined as the extracellular region of the protein present in the cell membrane of the magnetic bacterium, and this is determined based on the structural information of the protein. Alternatively, a plurality of amino acids are inserted. In order to insert one or a plurality of amino acids, a primer set necessary for the insertion is designed, and a functional tag is inserted by a known method such as Site-directed mutagenesis method. Similarly, one or more amino acids can be inserted by homologous recombination.

本発明は、磁気を利用した重金属の回収を目的としているので、宿主細胞として、磁性細菌を採択した点に特徴を有するものである。使用することができる
磁性細菌としては、その内部に磁性微粒子を有するものであれば、特に限定されるものでなく、例えばマグネトスピリラムマグネティカムAMB−1(FERM BP 5458)、デサルフォビブリオマグネティカス RS−1(Desulfovibrio magneticus RS−1、FERM P−13283。)等の磁性細菌を使用することができる。なお、磁性細菌の培養は、磁性細菌を嫌気条件下で分離用培地に炭素源と酵母エキス等の酵素を添加して所定温度にて培養を行うことができる。
Since the present invention aims to recover heavy metals using magnetism, it is characterized by adopting magnetic bacteria as host cells. The magnetic bacterium that can be used is not particularly limited as long as it has magnetic fine particles therein. For example, magnetospirillum magneticcam AMB-1 (FERM BP 5458), desulphovibrio magnene. Magnetic bacteria such as Tikas RS-1 (Desulfovibrio magneticus RS-1, FERM P-13283) can be used. The magnetic bacteria can be cultured at a predetermined temperature by adding an enzyme such as a carbon source and yeast extract to the medium for separation under anaerobic conditions.

本発明において使用できる発現系としては、磁性細菌の細胞膜に存在するタンパク質を磁性細菌内で発現させることができる発現系であれば、特に制限されるものではないが、たとえば細菌プラスミド由来、酵母プラスミド由来等のパポバウイルス、ワシクニアウイルス、アデノウイルス、レトロウイルス由来のベクター等を例示することができる。本発明においては、磁性細菌由来のプロモーターを有する組み換えプラスミドベクターが好ましい。 The expression system that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is an expression system that can express a protein present in the cell membrane of a magnetic bacterium in the magnetic bacterium. Examples include vectors derived from papovavirus, vaccinia virus, adenovirus, retrovirus, and the like derived from origin. In the present invention, a recombinant plasmid vector having a promoter derived from magnetic bacteria is preferred.

別の観点においては、本発明は機能性磁性細菌を利用した重金属の回収方法に関する。すなわち、本発明の機能性磁性細菌とカドミウム等の重金属を含有する汚水を接触させることにより、機能性磁性細菌の膜タンパク質上にディスプレイされた複数のアミノ酸により重金属が吸着され、汚水中の重金属を回収することができる。上記重金属の回収方法においては、膜タンパク質にディスプレイさせる一又は複数のアミノ酸により、回収する重金属を適宜選択することができる。回収可能な重金属は、特に制限されるものではないが、水質汚染の主要な原因となっているカドミウム、鉛等の重金属の他、テリウム、リチウム、セリウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、亜鉛等を例示することができる。例えば、汚水中のカドミウム等の重金属を回収する機能を有する磁性細菌を産出する場合には、機能性ペプチドとして、ヒスタグを使用することが好ましい。 In another aspect, the present invention relates to a method for recovering heavy metals using functional magnetic bacteria. That is, by contacting the functional magnetic bacterium of the present invention with sewage containing heavy metal such as cadmium, the heavy metal is adsorbed by a plurality of amino acids displayed on the membrane protein of the functional magnetic bacterium, and the heavy metal in the sewage is removed. It can be recovered. In the heavy metal recovery method, the heavy metal to be recovered can be appropriately selected according to one or a plurality of amino acids to be displayed on the membrane protein. The recoverable heavy metals are not particularly limited, but examples include cadmium, lead and other heavy metals that are the main cause of water pollution, as well as terium, lithium, cerium, magnesium, strontium, barium, zinc, etc. can do. For example, when producing magnetic bacteria having a function of recovering heavy metals such as cadmium in wastewater, it is preferable to use a histag as the functional peptide.

以下、本発明について実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は何らこれに制限されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not restrict | limited to this at all.

