JP5345766B2 - Novel maltose phosphorylase, method for producing the same, and method for using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、新規なマルトースホスホリラーゼ、該マルトースホスホリラーゼの製造方法および該マルトースホスホリラーゼを利用するβ−グルコース−1−リン酸またはトレハロースの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a novel maltose phosphorylase, a method for producing the maltose phosphorylase, and a method for producing β-glucose-1-phosphate or trehalose using the maltose phosphorylase.
トレハロースは、他の二糖類に比べて安定なことから、医薬品、化粧品、食品などの広範な用途が期待されている物質である。そこで、トレハロースを工業的に生産する多くの試みがなされてきた。これらの技術は大別して発酵法と酵素法の二つに分類することができる。 Trehalose is a substance that is expected to be widely used for pharmaceuticals, cosmetics, foods and the like because it is more stable than other disaccharides. Therefore, many attempts have been made to industrially produce trehalose. These technologies can be broadly classified into two types: fermentation methods and enzymatic methods.
発酵法は、トレハロースを菌体内外に蓄積する性質を有する微生物を培養した後に該物質を抽出精製する方法である(たとえば、特許文献1を参照)。該方法は、トレハロースの大量生産が操作面または設備面から困難であり、これらを解決したとしても生産効率が悪く、さらに不純物の除去を必要とするために、製造コストが高くなり経済的に不利であった。特に、トレハロースを食品用途に利用するためには、安価かつ大量に製造する必要があるために、該不利点は解消すべき深刻な問題であった。 The fermentation method is a method of extracting and purifying the substance after culturing a microorganism having a property of accumulating trehalose inside and outside the cell body (see, for example, Patent Document 1). In this method, mass production of trehalose is difficult in terms of operation or equipment, and even if these are solved, production efficiency is poor, and further, removal of impurities is required, resulting in high production costs and economical disadvantages. Met. In particular, in order to use trehalose for food applications, it is necessary to produce it in a large amount at a low cost, and this disadvantage has been a serious problem to be solved.
一方、酵素法は、発酵法の上記種々の問題点を一挙に解決する方法である。その一つとして、マルトースホスホリラーゼ(Maltose:orthophosphate β−D−glucosyltransferase;Maltose phosphorylase、EC2.4.1.8)とトレハロースホスホリラーゼ(α,α−Trehalose:orthophosphate β−D−glucosyltransferase;α,α−trehalose phosphorylase、EC2.4.1.64)を用いた同時反応法がある(たとえば、特許文献2を参照)。 On the other hand, the enzyme method is a method that solves the above various problems of the fermentation method at once. As one of them, maltose phosphorylase (Maltose: orthophosphatase β-D-glucosyltransferase; Maltose phosphorylase, EC 2.4.1.8) and trehalose phosphorylase (α, α-Trepharose β-D-glucosylase, orthophosphatase β-D-glucosylase; There is a simultaneous reaction method using phosphorylase (EC 2.4. 1.64) (see, for example, Patent Document 2).
該方法は2種類のホスホリラーゼがそれぞれマルトースとトレハロースに作用して可逆的に加リン酸分解し、グルコースとβ−グルコース−1−リン酸を生じる反応を利用したものであり、安価な原料であるマルトースに両酵素を同時に作用させるとトレハロースが生成するというものである。該方法によればマルトースから60〜65%の高い収率でトレハロースが生成する事が報告されている。また、該方法は使用する原料が精製された高純度の糖質であることから、酵素反応により得られるトレハロースの精製も容易であり、他の方法に比較して工業的に有利な方法と考えられている。しかしながら、該方法において組み合わせて用いられるマルトースホスホリラーゼとトレハロースホスホリラーゼは、それぞれの酵素の最適pH領域が大きく異なっており、また、温度に対する安定性も非常に低く、トレハロースの生成反応は25〜37℃程度の低温下でしか行えなかった。このことは、二種類の酵素を組み合わせて使用する際のpH管理が非常に困難であるばかりでなく、反応温度の低さから解放型の反応槽を用いて行われる酵素反応時に雑菌汚染が起こることを示唆しており、これによる副次的な反応を防止するために厳密な衛生管理を必要とする等の問題点を有していた。このため、該方法も経済的に効率の良い方法とは言えなかった。 This method uses a reaction in which two types of phosphorylase act on maltose and trehalose to reversibly phosphorolyze to produce glucose and β-glucose-1-phosphate, and is an inexpensive raw material. Trehalose is produced when both enzymes are allowed to act on maltose at the same time. According to this method, it has been reported that trehalose is produced from maltose with a high yield of 60 to 65%. In addition, since the raw material used is a purified high-purity saccharide, it is easy to purify trehalose obtained by an enzymatic reaction, which is considered to be an industrially advantageous method compared to other methods. It has been. However, maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase used in combination in the method are greatly different in the optimum pH range of each enzyme, and are very low in temperature stability, and the reaction for producing trehalose is about 25 to 37 ° C. It was possible only at low temperatures. This is not only very difficult to control the pH when using two types of enzymes in combination, but also causes contamination of bacteria during the enzyme reaction performed using an open reaction tank due to the low reaction temperature. In order to prevent such a secondary reaction, there were problems such as the need for strict hygiene management. For this reason, this method cannot be said to be an economically efficient method.
