JP5140848B2 - Method for producing gallic acid - Google Patents

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Description

抗酸化剤や写真の現像剤として有用な没食子酸を、プロトカテク酸の5位を酸化する酵素活性(以下、プロトカテク酸5位酸化活性という)を有する蛋白質を発現する微生物を用いて工業的に製造する方法に関する。 Gallic acid, useful as an antioxidant and photographic developer, is industrially produced using a microorganism that expresses a protein having an enzyme activity that oxidizes 5-position of protocatechuic acid (hereinafter referred to as protocatechuic acid 5-position oxidation activity) On how to do.

没食子酸は、そのアルカリ性水溶液は還元力が強く、還元剤、写真の現像剤に使われる。また、タンニン合成の原料になり、青インクの製造に使われ、さらに、没食子酸プロピル、没食子酸イソアミルなどのエステルとして油脂・バターの酸化防止剤にも使用される。 Gallic acid is an alkaline aqueous solution that has a strong reducing power and is used as a reducing agent and a photographic developer. It is also used as a raw material for tannin synthesis, used in the production of blue inks, and as an ester of propyl gallate, isoamyl gallate, etc., and as an antioxidant for fats and butters.

酵素を用いた没食子酸の製造法に関しては、野生型酵素を用いた没食子酸の生産については報告例がないが、シュードモナス・エルギノーサPAO株が保有する野生型パラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素の385位のチロシンをフェニールアラニンに変換した変異酵素(以下、PAO変異酵素と略記する)を用いることにより、試験管内でパラヒドロキシ安息香酸を出発物質としてプロトカテク酸を経由して没食子酸を生成できることが報告されている〔非特許文献1〕。ただし、PAO変異酵素のパラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素の比活性が、野生型酵素と比べて約50分の1に減少し、没食子酸を合成するプロトカテク酸5位酸化活性も低いことが報告されている。また微生物を用いた没食子酸の製造法に関しては、大腸菌によりグルコースを原料にし、上記PAO変異酵素を用いて没食子酸を生産する例が報告されている〔特許文献1、および非特許文献2〕。しかしながら、この例では、原料の一部しか没食子酸に転換しないこと、発酵時間が長いこと、前駆体3-デヒドロキシシキミ酸が大量に蓄積して没食子酸の生産量が頭打ちになっていることなどの理由から、製造コスト面で問題がある。原料として、グルコースでなく、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸およびパラヒドロキシ安息香酸などの芳香族カルボン酸を用いた場合、酵素変換によりモル数あたり100%近い没食子酸生産も期待できるが、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸およびパラヒドロキシ安息香酸を原料として微生物を培養して没食子酸を生産できることは報告されていない。 Regarding the method for producing gallic acid using an enzyme, there is no report on the production of gallic acid using a wild-type enzyme, but position 385 of the wild-type parahydroxybenzoic acid hydroxylase possessed by Pseudomonas aeruginosa PAO strain. It has been reported that gallic acid can be produced via protocatechuic acid starting from parahydroxybenzoic acid in a test tube by using a mutant enzyme (hereinafter abbreviated as PAO mutant enzyme) in which tyrosine is converted to phenylalanine. [Non-Patent Document 1]. However, it has been reported that the specific activity of the PAO mutant enzyme parahydroxybenzoate hydroxylase is reduced to about 1/50 that of the wild-type enzyme, and the protocatechuic acid 5-position oxidation activity for synthesizing gallic acid is also low. ing. In addition, with regard to a method for producing gallic acid using microorganisms, there have been reported examples of producing gallic acid from Escherichia coli using glucose as a raw material and using the PAO mutant enzyme [Patent Document 1 and Non-Patent Document 2]. However, in this example, only a part of the raw material is converted to gallic acid, the fermentation time is long, the precursor 3-dehydroxyshikimic acid accumulates in large quantities, and the production of gallic acid has reached its peak. For this reason, there is a problem in terms of manufacturing cost. When aromatic carboxylic acids such as terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid and parahydroxybenzoic acid are used as raw materials instead of glucose, gallic acid production can be expected to be close to 100% per mole by enzyme conversion. It has not been reported that gallic acid can be produced by culturing microorganisms using phthalic acid, isophthalic acid and parahydroxybenzoic acid as raw materials.

植物ヌルデの五倍子からの抽出法を用いて没食子酸を製造した場合、製造コストが高いことから、これら化合物を工業的に有利に製造する方法が求められている。フタル酸類(フタル酸、テレフタル酸およびイソフタル酸)は安価な原料である上、テレフタル酸はペットボトルからも再生できることから、安価な原料となる。またバイオマス利用が盛んになっているが、植物を利用してパラヒドロキシ安息香酸を大量生産することも可能となっているので、パラヒドロキシ安息香酸も安価な原料となる。このような背景から、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸などの安価な原料から没食子酸を効率よく生産する方法が所望されている。PAO変異酵素はプロトカテク酸5位酸化活性が低いことから、没食子酸を効率よく生産するためにプロトカテク酸5位酸化活性の向上が所望されている。
米国特許番号6,472,190 Entsch, B, Palfey, B.A., Ballou, D. P. と Masey, V. J. Biol. Chem. 266, 17341-17349 (1991) Spiros Kambourakis, K.M. Draths, and J. W. Frost. J.Am.Chem.Soc. 122, 9042-9043 (2000年)
When gallic acid is produced using an extraction method of plant nullde from a pentaploid, the production cost is high, and therefore a method for industrially producing these compounds is required. Phthalic acids (phthalic acid, terephthalic acid and isophthalic acid) are inexpensive raw materials, and terephthalic acid can be recycled from plastic bottles, so it is an inexpensive raw material. Although biomass is actively used, it is also possible to mass-produce parahydroxybenzoic acid using plants, so parahydroxybenzoic acid is also an inexpensive raw material. From such a background, a method for efficiently producing gallic acid from an inexpensive raw material such as terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid is desired. Since the PAO mutant enzyme has low protocatechuic acid 5-oxidation activity, it is desired to improve protocatechuate 5-oxidation activity in order to efficiently produce gallic acid.
US Patent No. 6,472,190 Entsch, B, Palfey, BA, Ballou, DP and Masey, VJ Biol. Chem. 266, 17341-17349 (1991) Spiros Kambourakis, KM Draths, and JW Frost.J.Am.Chem.Soc. 122, 9042-9043 (2000)

本発明の課題は、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸
などの安価な原料からプロトカテク酸を生産し、プロトカテク酸5位酸化活性を持つ蛋白質(以下、プロトカテク酸5位酸化酵素という)によりプロトカテク酸を没食子酸に変換することにより没食子酸を安価に製造する方法を提供することにある。
An object of the present invention is to produce protocatechuic acid from an inexpensive raw material such as terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid, or parahydroxybenzoic acid, and a protein having protocatechuic acid 5-position oxidizing activity (hereinafter referred to as protocatechuate 5-position oxidase). ) To provide a method for producing gallic acid at low cost by converting protocatechuic acid to gallic acid.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行い、PAO変異酵素のアミノ酸配列と相同性を有する野生型蛋白質の酵素活性を調べたところ、PAO変異酵素のアミノ酸配列に対して40.1%以上かつ75.0%未満の相同性を有する、配列番号6,10,14,16,18,20,22,24,26および28で表されるアミノ酸配列を有する野生型蛋白質について強いプロトカテク酸5位酸化活性を有することを見出した。続いて、相互に39.1〜58.9%の相同性を有する配列番号16、26、30、32および34で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質のプロトカテク酸5位酸化活性を測定し、PAO変異酵素の活性と比較したところ、野生型蛋白質でもPAO変異酵素よりもプロトカテク酸5位酸化活性の比活性が2倍以上高いことを見出した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research and examined the enzyme activity of a wild-type protein having homology with the amino acid sequence of the PAO mutant enzyme. Strong for wild-type proteins having amino acid sequences represented by SEQ ID NOs: 6, 10, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 and 28 having homology of 1% or more and less than 75.0% It was found that protocatechuic acid has 5-position oxidation activity. Subsequently, the protocatechuic acid 5-position oxidation activity of the protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16, 26, 30, 32 and 34 having 39.1 to 58.9% homology with each other was measured, and PAO When compared with the activity of the mutant enzyme, it was found that the specific activity of protocatechuic acid 5-position oxidation activity was more than twice as high as that of the PAO mutant enzyme even in the wild type protein.

配列番号16で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質をコードするDNA断片を含む組換えベクターを構築した後、該組換えベクターで形質転換した大腸菌を調製したところ、パラヒドロキシ安息香酸を原料として没食子酸を効率よく生産させることに成功した。 After constructing a recombinant vector containing a DNA fragment encoding a protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16, E. coli transformed with the recombinant vector was prepared. As a result, gallic acid was obtained using parahydroxybenzoic acid as a raw material. Has been successfully produced.

次に、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、テレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼおよびテレフタル酸トランスポーターの蛋白質をコードするDNAをロドコッカス属RHA1株よりクローニングして、組換えベクターを構築した。該組換えベクター、および配列番号16または30で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質を発現するベクターを用いて大腸菌を形質転換することにより、テレフタル酸代謝能を獲得した形質転換体を調製した。続いて該形質転換体を利用してテレフタル酸を原料として没食子酸を効率よく生産させることに成功し、本発明を完成するに至った。 Next, DNA encoding terephthalate dioxygenase, terephthalate dioxygenase reductase, terephthalate 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and terephthalate transporter protein was cloned from Rhodococcus RHA1 strain, and the recombinant vector was cloned. It was constructed. A transformant having the ability to metabolize terephthalic acid was prepared by transforming E. coli using the recombinant vector and a vector expressing a protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16 or 30. Subsequently, the transformant was successfully used to efficiently produce gallic acid using terephthalic acid as a raw material, and the present invention was completed.

すなわち、本発明は以下の(1)〜(15)に関する。 That is, the present invention relates to the following (1) to (15).

(1)以下の(A)または〜(B)に記載の蛋白質を発現する微生物を用いてプロトカテク酸から没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする没食子酸の製造方法。
(A)配列番号16、26、30、32または34で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質
(B)配列番号16、26、30、32または34で表されるアミノ酸配列において、1個以上のアミノ酸の置換、欠失、挿入または付加を含むアミノ酸配列からなり、かつプロトカテク酸の5位を酸化する酵素活性を有する蛋白質(配列番号30については385位のフェニルアラニンが置換または欠失した配列を含まない)。
(1) A method for producing gallic acid, comprising producing and accumulating gallic acid from protocatechuic acid using a microorganism that expresses the protein according to (A) or (B) below, and collecting the gallic acid.
(A) Protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16, 26, 30, 32 or 34 (B) One or more amino acids in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16, 26, 30, 32 or 34 A protein having an amino acid sequence containing a substitution, deletion, insertion, or addition of and having an enzyme activity that oxidizes position 5 of protocatechuic acid (SEQ ID NO: 30 does not include a sequence in which phenylalanine at position 385 is substituted or deleted) ).

(2)微生物の培養物または該培養物の処理物およびプロトカテク酸を水性媒体中に存在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする前記(1)の没食子酸の製造法。 (2) A culture of microorganisms or a processed product of the culture and protocatechuic acid are present in an aqueous medium, gallic acid is generated and accumulated in the medium, and gallic acid is collected from the medium. The manufacturing method of the gallic acid of said (1).

(3)前記微生物がテレフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力を保有する微生物であり、該微生物をテレフタル酸を含有する培地中でテレフタル酸と反応させることにより、没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする前記(1)の没食子酸の製造方法。 (3) The microorganism has the ability to generate protocatechuic acid from terephthalic acid, and reacts the microorganism with terephthalic acid in a medium containing terephthalic acid to generate and accumulate gallic acid. (1) The method for producing gallic acid according to (1) above.

(4)前記微生物の培養物または該培養物の処理物およびテレフタル酸を水性媒体中に存
在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする前記(3)の没食子酸の製造法。
(4) The culture of the microorganism or the treated product of the culture and terephthalic acid are present in an aqueous medium, gallic acid is generated and accumulated in the medium, and gallic acid is collected from the medium. (3) The manufacturing method of the gallic acid of said.

(5)前記微生物がフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力を保有する微生物であり、該微生物をフタル酸を含有する培地中でフタル酸と反応させることにより、没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする前記(1)の没食子酸の製造方法。 (5) The microorganism possesses the ability to produce protocatechuic acid from phthalic acid, and reacts the microorganism with phthalic acid in a medium containing phthalic acid to produce and accumulate gallic acid. (1) The method for producing gallic acid according to (1) above.

(6)前記微生物の培養物または該培養物の処理物およびフタル酸を水性媒体中に存在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする前記(5)の没食子酸の製造法。 (6) The microbial culture or the treated product of the culture and phthalic acid are present in an aqueous medium, gallic acid is generated and accumulated in the medium, and gallic acid is collected from the medium. (5) The manufacturing method of the gallic acid of the said.

(7)前記微生物がイソフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力を保有する微生物であり、該微生物をイソフタル酸を含有する培地中でイソフタル酸と反応させることにより、没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする前記(1)の没食子酸の製造方法。 (7) The microorganism has the ability to produce protocatechuic acid from isophthalic acid, and reacts the microorganism with isophthalic acid in a medium containing isophthalic acid to produce and accumulate gallic acid, (1) The method for producing gallic acid according to (1) above.

(8)前記微生物の培養物または該培養物の処理物およびイソフタル酸を水性媒体中に存在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする前記(7)の没食子酸の製造法。 (8) The culture of the microorganism or the treated product of the culture and isophthalic acid are present in an aqueous medium, gallic acid is generated and accumulated in the medium, and gallic acid is collected from the medium. (7) The manufacturing method of the gallic acid of said.

(9)前記微生物がパラヒドロキシ安息香酸からプロトカテク酸を生成する能力を保有する微生物であり、該微生物をパラヒドロキシ安息香酸を含有する培地中でパラヒドロキシ安息香酸と反応させることにより、没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする前記(1)の没食子酸の製造方法。 (9) The microorganism is a microorganism having the ability to produce protocatechuic acid from parahydroxybenzoic acid, and reacting the microorganism with parahydroxybenzoic acid in a medium containing parahydroxybenzoic acid, The method for producing gallic acid according to the above (1), wherein the gallic acid is produced, accumulated, and collected.

(10)前記微生物の培養物または該培養物の処理物およびパラヒドロキシ安息香酸を水性媒体中に存在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする前記(9)の没食子酸の製造法。 (10) causing the culture of the microorganism or the treated product of the culture and parahydroxybenzoic acid to exist in an aqueous medium, generating and accumulating gallic acid in the medium, and collecting gallic acid from the medium; (9) The method for producing gallic acid according to (9),

(11)テレフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力が、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、テレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼおよびテレフタル酸トランスポーターの蛋白質をコードするDNAを形質転換法により導入して得られることを特徴とする、前記(3)または(4)記載の没食子酸の製造方法。 (11) The ability to produce protocatechuic acid from terephthalic acid transforms DNA encoding terephthalic acid dioxygenase, terephthalic acid dioxygenase reductase, terephthalic acid 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and terephthalic acid transporter proteins The method for producing gallic acid according to the above (3) or (4), which is obtained by introduction by a method.

(12)フタル酸からプロトカテク酸を生成する能力が、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、テレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼおよびテレフタル酸トランスポーターの蛋白質をコードするDNAを形質転換法により導入して得られることを特徴とする、前記(5)または(6)記載の没食子酸の製造方法。 (12) The ability to produce protocatechuic acid from phthalic acid transforms DNA encoding terephthalic acid dioxygenase, terephthalic acid dioxygenase reductase, terephthalic acid 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and terephthalic acid transporter proteins The method for producing gallic acid according to (5) or (6) above, wherein the method is obtained by introduction by a method.