(実施例1)
<発現ベクターの構築>
本実施例においては、大腸菌と磁性細菌のシャトルベクターとして慣用的に使用されているpUMGを採択し、このシャトルベクターに、磁性細菌の中で最も高発現のMsp1タンパク質のプロモーター領域の配列をライゲーションし、発現ベクターであるpUMP1を構築した。pUMP1を構築する概略を図1に示す。まず、Msp1タンパク質のプロモーター領域を、その3’末端にNsi1サイトを付加するプライマーセットを用いてPCRを行なった。PCRは、以下のプライマーを使用し、所定の条件で行なった。
forward primer : TTGACTGGCGGCGCCCATCATGGCGTG(配列番号3)
reverse primer : atgcatTGGCCGCGACCGCTATCCAAATGA(配列番号4)
なお、上記配列番号中、 大文字はテンプレートの相補配列を示し、 小文字は制限酵素サイトの配列を示す(以下に示す配列においても同様)。
Example 1
<Construction of expression vector>
In this example, pUMG, which is conventionally used as a shuttle vector for Escherichia coli and magnetic bacteria, was adopted, and the sequence of the promoter region of the Msp1 protein, which is most highly expressed in magnetic bacteria, was ligated to this shuttle vector. An expression vector pUMP1 was constructed. An outline for constructing pUMP1 is shown in FIG. First, PCR was performed using a primer set that adds an Nsi1 site to the 3 ′ end of the promoter region of the Msp1 protein. PCR was performed under the predetermined conditions using the following primers.
forward primer: TTGACTGGCGGCGCCCATCATGGCGTG (SEQ ID NO: 3)
reverse primer: atgcatTGGCCGCGACCGCTATCCAAATGA (SEQ ID NO: 4)
In the above SEQ ID Nos., Uppercase letters indicate template complementary sequences, and lowercase letters indicate restriction enzyme site sequences (the same applies to the sequences shown below).

上記PCRにより得られたMsp1のプロモーター領域の増幅遺伝子断片をpUMG のSsp1サイトにライゲーションし、大腸菌DH5aを形質転換した。得られたコロニーからプラスミドを抽出し、Ssp1及び、Nsi1を用いてインサートの確認及びシーケンサーによる配列の確認を行った。 The amplified gene fragment of the promoter region of Msp1 obtained by the PCR was ligated to the Ssp1 site of pUMG to transform E. coli DH5a. A plasmid was extracted from the obtained colonies, and the insert was confirmed and the sequence was confirmed by a sequencer using Ssp1 and Nsi1.

Ssp1及び、Nsi1による制限酵素消化パターンから、pUMG のSsp1サイトにMsp1タンパク質のプロモーター配列がクローニングされ、その直後にNsi1サイトが挿入されていることが示めされた。さらに、DNAシーケンスによる配列の確認を行ったところ、正確にこれらの配列がクローニングされていることが確認された。 From the restriction enzyme digestion pattern with Ssp1 and Nsi1, it was shown that the promoter sequence of Msp1 protein was cloned into the Ssp1 site of pUMG, and immediately after that the Nsi1 site was inserted. Furthermore, when the sequence was confirmed by the DNA sequence, it was confirmed that these sequences were correctly cloned.

(実施例2)
<膜タンパク質の選択及びクローニング>
Msp1遺伝子の両末端にNsi1サイトを付加したプライマーセットを用いてPCRを行なった。PCRは、以下のプライマーを使用し、所定の条件で行なった。
forward primer : atgcatTTGGGGGTCGTTTTCGCAAAG(配列番号5)
reverse primer : atgcatTTAGAAGGACAGCGACAGAC(配列番号6)
(Example 2)
<Selection and cloning of membrane proteins>
PCR was performed using a primer set in which Nsi1 sites were added to both ends of the Msp1 gene. PCR was performed under the predetermined conditions using the following primers.
forward primer: atgcatTTGGGGGTCGTTTTCGCAAAG (SEQ ID NO: 5)
reverse primer: atgcatTTAGAAGGACAGCGACAGAC (SEQ ID NO: 6)

pGEM−T EasyベクターにTAクローニングした。得られたコロニーのプラスミドを抽出し、制限酵素消化及び、シーケンサーによって配列の確認を行った。Msp1遺伝子をNsi1消化し精製を行った後、pUMP1のNsi1サイトにライゲーションすることによって、融合タンパク質であるpUMP1Msp1を構築した。構築されたMP1Msp1を図2に示す。 TA cloning into pGEM-T Easy vector. The plasmid of the obtained colony was extracted, and the sequence was confirmed by restriction enzyme digestion and sequencer. The Msp1 gene was digested with Nsi1 and purified, and then ligated to the Nsi1 site of pUMP1 to construct pUMP1Msp1 as a fusion protein. The constructed MP1Msp1 is shown in FIG.