以上のことから、トレハロースの高効率製造に適したマルトースホスホリラーゼおよびトレハロースホスホリラーゼの組み合わせを見出すことができれば、容易かつ大量に入手できるマルトースを原料として高収率でしかも容易かつ効率よくトレハロースを製造することができる。具体的には、トレハロースの製造に用いられるマルトースホスホリラーゼとトレハロースホスホリラーゼにおいて、最適pHおよび最適温度の範囲が重複しており、ならびに製造に適したpH安定性および温度安定性を有していれば、トレハロースの高効率製造が可能となる。 Based on the above, if a combination of maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase suitable for high-efficiency production of trehalose can be found, trehalose can be easily and efficiently produced in high yield from maltose that can be obtained easily and in large quantities. Can do. Specifically, in the maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase used for the production of trehalose, the optimum pH and the optimum temperature range overlap, and if the pH stability and the temperature stability suitable for production are present, High-efficiency production of trehalose is possible.
一方、本発明者らは、上記性質を備えた酵素を見出すべく、新たなマルトースホスホリラーゼおよびトレハロースホスホリラーゼを探索した。鋭意研究の結果、最適pHが7.0〜7.5付近および最適温度が45〜55℃付近で重複する、新規のマルトースホスホリラーゼおよびトレハロースホスホリラーゼを本発明者らは見出した(たとえば、特許文献3を参照)。 On the other hand, the present inventors searched for new maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase in order to find an enzyme having the above properties. As a result of intensive studies, the present inventors have found novel maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase that overlap at an optimum pH of around 7.0 to 7.5 and an optimum temperature of around 45 to 55 ° C. (for example, Patent Document 3) See).
また、これまでに耐熱性のマルトースホスホリラーゼが開発されている(たとえば、特許文献4、5;非特許文献1を参照)。該マルトースホスホリラーゼは最適(至適)pHおよび最適温度がそれぞれ6.0〜7.0、55〜70℃であり、また、pHに対しては5.5〜8.0の範囲で安定であって、温度に対しては60℃まで極めて安定である。
しかしながら、上記した特許文献3に記載のマルトースホスホリラーゼおよびトレハロースホスホリラーゼを使用してトレハロースを製造する場合、該マルトースホスホリラーゼの極めて安定な温度が50℃までであるため、50℃を超える温度に反応温度を設定できず、そのため依然として十分な殺菌効果が得られなかった。そのため、該トレハロースホスホリラーゼと組み合わせてトレハロースを製造するためには、該トレハロースホスホリラーゼと最適温度が広い範囲で重複しており、殺菌効果を見込める温度域である50℃以上の温度において高い安定性を有するマルトースホスホリラーゼを必要とすることが判明した。
However, in the case of producing trehalose using the maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase described in
また、特許文献4、5および非特許文献1に記載の耐熱性マルトースホスホリラーゼを、特許文献3に記載のトレハロースホスホリラーゼに組み合わせれば、効率よくマルトースからトレハロースを製造することができるとも考えられる。しかしながら、特許文献4、5および非特許文献1に記載のマルトースホスホリラーゼは高い温度範囲にまで残存活性を有しているために、トレハロース製造における酵素の失活工程をより高温に設定しなければならないという新たな問題が生じることが判明した。
It is also considered that trehalose can be efficiently produced from maltose by combining the thermostable maltose phosphorylase described in
そこで、本発明者らは上記種々の問題点を解決した新規のマルトースホスホリラーゼを探索するに至った。 Therefore, the present inventors have searched for a novel maltose phosphorylase that has solved the various problems described above.