(13)イソフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力が、イソフタル酸ジオキシゲナーゼ、イソフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、イソフタル酸1,2-ジヒドロジオールジヒドロゲナーゼおよびイソフタル酸トランスポーターの蛋白質をコードするDNAを形質転換法により導入して得られることを特徴とする、前記(7)または(8)記載の没食子酸の製造方法。 (13) The ability to produce protocatechuic acid from isophthalic acid transforms DNA encoding isophthalic acid dioxygenase, isophthalic acid dioxygenase reductase, isophthalic acid 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and isophthalic acid transporter proteins The method for producing gallic acid according to (7) or (8) above, wherein the method is obtained by introduction by a method.

(14)前記微生物が、前記(A)または(B)に記載の蛋白質をコードするDNAが導入された微生物である、前記(1)から(13)のいずれか1項に記載の没食子酸の製造法。 (14) The gallic acid according to any one of (1) to (13), wherein the microorganism is a microorganism into which a DNA encoding the protein according to (A) or (B) is introduced. Manufacturing method.

(15)微生物がエシェリヒア(Escherichia)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属、アシネトバクター(Acinetobacter)属、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、ノボスフィンゴビウム(Novosphingobium)属またはラルストニア(Ralstonia)属に属する微生物であることを特徴とする、前記(1)から(14)のいずれか1項に記載の製造法。 (15) the microorganism is Escherichia (Escherichia) genus Rhodococcus (Rhodococcus) genus, Acinetobacter (Acinetobacter) spp., Bradyrhizobium (Bradyrhizobium) genus Corynebacterium (Corynebacterium) genus Pseudomonas (Pseudomonas) genus, Rhodopseudomonas (Rhodopseudomonas ) genus Sinorhizobium (Sinorhizobium) genus Brevibacterium (Brevibacterium) genus, characterized in that it is a microorganism belonging to Novo sphingomyelin bi um (Novosphingobium) genus or Ralstonia (Ralstonia) genus, wherein (1) to (14) The manufacturing method of any one of these.

本発明によれば、プロトカテク酸5位酸化活性が優れた酵素蛋白質を用いて、プロトカテク酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸を原料として没食子酸を安価に製造する方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a method for inexpensively producing gallic acid using protocatechuic acid, terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid as a raw material, using an enzyme protein having excellent protocatechuic acid 5-position oxidation activity. can do.

以下に本発明を詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.

本発明で用いられるプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質としては、配列番号4で表されるアミノ酸配列を有するPAO変異酵素よりもプロトカテク酸5位酸化酵素の比活性が2倍以上優れている蛋白質があげられる。例えば、配列番号16、26、30、32または34で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質が挙げられる。ここで、配列番号16はシュードモナス・プチダKT2440由来の野生型プロトカテク酸5位酸化酵素のアミノ酸配列である。配列番号26はノボスフィンゴビウム・アロマティカボランスDSM 12444由来の野生型プロトカテク酸5位酸化酵素のアミノ酸配列である。また、配列番号16においては、PAO変異酵素の変異点に対応する386位のTyrがPheに置換されてもよく、配列番号16においてY386Fの変異が導入されたアミノ酸配列を配列番号32に示す。また、配列番号26においては、PAO変異酵素の変異点に対応する384位のTyrがPheに置換されてもよく、配列番号26においてY384Fの変異が導入されたアミノ酸配列を配列番号34に示す。配列番号30はコリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032由来の野生型プロトカテク酸5位酸化酵素のアミノ酸配列において、PAO変異酵素の変異点に対応する385位のTyrがPheに置換された配列である。
本発明で用いられるプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質としてはまた、配列番号16、26、30、32または34のアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加したアミノ酸配列からなり、かつプロトカテク酸5位酸化酵素活性を有する蛋白質をあげることができる。ただし、配列番号30のアミノ酸配列においては、385位のフェニルアラニンは保存されている必要があるので、385位のフェニルアラニンが欠失または置換した配列は含まない。
好ましくは、配列番号16、26、30、32および34で表される蛋白質が配列番号4で表されるPAO変異酵素よりも酵素活性が優れている原因は、配列番号4のアミノ酸配列と配列番号16、26、30、32および34のいずれかのアミノ酸配列の間の違いから由来しているので、これらアミノ酸配列の違いに基づいて配列番号16、26、30、32または34のアミノ酸配列において1または数個のアミノ酸が欠失、置換または付加したアミノ酸配列からなり、かつプロトカテク酸5位酸化酵素活性を有する蛋白質をあげることができる(配列番号30については385位のフェニルアラニンが置換または欠失した配列を含まない)。また、該蛋白質として、配列番号16、26、30、32および34のいずれかのアミノ酸配列と75%以上の相同性、好ましくは90%以上特に好ましくは95%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつプロトカテク酸5位酸化酵素活性を有する蛋白質(配列番号30については385位のフェニルアラニンが置換または欠失した配列を含まない)をあげることができる。さらに、相互に37.8〜58.9%の相同性を有する配列番号16、26、30、32および34で表される蛋白質が配列
番号4で表されるPAO変異酵素よりもプロトカテク酸5位酸化酵素の比活性が2倍以上優れていることを本発明で見出したので、配列番号16、26、30、32および34で表される蛋白質のいずれかの蛋白質との相同性が75.0%以下であっても、37.8%以上であれば、PAO変異酵素よりもプロトカテク酸5位酸化酵素活性が2倍以上優れている酵素が容易に見出すことができる。したがって、本発明に関わるプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質としては、配列番号16、26、30、32および34で表されるアミノ酸配列と37.8〜75.0%の相同性を有し、配列番号4とは異なるアミノ酸配列からなり、かつプロトカテク酸の5位を酸化する酵素活性を有する蛋白質であってもよい。
Examples of the protocatechuic acid 5-position oxidase protein used in the present invention include a protein in which the specific activity of protocatechuate 5-position oxidase is twice or more superior to the PAO mutant enzyme having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4. It is done. For example, the protein which has an amino acid sequence represented by sequence number 16, 26, 30, 32 or 34 is mentioned. Here, SEQ ID NO: 16 is the amino acid sequence of wild-type protocatechuate 5-position oxidase derived from Pseudomonas putida KT2440. SEQ ID NO: 26 is the amino acid sequence of wild-type protocatechuate 5-position oxidase derived from Novosphingobium aromatica bolans DSM 12444. In SEQ ID NO: 16, Tyr at position 386 corresponding to the mutation point of the PAO mutant enzyme may be substituted with Phe, and the amino acid sequence in which the Y386F mutation is introduced in SEQ ID NO: 16 is shown in SEQ ID NO: 32. In SEQ ID NO: 26, Tyr at position 384 corresponding to the mutation point of the PAO mutant enzyme may be substituted with Phe. The amino acid sequence in which the Y384F mutation is introduced in SEQ ID NO: 26 is shown in SEQ ID NO: 34. SEQ ID NO: 30 is the amino acid sequence of wild-type protocatechuate 5-position oxidase derived from Corynebacterium glutamicum ATCC13032, wherein Tyr at position 385 corresponding to the mutation point of the PAO mutant enzyme is substituted with Phe.
The protocatechuic acid 5-position oxidase protein used in the present invention also has an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 16, 26, 30, 32 or 34. And a protein having protocatechuic acid 5-position oxidase activity. However, in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 30, phenylalanine at position 385 needs to be conserved, and therefore does not include a sequence in which phenylalanine at position 385 is deleted or substituted.
Preferably, the reason why the protein represented by SEQ ID NOs: 16, 26, 30, 32 and 34 is superior to the PAO mutant enzyme represented by SEQ ID NO: 4 is the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: Since it is derived from the difference between any of the amino acid sequences of 16, 26, 30, 32 and 34, 1 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 16, 26, 30, 32 or 34 based on the difference of these amino acid sequences. Alternatively, a protein having an amino acid sequence in which several amino acids are deleted, substituted or added and having protocatechuic acid 5-position oxidase activity can be mentioned (in SEQ ID NO: 30, phenylalanine at position 385 was substituted or deleted. Does not contain an array). In addition, the protein includes an amino acid sequence having 75% or more homology, preferably 90% or more, particularly preferably 95% or more homology with any one of SEQ ID NOs: 16, 26, 30, 32 and 34. And a protein having protocatechuic acid 5-position oxidase activity (SEQ ID NO: 30 does not include a sequence in which phenylalanine at position 385 is substituted or deleted). Furthermore, the protein represented by SEQ ID NO: 16, 26, 30, 32 and 34 having homology of 37.8 to 58.9% with each other is more in the protocatechuic acid 5 position than the PAO mutant enzyme represented by SEQ ID NO: 4. Since it has been found in the present invention that the specific activity of the oxidase is two or more times higher, the homology with any one of the proteins represented by SEQ ID NOs: 16, 26, 30, 32 and 34 is 75.0. Even if it is 3% or less, if it is 37.8% or more, an enzyme having a protocatechuic acid 5-position oxidase activity that is at least twice as good as that of the PAO mutant enzyme can be easily found. Therefore, the protocatechuic acid 5-position oxidase protein related to the present invention has 37.8-75.0% homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NOs: 16, 26, 30, 32 and 34. It may be a protein having an amino acid sequence different from that of No. 4 and having an enzyme activity that oxidizes the 5-position of protocatechuic acid.

上記の1また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、かつプロトカテク酸5位酸化酵素活性を有する蛋白質は、Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989)(以下、モレキュラー・クローニング第2版と略す)、Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1987-1997)(以下、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジーと略す)、Nucleic Acids Res., 10, 6487 (1982)、Proc. Natl. Acad.
Sci., USA, 79, 6409 (1982)、Gene, 34, 315 (1985)、Nucleic Acids Res., 13, 4431 (1985)、Proc.Natl. Acad. Sci., USA, 82, 488 (1985)等に記載の部位特異的変異導入法を用いて、例えば配列番号16、26、30、32および34で表されるアミノ酸配列からなる蛋白質をコードするDNAに部位特異的変異を導入することにより取得することができる。欠失、置換または付加される1または数個というアミノ酸の数はプロトカテク酸5位酸化酵素活性が維持される限り特に限定されないが、配列番号4のアミノ酸配列と配列番号16、26、30、32および34のいずれかのアミノ酸配列の間の違いの個数以内であることが望ましく、1〜20個が好ましく、1〜10個がより好ましく、1〜5個が特に好ましい。
The protein having the amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added and having protocatechuic acid 5-position oxidase activity is Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press. (1989) (hereinafter abbreviated as Molecular Cloning 2nd edition), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1987-1997) (hereinafter abbreviated as Current Protocols in Molecular Biology), Nucleic Acids Res., 10, 6487 (1982), Proc. Natl. Acad.
Sci., USA, 79, 6409 (1982), Gene, 34, 315 (1985), Nucleic Acids Res., 13, 4431 (1985), Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 82, 488 (1985) Obtained by introducing a site-specific mutation into DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NOs: 16, 26, 30, 32 and 34, for example, using the site-directed mutagenesis method described in the above can do. The number of one or several amino acids to be deleted, substituted or added is not particularly limited as long as protocatechuic acid 5-position oxidase activity is maintained, but the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NOs: 16, 26, 30, 32 It is desirable that it is within the number of differences between any of the amino acid sequences of and 34, preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, and particularly preferably 1 to 5.

本発明で用いられる微生物は、上記のプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現する微生物である。例えば、アシネトバクター(Acinetobacter)属、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、ノボスフィンゴビウム(Novosphingobium)属またはラルストニア(Ralstonia)属に属する微生物などの微生物株から上記の特性を有するものを天然から単離することにより得られる。または、このような特性を有する微生物をアメリカ・タイプ・カルチャー・コレクション(以下、必要に応じてATCCと略記する)、独立行政法人製品基盤技術基盤機構・生物遺伝資源部門(以下、必要に応じてNBRCと略記する)、または独立行政法人 理化学研究所 筑波研究所 バイオリソースセンターなどから入手することができる。 The microorganism used in the present invention is a microorganism that expresses the above-described protocatechuic acid 5-position oxidase protein. For example, Acinetobacter (Acinetobacter) spp., Bradyrhizobium (Bradyrhizobium) genus Corynebacterium (Corynebacterium) genus Pseudomonas (Pseudomonas) genus, Rhodopseudomonas (Rhodopseudomonas) genus, Sinorhizobium (Sinorhizobium) genus Brevibacterium (Brevibacterium) genus, obtainable by isolation from natural those from microbial strains such as Novo sphingolipids bi um (Novosphingobium) genus or Ralstonia (Ralstonia) microorganism belonging to the genus of the above character. Alternatively, microorganisms having such characteristics may be classified into the American Type Culture Collection (hereinafter abbreviated as ATCC as necessary), the National Institute of Technology and Biogenetics Resources (hereinafter referred to as necessary). (Abbreviated as NBRC), or RIKEN Tsukuba Research Laboratories BioResource Center.

具体的には、アシネトバクター(Acinetobacter)属の微生物としては、例えばアシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)ADP1等をあげることができる。ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属の微生物としては、例えばブラディリゾビウム・ジャポニカム(Bradyrhizobium japonicum)USDA110等をあげることができる。コリネバクテリウム(Corynebacterium)属の微生物としては、例えばコリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032等をあげることができる。シュードモナス(Pseudomonas)属の微生物としては、例えばシュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)KT2440等をあげることができる。ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属の微生物としては、例えばロドシュードモナス・パルストリス(Rhodopseudomonas palustris)CGA009等をあげることができる。シノリゾビウム(Sinorhizobium)属の微生物としては、例えばシノリゾビウム・メリロティ(Sinorhizobium meliloti)1021等をあげることができる。ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属の微生物としては、例えばブレビバクテリウム・リネンズ(Brevibacterium linens)BL2等をあげることが
できる。ノボスフィンゴビウム(Novosphingobium)属の微生物としては、例えばノボスフィンゴビウム・アロマティカボランス(Novosphingobium aromaticivorans)DSM 12444等をあげることができる。ラルストニア(Ralstonia)属の微生物としては、例えばラルストニア・メタリデュランス(Ralstonia metallidurans)CH34等をあげることができる。ただし、本発明に使用できる菌株は本菌株に限定されるものではなく、その目的を達成できる菌株であればすべて使用できる。
Specifically, examples of the microorganism belonging to the genus Acinetobacter include Acinetobacter calcoaceticus ADP1. Examples of the microorganism belonging to the genus Bradyrhizobium include Bradyrhizobium japonicum USDA110. Examples of microorganisms belonging to the genus Corynebacterium include Corynebacterium glutamicum ATCC13032. Examples of microorganisms belonging to the genus Pseudomonas include Pseudomonas putida KT2440. Examples of microorganisms belonging to the genus Rhodopseudomonas include Rhodopseudomonas palustris CGA009. The Sinorhizobium (Sinorhizobium) microorganism of the genus, there may be mentioned, for example, Sinorhizobium meliloti (Sinorhizobium meliloti) 1021 or the like. Examples of microorganisms belonging to the genus Brevibacterium include Brevibacterium linens BL2. Examples of the microorganism belonging to the genus Novosphingobium include Novosphingobium aromaticivorans DSM 12444. Examples of microorganisms belonging to the genus Ralstonia include Ralstonia metallidurans CH34. However, the strain that can be used in the present invention is not limited to this strain, and any strain that can achieve its purpose can be used.

本発明で用いられる微生物は、上記のプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質をコードするDNAを含有する組換え体DNAで形質転換した微生物であってもよい。本発明に使用できるプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を生産する形質転換体は、例えば該DNAをモレキュラー・クローニング第2版に記載の方法に従って、上記の微生物から該蛋白質をコードするDNAをクローニングし、ベクターDNAと連結することで組換え体DNAを作製し、該組換え体DNAを用いて宿主細胞を形質転換することにより取得することができる。以下に、DNAのクローニングと形質転換株の作製方法について詳しく述べる。 The microorganism used in the present invention may be a microorganism transformed with a recombinant DNA containing a DNA encoding the protocatechuic acid 5-position oxidase protein. A transformant that produces a protocatechuic acid 5-position oxidase protein that can be used in the present invention is obtained by, for example, cloning the DNA encoding the protein from the above-described microorganism according to the method described in Molecular Cloning Second Edition, A recombinant DNA can be prepared by ligation with a vector DNA, and can be obtained by transforming a host cell using the recombinant DNA. Hereinafter, a method for cloning DNA and a method for producing a transformant will be described in detail.