(実施例3)
<キャリアータンパク質遺伝子へのヒスタグ配列融合>
Msp1は、その立体構造が決定されていないため、二次構造予測プログラムを用いて構造を予測し、Histag(ヒスタグ)挿入部位を選択した。図3に、Msp1の2次元立体構造を示す。さらに表1に、図3の分析結果に基づいたHistag(ヒスタグ)の挿入部位を示す。それぞれの挿入部位にHistag(ヒスタグ)とNhe1サイトを挿入するためのプライマーセットをデザインした。上記表1にこれらのデザインしたプライマーセットを示す(配列番号7〜配列番号29)。
Example 3
<Histag sequence fusion to carrier protein gene>
Since the three-dimensional structure of Msp1 has not been determined, the structure was predicted using a secondary structure prediction program, and the Histag insertion site was selected. FIG. 3 shows a two-dimensional structure of Msp1. Further, Table 1 shows the insertion site of Histag based on the analysis result of FIG. Primer sets for inserting a Histag (Histag) and Nhel site at each insertion site were designed. Table 1 shows the designed primer sets (SEQ ID NO: 7 to SEQ ID NO: 29).

本実施例でキャリアータンパク質として用いるMsp1の二次構造を解析したところ、規則正しくβ-strand構造が並んでいることが示された。このことから、Msp1は、一般的なouter membrane protein (大腸菌由来のOmpAタンパク質) にも見られるβ-barrel構造を持つことが考えられた。予測されたβ-strandの間 (ループ部位) 、数箇所に連続してHis tagを挿入することによって、細胞外にHis tagが挿入できると考えられる。そこで、Msp1のループと考えられる部位11箇所を選択し、ヒスタグを挿入することとした。Msp1の二次構造予測結果と、決定したヒスタグ挿入部位を図3に示す。 When the secondary structure of Msp1 used as a carrier protein in this example was analyzed, it was shown that β-strand structures were regularly arranged. From this, it was considered that Msp1 has a β-barrel structure also found in a general outer membrane protein (OmpA protein derived from E. coli). It is considered that the His tag can be inserted outside the cell by inserting the His tag continuously in several places during the predicted β-strand (loop part). Therefore, 11 sites considered to be Msp1 loops were selected and a histag was inserted. FIG. 3 shows the predicted secondary structure of Msp1 and the determined histag insertion site.

(実施例4)
<磁性細菌形質転換体におけるプラスミドの保持確認>
磁性細菌をOD(600)= 0.3まで好気培養し、8,000×g、4 ℃で10分間遠心回収した。さらに、TESバッファーで2回洗浄することによって磁性細菌のコンピテント細胞を調製した。その後、作製したHis tag挿入プラスミドを用い、調製したコンピテント細胞の形質転換を行った。継代培養した形質転換体のプラスミドを抽出し、Nhe1及びKph1で消化することにより、プラスミドを保持していることを確認した。結果を図4に示す。図4によれば、想定されるバンドパターン (5.0 kbp、3.0 kbp付近) が得られ、このとき、ヒスタグの挿入されている位置に応じて、それぞれのプラスミドにおける制限酵素消化断片の泳動度が少しずつ異なることが確認された。これよりMsp1は11種のpUMP1を保持する形質転換体が作製されたことが明らかとなった 。
Example 4
<Confirmation of plasmid retention in magnetic bacterial transformant>
The magnetic bacteria were aerobically cultured until OD (600) = 0.3, and centrifuged at 8,000 × g and 4 ° C. for 10 minutes. Furthermore, competent cells of magnetic bacteria were prepared by washing twice with TES buffer. Thereafter, the prepared competent cells were transformed using the prepared His tag insertion plasmid. The plasmid of the subcultured transformant was extracted and digested with Nhe1 and Kph1 to confirm that the plasmid was retained. The results are shown in FIG. According to FIG. 4, the expected band patterns (around 5.0 kbp, around 3.0 kbp) are obtained. At this time, depending on the position where the histag is inserted, the mobility of the restriction enzyme digestion fragments in each plasmid is slightly higher It was confirmed that each was different. From this, it was revealed that Msp1 was produced a transformant carrying 11 types of pUMP1.