以上から、本発明の第一の目的は、上記のような従来の技術の種々の問題点を解決し、これらの種々の要求を満足する、新規なマルトースホスホリラーゼの提供にある。さらに詳しくは、組み合わせるべきトレハロースホスホリラーゼと最適温度が重複しており、最適温度が殺菌効果を見込める温度域である50℃以上の温度であって、なおかつトレハロースの製造に適した温度安定性を有し、適度な温度で失活可能である、新規なマルトースホスホリラーゼを提供することである。 From the above, the first object of the present invention is to provide a novel maltose phosphorylase that solves the various problems of the conventional techniques as described above and satisfies these various requirements. More specifically, the optimum temperature overlaps with the trehalose phosphorylase to be combined, and the optimum temperature is a temperature range of 50 ° C. or higher where the bactericidal effect can be expected, and has temperature stability suitable for the production of trehalose. It is to provide a novel maltose phosphorylase that can be inactivated at an appropriate temperature.
本発明の第二の目的は、該マルトースホスホリラーゼをコードするポリヌクレオチドまたは核酸分子を用いて該マルトースホスホリラーゼを簡単かつ高収率で得る製造方法を提供することにある。 The second object of the present invention is to provide a production method for obtaining the maltose phosphorylase easily and in high yield using a polynucleotide or nucleic acid molecule encoding the maltose phosphorylase.
本発明の第三の目的は、得られた該マルトースホスホリラーゼを用いたβ−グルコース−1−リン酸またはトレハロースの製造方法を提供することにある。 The third object of the present invention is to provide a method for producing β-glucose-1-phosphate or trehalose using the obtained maltose phosphorylase.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、下記[イ]〜[ハ]の性質を有する新規なマルトースホスホリラーゼを見出し、本発明を完成するに至った。
[イ]マルトース加リン酸分解反応活性の最適温度が50〜60℃である。
[ロ]マルトース加リン酸分解反応活性は、pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定である。
[ハ]マルトース加リン酸分解反応活性は、65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。
As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have found a novel maltose phosphorylase having the following properties [A] to [C], and have completed the present invention.
[I] The optimum temperature for maltose phosphorolysis reaction activity is 50-60 ° C.
[B] Maltose phosphorolysis reaction activity is stable up to 58 ° C. under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes.
[C] Maltose phosphorolysis activity is deactivated by 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes.
すなわち、本発明によれば、下記(a)〜(c)のいずれかのアミノ酸配列を有するマルトースホスホリラーゼが提供される。
(a)配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列において、72位のアスパラギンがイソロイシンまたはバリンに、および、679位のスレオニンがイソロイシンまたはバリンにそれぞれ置換された改変アミノ酸配列;
(b)前記改変アミノ酸配列において、前記72位および679位のアミノ酸の置換の他さらに1から数個のアミノ酸の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有するアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する;または、
(c)前記改変アミノ酸配列と70%以上の相同性を有する前記72位および679位のアミノ酸の置換を含むアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。
That is, according to the present invention, maltose phosphorylase having any one of the following amino acid sequences (a) to (c) is provided.
(A) a modified amino acid sequence in which asparagine at position 72 is replaced with isoleucine or valine and threonine at position 679 is replaced with isoleucine or valine in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) in the modified amino acid sequence, comprising the amino acid sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of one to several amino acids in addition to the substitution of the amino acids at positions 72 and 679, An amino acid sequence having maltose phosphorolysis activity having the properties [i] to [c],
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes; or
(C) a maltose phosphorolysis reaction comprising the amino acid sequence including substitution of the amino acids at positions 72 and 679 having 70% or more homology with the modified amino acid sequence and having the following properties [a] to [c] An amino acid sequence having activity,
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes.
好ましくは、上記した改変アミノ酸配列は、72位のアスパラギンおよび679位のスレオニンをそれぞれ、イソロイシンおよびイソロイシン、イソロイシンおよびバリン、バリンおよびイソロイシン、または、バリンおよびバリンの組み合わせで置換される改変アミノ酸配列である。 Preferably, the modified amino acid sequence described above is a modified amino acid sequence in which asparagine at position 72 and threonine at position 679 are replaced with isoleucine and isoleucine, isoleucine and valine, valine and isoleucine, or a combination of valine and valine, respectively. .