上記のアシネトバクター(Acinetobacter)属、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、ノボスフィンゴビウム(Novosphingobium)属またはラルストニア(Ralstonia)属に属する微生物を公知の方法により培養する。培養後、公知の方法(例えば、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジーに記載の方法)により、該微生物の染色体DNAを単離精製する。この染色体DNAから合成DNAを用いて、ハイブリダイゼイション法またはPCR法などによりプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質をコードするDNAを含む断片を取得することができる。なお、該合成DNAは、アシネトバクター(Acinetobacter)属、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、ノボスフィンゴビウム(Novosphingobium)属またはラルストニア(Ralstonia)属の細菌由来のプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質をコードする遺伝子(以下、プロトカテク酸5位酸化酵素遺伝子と呼ぶ)、好ましくはアシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)、ブラディリゾビウム・ジャポニカム(Bradyrhizobium japonicum)、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、ロドシュードモナス・パルストリス(Rhodopseudomonas palustris)、シノリゾビウム・メリロティ(Sinorhizobium meliloti)、ノボスフィンゴビウム・アロマティカボランス(Novosphingobium aromaticivorans)、ラルストニア・メタリデュランス(Ralstonia metallidurans)、またはブレビバクテリウム・リネンズ(Brevibacterium linens)由来のプロトカテク酸5位酸化酵素遺伝子の塩基配列に基づいて設計することができる。具体的には、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)ADP1、ブラディリゾビウム・ジャポニカム(Bradyrhizobium japonicum)USDA110、コリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)KT2440、ロドシュードモナス・パルストリス(Rhodopseudomonas palustris)CGA009、シノリゾビウム・メリロティ(Sinorhizobium meliloti)1021、ブレビバクテリウム・リネンズ(Brevibacterium linens)BL2、ノボスフィンゴビウム・アロマティカボランス(Novosphingobium aromaticivorans)DSM 12444またはラルストニア・メタリデュランス(Ralstonia metallidurans)CH34のプロトカテク酸5位酸化酵素遺伝子の塩基配列、すなわち配列番号5、9、13、15、17、19、21、23、25および27で表される塩基配列に基づいて設計することができる。 The above Acinetobacter (Acinetobacter) spp., Bradyrhizobium (Bradyrhizobium) genus Corynebacterium (Corynebacterium) genus Pseudomonas (Pseudomonas) genus, Rhodopseudomonas (Rhodopseudomonas) genus, Sinorhizobium (Sinorhizobium) genus Brevibacterium (Brevibacterium) genus, culturing Novo sphingolipids bi um (Novosphingobium) genus or Ralstonia (Ralstonia) microorganism belonging to the genus by known methods. After culturing, the chromosomal DNA of the microorganism is isolated and purified by a known method (for example, the method described in Current Protocols in Molecular Biology). Using this synthetic DNA from the chromosomal DNA, a fragment containing DNA encoding the protocatechuic acid 5-position oxidase protein can be obtained by a hybridization method or a PCR method. Incidentally, the synthetic DNA is Acinetobacter (Acinetobacter) genus Bradyrhizobium (Bradyrhizobium) genus Corynebacterium (Corynebacterium) genus Pseudomonas (Pseudomonas) genus Pseudomonas (Pseudomonas) genus Rhodopseudomonas (Rhodopseudomonas) genus Sinorhizobium (Sinorhizobium) genus Brevibacterium (Brevibacterium) the genus, Novo sphingolipids bi um (Novosphingobium) genus or Ralstonia (Ralstonia) gene encoding protocatechuic acid 5-position oxidase protein derived from bacteria of the genus (hereinafter 5-position protocatechuic acid oxidation enzyme gene called a), preferably Acinetobacter calcoaceticus (Acinetobacter calcoaceticus), Bradyrhizobium japonicum (Bradyrhizobium japonicum), Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum), Shrewsbury Pseudomonas putida (Pseudomonas putida), Rod Pseudomonas pulse tris (Rhodopseudomonas palustris), Sinorhizobium meliloti (Sinorhizobium meliloti), Novo sphingolipid bi Umm aroma Atlantica borane scan (Novosphingobium aromaticivorans), Ralstonia methallyl radiodurans (Ralstonia metallidurans), or It can be designed based on the base sequence of protocatechuate 5-position oxidase gene derived from Brevibacterium linens . Specifically, Acinetobacter calcoaceticus (Acinetobacter calcoaceticus) ADP1, Bradyrhizobium japonicum (Bradyrhizobium japonicum) USDA110, Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum) ATCC13032, Pseudomonas putida (Pseudomonas putida) KT2440, Rod Pseudomonas pulse tris (Rhodopseudomonas palustris) CGA009, Sinorhizobium meliloti (Sinorhizobium meliloti) 1021, Brevibacterium Rinenzu (Brevibacterium linens) BL2, Novo sphingolipid bi Umm aroma Atlantica borane scan (Novosphingobium aromaticivorans) DSM 12444 or Ralstonia methallyl Durance (Ralstonia metallidurans) CH34 nucleotide sequence of protocatechuic acid 5-position oxidase gene, i.e. SEQ ID NO: 5,9,13,15,17,19,21,23,25 and 27 It can be designed based on that nucleotide sequence.

上記のプロトカテク酸5位酸化酵素遺伝子のDNAを連結するベクターとしては、エシェリヒア・コリK12株などにおいて自立複製可能なベクターであればプラスミドベクター、ファージベクター等いずれも使用可能であるが、具体的には、pUC19〔Gene, 33, 103 (1985)〕、pUC18、pBR322、pHelix1(ロシュ・ダイアグノスティクス社製)、ZAP Express〔ストラタジーン社製、Strategies, 5, 58 (1992)〕、pBluescript II SK(+)〔ストラタジーン社製、Nucleic Acids Res., 17, 9494 (1989)〕、pUC118(タカラバイオ社製)等を用いることができる。 As a vector for ligating the protocatechuic acid 5-position oxidase gene DNA, any plasmid vector or phage vector can be used as long as it is a vector capable of autonomous replication in Escherichia coli K12 strain. PUC19 (Gene, 33, 103 (1985)), pUC18, pBR322, pHelix1 (Roche Diagnostics), ZAP Express (Stratagene, Strategies, 5, 58 (1992)), pBluescript II SK (+) [Manufactured by Stratagene, Nucleic Acids Res., 17, 9494 (1989)], pUC118 (manufactured by Takara Bio Inc.) and the like can be used.

該ベクターに上記で取得したDNAを連結して得られる組換え体DNAの宿主に用いるエシェリヒア・コリは、エシェリヒア・コリに属する微生物であればいずれでも用いることができるが、具体的には、エシェリヒア・コリ(Escherichia coli) XL1-Blue MRF'〔ストラタジーン社製、Strategies, 5, 81 (1992)〕、エシェリヒア・コリC600〔Genetics, 39, 440 (1954)〕、エシェリヒア・コリY1088〔Science, 222,778 (1983)〕、エシェリヒア・コリY1090〔Science, 222, 778 (1983)〕、エシェリヒア・コリNM522〔J. Mol. Biol., 166, 1 (1983)〕、エシェリヒア・コリK802〔J. Mol. Biol., 16, 118 (1966)〕、エシェリヒア・コリJM105〔Gene, 38, 275 (1985)〕、エシェリヒア・コリJM109、エシェリヒア・コリBL21等をあげることができる。 Any Escherichia coli used as a host for the recombinant DNA obtained by ligating the above-obtained DNA to the vector can be used as long as it is a microorganism belonging to Escherichia coli. Specifically, Escherichia coli Escherichia coli XL1-Blue MRF '(Stratagies, 5, 81 (1992)), Escherichia coli C600 (Genetics, 39, 440 (1954)), Escherichia coli Y1088 (Science, 222,778 (1983)], Escherichia coli Y1090 (Science, 222, 778 (1983)), Escherichia coli NM522 (J. Mol. Biol., 166, 1 (1983)), Escherichia coli K802 (J. Mol. Biol ., 16, 118 (1966)], Escherichia coli JM105 [Gene, 38, 275 (1985)], Escherichia coli JM109, Escherichia coli BL21 and the like.

ロドコッカス(Rhodococcus)属、アシネトバクター(Acinetobacter)属、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、ノボスフィンゴビウム(Novosphingobium)属またはラルストニア(Ralstonia)属に属する微生物の中に、プロトカテク酸5位酸化酵素遺伝子を導入するときは、これら微生物の中で自立複製可能なベクターを用いる。好ましくは、該微生物のいずれかとエシェリヒア・コリK12株の両方の微生物の中で自立複製可能なシャトル・ベクターを用いて、組換え体DNAを宿主となる該微生物に導入することができる。 Rhodococcus (Rhodococcus) genus, Acinetobacter (Acinetobacter) spp., Bradyrhizobium (Bradyrhizobium) genus Corynebacterium (Corynebacterium) genus Pseudomonas (Pseudomonas) genus, Rhodopseudomonas (Rhodopseudomonas) genus, Sinorhizobium (Sinorhizobium) genus, Burebibakuteri um (Brevibacterium) genus, in a microorganism belonging to Novo sphingomyelin bi um (Novosphingobium) genus or Ralstonia (Ralstonia) genus, when introducing a 5-position oxidase gene protocatechuic acid, self replicable vector among these microorganisms Is used. Preferably, the recombinant DNA can be introduced into the host microorganism using a shuttle vector capable of autonomous replication in both microorganisms of both the microorganism and the Escherichia coli K12 strain.

組換え体DNAの導入方法としては、上記宿主細胞へDNAを導入する方法であればいずれも用いることができ、例えば、カルシウムイオンを用いる方法〔Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 69, 2110 (1972)〕、エレクトロポレーション法〔Nucleic Acids Res., 16, 6127 (1988)〕等をあげることができる。 As a method for introducing recombinant DNA, any method can be used as long as it is a method for introducing DNA into the host cell, for example, a method using calcium ions [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 69, 2110. (1972)], electroporation method [Nucleic Acids Res., 16, 6127 (1988)] and the like.

上記のようにして得られた形質転換体から組換え体DNAを抽出し、該組換えDNAに含まれる本発明のDNAの塩基配列を決定することができる。塩基配列の決定には、通常用いられる塩基配列解析方法、例えばジデオキシ法〔Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 5463 (1977)〕または3730xl型DNAアナライザー(アプライド・バイオシステムズ社製)等の塩基配列分析装置を用いることができる。 A recombinant DNA can be extracted from the transformant obtained as described above, and the base sequence of the DNA of the present invention contained in the recombinant DNA can be determined. For determination of the base sequence, a commonly used base sequence analysis method such as dideoxy method [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 5463 (1977)] or 3730xl type DNA analyzer (Applied Biosystems), etc. Can be used.

また、上記において決定されたDNAの塩基配列に基づいて、パーセプティブ・バイオシステムズ社製8905型DNA合成装置等を用いて化学合成することによっても目的とするDNAを調製することもできる。 The target DNA can also be prepared by chemical synthesis using a 8905 type DNA synthesizer manufactured by Perceptive Biosystems based on the DNA base sequence determined above.

上記のプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現する形質転換体は、下記の方法を用いて上記のDNAを宿主細胞中で発現させることによって得られる。 A transformant expressing the above protocatechuic acid 5-position oxidase protein can be obtained by expressing the above DNA in a host cell using the following method.

上記のプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質をコードするDNAを用いる際には、必要に応じて、本発明の蛋白質をコードする部分を含む適当な長さのDNA断片を調製することができる。また、該蛋白質をコードする部分の塩基配列を、宿主の発現に最適なコドンとなるように、塩基を置換することにより、該蛋白質の生産率を向上させることもできる。本
発明のDNAを発現する形質転換体は、上記DNA断片を適当な発現ベクターのプロモーターの下流に挿入することにより、組換え体DNAを作製し、該組換え体DNAを、該発現ベクターに適合した宿主細胞に導入することにより取得することができる。
When using DNA encoding the protocatechuic acid 5-position oxidase protein, a DNA fragment having an appropriate length containing a portion encoding the protein of the present invention can be prepared as necessary. Further, the production rate of the protein can be improved by substituting the base in the base sequence of the protein-encoding part so as to be an optimal codon for host expression. The transformant expressing the DNA of the present invention is prepared by inserting the above DNA fragment downstream of the promoter of an appropriate expression vector to prepare a recombinant DNA, and the recombinant DNA is adapted to the expression vector. Can be obtained by introduction into a host cell.

プロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現させる宿主としては、細菌、酵母、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞等、目的とする遺伝子を発現できるものであればいずれも用いることができる。
好ましくは、テレフタル酸、フタル酸またはイソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸の代謝能(テレフタル酸、フタル酸またはイソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸からプロトカテク酸を生成する能力)を有する微生物を用いることができる。より好ましくは、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸の代謝能を有するエシェリヒア属(Escherichia)、シュードモナス(Pseudomonas)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、コマモナス(Comamonas)属、バチルス属(Bacillus)、マイコバクテリウム(Mycobacterium)属、ノボスフィンゴビウム(Novosphigobium)属またはバークホルデリア(Burkholderia)属の細菌をあげることができる。さらに好ましくは、テレフタル酸の代謝能を有するロドコッカス属細菌RHA1とコマモナス・テストステロニ(Comamonas testosteroni)E6をあげることができる。このような微生物にプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現させることにより、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸からプロトカテク酸を経て没食子酸を製造することができる。すなわち、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸の代謝能を有し、かつ、プロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現する微生物を、それぞれ、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸を含有する培地中でこれらの化合物と反応させることにより、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸から生成したプロトカテク酸から没食子酸を得ることができる。
なお、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸からプロトカテク酸を生成するプロセスは別の微生物を用いて行ってもよい。すなわち、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸の代謝能を有する微生物によってテレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸から生成したプロトカテク酸を、プロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現する微生物と反応させて没食子酸を得る方法も本発明の没食子酸の製造方法に含まれる。
As a host for expressing the protocatechuic acid 5-position oxidase protein, any bacteria, yeast, animal cells, insect cells, plant cells and the like that can express the target gene can be used.
Preferably, a microorganism having the ability to metabolize terephthalic acid, phthalic acid or isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid (ability to produce protocatechuic acid from terephthalic acid, phthalic acid or isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid) can be used. More preferably, terephthalic acid, phthalic acid, Escherichia having metabolic capacity of isophthalic acid or para-hydroxybenzoic acid (Escherichia), Pseudomonas (Pseudomonas) genus Rhodococcus (Rhodococcus) genus Corynebacterium (Corynebacterium) genus Comamonas ( Comamonas), Bacillus (Bacillu s), Mycobacterium (Mycobacteriu m) the genus Novo sphingolipids bi um (Novosphigobium) genus or Burkholderia (Burkholderia) genus of bacteria. More preferably, Rhodococcus bacterium RHA1 and Comamonas testosteroni E6 having the ability to metabolize terephthalic acid can be mentioned. By expressing protocatechuic acid 5-position oxidase protein in such a microorganism, gallic acid can be produced from terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid via protocatechuic acid. That is, microorganisms that have the ability to metabolize terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid, or parahydroxybenzoic acid and that express protocatechuic acid 5-position oxidase protein, are treated with terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid, or parahydroxyl, respectively. By reacting with these compounds in a medium containing benzoic acid, gallic acid can be obtained from protocatechuic acid generated from terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid.
The process for producing protocatechuic acid from terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid may be performed using another microorganism. That is, protocatechuic acid produced from terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid by a microorganism capable of metabolizing terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid, and protocatechuic acid 5-position oxidase protein A method of obtaining gallic acid by reacting with an expressed microorganism is also included in the method for producing gallic acid of the present invention.

発現ベクターとしては、上記宿主細胞において自立複製可能ないしは染色体中への組込が可能で、本発明のDNAを転写できる位置にプロモーターを含有しているものが用いられる。 As the expression vector, a vector that can replicate autonomously in the host cell or can be integrated into a chromosome and contains a promoter at a position where the DNA of the present invention can be transcribed is used.