(実施例5)
<Histag(ヒスタグ)融合タンパク質の発現確認>
pUMP1Msp1−124H(Msp1タンパク質中124番目のValの直後にHistag(ヒスタグ)が挿入されたプラスミド) を保持する磁性細菌をそれぞれ培養し、回収した菌体を超音波破砕した。
(Example 5)
<Confirmation of expression of Histag fusion protein>
Magnetic bacteria each retaining pUMP1Msp1-124H (a plasmid in which a Histag was inserted immediately after the 124th Val in the Msp1 protein) were cultured, and the collected cells were sonicated.

菌体破砕液を8,000×gで10分間遠心することで未破砕物及び封入体を除去した後、152,000×gで超遠心することによって水溶性画分と膜画分に分離した。分離の工程を図5に示す。 The cell disruption solution was centrifuged at 8,000 × g for 10 minutes to remove uncrushed materials and inclusion bodies, and then ultracentrifuged at 152,000 × g to separate into a water-soluble fraction and a membrane fraction. . The separation process is shown in FIG.

未破砕物及び封入体画分と膜画分を可溶化buffer (40 mM Tris base7 M urea、
2Mthiourea4%CHAPS(3-[(3-Cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate) )を用い、4 ℃で振とうして可溶化した。標準タンパク質としてBSAを用い、得られた各画分のタンパク質をBradford法により定量した。その後、各画分のアクリルアミド濃度12.5 %の分離ゲルを用いてSDS-PAGEを行った (Laemmli, UK., 1970) 。泳動後のゲルとPVDF膜をA液 (0.3 M Tris、20 % Methanol、0.02 % SDS、pH : 9.5) 、B液 (25 mM Tris、20 % Methanol、0.02 % SDS、pH : 9.3) 、C液 (25 mM Tris、0.04 M 6-amino-n-caproic acid、20 % Methanol、0.02 % SDS、pH : 9.5) に浸したろ紙の間に挟み1時間通電するセミドライ法 (Andersen, K., 1984) でブロッティングを行った。ブロッティング後の、PVDF膜を1 %BSAを含む PBST (10 mM PBS、0.1 % Tween20) 中で1時間以上ブロッキングした。PBSTで10分間洗浄した後、一次抗体として抗6×His tag抗体を室温で1時間反応させた。PBSTによる10分間の洗浄を3回繰り返した後、二次抗体としてアルカリフォスファターゼ標識抗マウスIgG抗体 (invitrogen) を室温で1時間反応させた。さらに、PBSTによる10分間の洗浄を3回繰り返し、基質としてNBT/BCIP-Blue Liquid Substate (sigma) を加え発色させることによって抗原抗体反応の検出を行った。
Solubilized uncrushed and inclusion body fraction and membrane fraction buffer (40 mM Tris base7 M urea,
2Mthiourea 4% CHAPS (3-[(3-Cholamidopropyl) dimethylammonio] -1-propanesulfonate)) was used to solubilize by shaking at 4 ° C. BSA was used as a standard protein, and the protein of each obtained fraction was quantified by the Bradford method. Thereafter, SDS-PAGE was performed using a separation gel having an acrylamide concentration of 12.5% in each fraction (Laemmli, UK., 1970). After electrophoresis, the gel and PVDF membrane are mixed with A solution (0.3 M Tris, 20% Methanol, 0.02% SDS, pH: 9.5), B solution (25 mM Tris, 20% Methanol, 0.02% SDS, pH: 9.3), C solution. Semi-dry method (Andersen, K., 1984) energized for 1 hour between filter paper soaked in (25 mM Tris, 0.04 M 6-amino-n-caproic acid, 20% Methanol, 0.02% SDS, pH: 9.5) Blotting was performed. After blotting, the PVDF membrane was blocked in PBST containing 1% BSA (10 mM PBS, 0.1% Tween20) for 1 hour or longer. After washing with PBST for 10 minutes, an anti-6 × His tag antibody was reacted as a primary antibody at room temperature for 1 hour. After washing with PBST for 10 minutes three times, alkaline phosphatase-labeled anti-mouse IgG antibody (invitrogen) was reacted as a secondary antibody for 1 hour at room temperature. Furthermore, washing with PBST for 10 minutes was repeated three times, and the antigen-antibody reaction was detected by adding NBT / BCIP-Blue Liquid Substate (sigma) as a substrate to cause color development.