さらに本発明によれば、下記(a)〜(c)のいずれかのアミノ酸配列からなるマルトースホスホリラーゼをコードするポリヌクレオチドが提供される。
(a)配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列において、72位のアスパラギンがイソロイシンまたはバリンに、および、679位のスレオニンがイソロイシンまたはバリンにそれぞれ置換された改変アミノ酸配列;
(b)前記改変アミノ酸配列において、前記72位および679位のアミノ酸の置換の他さらに1から数個のアミノ酸の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有するアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する;または、
(c)前記改変アミノ酸配列と70%以上の相同性を有する前記72位および679位のアミノ酸の置換を含むアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。
Furthermore, according to the present invention, a polynucleotide encoding maltose phosphorylase comprising any one of the following amino acid sequences (a) to (c) is provided.
(A) a modified amino acid sequence in which asparagine at position 72 is replaced with isoleucine or valine and threonine at position 679 is replaced with isoleucine or valine in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) in the modified amino acid sequence, comprising the amino acid sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of one to several amino acids in addition to the substitution of the amino acids at positions 72 and 679, An amino acid sequence having maltose phosphorolysis activity having the properties [i] to [c],
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes; or
(C) a maltose phosphorolysis reaction comprising the amino acid sequence including substitution of the amino acids at positions 72 and 679 having 70% or more homology with the modified amino acid sequence and having the following properties [a] to [c] An amino acid sequence having activity,
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes.
さらに本発明によれば、下記(a)〜(c)のいずれかの塩基配列からなるポリヌクレオチドが提供される。
(a)配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列において、72位のアスパラギンがイソロイシンまたはバリンに、および、679位のスレオニンがイソロイシンまたはバリンにそれぞれ置換された改変アミノ酸配列;
(b)前記改変アミノ酸配列において、前記72位および679位のアミノ酸の置換の他さらに1から数個のアミノ酸の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有するアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する;または、
(c)前記改変アミノ酸配列と70%以上の相同性を有する前記72位および679位のアミノ酸の置換を含むアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。
Furthermore, according to the present invention, a polynucleotide comprising any one of the following base sequences (a) to (c) is provided.
(A) a modified amino acid sequence in which asparagine at position 72 is replaced with isoleucine or valine and threonine at position 679 is replaced with isoleucine or valine in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) in the modified amino acid sequence, comprising the amino acid sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of one to several amino acids in addition to the substitution of the amino acids at positions 72 and 679, An amino acid sequence having maltose phosphorolysis activity having the properties [i] to [c],
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes; or
(C) a maltose phosphorolysis reaction comprising the amino acid sequence including substitution of the amino acids at positions 72 and 679 having 70% or more homology with the modified amino acid sequence and having the following properties [a] to [c] An amino acid sequence having activity,
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes.
さらに本発明によれば、上記した本発明のポリヌクレオチドを含有する組換えベクターが提供される。 Furthermore, according to the present invention, a recombinant vector containing the above-described polynucleotide of the present invention is provided.
さらに本発明によれば、上記した本発明のポリヌクレオチドを導入してなる、または上記した本発明の組換えベクターを含有する形質転換体が提供される。 Furthermore, according to the present invention, there is provided a transformant introduced with the above-described polynucleotide of the present invention or containing the above-described recombinant vector of the present invention.
さらに本発明によれば、下記(a)〜(c)の工程を有する上記した本発明のマルトースホスホリラーゼの製造方法が提供される。
(a)本発明の形質転換体の培養工程;
(b)該マルトースホスホリラーゼの生成・蓄積工程;および
(c)該マルトースホスホリラーゼの採取工程:
Furthermore, according to this invention, the manufacturing method of the maltose phosphorylase of the above-mentioned this invention which has the process of following (a)-(c) is provided.
(A) a step of culturing the transformant of the present invention;
(B) production / accumulation step of the maltose phosphorylase; and (c) collection step of the maltose phosphorylase:
好ましくは、前記採取工程において、培養物から形質転換体を分離し、(a)分離した形質転換体をそのままマルトースホスホリラーゼの粗酵素とするか、(b)分離した形質転換体から抽出してマルトースホスホリラーゼの粗酵素とするか、(c)得られた培養上清をマルトースホスホリラーゼの粗酵素とする。 Preferably, in the collection step, a transformant is separated from the culture, and (a) the separated transformant is used as a crude enzyme of maltose phosphorylase as it is, or (b) maltose is extracted from the separated transformant. Either a crude enzyme of phosphorylase or (c) the obtained culture supernatant is used as a crude enzyme of maltose phosphorylase.