細菌等の原核生物を宿主細胞として用いる場合は、本発明のDNAを含有してなる組換え体DNAは原核生物中で自立複製可能であると同時に、プロモーター、リボソーム結合配列、本発明のDNA、転写終結配列、より構成された組換え体DNAであることが好ましい。プロモーターを制御する遺伝子が含まれていてもよい。 When a prokaryotic organism such as a bacterium is used as a host cell, the recombinant DNA containing the DNA of the present invention can be autonomously replicated in the prokaryotic organism, and at the same time, a promoter, a ribosome binding sequence, the DNA of the present invention, It is preferably a recombinant DNA composed of a transcription termination sequence. A gene that controls the promoter may also be included.

プロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質、または、該蛋白質と他の蛋白質との融合蛋白質をコードするDNAを大腸菌などの微生物に導入し、発現するためのベクターとしては、いわゆるマルチコピー型のものが好ましく、ColE1由来の複製開始点を有するプラスミド、例えばpUC系のプラスミドやpBR322系のプラスミドあるいはその誘導体が挙げられる。ここで、「誘導体」とは、塩基の置換、欠失、挿入、付加および/または逆位などによってプラスミドに改変を施したものを意味する。なお、ここでいう改変とは、変異剤やUV照射などによる変異処理、あるいは自然変異などによる改変をも含む。より具体的には、ベクターとしては、例えば、pUC19〔Gene, 33, 103 (1985)〕、pUC18、pBR322、pHelix1(ロシュ・ダイアグノスティクス社製)、pKK233-2(アマシャム・ファルマシア
・バイオテク社製)、pSE280(インビトロジェン社製)、pGEMEX-1(プロメガ社製)、pQE-8(キアゲン社製)、pET-3(ノバジェン社製)pBluescriptII SK(+)、pBluescript II KS(+)(ストラタジーン社製)、pSTV28(タカラバイオ社製)、pUC118(タカラバイオ社製)等を用いることができる。
As a vector for introducing and expressing a protocatechuic acid 5-position oxidase protein or a DNA encoding a fusion protein of the protein and another protein into a microorganism such as Escherichia coli, a so-called multicopy type is preferable, Examples include plasmids having a replication origin derived from ColE1, such as pUC series plasmids, pBR322 series plasmids, and derivatives thereof. Here, the “derivative” means one obtained by modifying a plasmid by base substitution, deletion, insertion, addition and / or inversion. In addition, the modification here includes modification by mutation treatment with a mutation agent, UV irradiation, or natural mutation. More specifically, examples of the vector include pUC19 [Gene, 33, 103 (1985)], pUC18, pBR322, pHelix1 (manufactured by Roche Diagnostics), pKK233-2 (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech) ), PSE280 (Invitrogen), pGEMEX-1 (Promega), pQE-8 (Qiagen), pET-3 (Novagen) pBluescriptII SK (+), pBluescript II KS (+) (Stratagene) PSTV28 (manufactured by Takara Bio Inc.), pUC118 (manufactured by Takara Bio Inc.) and the like can be used.

プロモーターとしては、大腸菌(エシェリヒア・コリ)等の宿主細胞中で発現できるものであればいかなるものでもよい。例えば、trpプロモーター(Ptrp)、lacプロモーター(Plac)、PLプロモーター、PRプロモーター等の、T7プロモーターなどの大腸菌やファージ等に由来するプロモーター、及びtacプロモーター、lacT7プロモーターのように人為的に設計改変されたプロモーター等も用いることができる。 As the promoter, any promoter can be used so long as it can be expressed in a host cell such as Escherichia coli (Escherichia coli). For example, artificially designed and modified such as trp promoter (Ptrp), lac promoter (Plac), PL promoter, PR promoter, etc., promoters derived from E. coli such as T7 promoter, phages, etc., and tac promoter, lacT7 promoter Other promoters can also be used.

リボソーム結合配列であるシャイン−ダルガノ(Shine-Dalgarno)配列と開始コドンとの間を適当な距離(例えば5〜18塩基)に調節したプラスミドを用いることが好ましい。本発明の組換え体DNAにおいては、本発明のDNAの発現には転写終結配列は必ずしも必要ではないが、構造遺伝子の直下に転写終結配列を配置することが好ましい。 It is preferable to use a plasmid in which the distance between the Shine-Dalgarno sequence, which is a ribosome binding sequence, and the initiation codon is adjusted to an appropriate distance (for example, 5 to 18 bases). In the recombinant DNA of the present invention, a transcription termination sequence is not necessarily required for the expression of the DNA of the present invention, but it is preferable to arrange the transcription termination sequence immediately below the structural gene.

組換え体DNAの導入方法としては、上記宿主細胞へDNAを導入する方法であればいずれも用いることができ、例えば、カルシウムイオンを用いる方法〔Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69, 2110 (1972) 〕、エレクトロポレーション法〔Nucleic Acids Res., 16, 6127 (1988)〕、接合伝達法〔J. G. C. Ottow, Ann. Rev.Microbiol., Vol.29, p.80 (1975)〕、細胞融合法〔M.H. Gabor, J. Bacteriol., Vol.137, p.1346 (1979)〕等をあげることができる。 As a method for introducing recombinant DNA, any method can be used as long as it is a method for introducing DNA into the host cell, for example, a method using calcium ions [Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69, 2110 (1972)], electroporation method (Nucleic Acids Res., 16, 6127 (1988)), junction transfer method (JGC Ottow, Ann. Rev. Microbiol., Vol. 29, p. 80 (1975)), Cell fusion method [MH Gabor, J. Bacteriol., Vol.137, p.1346 (1979)] and the like can be mentioned.

本発明で用いられるテレフタル酸、フタル酸またはイソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸の代謝能(テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸からプロトカテク酸を生成する能力)を有する微生物は、自然界からのサンプルをもとに、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸を炭素源とする集積培養法を用いて取得することができる。好ましくは、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸の代謝能を有するシュードモナス属、ロドコッカス属、コマモナス属、バチルス属、マイコバクテリウム属、ノボスフィンゴビウム属またはバークホルデリア属の細菌をあげることができる。より好ましくは、プロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現しているロドコッカス属RHA1をあげることができる。
なお、後述の実施例に示されるように、プロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現する微生物はパラヒドロキシ安息香酸からプロトカテク酸を生成する能力も有しているため、プロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現させた微生物をパラヒドロキシ安息香酸を含む培地で培養することにより、パラヒドロキシ安息香酸から没食子酸を製造することができる。
Microorganisms having the ability to metabolize terephthalic acid, phthalic acid or isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid (the ability to produce protocatechuic acid from terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid) used in the present invention are from nature. Can be obtained using an enrichment culture method using terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid as a carbon source. Preferably, a bacterium of the genus Pseudomonas, Rhodococcus, Comamonas, Bacillus, Mycobacterium, Novosphingobium or Burkholderia having the ability to metabolize terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid Can give. More preferably, Rhodococcus genus RHA1 expressing protocatechuic acid 5-position oxidase protein can be mentioned.
As shown in the examples described later, since the microorganism expressing the protocatechuic acid 5-position oxidase protein also has the ability to produce protocatechuic acid from parahydroxybenzoic acid, the protocatechuate 5-position oxidase protein is used. By culturing the expressed microorganism in a medium containing parahydroxybenzoic acid, gallic acid can be produced from parahydroxybenzoic acid.

本発明で用いられるテレフタル酸の代謝能(テレフタルからプロトカテク酸を生成する能力)を有する微生物は、テレフタル酸からプロトカテク酸への代謝に関わるテレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、およびテレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼおよびテレフタル酸トランスポーターの蛋白質を生産する能力を有する微生物を挙げることができる。
本発明で用いられるフタル酸の代謝能(フタル酸からプロトカテク酸を生成する能力)を有する微生物は、フタル酸ジオキシゲナーゼ、フタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、フタレート4,5-シス-ジヒドロキシジオール・ジヒドロゲナーゼ、4,5-ジヒドロキシフタレート脱炭酸酵素およびフタル酸トランスポーターの蛋白質を生産する能力を有する微生物を挙げることができる。
また本発明で用いられるイソフタル酸の代謝能(イソフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力)を有する微生物は、イソフタル酸ジオキシゲナーゼ、イソフタル酸ジオキシゲ
ナーゼ・レダクターゼ、イソフタル酸1,2-ジヒドロジオールジヒドロゲナーゼおよびイソフタル酸トランスポーターの蛋白質を生産する能力を有する微生物を挙げることができる。これらの蛋白質を生産する能力を有する微生物は、これらの蛋白質をコードするDNAを組換えDNA技術法を用いて単離した後、上記のプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を発現する形質転換体を取得する方法と同じ方法用いて取得することもできる。
Microorganisms having the ability to metabolize terephthalic acid (the ability to produce protocatechuic acid from terephthalic acid) used in the present invention include terephthalic acid dioxygenase, terephthalic acid dioxygenase reductase, and terephthalic acid involved in the metabolism of terephthalic acid to protocatechuic acid. Mention may be made of microorganisms capable of producing proteins of 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and terephthalic acid transporter.
Microorganisms having the ability to metabolize phthalic acid (the ability to produce protocatechuic acid from phthalic acid) used in the present invention are phthalate dioxygenase, phthalate dioxygenase reductase, phthalate 4,5-cis-dihydroxydiol dihydrogenase And microorganisms having the ability to produce 4,5-dihydroxyphthalate decarboxylase and phthalate transporter proteins.
Microorganisms having the ability to metabolize isophthalic acid used in the present invention (capability of producing protocatechuic acid from isophthalic acid) include isophthalic acid dioxygenase, isophthalic acid dioxygenase reductase, isophthalic acid 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and Mention may be made of microorganisms having the ability to produce isophthalic acid transporter proteins. Microorganisms having the ability to produce these proteins obtain the transformant expressing the above protocatechuate 5-position oxidase protein after isolating the DNA encoding these proteins using recombinant DNA technology. It can also be obtained using the same method as

以上のようにして得られる本発明の微生物を、好ましくは1mM〜1Mのプロトカテク酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸を含有する培地で培養し、培養物中に没食子酸を生成蓄積させ、該培養物から採取することにより、没食子酸を製造することができる。本発明の微生物を培地に培養する方法は、微生物の培養に用いられる通常の方法に従って行うことができる。 The microorganism of the present invention obtained as described above is preferably cultured in a medium containing 1 mM to 1 M protocatechuic acid, terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid, and gallic acid is added to the culture. Gallic acid can be produced by accumulating and collecting from the culture. The method of culturing the microorganism of the present invention in a medium can be performed according to a usual method used for culturing microorganisms.

本発明の微生物の培養は、炭素源、窒素源、無機塩、各種ビタミン等を含む通常の栄養培地で行うことができ、炭素源としては、例えばブドウ糖、ショ糖、果糖等の糖類、エタノール、メタノール等のアルコール類、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸等の有機酸類、廃糖蜜等が用いられる。窒素源としては、例えばアンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、尿素等がそれぞれ単独または混合して用いられる。また、無機塩としては、例えばリン酸一水素カリウム、リン酸二水素カリウム、硫酸マグネシウム等が用いられる。この他にペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンステイープリカー、カザミノ酸、ビオチン等の各種ビタミン等の栄養素を培地に添加することができる。没食子酸を生産するための原料としては、プロトカテク酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸を添加する。 The culture of the microorganism of the present invention can be performed in a normal nutrient medium containing a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, various vitamins, etc., and examples of the carbon source include sugars such as glucose, sucrose, and fructose, ethanol, Alcohols such as methanol, organic acids such as citric acid, malic acid and succinic acid, and molasses are used. As the nitrogen source, for example, ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium nitrate, urea or the like is used alone or in combination. Examples of inorganic salts that can be used include potassium monohydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, and magnesium sulfate. In addition, nutrients such as various vitamins such as peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casamino acid, and biotin can be added to the medium. Protocatechuic acid, terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid is added as a raw material for producing gallic acid.

培養は、通常、通気攪拌、振とう等の好気条件下で行う。培養温度は、本発明の微生物が生育し得る温度であれば特に制限はなく、また、培養途中のpHについても本発明の微生物が生育し得るpHであれば特に制限はない。培養中のpH調整は、酸またはアルカリを添加して行うことができる。 The culture is usually carried out under aerobic conditions such as aeration stirring and shaking. The culture temperature is not particularly limited as long as the microorganism of the present invention can grow, and the pH during the culture is not particularly limited as long as the microorganism of the present invention can grow. The pH adjustment during the culture can be performed by adding an acid or an alkali.

本発明の微生物を培養した後、プロトカテク酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸もしくはパラヒドロキシ安息香酸のいずれかを含む水性媒体中に、該微生物の培養物もしくは該培養物の処理物を加えることにより、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することもできる。 After culturing the microorganism of the present invention, adding the culture of the microorganism or a treated product of the culture to an aqueous medium containing any of protocatechuic acid, terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid Thus, gallic acid can be generated and accumulated in the medium, and gallic acid can be collected from the medium.

該培養物の処理物として、本発明の微生物を担体に固定化したものを用いてもよい。その場合には、培養物から回収されたまま、あるいは適当な緩衝液、例えば0.02〜0.2M程度のリン酸緩衝液(pH6〜10)等で洗浄された菌体を使用することができる。また、培養物から回収された菌体を、超音波、圧搾等の手段で破砕して得られる破砕物、該破砕物を水等で抽出して得られるプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質を含有する抽出物、該抽出物を更に硫安塩析、カラムクロマトグラフィー等の処理を行って得られるプロトカテク酸5位酸化酵素蛋白質の部分精製成分等を担体に固定化したものも、本発明の没食子酸の製造に使用することができる。 As a processed product of the culture, a product in which the microorganism of the present invention is immobilized on a carrier may be used. In that case, it is possible to use cells that have been recovered from the culture or washed with an appropriate buffer, such as a phosphate buffer (pH 6 to 10) of about 0.02 to 0.2M. it can. Further, it contains a crushed product obtained by crushing the cells recovered from the culture by means of ultrasonic waves, pressing, etc., and a protocatechuic acid 5-position oxidase protein obtained by extracting the crushed product with water or the like. An extract and a partially purified component of protocatechuic acid 5-position oxidase protein obtained by subjecting the extract to further treatment with ammonium sulfate salting out, column chromatography, etc. are also immobilized on a carrier. Can be used for manufacturing.

これら菌体、菌体破砕物、抽出物または精製酵素の固定化は、それ自体既知の通常用いられている方法に従い、アクリルアミドモノマー、アルギン酸、またはカラギーナン等の適当な担体に菌体等を固定化させる方法により行うことができる。 Immobilization of these cells, disrupted cells, extracts, or purified enzymes is carried out by immobilizing the cells on an appropriate carrier such as acrylamide monomer, alginic acid, or carrageenan according to a commonly used method known per se. It can be performed by the method of making it.

反応に用いる水性媒体は、プロトカテク酸を含有する水溶液または適当な緩衝液、例えば0.02〜0.2M程度のリン酸緩衝液(pH6〜10)とすることができる。この水性媒体には、さらに菌体の細胞膜の物質透過性を高める必要のあるときには、トルエン、キシレン、非イオン性界面活性剤等を0.05〜2.0%(w/v)添加することもできる
The aqueous medium used for the reaction can be an aqueous solution containing protocatechuic acid or a suitable buffer, for example, a phosphate buffer (pH 6 to 10) of about 0.02 to 0.2M. When it is necessary to further increase the substance permeability of the cell membrane of the bacterial cells, 0.05 to 2.0% (w / v) of toluene, xylene, nonionic surfactant or the like is added to this aqueous medium. You can also.