pUMP1Msp1-124Hを保持する磁性細菌のタンパク質を分画し、6×His tag抗体を用いてWestern blottingを行った。その結果を図6に示す。それぞれプラスミドを保持する形質転換体において、43.4 kDa (Msp1-124H) のHis tag融合タンパク質の特異的なバンドが検出された 。また、それぞれ特異的なバンドは全細胞画分、封入体画分、細胞膜画分のみで見られ、水溶性画分には見られなかった。このことから、Msp1-124Hが発現し、細胞膜に局在していることが示唆された。 The protein of the magnetic bacterium carrying pUMP1Msp1-124H was fractionated, and Western blotting was performed using a 6 × His tag antibody. The result is shown in FIG. A specific band of a 43.4 kDa (Msp1-124H) His tag fusion protein was detected in each of the transformants carrying the plasmid. Each specific band was found only in the whole cell fraction, the inclusion body fraction, and the cell membrane fraction, but not in the water-soluble fraction. This suggested that Msp1-124H was expressed and localized in the cell membrane.

(実施例6)
< 磁性細菌におけるカドミウム回収能の評価>
磁性細菌におけるカドミウムの細胞局在性の評価として、培養後の細胞をカドミウムに暴露し、分画してから各画分に含まれるカドミウム量を測定することで評価を行った 。評価方法の概略を図7に示す。まず、AMB−1の野生株を1010 cellsに調整し、10 mM HEPES bufferに懸濁し、終濃度100μMのカドミウムを添加した後、3時間室温で振とうしながらインキュベーションを行った。
(Example 6)
<Evaluation of cadmium recovery ability in magnetic bacteria>
Evaluation of the cell localization of cadmium in magnetic bacteria was performed by exposing the cultured cells to cadmium and fractionating it, and then measuring the amount of cadmium contained in each fraction. An outline of the evaluation method is shown in FIG. First, the wild strain of AMB-1 was adjusted to 10 10 cells, suspended in 10 mM HEPES buffer, cadmium having a final concentration of 100 μM was added, and incubation was performed with shaking at room temperature for 3 hours.

その後、以下の方法で各画分に局在するカドミウムを評価した。菌体を8000×gで5 分間遠心回収した後、HEPES bufferで細胞を3回洗浄し、その上清を洗浄画分 (図7中の[1]) とした。残った細胞を10mMEDTAで洗浄し、遠心回収後の上清を細胞表層画分、沈殿を細胞内画分とした (図7中の[2]及び[3]) 。それぞれの画分を酸洗浄した試験管に分注し、9.6規定の硝酸溶液を加えた。オイルバスを用い、180 ℃で有機物を分解すると共に乾燥させた。2 mlの硝酸 (0.1規定) を加えた後、30℃で20分間超音波による溶解を行った。その後、硝酸(0.1規定) を3 ml加え、全体量を5 mlにそろえ、それぞれの画分に含まれるカドミウムを原子分光吸光光度計で測定した。また、標準液として原子吸光分析用標準液、1000ppmカドミウム (和光純薬業株式会社) を用い、硝酸(0.1規定)で適宜希釈して検量線を作成し、評価を行った。結果を図8に示す。 Thereafter, cadmium localized in each fraction was evaluated by the following method. The cells were collected by centrifugation at 8000 × g for 5 minutes, and then the cells were washed 3 times with HEPES buffer, and the supernatant was used as a washed fraction ([1] in FIG. 7). The remaining cells were washed with 10 mM EDTA, and the supernatant after centrifugation was used as the cell surface fraction and the precipitate as the intracellular fraction ([2] and [3] in FIG. 7). Each fraction was dispensed into an acid-washed test tube, and a 9.6 N nitric acid solution was added. Using an oil bath, the organic matter was decomposed at 180 ° C. and dried. After adding 2 ml of nitric acid (0.1 N), dissolution by ultrasonic waves was performed at 30 ° C. for 20 minutes. Thereafter, 3 ml of nitric acid (0.1 N) was added, the whole amount was adjusted to 5 ml, and cadmium contained in each fraction was measured with an atomic spectrophotometer. Further, a standard solution for atomic absorption analysis, 1000 ppm cadmium (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as a standard solution, and a calibration curve was prepared by appropriately diluting with nitric acid (0.1 N) and evaluated. The results are shown in FIG.