さらに本発明によれば、リン酸の存在下において、上記した本発明のマルトースホスホリラーゼをマルトースに作用させて、β−グルコース−1−リン酸を得ることを特徴とするβ−グルコース−1−リン酸の製造方法が提供される。 Furthermore, according to the present invention, β-glucose-1-phosphate is obtained by allowing the maltose phosphorylase of the present invention to act on maltose in the presence of phosphoric acid to obtain β-glucose-1-phosphate. A method for producing an acid is provided.
さらに本発明によれば、リン酸の存在下において、上記した本発明のマルトースホスホリラーゼおよびトレハロースホスホリラーゼをマルトースに作用させて、トレハロースを得ることを特徴とするトレハロースの製造方法が提供される。 Furthermore, according to the present invention, there is provided a method for producing trehalose, characterized in that trehalose is obtained by allowing the maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase of the present invention to act on maltose in the presence of phosphoric acid.
好ましくは、前記トレハロースホスホリラーゼは、下記(a)〜(d)の性質を有することを特徴とするトレハロースホスホリラーゼが用いられる。
(a)触媒作用:トレハロース中のα−1,1−グルコピラノシド結合を可逆的に加リン酸分解し、グルコースおよびβ−グルコース−1−リン酸を生成する;
(b)最適pHおよび安定pH範囲:トレハロース合成反応の最適pHは5.8〜7.8であり、50℃、10分間の加熱条件下ではpH5.5〜9.5の範囲内で安定である;
(c)最適温度:トレハロース合成反応の最適温度は45〜60℃である;および
(d)温度安定性:pH7.0、15分間の加熱条件下では60℃まで安定であり、70℃で90%以上失活する。
Preferably, the trehalose phosphorylase is characterized by having the following properties (a) to (d).
(A) Catalytic action: reversibly phosphorolytically decomposes the α-1,1-glucopyranoside bond in trehalose to produce glucose and β-glucose-1-phosphate;
(B) Optimum pH and stable pH range: The optimum pH for the trehalose synthesis reaction is 5.8 to 7.8, and is stable within the range of pH 5.5 to 9.5 under heating conditions at 50 ° C. for 10 minutes. is there;
(C) Optimal temperature: The optimal temperature for the trehalose synthesis reaction is 45-60 ° C; and (d) Temperature stability: pH 7.0, stable to 60 ° C under heating conditions for 15 minutes, and 90 ° C at 70 ° C. % Inactivated.
本発明に係る新規マルトースホスホリラーゼは、広pH範囲において高い活性を維持する上、55℃以下では150分に渡って無処理の約80%の活性を有し、さらに65℃を超えると急激に失活する。このことから、本発明のマルトースホスホリラーゼはマルトースからのβ−グルコース−1−リン酸の工業生産、または上記したトレハロースホスホリラーゼと同時的に組み合わせたトレハロースの工業生産の利用に大きな利点を有する。
また、本発明のマルトースホスホリラーゼは、対応する野生型マルトースホスホリラーゼと比べて、迅速にβ−グルコース−1−リン酸を生産しうる。これにより、本発明のマルトースホスホリラーゼを用いれば、トレハロース製造において多くの時間を費やす酵素反応工程を短縮し、トレハロースの迅速生産を達成しうる。このことを示す一つの原因として、本発明のマルトースホスホリラーゼが、対応する野生型マルトースホスホリラーゼと比べて、基質であるリン酸との親和性が高いことが考えられる。
The novel maltose phosphorylase according to the present invention maintains high activity in a wide pH range, has about 80% of untreated activity for 150 minutes at 55 ° C. or lower, and rapidly loses when it exceeds 65 ° C. Live. From this, the maltose phosphorylase of the present invention has a great advantage in industrial production of β-glucose-1-phosphate from maltose, or utilization of industrial production of trehalose in combination with the trehalose phosphorylase described above.