水性媒体中の反応原料となるプロトカテク酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸の濃度は、0.1mM〜1M程度が適当である。上記の水性媒体における酵素反応温度およびpHは特に限定されないが、通常10〜60℃、好ましくは15〜50℃が適当であり、反応液中のpHは5〜10、好ましくは6〜9付近とすることができる。また、pHの調整は、酸またはアルカリを添加して行うことができる。発明で使用する酵素は、菌体抽出液をそのまま又はそれから遠心分離、濾過等で集め、これを水又は緩衝液に懸濁して得ることができる。このようにして得られた酵素をプロトカテク酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸と水の存在下、反応させるが、反応液中のプロトカテク酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸の濃度は酵素の活性を阻害しない範囲で可能な限り高くするのが有利である。反応は静置、攪拌、振盪のいずれの方法で行ってもよい。また、酵素を適当な支持体に固定化してカラムに充填し、プロトカテク酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸またはパラヒドロキシ安息香酸を含む溶液を流す方法も利用できる。反応は、通常10〜60℃、好ましくは15〜50℃、pH5〜9、好ましくはp6〜8で行う。 The concentration of protocatechuic acid, terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid, which is a reaction raw material in the aqueous medium, is suitably about 0.1 mM to 1 M. The enzyme reaction temperature and pH in the aqueous medium are not particularly limited, but are usually 10 to 60 ° C., preferably 15 to 50 ° C., and the pH in the reaction solution is 5 to 10, preferably about 6 to 9. can do. The pH can be adjusted by adding acid or alkali. The enzyme used in the invention can be obtained by collecting the cell extract as it is or by collecting it by centrifugation, filtration or the like and suspending it in water or a buffer solution. The enzyme thus obtained is reacted with protocatechuic acid, terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid or parahydroxybenzoic acid in the presence of water, but protocatechuic acid, terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid in the reaction solution is reacted. Alternatively, the concentration of parahydroxybenzoic acid is advantageously as high as possible within a range that does not inhibit the activity of the enzyme. The reaction may be performed by any method of standing, stirring and shaking. Alternatively, a method in which an enzyme is immobilized on a suitable support and packed in a column and a solution containing protocatechuic acid, terephthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid, or parahydroxybenzoic acid is allowed to flow. The reaction is usually carried out at 10 to 60 ° C., preferably 15 to 50 ° C., pH 5 to 9, preferably p6 to 8.

なお、上記水性媒体には、反応時に酸化剤を添加すると、没食子酸の生成収率が一層向上する場合がある。酸化剤としては、亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウム等の硝酸塩、塩化第二鉄等の金属塩、ハロゲン、ペルオクソ酸等が挙げられ、好ましくは、亜硝酸ナトリウム、塩化第二鉄が挙げられる。添加濃度は、酸化剤の種類によって異なるが、没食子酸の生成を阻害しない濃度で加えることが望ましく、通常0.001〜0.05%(W/V)、好ましくは0.005〜0.02%である。 In addition, when the oxidizing agent is added to the aqueous medium during the reaction, the production yield of gallic acid may be further improved. Examples of the oxidizing agent include nitrates such as sodium nitrite and potassium nitrite, metal salts such as ferric chloride, halogen, peroxo acid, and the like, and preferably sodium nitrite and ferric chloride. The addition concentration varies depending on the type of oxidizing agent, but it is desirable to add it at a concentration that does not inhibit the formation of gallic acid, and is usually 0.001 to 0.05% (W / V), preferably 0.005 to 0.02. %.

培養終了後の培養液または反応液中からの没食子酸は、酢酸エチル等の有機溶剤によって抽出することにより単離・精製することができる。また、必要に応じて遠心分離等により該培養液から菌体等の不溶成分を除いた後、例えば、活性炭を用いる方法、イオン交換樹脂を用いる方法、結晶化法、沈殿法等の方法を単独でまたは組み合わせることによって没食子酸を採取することができる。 Gallic acid from the culture solution or reaction solution after completion of the culture can be isolated and purified by extraction with an organic solvent such as ethyl acetate. In addition, after removing insoluble components such as cells from the culture solution by centrifugation or the like as necessary, for example, a method using activated carbon, a method using an ion exchange resin, a crystallization method, a precipitation method, etc. Gallic acid can be collected in or in combination.

以下に本発明の方法を実施例により具体的に述べるが、本発明はこれに限定されるものではない。   The method of the present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1.没食子酸合成活性を有する野生型水酸化酵素を下記のようにして同定した。
(1)シュードモナス・アルギノサPAO株のパラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素のアミノ酸配列と相同性を有する蛋白質のデータベース検索
シュードモナス・アルギノサPAO株のパラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素は、パラヒドロキシ安息香酸を酸化してプロトカテク酸を生成する活性を保有するが、プロトカテク酸5位酸化活性を生成する活性は全く保有していないことが知られている〔Entsch, B, Palfey, B.A., Ballou, D. P. と Masey, V. J. Biol. Chem. 266, 17341-17349 (1991)〕。当該水酸化酵素と相同性を有するが、その相同性の値が大きくない蛋白質の中に、シュードモナス・アルギノサPAO株のパラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素とは異なる活性、すなわちプロトカテク酸5位酸化活性を保有する蛋白質があるか調べてみることにした。具体的には、当該水酸化酵素75%以下の相同性を有する蛋白質をナショナル・センター・フォア・バイオテクノロジー・インフォメーション(以下、NCBIと略記する)のジェンバンク(GenBank;以下、GBと略記する)データベースから、配列番号2に示すシュードモナス・アルギノサPAO株のパラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素のアミノ酸配列を問い合わせ配列とするBLAST相同性解析法を用いて検索を行った。その結果、表1に示す12種類の蛋白質が得られた。それぞれの蛋白質の略号とシュードモナス・アルギノサPAO
株のパラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素との相同性%を表1に示した。

Figure 0005140848
Example 1. Wild-type hydroxylase having gallic acid synthesizing activity was identified as follows.
(1) Database search of proteins having homology with the amino acid sequence of Pseudomonas arginosa PAO strain parahydroxybenzoate hydroxylase Pseudomonas arginosa PAO strain parahydroxybenzoate hydroxylase oxidizes parahydroxybenzoic acid. It has been known that it possesses the activity to produce protocatechuic acid but not the activity to produce protocatechuic acid 5-position oxidation activity [Entsch, B, Palfey, BA, Ballou, DP and Masey, VJ Biol. Chem. 266, 17341-17349 (1991)]. Among proteins having homology with the hydroxylase but not having a large homology value, Pseudomonas arginosa PAO strain has an activity different from that of parahydroxybenzoate hydroxylase, that is, protocatechuic acid 5-position oxidation activity. I decided to find out if I had the protein I had. Specifically, the protein having 75% or less homology with the hydroxylase is GenBank (hereinafter abbreviated as GB) of National Center for Biotechnology Information (hereinafter abbreviated as NCBI). The database was searched using the BLAST homology analysis method using the amino acid sequence of parahydroxybenzoic acid hydroxylase of Pseudomonas arginosa PAO strain shown in SEQ ID NO: 2 as a query sequence. As a result, 12 types of proteins shown in Table 1 were obtained. Abbreviations of each protein and Pseudomonas arginosa PAO
Table 1 shows the percent homology of the strains with parahydroxybenzoate hydroxylase.
Figure 0005140848

(2)染色体DNAの単離精製
表1記載の12種類の蛋白質をコードするDNAをPCR法を用いてクローニングするために、各菌株の染色体DNAを下記のようにして調製または入手した。
(2) Isolation and purification of chromosomal DNA In order to clone DNAs encoding the 12 proteins listed in Table 1 using the PCR method, chromosomal DNA of each strain was prepared or obtained as follows.

菌株アシネトバクター・カルコアセティカスADP1(ATCC番号:33305)はATCCから入手し、また菌株コリネバクテリウム・グルタミカムATCC13032(NBRC番号:12168)はNBRCから入手した。これらの菌株は各機関から入手した情報に従って培養した。菌株ブラディリゾビウム・ジャポニカムUSDA110および菌株シノリゾビウム・メリロティ1021は財団法人かずさDNA研究所の柴田大輔博士より分与を受け、同博士から教授された方法に従って培養した。これら培養菌体から染色体DNAをディーエヌイージー・ティシュ・キット(キアゲン社製(DNeasy tissue kit;Qiagen)を用いて単離精製した。菌株カウロバクター・クレセントスCB15の染色体DNA(ATCC番号:19089D)、菌株シュードモナス・プチダKT2440の染色体DNA(ATCC番号:47054D)、菌株ロドシュード
モナス・パルストリスCGA009の染色体DNA(ATCC番号:BAA-98D)、菌株ブレビバクテリウム・リネンズBL2の染色体DNA(ATCC番号:9175D)、菌株ノボスフィンゴビウム・アロマティカボランスDSM 12444の染色体DNA(ATCC番号:700278D)、および菌株ラルストニア・メタリデュランスCH34の染色体DNA(ATCC番号:43123D)はATCCから入手した。
The strain Acinetobacter calcoaceticus ADP1 (ATCC number: 33305) was obtained from ATCC and the strain Corynebacterium glutamicum ATCC13032 (NBRC number: 12168) was obtained from NBRC. These strains were cultured according to information obtained from each institution. Strain Bradyrizobium japonicam USDA110 and strain Sinorizobium meriroti 1021 were distributed by Dr. Daisuke Shibata of Kazusa DNA Research Institute and cultured according to the method taught by Dr. Kazusa. Chromosomal DNA was isolated and purified from these cultured cells using DNeasy tissue kit (Qiagen). Chromosomal DNA of strain Caulobacter crescents CB15 (ATCC number: 19089D), Chromosomal DNA of the strain Pseudomonas putida KT2440 (ATCC number: 47054D), Chromosomal DNA of the strain Rhodopomonas pultris CGA009 (ATCC number: BAA-98D), Chromosomal DNA of the strain Brevibacterium linens BL2 (ATCC number: 9175D) The chromosomal DNA of the strain Novosphingobium aromaticaborans DSM 12444 (ATCC number: 700278D) and the chromosomal DNA of the strain Ralstonia metalidurance CH34 (ATCC number: 43123D) were obtained from ATCC.

(3)PCRプライマーの設計と調製
表2に示す12種類の遺伝子について、NCBIのGenBankデータベースより塩基配列データ(配列番号5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25および27)をインターネット経由で取得した。各塩基配列データのGBアクセッション番号は表2に示した。これらの塩基配列をもとに各遺伝子のDNAをPCR法を用いてクローニングするためのPCRプライマーを設計し、合成した。各PCRプライマーの塩基配列は表2に示した。
(3) PCR primer design and preparation For 12 types of genes shown in Table 2, nucleotide sequence data (SEQ ID NOs: 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, NCBI GenBank database) 25 and 27) were obtained via the Internet. The GB accession number of each base sequence data is shown in Table 2. Based on these base sequences, PCR primers for cloning the DNA of each gene using the PCR method were designed and synthesized. The base sequence of each PCR primer is shown in Table 2.

(4)PCR法による各酵素をコードするDNAの増幅
ロシュ・ダイアグノスティクス社から購入したエキスパンド・ハイ・フィデリティ・PCRシステム(Expand High Fidelity PCR System)およびロシュ・ダイアグノスティクス社から購入したジー・シー・リッチ・PCRシステム(GC Rich PCR System)を用いて、上記2で得た染色体DNAを鋳型にし、表2記載のDNAプライマーを用いて、添付の説明書に従って表2に示した遺伝子のDNAを増幅させた。なお、ジー・シー・リッチ・PCRシステムを用いたPCR反応はデメチルスルホオキシドと7-deasa-dGTPの存在下で実施した。

Figure 0005140848
(4) Amplification of DNA encoding each enzyme by PCR method Expand High Fidelity PCR System purchased from Roche Diagnostics and G. purchased from Roche Diagnostics Using the GC Rich PCR System, the chromosomal DNA obtained in 2 above as a template, and using the DNA primers listed in Table 2 and the DNA of the genes shown in Table 2 according to the attached instructions Was amplified. The PCR reaction using the GC rich system was carried out in the presence of demethyl sulfoxide and 7-deasa-dGTP.
Figure 0005140848

(5)遺伝子のクローニング
上記4で得られたHFM5遺伝子のDNA、HFM77遺伝子のDNA、HFM86遺伝子のDNA、HFM122遺伝子のDNA、HFM145遺伝子のDNA、HFM305遺伝子のDNA、HFM339遺伝子のDNA、HFM388遺伝子のDNA、HFM544遺伝子のDNA、HFM545遺伝子のDNA、HFM689遺伝子のDNAおよびHFM737遺伝子のDNAをそれぞれクローンテック社から購入したBD・イン−フュージョン・PCR・クローニング・キット(BD In-Fusion PCR Cloning Kit)を用いて、大腸菌T7プロモーターを利用した大腸菌用発現ベクターであるプラスミドpROX1(ロシュ・アプライド・サイエンス社から入手した;塩基配列は配列番号59に示した)の制限酵素部位Nco Iと制限酵素部位Sma I の間にクローニングし、それぞれの遺伝子を発現するプラスミドpROX_HFM5、pROX_HFM77、pROX_HFM86、pROX_HFM122、pROX_HFM145、pROX_HFM305、pROX_HFM339、pROX_HFM388、pROX_HFM544、pROX_HFM545、pROX_HFM689およびpROX_HFM737を得た。なお、これら発現プラスミドは、各野生型酵素のC末端にGly-Gly-Gly-Ser-His-His-His-His-His-His(配列番号82)の10アミノ酸のペプチドが付加された酵素蛋白質が発現する構造を有する。
(5) Cloning of the gene The DNA of the HFM5 gene, the DNA of the HFM77 gene, the DNA of the HFM86 gene, the DNA of the HFM122 gene, the DNA of the HFM145 gene, the DNA of the HFM305 gene, the DNA of the HFM339 gene, the DNA of the HFM388 gene BD In-Fusion PCR Cloning Kit (BD In-Fusion PCR Cloning Kit) purchased from Clontech, DNA, HFM544 DNA, HFM545 DNA, HFM689 DNA, and HFM737 DNA The restriction enzyme site Nco I and the restriction enzyme site Sma I of plasmid pROX1 (obtained from Roche Applied Science; the base sequence is shown in SEQ ID NO: 59), which is an expression vector for E. coli using the E. coli T7 promoter. Plasmids pROX_HFM5, pROX_HFM77, pRO that express the respective genes X_HFM86, pROX_HFM122, pROX_HFM145, pROX_HFM305, pROX_HFM339, pROX_HFM388, pROX_HFM544, pROX_HFM545, pROX_HFM689 and pROX_HFM737 were obtained. These expression plasmids are enzyme proteins in which a 10 amino acid peptide of Gly-Gly-Gly-Ser-His-His-His-His-His-His (SEQ ID NO: 82) is added to the C-terminus of each wild-type enzyme. Is expressed.

これらプラスミドに組み込まれたDNAの塩基配列は、財団法人かずさDNA研究所の柴田大輔博士に依頼して、ジデオキシヌクレオチド酵素法(dideoxychain termination法)〔Sanger, F. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., Vol. 74, p.5463, (1977)〕により決定され、それぞれのプラスミドが目的の遺伝子を含むことを確認した。 The nucleotide sequence of the DNA incorporated into these plasmids was requested by Dr. Daisuke Shibata of the Kazusa DNA Research Institute, the dideoxychain termination method (Sanger, F. et al., Proc. Natl. Acad). Sci. USA, Vol. 74, p.5463, (1977)], and confirmed that each plasmid contained the gene of interest.