図8からわかるようにEDTA洗浄後も細胞に吸着しているカドミウム量が野生型の磁性細菌よりも形質転換体の方が多いことが示された。このことから、形質転換体はカドミウムをより強固に吸着し、細胞外膜に何かしらの影響を与え、カドミウムの取り込みを促進していることが示唆された。 As can be seen from FIG. 8, the amount of cadmium adsorbed on the cells after EDTA washing was higher in the transformant than in the wild-type magnetic bacterium. This suggests that the transformant adsorbs cadmium more strongly, has some influence on the extracellular membrane, and promotes cadmium uptake.

(実施例7)
<免疫染色によるHis Tagの細胞表層ディスプレイ技術評価>
これまで作製してきた形質転換体を定常期まで培養した。得られた菌体を細胞数1.0×108にそろえ、一次抗体としてマウス由来抗6×His抗体 (1/1000) をオーバーナイトでゆるやかに振とうしながら反応させた。遠心回収後、二次抗体としてPhycoerythrin (PE)標識goat由来抗mouse IgG (1/500) を用い、4 h振とうした。
(Example 7)
<His Tag cell surface display technology evaluation by immunostaining>
The transformant produced so far was cultured until stationary phase. The obtained microbial cells were arranged to have a cell count of 1.0 × 10 8 , and a mouse-derived anti-6 × His antibody (1/1000) was reacted as a primary antibody while gently shaking overnight. After centrifugation, Phycoerythrin (PE) -labeled goat-derived anti-mouse IgG (1/500) was used as a secondary antibody and shaken for 4 h.

その後、PBSで洗浄後、PE由来の蛍光強度を測定した (ex.: 550 nm, em.: 570 nm) 。さらに、野生株の菌体及び最も蛍光強度を示した株について蛍光顕微鏡を用いて観察した。 Then, after washing with PBS, the fluorescence intensity derived from PE was measured (ex .: 550 nm, em .: 570 nm). Furthermore, the bacterial cells of the wild strain and the strain showing the highest fluorescence intensity were observed using a fluorescence microscope.

カドミウムの結合評価から作製された形質転換体において細胞表層にHisTagがディスプレイされている株及びされていない株の差異が観察された。そこで細胞表層へのディスプレイを確認するために免疫染色による評価を行った。作製された形質転換体を免疫染色し、蛍光強度の差をそれぞれ確認したところ、以下に示すような結果が得られた。結果を図9に示す。図9が示すとおり、Msp1の238残基目にHisTagを挿入した際に、最も効率よく細胞表層にディスプレイされることが示された。このことから、Msp1の238残基目にHisTagを挿入した形質転換体において、さらに重金属回収能の上昇が期待された。 In the transformants prepared from the cadmium binding assay, a difference was observed between the strains with and without HisTag displayed on the cell surface. Therefore, evaluation by immunostaining was performed to confirm the display on the cell surface. When the produced transformant was immunostained and the difference in fluorescence intensity was confirmed, the following results were obtained. The results are shown in FIG. As FIG. 9 shows, when HisTag was inserted into residue 238 of Msp1, it was shown to be displayed on the cell surface most efficiently. From this, it was expected that the ability to recover heavy metals was further increased in the transformant in which HisTag was inserted into residue 238 of Msp1.

また蛍光顕微鏡観察からも野生型の細胞に対してHisTag抗体が結合せず、Msp1の238残基目にHisTagを挿入した株にのみ特異的に結合することが示された。結果を図10に示す。図10からHisTagの細胞表層ディスプレイが行えていることが示された。 Fluorescence microscopic observation also showed that the HisTag antibody did not bind to wild-type cells, and that it specifically bound only to the strain in which HisTag was inserted into residue 238 of Msp1. The results are shown in FIG. FIG. 10 shows that the cell surface display of HisTag can be performed.

(実施例8)
< 磁性細菌形質転換体における生育への影響>
形質転換体の生育曲線を作成したところ、野生株と比較して大きな差異は認められなかった。また、顕微鏡によって細胞の形態を観察した結果、同様に形質転換体と野生株に大きな差異は観察されなかった。結果を図11に示す。このことから、ヒスタグ融合タンパク質の発現は磁性細菌の生育に影響しないことが示唆された。
(Example 8)
<Effects on growth of magnetic bacterial transformants>
When a growth curve of the transformant was prepared, no significant difference was observed compared to the wild type. Moreover, as a result of observing the morphology of the cells with a microscope, no significant difference was observed between the transformant and the wild type. The results are shown in FIG. This suggested that the expression of histag fusion protein does not affect the growth of magnetic bacteria.