In addition, the maltose phosphorylase of the present invention can produce β-glucose-1-phosphate more rapidly than the corresponding wild-type maltose phosphorylase. Thereby, if the maltose phosphorylase of this invention is used, the enzyme reaction process which spends much time in trehalose manufacture can be shortened, and rapid production of trehalose can be achieved. One possible reason for this is that the maltose phosphorylase of the present invention has a higher affinity for the substrate phosphate than the corresponding wild-type maltose phosphorylase.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(A)本発明の酵素
本発明者らは、WO2005/003343に記載されている、寄託番号FERM BP−8420のパエニバチルス・エスピー SH−55(Paenibacillus sp. SH−55)由来のマルトースホスホリラーゼ遺伝子にランダム変異を導入し、得られた変異マルトースホスホリラーゼ遺伝子によって形質転換した形質転換体ライブラリーを構築した。該形質転換体ライブラリーから、50℃の高温条件下においても酵素活性を残存する変異マルトースホスホリラーゼの取得を目的として、該変異マルトースホスホリラーゼを発現する形質転換体をスクリーニングした。また、本発明者らは、スクリーニングにより得た変異マルトースホスホリラーゼのアミノ酸配列から、耐熱性に寄与するアミノ酸残基の部位と種類を特定し、本発明のマルトースホスホリラーゼを構築することに成功した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(A) Enzyme of the present invention The present inventors randomly selected a maltose phosphorylase gene derived from Paenibacillus sp. SH-55 (deposition number FERM BP-8420) described in WO2005 / 003343. Mutants were introduced, and a transformant library transformed with the obtained mutant maltose phosphorylase gene was constructed. From the transformant library, transformants expressing the mutant maltose phosphorylase were screened for the purpose of obtaining a mutant maltose phosphorylase that retains enzyme activity even under high temperature conditions of 50 ° C. The inventors of the present invention have succeeded in constructing the maltose phosphorylase of the present invention by specifying the site and type of amino acid residues contributing to heat resistance from the amino acid sequence of the mutant maltose phosphorylase obtained by screening.
すなわち、本発明のマルトースホスホリラーゼは、下記(a)〜(c)のいずれかのアミノ酸配列を有するマルトースホスホリラーゼである。
(a)配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列において、72位のアスパラギンがイソロイシンまたはバリンに、および、679位のスレオニンがイソロイシンまたはバリンにそれぞれ置換された改変アミノ酸配列;
(b)前記改変アミノ酸配列において、前記72位および679位のアミノ酸の置換の他さらに1から数個のアミノ酸の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有するアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]pH6.0、65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する;または、
(c)前記改変アミノ酸配列と70%以上の相同性を有する前記72位および679位のアミノ酸の置換を含むアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]pH6.0、65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。
That is, the maltose phosphorylase of the present invention is a maltose phosphorylase having any one of the following amino acid sequences (a) to (c).
(A) a modified amino acid sequence in which asparagine at position 72 is replaced with isoleucine or valine and threonine at position 679 is replaced with isoleucine or valine in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) in the modified amino acid sequence, comprising the amino acid sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of one to several amino acids in addition to the substitution of the amino acids at positions 72 and 679, An amino acid sequence having maltose phosphorolysis activity having the properties [i] to [c],
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at pH 6.0, 65 ° C. for 15 minutes; or
(C) a maltose phosphorolysis reaction comprising the amino acid sequence including substitution of the amino acids at positions 72 and 679 having 70% or more homology with the modified amino acid sequence and having the following properties [a] to [c] An amino acid sequence having activity,
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at pH 6.0, 65 ° C. for 15 minutes.
また、本発明のマルトースホスホリラーゼは、以下に示す性質を有する酵素である。
(a)触媒作用:リン酸の存在下において、マルトース中のα−1,4−グルコピラノシド結合を可逆的に加リン酸分解し、グルコースとβ−グルコース−1−リン酸を生成する。
(b)基質特異性:分解反応において、マルトースに作用し、トレハロース、シュークロース、ラクトース、セロビオースには作用しない。
(c)最適pHおよびpH安定性の範囲:分解反応における最適pHは6.5〜7.5付近にあり、15分間の加熱条件下ではpH5.0〜8.5の範囲内で安定である。
(d)最適温度:50〜60℃付近に分解反応の最適温度を有する。
(e)温度安定性:pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、65℃、15分間の加熱処理で90%以上失活する。
(f)基質親和性:ラインウエーバー・バークのプロットによるKm値は、リン酸に対しては約5.0〜6.0mM、マルトースに対しては約4.0〜5.0mMである。
(g)阻害性:銅、水銀、N−ブロモサクシニイミド、p−クロロマーキュリ安息香酸(各々1mM)、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(1%)で阻害される。
(h)等電点:pH4.8〜5.0の範囲にある。
(i)分子量:SDS−ポリアクリルアミド電気泳動法による分子量は約89,000〜90,000ダルトン、ゲルろ過法による分子量は約190,000ダルトンであり、ホモ2量体から構成されている。
The maltose phosphorylase of the present invention is an enzyme having the following properties.