(6)形質転換株の造成と培養
上記5で述べたプラスミドpROX_HFM5、pROX_HFM77、pROX_HFM86、pROX_HFM122、pROX_HFM145、pROX_HFM305、pROX_HFM339、pROX_HFM388、pROX_HFM544、pROX_HFM545、pROX_HFM689およびpROX_HFM737をそれぞれ大腸菌K-12 BL21(DE3)株にカルシウムイオンを用いる形質転換法を用いて導入することにより、形質転換株BL21/ pROX_HFM5、BL21/ pROX_HFM77、BL21/ pROX_HFM86、BL21/ pROX_HFM122、BL21/ pROX_HFM145、BL21/ pROX_HFM305、BL21/pROX_HFM339、BL21/ pROX_HFM388、BL21/ pROX_HFM544、BL21/pROX_HFM545、BL21/ pROX_HFM689、およびBL21/ pROX_HFM737を造成した。なお、BL21(DE3)株は、大学共同利用機関法人情報・システム研究機構 国立遺伝学研究所 ナショナル・バイオ・リソース・プロジェクトより菌株番号ME9026として入手した。
(6) Construction and culture of transformants The plasmids pROX_HFM5, pROX_HFM77, pROX_HFM86, pROX_HFM122, pROX_HFM145, pROX_HFM305, pROX_HFM339, pROX_HFM388, pROX_HFM544, pROX_HFM544, pROX_HFM544, By introducing the transformation method using calcium ions into the transformed strains BL21 / pROX_HFM5, BL21 / pROX_HFM77, BL21 / pROX_HFM86, BL21 / pROX_HFM122, BL21 / pROX_HFM145, BL21 / pROX_HFM305, BL21 / pROX_388MBL, BL21 / pROX_HFM544, BL21 / pROX_HFM545, BL21 / pROX_HFM689, and BL21 / pROX_HFM737 were constructed. The BL21 (DE3) strain was obtained as strain number ME9026 from the National Institute of Genetics, National Institute of Genetics, National Institute of Genetics, Information and Systems Research Organization.

(7)上記形質転換株を用いた没食子酸の生産
上記12種類の形質転換体を5mlのLB培地で一晩培養した。プラスミドを維持するためにアンピシリンを最終濃度100ppmになるように加えた。新しいLB培地に1/100容量接種し、25℃で培養し対数増殖期にIPTG(isopropyl-1-thio-β-D-galactopyranoside)を終濃度1mMになるように添加し、3時間タンパク誘導を行った。タンパク誘導後、大腸菌を遠心によって集菌した。上清を捨て、500μlのHEPES緩衝液(50mM HEPES−NaOH(pH7.5)、10%グリセロール)に懸濁した。大腸菌懸濁液を超音波破砕機によって、細胞破砕を行った。大腸菌懸濁液は遠心分離(4℃、10分、20000×g)を行い、上清と沈殿物に分離し、上清を粗酵素液とした。粗酵素液のタンパク濃度をブラッドフォード法に基づいたバイオラッド(Bio-Rad)プロテイン・アッセイ(Bio-Rad Laboratories, CA, USA)を用いて計測し、1mg/mlになるようにHEPES緩衝液で希釈した。
(7) Production of gallic acid using the transformed strain The above 12 types of transformants were cultured overnight in 5 ml of LB medium. Ampicillin was added to a final concentration of 100 ppm to maintain the plasmid. Inoculate 1/100 volume of fresh LB medium, incubate at 25 ° C, and add IPTG (isopropyl-1-thio-β-D-galactopyranoside) to a final concentration of 1 mM in the logarithmic growth phase for 3 hours of protein induction went. After protein induction, E. coli was collected by centrifugation. The supernatant was discarded and suspended in 500 μl of HEPES buffer (50 mM HEPES-NaOH (pH 7.5), 10% glycerol). The E. coli suspension was disrupted with an ultrasonic disrupter. The E. coli suspension was centrifuged (4 ° C., 10 minutes, 20000 × g) to separate into a supernatant and a precipitate, and the supernatant was used as a crude enzyme solution. The protein concentration of the crude enzyme solution is measured using the Bio-Rad protein assay (Bio-Rad Laboratories, CA, USA) based on the Bradford method, and is adjusted to 1 mg / ml with HEPES buffer. Diluted.

没食子酸合成反応は0.5mMの基質(プロトカテク酸またはパラヒドロキシ安息香酸)、0.01mM FAD、0.01mM FMN、2.5mM NADH、25mM NADPHを含むHEPES緩衝液中で100μlの反応系で行った。プロトカテク酸を基質にした場合、粗酵素68μgを反応液に加えて反応を開始した。酵素反応液は30℃で反応を行い0時間および1時間後に1mlの酢酸エチルにて反応を停止した。また、パラヒドロキシ安息香酸を基質にした場合、粗酵素10μgを反応液に加えて反応を開始した。酵素反応液は30℃で反応を行い、0分および30分後に1mlの酢酸エチルにて反応を停止した。さらに150μlのHEPES緩衝液と2N HCl 1.5μlを加えて、5分間激しく混和し、遠心分離(室温、5分、20000×g)を行った。二層に分離した反応液・酢酸エチル混和物の上層(酢酸エチル層)を800μl回収し、新しい1.5mlチューブに移した。 The gallic acid synthesis reaction was carried out in a 100 μl reaction system in a HEPES buffer containing 0.5 mM substrate (protocatechuic acid or parahydroxybenzoic acid), 0.01 mM FAD, 0.01 mM FMN, 2.5 mM NADH, 25 mM NADPH. It was. When protocatechuic acid was used as a substrate, 68 μg of crude enzyme was added to the reaction solution to start the reaction. The enzyme reaction solution was reacted at 30 ° C., and the reaction was stopped with 1 ml of ethyl acetate after 0 and 1 hour. When parahydroxybenzoic acid was used as a substrate, 10 μg of crude enzyme was added to the reaction solution to start the reaction. The enzyme reaction solution was reacted at 30 ° C., and after 0 and 30 minutes, the reaction was stopped with 1 ml of ethyl acetate. Further, 150 μl of HEPES buffer and 1.5 μl of 2N HCl were added and mixed vigorously for 5 minutes, followed by centrifugation (room temperature, 5 minutes, 20000 × g). 800 μl of the upper layer (ethyl acetate layer) of the reaction solution / ethyl acetate mixture separated into two layers was collected and transferred to a new 1.5 ml tube.

真空遠心乾燥機で乾燥後、10μl アセトニトリルを加え、5分間激しく混和し、さらに190μlの水で希釈し、孔径0.2μmのフィルター(Millex-LG)で濾過し、バイアル瓶に注入した。バイアル瓶はLC−TOF型質量分析計(Waters社、LCT Premier XE)にセットし、LC−TOF型質量分析計による解析を行った。没食子酸はLC−TOF型質量分析計を用いて検出した。標品の没食子酸と比較して、高速液体クロマトグラフィーの保持時間と質量分析計からの質量値を合わせて生産された没食子酸を同定した。 After drying with a vacuum centrifugal dryer, 10 μl of acetonitrile was added, mixed vigorously for 5 minutes, further diluted with 190 μl of water, filtered through a 0.2 μm pore size filter (Millex-LG), and injected into a vial. The vial was set in an LC-TOF type mass spectrometer (Waters, LCT Premier XE) and analyzed by the LC-TOF type mass spectrometer. Gallic acid was detected using an LC-TOF mass spectrometer. The gallic acid produced by combining the retention time of high performance liquid chromatography and the mass value from the mass spectrometer was compared with the standard gallic acid.

12種類のHFM酵素群のうち、10種類(HFM5、HFM86、HFM145、HFM305、HFM339、HFM388
、HFM544、HFM545、HFM689およびHFM737)はプロトカテク酸を基質にした場合、没食子酸を合成した。それぞれの粗酵素タンパク1mg当たりの1時間当たりの没食子酸合成はHFM5(151μM/時間/mg 粗酵素タンパク)、HFM86(30μM/時間/mg 粗酵素タンパク)、HFM145(249μM/時間/mg 粗酵素タンパク)、HFM305(359μM/時間/mg 粗酵素タンパク)、HFM339(20μM/時間/mg 粗酵素タンパク)、HFM388(11μM/時間/mg 粗酵素タンパク)、HFM544(35μM/時間/mg 粗酵素タンパク)、HFM545(8μM/時間/mg 粗酵素タンパク)、HFM689(350μM/時間/mg 粗酵素タンパク)およびHFM737(41μM/時間/mg 粗酵素タンパク)であった。HFM 145、HFM 305及びHFM689で特に没食子酸合成活性が強かった。
10 types of 12 types of HFM enzymes (HFM5, HFM86, HFM145, HFM305, HFM339, HFM388
, HFM544, HFM545, HFM689 and HFM737) synthesized gallic acid when protocatechuic acid was used as a substrate. The gallic acid synthesis per hour per mg of each crude enzyme protein is HFM5 (151 μM / hour / mg crude enzyme protein), HFM86 (30 μM / hour / mg crude enzyme protein), HFM145 (249 μM / hour / mg crude enzyme protein). ), HFM305 (359 μM / hour / mg crude enzyme protein), HFM339 (20 μM / hour / mg crude enzyme protein), HFM388 (11 μM / hour / mg crude enzyme protein), HFM544 (35 μM / hour / mg crude enzyme protein), HFM545 (8 μM / hour / mg crude enzyme protein), HFM689 (350 μM / hour / mg crude enzyme protein) and HFM737 (41 μM / hour / mg crude enzyme protein). HFM 145, HFM 305 and HFM689 showed particularly strong gallic acid synthesis activity.

実施例2.単離した水酸化酵素の活性とPAO変異酵素の活性を以下のようにして比較した。
1.ポリシストロン型発現プラスミドの構築
上記HFM145酵素遺伝子、HFM305酵素遺伝子及びHFM689酵素遺伝子を大腸菌 JM109株、大腸菌 JM109(DE3)株や大腸菌 BL21(DE3)株で各遺伝子の転写・翻訳効率に依存しない効率よい発現を行うために、目的遺伝子の転写は疑似遺伝子に依存し、疑似遺伝子の翻訳効率を維持した状態で目的遺伝子も翻訳される発現系の構築を行った。より具体的にはT7プロモーター配列と疑似遺伝子及び目的遺伝子をHindIII部位とSphI部位を介してpUC19プラスミドDNA内に挿入するために、配列番号60〜63で表される4本の合成DNAを合成した。これら合成DNAをpUC19(タカラバイオ(株)社製)のHindIII部位とSphI部位の間に挿入し、発現ベクターpUTCH19を構築した。
Example 2 The activity of the isolated hydroxylase was compared with the activity of the PAO mutant enzyme as follows.
1. Construction of polycistron-type expression plasmid The above HFM145 enzyme gene, HFM305 enzyme gene and HFM689 enzyme gene can be efficiently used in E. coli JM109 strain, E. coli JM109 (DE3) strain and E. coli BL21 (DE3) strain independent of the transcription and translation efficiency of each gene. In order to perform expression, transcription of the target gene was dependent on the pseudogene, and an expression system was constructed in which the target gene was also translated while maintaining the translation efficiency of the pseudogene. More specifically, four synthetic DNAs represented by SEQ ID NOs: 60 to 63 were synthesized in order to insert a T7 promoter sequence, a pseudo gene, and a target gene into pUC19 plasmid DNA through a HindIII site and a SphI site. . These synthetic DNAs were inserted between the HindIII site and SphI site of pUC19 (manufactured by Takara Bio Inc.) to construct the expression vector pUTCH19.

2.PAO変異酵素の造成とベクターへの組み込み
シュードモナス・アルギノサPAO株のパラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素遺伝子塩基配列データ(NC_002516)をNCBIのGenBankデータベースよりインターネット経由で取得した。この塩基配列をもとに各遺伝子のDNAをPCR法を用いてクローニングするための配列番号64で表されるフォワードPCRプライマーと配列番号65で表されるリバースPCRプライマーを設計し、合成した。シュードモナス・アルギノサPAO株の染色体DNA(ATCC番号:47085D-5)をATCCから入手し、これを鋳型として、2種のPCRプライマーとPrimeSTAR酵素(タカラ・バイオ社製)を用いたPCRによりパラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素遺伝子のDNAを増幅させた後、Taq ポリメラーゼ(タカラ・バイオ社製)による3'末端にA残基を付与する処理を行った。ゲル電気泳動後により目的DNAを精製した後、pT7Blue-T ベクターに組み込むことにより、パラヒドロキシ安息香酸水酸化酵素蛋白質HFM300をコードするDNAを運ぶプラスミドpT7Blue_HFM300を造成した。pT7Blue_HFM300から制限酵素HindIIIと制限酵素 XbaIにより各酵素蛋白質をコードするDNAを切り出し、発現ベクターpUTCH19に組み込むことにより、プラスミドpUTCH_HFM300を造成した。
2. Construction of PAO Mutant Enzyme and Integration into a Vector Parahydroxybenzoate hydroxylase gene nucleotide sequence data (NC_002516) of Pseudomonas arginosa PAO strain was obtained from NCBI GenBank database via the Internet. Based on this base sequence, a forward PCR primer represented by SEQ ID NO: 64 and a reverse PCR primer represented by SEQ ID NO: 65 for cloning DNA of each gene using the PCR method were designed and synthesized. Pseudomonas arginosa PAO strain chromosomal DNA (ATCC No .: 47085D-5) was obtained from ATCC, using this as a template, PCR using two kinds of PCR primers and PrimeSTAR enzyme (manufactured by Takara Bio Inc.). After amplifying the DNA of the oxyhydroxylase gene, a treatment for adding an A residue to the 3 ′ end with Taq polymerase (Takara Bio Inc.) was performed. After purifying the target DNA after gel electrophoresis, the plasmid pT7Blue_HFM300 carrying DNA encoding the parahydroxybenzoic acid hydroxylase protein HFM300 was constructed by incorporating it into the pT7Blue-T vector. Plasmid pUTCH_HFM300 was constructed by excising DNA encoding each enzyme protein from pT7Blue_HFM300 using restriction enzyme HindIII and restriction enzyme XbaI and incorporating it into expression vector pUTCH19.

同様に、配列番号66で表されるフォワードPCRプライマーと配列番号67で表されるリバースPCRプライマーを用いるPCR法により、酵素蛋白質HFM300の385番目のチロシンをフェニールアラニンに置換した変異酵素蛋白質HFM300Y385F(PAO変異酵素)をコードするDNAを増幅し、pT7Blue-T ベクターに組み込むことにより、蛋白質HFM300Y385FをコードするDNAを運ぶプラスミドpT7Blue_HFM300Y385Fを造成した。pT7Blue_HFM300Y385Fから制限酵素HindIIIと制限酵素XbaIにより各酵素蛋白質をコードするDNAを切り出し、発現ベクターpUTCH19に組み込むことにより、プラスミドpUTCH_HFM300Y385Fを造成した。 Similarly, mutant enzyme protein HFM300Y385F (PAO) in which 385th tyrosine of enzyme protein HFM300 is replaced with phenylalanine by PCR using a forward PCR primer represented by SEQ ID NO: 66 and a reverse PCR primer represented by SEQ ID NO: 67. A plasmid pT7Blue_HFM300Y385F carrying DNA encoding the protein HFM300Y385F was constructed by amplifying DNA encoding the mutant enzyme and incorporating it into the pT7Blue-T vector. Plasmid pUTCH_HFM300Y385F was constructed by cutting out DNA encoding each enzyme protein from pT7Blue_HFM300Y385F using restriction enzyme HindIII and restriction enzyme XbaI and incorporating it into expression vector pUTCH19.