本発明の機能性磁性細菌は、カドミウム等の重金属の回収することができ、これを自然界に応用することによりバイオレメンディエーション等の環境技術の発展に大きく貢献することができる。同時に、エタノール生産、バイオパニング、特定分子のスクリーニング等の化学、医薬医療分野の発展に貢献することが期待される。 The functional magnetic bacterium of the present invention can recover heavy metals such as cadmium and can greatly contribute to the development of environmental technologies such as bioremediation by applying it to nature. At the same time, it is expected to contribute to the development of chemistry and pharmaceutical medicine such as ethanol production, biopanning, screening of specific molecules.

発現ベクターpUMP1Msp1を構築する工程の概略図を示す。A schematic diagram of the steps for constructing the expression vector pUMP1Msp1 is shown. 発現ベクターpUMP1Msp1構造を示す。The expression vector pUMP1Msp1 structure is shown. Msp1の2次元構造及びヒスタグ挿入部位を示す。The two-dimensional structure of Msp1 and the histag insertion site are shown. 制限酵素消化断片の泳動度の測定写真を示す。The measurement photograph of the migration degree of a restriction enzyme digestion fragment is shown. ヒスタグ融合タンパク質の発現を確認する方法概略を示す。An outline of a method for confirming the expression of a histag fusion protein is shown. Msp1―124Hのウエスタンブロティングの結果を示す。The result of the Western blotting of Msp1-124H is shown. カドミウム回収能の評価方法についての概略図を示す。The schematic about the evaluation method of cadmium collection | recovery ability is shown. 野生型と形質転換体におけるカドミウムの吸着量を示す。The adsorbed amount of cadmium in the wild type and the transformant is shown. Msp1の細胞ディスプレイ評価結果を示す。The cell display evaluation result of Msp1 is shown. 野生型と形質転換体における免疫染色後の蛍光顕微鏡観察をした観測写真を示す。The observation photograph which observed the fluorescence microscope after the immuno-staining in a wild type and a transformant is shown. 野生型と形質転換体における育成への影響を評価した結果を示す。The result of having evaluated the influence on the growth in a wild type and a transformant is shown.

Claims (6)

磁性細菌の細胞膜に存在し、配列番号1に記載されたアミノ酸配列を有するタンパク質の細胞外領域である、以下の部位又はその近傍に重金属と結合する能力を有する一又は複数のアミノ酸が挿入されたことを特徴とする機能性磁性細菌。
148番目 Val ,163番目 Asn ,238番目 Leu ,263番目 Phe ,285番目 Ala
One or a plurality of amino acids having the ability to bind to heavy metals are inserted in or near the following site, which is an extracellular region of a protein having the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and present in the cell membrane of magnetic bacteria A functional magnetic bacterium characterized by that.
148th Val, 163rd Asn, 238th Leu, 263th Phe, 285th Ala
前記複数のアミノ酸は、ヒスタグであることを特徴とする請求項1に記載の機能性磁性細菌。 The functional magnetic bacterium according to claim 1, wherein the plurality of amino acids are Histags. 請求項1又は請求項2に記載の機能性磁性細菌の、前記アミノ酸が挿入されたタンパク質をコードする遺伝子。 The gene which codes the protein in which the said amino acid was inserted of the functional magnetic bacterium of Claim 1 or Claim 2. 請求項3に記載の遺伝子を含むベクター。 A vector comprising the gene according to claim 3. 重金属を含有する水溶液に
請求項又は請求項2に記載の機能性磁性細菌を接触させ、
前記水溶液中の重金属を前記機能性磁性細菌に吸着させることを特徴とする重金属の回収方法。
The functional magnetic bacterium according to claim 2 or 2 is brought into contact with an aqueous solution containing a heavy metal,
A method for recovering heavy metals, comprising adsorbing heavy metals in the aqueous solution to the functional magnetic bacteria.
前記重金属は、カドミウムであることを特徴とする請求項5に記載の重金属の回収方法。 The heavy metal recovery method according to claim 5, wherein the heavy metal is cadmium.
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