3.酵素蛋白質HFM145、酵素蛋白質HFM305および.酵素蛋白質HFM689を発現するプラスミドの構築
実施例1の結果から、酵素蛋白質HFM145、酵素蛋白質HFM305および酵素蛋白質HFM689を発現する形質転換株の培養抽出液を用いたときに、良好な没食子酸の生成が観察された。そこで、酵素蛋白質HFM145、酵素蛋白質HFM305および酵素蛋白質HFM689を効率よく発現する
プラスミドの構築を行った。上記プラスミドpROX_HFM145、pROX_HFM305およびpROX_HFM689から生産される酵素蛋白質HFM145、酵素蛋白質HFM305および酵素蛋白質HFM689は、いずれもC末端に10アミノ酸のペプチド(Gly-Gly-Gly-Ser-His-His-His-His-His-His(配列番号82))が付加されている。これらペプチドを除去した酵素蛋白質を発現するプラスミドを構築するために、まず表3に示すPCRプライマーを設計し、合成した。

Figure 0005140848
3. Enzyme protein HFM145, enzyme protein HFM305 and. Construction of Plasmid Expressing Enzyme Protein HFM689 From the results of Example 1, when cultivated extracts of enzyme protein HFM145, enzyme protein HFM305, and transformant expressing enzyme protein HFM689 were used, good gallic acid was produced. Observed. Therefore, plasmids were constructed that efficiently expressed the enzyme protein HFM145, the enzyme protein HFM305, and the enzyme protein HFM689. The enzyme protein HFM145, enzyme protein HFM305, and enzyme protein HFM689 produced from the plasmids pROX_HFM145, pROX_HFM305 and pROX_HFM689 are all peptides of 10 amino acids (Gly-Gly-Gly-Gly-Ser-His-His-His-His- His-His (SEQ ID NO: 82)) is added. In order to construct a plasmid that expresses an enzyme protein from which these peptides were removed, PCR primers shown in Table 3 were first designed and synthesized.
Figure 0005140848

pROX_HFM145、pROX_HFM305、pROX_HFM689のプラスミドDNAを鋳型として、上表のPCRプライマーとPrimeSTAR酵素(タカラ・バイオ社製)を用いたPCRにより目的DNAを増幅させた後、Taq ポリメラーゼ(タカラ・バイオ社製)による3'末端にA残基を付与する処理を行った。ゲル電気泳動後により目的DNAを精製した後、pT7Blue-T ベクターに組み込むことにより、プラスミドpT7Blue_HFM145、プラスミドpT7Blue_HFM305、プラスミドpT7Blue_HFM689を造成した。これらプラスミドから制限酵素HindIIIと制限酵素XbaIまたはKpnIにより各酵素蛋白質をコードするDNAを切り出し、発現ベクターpUTCH19に組み込むことにより、プラスミドpUTCH_HFM145、pUTCH_HFM305、pUTCH_HFM689を造成した。 Using the plasmid DNA of pROX_HFM145, pROX_HFM305, and pROX_HFM689 as a template, the target DNA was amplified by PCR using the PCR primers in the above table and PrimeSTAR enzyme (manufactured by Takara Bio Inc.), and then Taq polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.) A treatment for adding an A residue to the 3 ′ end was performed. After purifying the target DNA after gel electrophoresis, the plasmid pT7Blue_HFM145, plasmid pT7Blue_HFM305, and plasmid pT7Blue_HFM689 were constructed by incorporating the DNA into the pT7Blue-T vector. Plasmids pUTCH_HFM145, pUTCH_HFM305, and pUTCH_HFM689 were constructed by cutting out DNA encoding each enzyme protein from these plasmids using restriction enzymes HindIII and restriction enzymes XbaI or KpnI and incorporating them into the expression vector pUTCH19.

4.変異酵素蛋白質HFM145Y385F、変異酵素蛋白質HFM305Y386Fおよび変異酵素蛋白質HFM6895Y384を発現するプラスミドの構築
これまでにプロトカテク酸から没食子酸を生成する活性を持つことが証明された酵素は、酵素蛋白質HFM300の385番目のチロシンをフェニールアラニンに置換した変異酵素蛋白質HFM300Y385Fのみであった。そこで、酵素蛋白質HFM145の385番目のチロシンをフェニールアランニンに置換した変異酵素蛋白質HFM145Y385F、酵素蛋白質HFM305の386番目のチロシンをフェニールアランニンに置換した変異酵素蛋白質HFM305Y386F、酵素蛋白質HFM689の384番目のチロシンをフェニールアランニンに置換した変異酵素蛋白質HFM689Y384Fを発現するプラスミドを
上記3に述べた方法と同様の方法により構築した。

Figure 0005140848
4). Construction of plasmids expressing mutant enzyme protein HFM145Y385F, mutant enzyme protein HFM305Y386F and mutant enzyme protein HFM6895Y384 The enzyme that has been proven to have the activity of generating gallic acid from protocatechuic acid is the 385th tyrosine of enzyme protein HFM300. The mutant enzyme protein HFM300Y385F was substituted only with phenylalanine. Therefore, the mutant protein HFM145Y385F in which the 385th tyrosine of the enzyme protein HFM145 is substituted with phenylalanin, the mutant enzyme protein HFM305Y386F in which the 386th tyrosine of the enzyme protein HFM305 is replaced with phenylalanthin, and the 384th tyrosine of the enzyme protein HFM689 A plasmid expressing the mutant enzyme protein HFM689Y384F in which is substituted with phenylalanin was constructed by the same method as described in 3 above.
Figure 0005140848

まず表4に示すPCRプライマーを設計し、合成した。pROX_HFM145、pROX_HFM305、pROX_HFM689のプラスミドDNAを鋳型として、表4のPCRプライマーとPrimeSTAR酵素(タカラ・バイオ社製)を用いたPCR法により目的DNAを増幅させた後、Taq ポリメラーゼ(タカラ・バイオ社製)による3'末端にA残基を付与する処理を行った。ゲル電気泳動後により目的DNAを精製した後、pT7Blue-T ベクターに組み込むことにより、プラスミドpT7Blue_HFM145Y385F、プラスミドpT7Blue_HFM305Y386F、プラスミドpT7Blue_HFM689Y384Fを造成した。これらプラスミドから制限酵素HindIIIと制限酵素XabIまたはKpnIにより各酵素蛋白質をコードするDNAを切り出し、発現ベクターpUTCH19に組み込むことにより、プラスミドpUTCH_HFM145Y385F、pUTCH_HFM305Y386F、pUTCH_HFM689Y384Fを造成した。 First, PCR primers shown in Table 4 were designed and synthesized. Using the plasmid DNA of pROX_HFM145, pROX_HFM305, and pROX_HFM689 as a template, the target DNA was amplified by PCR using the PCR primers in Table 4 and PrimeSTAR enzyme (manufactured by Takara Bio Inc.), and then Taq polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.). The A residue was added to the 3 ′ end by. After purifying the target DNA after gel electrophoresis, the plasmid pT7Blue_HFM145Y385F, the plasmid pT7Blue_HFM305Y386F, and the plasmid pT7Blue_HFM689Y384F were constructed by incorporating into the pT7Blue-T vector. Plasmids pUTCH_HFM145Y385F, pUTCH_HFM305Y386F, and pUTCH_HFM689Y384F were constructed by excising DNA encoding each enzyme protein from these plasmids using restriction enzymes HindIII and restriction enzymes XabI or KpnI and incorporating them into the expression vector pUTCH19.

5.蛋白質HFM300、HFM300Y385F、HFM145、HFM145Y385F、HFM305、HFM305Y386F、HFM689、およびHFM689Y384Fの大腸菌による生産
プラスミドpUTCH_HFM300、pUTCH_HFM300Y385F、pUTCH_HFM145、pUTCH_HFM145Y385F、pUTCH_HFM305、pUTCH_HFM305Y386F、pUTCH_HFM689およびpUTCH_HFM689Y384Fをそれぞれ大腸菌JM109に形質転換法により導入し、組換え大腸菌JM109/pUTCH_HFM300、JM109/pUTCH_HFM300Y385F、JM109/pUTCH_HFM145、JM109/pUTCH_HFM145Y385F、JM109/pUTCH_HFM305、JM109/pUTCH_HFM305Y386F、JM109/pUTCH_HFM689FおよびJM109/pUTCH_HFM689Y384Fを造成した。これら形質転換体を、lacプロモーター誘導発現用培地であるオーバーナイト・エクスプレス・インスタントTB(Overnight Express Instant TB;Novagen社製;以下、OEI−TB培地と略す)を用いて、37℃で14時間培養した。集菌後、HEPES−グリシン緩衝液 0.5mlに懸濁した。この懸濁液に対して超音波破砕処理を加え、遠心した後、上清を回収して粗酵素液とした。続いて、粗酵素液の蛋白質濃度をブラッドフォード法により計測し、1mg/mlに調製した。
5). Production of proteins HFM300, HFM300Y385F, HFM145, HFM145Y385F, HFM305, HFM305Y386F, HFM689, and HFM689Y384F in Escherichia coli E. coli JM109 / pUTCH_HFM300, JM109 / pUTCH_HFM300Y385F, JM109 / pUTCH_HFM145, JM109 / pUTCH_HFM145Y385F, JM109 / pUTCH_HFM305, JM109 / pUTCH_HFM305Y386F, JM109 / pUTCH_HFM6F These transformants were cultured at 37 ° C. for 14 hours using Overnight Express Instant TB (manufactured by Novagen; hereinafter, abbreviated as OEI-TB medium), which is a lac promoter-inducible expression medium. did. After collection, the cells were suspended in 0.5 ml of HEPES-glycine buffer. The suspension was subjected to ultrasonic crushing treatment and centrifuged, and the supernatant was recovered to obtain a crude enzyme solution. Subsequently, the protein concentration of the crude enzyme solution was measured by the Bradford method and adjusted to 1 mg / ml.

6.没食子酸合成酵素活性の測定
上記5で調製した粗酵素液の没食子酸合成酵素活性を次のようにして測定した。酵素反応は、プロトカテク酸(基質)500μM、FAD 10μM、FMN 10μM、NADH
2.5mM、NADP 2.5mM、粗酵素液68μgを含む100μlの反応液で30℃で1時間行った。反応後、LC−TOF型質量分析計(Waters社、LCT Premier XE)を用いて、生成した没食子酸の量を測定した。その結果、組換え大腸菌JM109/pUTCH_HFM300、JM109/pUTCH_HFM300Y385F、JM109/pUTCH_HFM145、JM109/pUTCH_HFM145Y385F、JM109/pUTCH_HFM305、JM109/pUTCH_HFM305Y386F、JM109/pUTCH_HFM689FおよびJM109/pUTCH_HFM689Y384Fにおいて、それぞれ1mg蛋白質あたり、133μM、133μM、172μM、865μM、1466μM、408μM、500μM、428μMの没食子酸が検出された。この活性測定結果より、各没食子酸合成酵素の活性比は下表のとおりである。

Figure 0005140848
6). Measurement of gallic acid synthase activity The gallic acid synthase activity of the crude enzyme solution prepared in 5 above was measured as follows. The enzyme reaction was performed by protocatechuic acid (substrate) 500 μM, FAD 10 μM, FMN 10 μM, NADH
The reaction was performed at 30 ° C. for 1 hour in a 100 μl reaction solution containing 2.5 mM, NADP 2.5 mM, and crude enzyme solution 68 μg. After the reaction, the amount of gallic acid produced was measured using an LC-TOF mass spectrometer (Waters, LCT Premier XE). As a result, recombinant E. coli JM109 / pUTCH_HFM300, JM109 / pUTCH_HFM300Y385F, JM109 / pUTCH_HFM145, JM109 / pUTCH_HFM145Y385F, JM109 / pUTCH_HFM305, JM109 / pUTCH_HFM305Y386F, JM109 / pUTCH_HFM3 865 μM, 1466 μM, 408 μM, 500 μM, and 428 μM gallic acid were detected. From the activity measurement results, the activity ratio of each gallic acid synthase is as shown in the table below.
Figure 0005140848

発現ベクターpUTCH19においては、該ベクターに組み込まれた遺伝子は同じ発現効率で蛋
白質が生産されるように設計されているが、そのことを確認するために、上記粗酵素液内の没食子酸合成酵素蛋白質の量を下記のようにして測定した。上記で1mg/mlに調製した粗酵素タンパク液10μL(10μg)にβ−メルカプトエタノール(99.5%を0.25μl、10%ドデシル硫酸ナトリウム溶液を1.25μl、染色液1.25μl加えて、5分間煮沸処理を行った。冷却した泳動用サンプルをポリアクリルアミドゲル(ATTO
e-PAGEL E-T1020L)のウェルにアプライし、20mAで80分間泳動した。ゲルをクマシブリリアントブルー溶液(ATTO EzStainAqua)を用いてタンパク染色を行った。蒸留水で十分に脱色し、スキャナーを用いて画像を電子的に取り込んだ。ベクターコントロールと比較して、新しく発現したタンパクの中にHFM酵素タンパクのアミノ酸配列から予想される分子量(約44kD)のシグナルが見られた。電子的に取り込んだ画像を画像処理ソフトウェアNIH ImageJ(http://www.bioarts.co.jp/~ijjp/ij/)で解析したところ、各HFM酵素タンパクの発現量はサンプル間で違いは観察されなかった。
In the expression vector pUTCH19, the gene incorporated in the vector is designed to produce a protein with the same expression efficiency. In order to confirm this, the gallic acid synthase protein in the crude enzyme solution was used. The amount of was measured as follows. Β-mercaptoethanol (0.25 μl of 99.5%, 1.25 μl of 10% sodium dodecyl sulfate solution and 1.25 μl of staining solution) was added to 10 μL (10 μg) of the crude enzyme protein solution prepared to 1 mg / ml as described above. After boiling for 5 minutes, the cooled sample for electrophoresis was subjected to polyacrylamide gel (ATTO).
e-PAGEL E-T1020L) was applied to the well and electrophoresed at 20 mA for 80 minutes. The gel was subjected to protein staining using Coomassie brilliant blue solution (ATTO EzStainAqua). It was fully decolorized with distilled water and the images were captured electronically using a scanner. Compared with the vector control, a signal with a molecular weight (about 44 kD) predicted from the amino acid sequence of the HFM enzyme protein was seen in the newly expressed protein. When the electronically captured images were analyzed with the image processing software NIH ImageJ (http://www.bioarts.co.jp/~ijjp/ij/), the expression level of each HFM enzyme protein was observed to differ between samples. Was not.

実施例3.パラヒドロキシ安息香酸を原料とする大腸菌による没食子酸の生産を下記のようにして行った。
組換え大腸菌JM109/pUTCH_HFM300、JM109/pUTCH_HFM300Y385FおよびJM109/pUTCH_HFM305を、OEI−TB培地を用いて、25℃で一晩培養した後、集菌し、培地を捨てた。0.5mMパラヒドロキシ安息香酸と1mM IPTGを含む新しいLB培地(pH5.95)3mlを加え、25℃で20時間培養した。培養液を0.1ml取り、酢酸エチル1mlを加えた後、5分間攪拌した。HEPES−グリシン緩衝液0.15mlと5μlの2N HClを添加した後、5分間遠心分離を行った。上層800μlを採取し、乾燥させた。乾燥物をアセトニトリル10μlに溶解した、水190μlを加えた後、LC−TOF型質量分析計(Waters社、LCT Premier XE)を用いて、生成した没食子酸の量を測定した。その結果は、組換え大腸菌JM109/pUTCH_HFM300、JM109/pUTCH_HFM300Y385FおよびJM109/pUTCH_HFM305の没食子酸生成量はそれぞれ.4μM、2.5μM、42μMであった。したがって、JM109/pUTCH_HFM305の没食子酸生産性はJM109/pUTCH_HFM300の9.5倍、JM109/pUTCH_HFM300Y385Fの17.1倍であった。
Example 3 The production of gallic acid by Escherichia coli using parahydroxybenzoic acid as a raw material was performed as follows.
Recombinant Escherichia coli JM109 / pUTCH_HFM300, JM109 / pUTCH_HFM300Y385F and JM109 / pUTCH_HFM305 were cultured overnight at 25 ° C. using OEI-TB medium, and then collected and the medium was discarded. 3 ml of a fresh LB medium (pH 5.95) containing 0.5 mM parahydroxybenzoic acid and 1 mM IPTG was added and cultured at 25 ° C. for 20 hours. 0.1 ml of the culture solution was taken and 1 ml of ethyl acetate was added, followed by stirring for 5 minutes. After adding 0.15 ml of HEPES-glycine buffer and 5 μl of 2N HCl, centrifugation was performed for 5 minutes. 800 μl of the upper layer was collected and dried. The dried product was dissolved in 10 μl of acetonitrile. After adding 190 μl of water, the amount of gallic acid produced was measured using an LC-TOF mass spectrometer (Waters, LCT Premier XE). As a result, the amounts of gallic acid produced by recombinant Escherichia coli JM109 / pUTCH_HFM300, JM109 / pUTCH_HFM300Y385F and JM109 / pUTCH_HFM305 were 0.4 μM, 2.5 μM and 42 μM, respectively. Therefore, the gallic acid productivity of JM109 / pUTCH_HFM305 was 9.5 times that of JM109 / pUTCH_HFM300 and 17.1 times that of JM109 / pUTCH_HFM300Y385F.

実施例4.大腸菌によるテレフタル酸からの没食子酸の生産を下記のようにして行った。1.テレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、テレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼおよびテレフタル酸トランスポーターの蛋白質をコードするDNAクローニング
ロドコッカス属(Rhodococcus sp.)RHA1株のテレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、テレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼ酵素遺伝子の塩基配列データ(NC_008268、NC_008269、NC_008270、NC_008271)をNCBIのGenBankデータベースよりインターネット経由で取得した。この塩基配列をもとに各遺伝子のDNAをPCR法を用いてクローニングするための配列番号80で表されるフォワードPCRプライマーおよび配列番号81で表されるリバースPCRプライマーを設計し、合成した。Rhodococcus sp. RHA1株の染色体DNAを鋳型として、2種のPCRプライマーとPrimeSTAR酵素(タカラ・バイオ社製)を用いたPCRによりテレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、テレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼ酵素遺伝子のDNAを増幅させた後、Taq ポリメラーゼ(タカラ・バイオ社製)による3'末端にA残基を付与する処理を行った。ゲル電気泳動後により目的DNAを精製した後、pT7Blue-T ベクターに組み込むことにより、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、テレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼをコードするDNAを運ぶプラスミドpT7Blue_TPACB1を造成した。pT7Blue_TPACB1から制限酵素HindIIIと制限酵素XbaIにより各酵素蛋白質をコードするDNAを切り出し、発現ベクターpUTCH19に組み込むことにより、プラスミドpUTCH_TPACB1を造成した。
なお、Rhodococcus sp. RHA1株は長岡科学技術大学の福田雅夫博士より分与を受け、同博
士から教授された方法に従って培養した。培養菌体から染色体DNAをディーエヌイージー・ティシュ・キット(キアゲン社製(DNeasy tissue kit;Qiagen)を用いて単離精製した。
Example 4 Production of gallic acid from terephthalic acid by E. coli was performed as follows. 1. DNA cloning encoding terephthalate dioxygenase, terephthalate dioxygenase reductase, terephthalate 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and terephthalate transporter protein Rhodococcus sp. RHA1 strain terephthalate dioxygenase, terephthalate Acid dioxygenase reductase, 1,2-dihydrodiol terephthalate base sequence data (NC_008268, NC_008269, NC_008270, NC_008271) of the gene gene were obtained from the NCBI GenBank database via the Internet. Based on this base sequence, a forward PCR primer represented by SEQ ID NO: 80 and a reverse PCR primer represented by SEQ ID NO: 81 were designed and synthesized for cloning DNA of each gene using the PCR method. Using chromosomal DNA from Rhodococcus sp. RHA1 as a template, PCR using two PCR primers and PrimeSTAR enzyme (manufactured by Takara Bio Inc.), terephthalate dioxygenase, terephthalate dioxygenase reductase, terephthalate 1,2- After amplifying the DNA of the dihydrodiol dihydrogenase enzyme gene, a treatment for adding an A residue to the 3 ′ end with Taq polymerase (manufactured by Takara Bio Inc.) was performed. Plasmid that carries DNA encoding terephthalate dioxygenase, terephthalate dioxygenase reductase, terephthalate 1,2-dihydrodiol dihydrogenase by purifying the target DNA after gel electrophoresis and then incorporating it into the pT7Blue-T vector pT7Blue_TPACB1 was created. Plasmid pUTCH_TPACB1 was constructed by excising DNA encoding each enzyme protein from pT7Blue_TPACB1 using restriction enzymes HindIII and XbaI and incorporating it into the expression vector pUTCH19.
The Rhodococcus sp. RHA1 strain was distributed by Dr. Masao Fukuda of Nagaoka University of Science and Technology and cultured according to the method taught by him. Chromosomal DNA was isolated and purified from the cultured cells using a DNeasy tissue kit (Qiagen).

2.テレフタル酸からの没食子酸の合成
pUTCH_TPACB1とpRTCH_HFM145_Y385F またはpUTCH_TPACB1とpRTCH_HFM305を用いて大腸菌JM109(DE3)を形質転換し、組換え大腸菌JM109(DE3)/(pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM145_Y385F)、およびJM109 (DE3)/(pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM305)を得た。
得られた組換え大腸菌JM109(DE3)/(pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM145_Y385F)、JM109 (DE3)/(pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM305)を5mlのOEI−TB培地を用いて37℃で14時間培養した。集菌後、LB培地(カナマイシン50ppm、アンピシリン100ppm、 IPTG 1mM、pH5.95)3mlに懸濁し、25℃で4時間培養した。菌懸濁液500μlを取り、1.5mlチューブに移した。テレフタル酸を終濃度0.5mMになるように添加した。0.5、24時間に菌懸濁液から100μlとり、1mlの酢酸エチル、150μLのHEPES緩衝液 5μlの2N HClを加え、激しく5分間懸濁し、遠心にかけた。二層に分かれた上層(酢酸エチル層)を800μlとり、新しい1.5mMチューブに移し、遠心乾燥機にかけた。乾固したサンプルを10μLのアセトニトリルで激しく懸濁し、190μLの水で希釈した。孔径0.2μmのフィルターで濾過し、LC−TOF型質量分析計(Waters社、LCT Premier XE)で解析した。
2. Synthesis of gallic acid from terephthalic acid
E. coli JM109 (DE3) was transformed with pUTCH_TPACB1 and pRTCH_HFM145_Y385F or pUTCH_TPACB1 and pRTCH_HFM305 to obtain recombinant E. coli JM109 (DE3) / (pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM145_Y385F), and JM109 (DE3TCH_TP3TP_BCH).
The obtained recombinant Escherichia coli JM109 (DE3) / (pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM145_Y385F) and JM109 (DE3) / (pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM305) were cultured at 37 ° C. for 14 hours using 5 ml of OEI-TB medium. After collection, the cells were suspended in 3 ml of LB medium (kanamycin 50 ppm, ampicillin 100 ppm, IPTG 1 mM, pH 5.95) and cultured at 25 ° C. for 4 hours. 500 μl of the bacterial suspension was taken and transferred to a 1.5 ml tube. Terephthalic acid was added to a final concentration of 0.5 mM. At 0.5 and 24 hours, 100 μl was taken from the bacterial suspension, 1 ml of ethyl acetate, 150 μl of HEPES buffer 5 μl of 2N HCl was added, vigorously suspended for 5 minutes, and centrifuged. 800 μl of the upper layer (ethyl acetate layer) divided into two layers was taken, transferred to a new 1.5 mM tube, and centrifuged. The dried sample was vigorously suspended in 10 μL of acetonitrile and diluted with 190 μL of water. It filtered with the filter of the hole diameter 0.2micrometer, and analyzed with LC-TOF type | mold mass spectrometer (Waters, LCT Premier XE).

その結果、OEI−TB培地中の培養時間が4時間のときは、組換え大腸菌JM109 (DE3)/(pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM145_Y385F)とJM109 (DE3)/(pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM305)はそれぞれ2μMと39μMの没食子酸の生産が観察された。また、OEI−TB培地中の培養時間が20時間のときは、組換え大腸菌JM109 (DE3)/(pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM145_Y385F)とJM109 (DE3)/(pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM305)はそれぞれ66μMと9μMの没食子酸の生産が観察された。 As a result, when the culture time in the OEI-TB medium was 4 hours, recombinant E. coli JM109 (DE3) / (pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM145_Y385F) and JM109 (DE3) / (pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM305) were 2 μM and 39 μM gallic acid, respectively. Production was observed. When the incubation time in OEI-TB medium is 20 hours, recombinant E. coli JM109 (DE3) / (pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM145_Y385F) and JM109 (DE3) / (pUTCH_TPACB1, pRTCH_HFM305) are 66 μM and 9 μM gallic acid, respectively. Production was observed.

Claims (15)

以下の(A)または(B)に記載の蛋白質を発現する微生物を用いてプロトカテク酸から没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする没食子酸の製造方法。
(A)配列番号16、26、30、32または34で表されるアミノ酸配列を有する蛋白質
(B)配列番号16、26、30、32または34で表されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入または付加を含むアミノ酸配列からなり、かつプロトカテク酸の5位を酸化する酵素活性を有する蛋白質(配列番号30については385位のフェニルアラニンが置換または欠失した配列を含まない)。
A method for producing gallic acid, comprising producing and accumulating gallic acid from protocatechuic acid using a microorganism that expresses the protein described in (A) or (B) below, and collecting the gallic acid.
(A) Protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16, 26, 30, 32 or 34 (B) In the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16, 26, 30, 32 or 34, one or several A protein having an amino acid sequence including amino acid substitution, deletion, insertion or addition and having an enzyme activity that oxidizes the 5-position of protocatechuic acid (for SEQ ID NO: 30, includes a sequence in which phenylalanine at position 385 is substituted or deleted) Absent).
前記微生物の培養物または該培養物の処理物およびプロトカテク酸を水性媒体中に存在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする請求項1に記載の没食子酸の製造法。 The microbial culture or the treated product of the culture and protocatechuic acid are present in an aqueous medium, gallic acid is generated and accumulated in the medium, and gallic acid is collected from the medium. The method for producing gallic acid according to 1. 前記微生物がさらにテレフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力を保有する微生物であり、該微生物をテレフタル酸を含有する培地中でテレフタル酸と反応させることにより、没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする請求項1に記載の没食子酸の製造方法。 The microorganism further possesses the ability to generate protocatechuic acid from terephthalic acid. By reacting the microorganism with terephthalic acid in a medium containing terephthalic acid, gallic acid is generated and accumulated, and this is collected. The method for producing gallic acid according to claim 1, wherein: 前記微生物の培養物または該培養物の処理物およびテレフタル酸を水性媒体中に存在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする請求項3に記載の没食子酸の製造法。 The culture of the microorganism or the treated product of the culture and terephthalic acid are present in an aqueous medium, gallic acid is generated and accumulated in the medium, and gallic acid is collected from the medium. 4. The method for producing gallic acid according to 3. 前記微生物がさらにフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力を保有する微生物であり、該微生物をフタル酸を含有する培地中でフタル酸と反応させることにより、没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする請求項1に記載の没食子酸の製造方法。 The microorganism further possesses the ability to generate protocatechuic acid from phthalic acid. By reacting the microorganism with phthalic acid in a medium containing phthalic acid, gallic acid is generated, accumulated, and collected. The method for producing gallic acid according to claim 1, wherein: 前記微生物の培養物または該培養物の処理物およびフタル酸を水性媒体中に存在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする請求項5に記載の没食子酸の製造法。 The microbial culture or the treated product of the culture and phthalic acid are present in an aqueous medium, gallic acid is produced and accumulated in the medium, and gallic acid is collected from the medium. 5. The method for producing gallic acid according to 5. 前記微生物がさらにイソフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力を保有する微生物であり、該微生物をイソフタル酸を含有する培地中でイソフタル酸と反応させることにより、没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする請求項1に記載の没食子酸の製造方法。 The microorganism further possesses the ability to produce protocatechuic acid from isophthalic acid. By reacting the microorganism with isophthalic acid in a medium containing isophthalic acid, gallic acid is produced, accumulated, and collected. The method for producing gallic acid according to claim 1, wherein: 前記微生物の培養物または該培養物の処理物およびイソフタル酸を水性媒体中に存在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする請求項7に記載の没食子酸の製造法。 The microbial culture or the treated product of the culture and isophthalic acid are present in an aqueous medium, gallic acid is generated and accumulated in the medium, and gallic acid is collected from the medium. 8. The method for producing gallic acid according to 7. 前記微生物がさらにパラヒドロキシ安息香酸からプロトカテク酸を生成する能力を保有する微生物であり、該微生物をパラヒドロキシ安息香酸を含有する培地中でパラヒドロキシ安息香酸と反応させることにより、没食子酸を生成、蓄積させ、これを採取することを特徴とする請求項1に記載の没食子酸の製造方法。 The microorganism further possesses the ability to produce protocatechuic acid from parahydroxybenzoic acid, and reacts the microorganism with parahydroxybenzoic acid in a medium containing parahydroxybenzoic acid to produce gallic acid, It accumulates and this is extract | collected, The manufacturing method of the gallic acid of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記微生物の培養物または該培養物の処理物およびパラヒドロキシ安息香酸を水性媒体中に存在せしめ、該媒体中に没食子酸を生成、蓄積させ、該媒体から没食子酸を採取することを特徴とする請求項9に記載の没食子酸の製造法。 The culture of microorganisms or the treated product of the culture and parahydroxybenzoic acid are present in an aqueous medium, gallic acid is generated and accumulated in the medium, and gallic acid is collected from the medium. The manufacturing method of the gallic acid of Claim 9. テレフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力が、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、テレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼおよびテレフタル酸トランスポーターの蛋白質をコードするDNAを形質転換法により導入して得られることを特徴とする、請求項3または4記載の没食子酸の製造方法。 The ability to produce protocatechuic acid from terephthalic acid is introduced by transformation of DNA encoding terephthalate dioxygenase, terephthalate dioxygenase reductase, terephthalate 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and terephthalate transporter proteins The method for producing gallic acid according to claim 3 or 4, wherein the gallic acid is obtained. フタル酸からプロトカテク酸を生成する能力が、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ、テレフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、テレフタル酸1,2-ジヒドロジオール ジヒドロゲナーゼおよびテレフタル酸トランスポーターの蛋白質をコードするDNAを形質転換法により導入して得られることを特徴とする、請求項5または6記載の没食子酸の製造方法。 The ability to produce protocatechuic acid from phthalic acid is introduced by transformation methods into DNA encoding terephthalate dioxygenase, terephthalate dioxygenase reductase, terephthalate 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and terephthalate transporter proteins The method for producing gallic acid according to claim 5, wherein the gallic acid is obtained. イソフタル酸からプロトカテク酸を生成する能力が、イソフタル酸ジオキシゲナーゼ、イソフタル酸ジオキシゲナーゼ・レダクターゼ、イソフタル酸1,2-ジヒドロジオールジヒドロゲナーゼおよびイソフタル酸トランスポーターの蛋白質をコードするDNAを形質転換法により導入して得られることを特徴とする、請求項7または8記載の没食子酸の製造方法。 The ability to produce protocatechuic acid from isophthalic acid is introduced by transformation methods into DNA encoding isophthalate dioxygenase, isophthalate dioxygenase reductase, isophthalate 1,2-dihydrodiol dihydrogenase and isophthalate transporter proteins The method for producing gallic acid according to claim 7 or 8, wherein the gallic acid is obtained. 前記微生物が、前記(A)または(B)の蛋白質をコードするDNAが導入された微生物であることを特徴とする、請求項1から13のいずれか1項に記載の没食子酸の製造法。 The method for producing gallic acid according to any one of claims 1 to 13, wherein the microorganism is a microorganism into which DNA encoding the protein (A) or (B) is introduced. 微生物がエシェリヒア(Escherichia)属、ロドコッカス(Rhodococcus)属、アシネトバクター(Acinetobacter)属、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、ノボスフィンゴビウム(Novosphingobium)属またはラルストニア(Ralstonia)属に属する微生物であることを特徴とする、請求項1から14のいずれか1項に記載の製造法。 Microbe Escherichia (Escherichia) genus Rhodococcus (Rhodococcus) genus, Acinetobacter (Acinetobacter) spp., Bradyrhizobium (Bradyrhizobium) genus Corynebacterium (Corynebacterium) genus Pseudomonas (Pseudomonas) genus, Rhodopseudomonas (Rhodopseudomonas) genus, Sinorhizobium (Sinorhizobium) genus Brevibacterium (Brevibacterium) genus, characterized in that it is a microorganism belonging to Novo sphingomyelin bi um (Novosphingobium) genus or Ralstonia (Ralstonia) genus, the first term any of claims 1 to 14 The manufacturing method described.
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