(A) Catalytic action: In the presence of phosphoric acid, α-1,4-glucopyranoside bond in maltose is reversibly phosphorylated to produce glucose and β-glucose-1-phosphate.
(B) Substrate specificity: It acts on maltose in the degradation reaction, and does not act on trehalose, sucrose, lactose, or cellobiose.
(C) Optimum pH and pH stability range: The optimum pH in the decomposition reaction is around 6.5 to 7.5, and is stable within the range of pH 5.0 to 8.5 under heating conditions for 15 minutes. .
(D) Optimal temperature: It has an optimal temperature for the decomposition reaction in the vicinity of 50 to 60 ° C.
(E) Temperature stability: stable to 58 ° C. under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes, and deactivated by 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes.
(F) substrate affinity: K m values by plotting the Lineweaver-Burk, for phosphoric acid with respect to about 5.0~6.0MM, maltose about 4.0~5.0MM.
(G) Inhibitory: Inhibited by copper, mercury, N-bromosuccinimide, p-chloromercuribenzoic acid (1 mM each), sodium dodecylbenzenesulfonate (1%).
(H) Isoelectric point: in the range of pH 4.8 to 5.0.
(I) Molecular weight: The molecular weight by SDS-polyacrylamide electrophoresis is about 89,000-90,000 daltons, the molecular weight by gel filtration is about 190,000 daltons, and is composed of homodimers.
本明細書にいう「触媒作用」とは、酵素の有する触媒反応の態様を意味する。 The term “catalytic action” as used in the present specification means an embodiment of a catalytic reaction possessed by an enzyme.
本明細書にいう「マルトース加リン酸分解反応活性」、「マルトースホスホリラーゼの活性」および「活性」は、他に記載がなければ、マルトースホスホリラーゼの触媒作用のうちβ−グルコース−1−リン酸とグルコースを生成する分解反応(「マルトース加リン酸分解反応」、または単に「分解反応」という)の態様を意味する。また、本明細書にいう「酵素」とは、他に記載がなければ、マルトースホスホリラーゼを意味する。 Unless otherwise stated, “maltose phosphorolytic activity”, “activity of maltose phosphorylase” and “activity” in this specification are β-glucose-1-phosphate among the catalytic actions of maltose phosphorylase. It means an embodiment of a decomposition reaction for producing glucose (referred to as “maltose phosphorolysis reaction” or simply “decomposition reaction”). Further, the “enzyme” in the present specification means maltose phosphorylase unless otherwise stated.
マルトースホスホリラーゼの作用は、測定方法について特に制限されないが、たとえば、以下の方法で測定しうる。
10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解させた1%(w/v)のマルトース溶液に、マルトースホスホリラーゼを基質1gに対して5単位添加し、50℃で5時間反応させた後、沸騰水浴中で3分間加熱する。得られた糖化液中の糖を高速液体クロマトグラフィー法で測定し、グルコースおよびグルコース−1−リン酸をそれぞれ検出する。また、10mMのトリス−塩酸緩衝液(pH7.0)に溶解させた1%(w/v)のグルコースおよびβ−グルコース−1−リン酸ナトリウム塩もしくはα−グルコース−1−リン酸ナトリウム塩との混合溶液を基質とし、マルトースホスホリラーゼを基質1gに対してそれぞれ5単位添加し50℃で5時間反応させる。上述のように処理して生成する糖組成を測定して、グルコースおよびβ−グルコース−1−リン酸からのマルトースを検出すれば、マルトースホスホリラーゼによる合成反応が確認できる。しかし、グルコースとα−グルコース−1−リン酸からの二糖類の合成反応は検出されない。なお、生成糖は次の方法で分析できる。加熱失活させた糖化液中の未反応のマルトースをグルコアミラーゼ等によりグルコースに完全に分解させ、次に100℃で10分間加熱して、グルコアミラーゼ等を完全に失活させた後、生成するトレハロース含有量を高速液体クロマトグラフィーにより測定する。なお、検出には示差屈折計を使用する。
The action of maltose phosphorylase is not particularly limited with respect to the measurement method, but for example, it can be measured by the following method.
5 units of maltose phosphorylase was added to 1 g of a substrate in 1% (w / v) maltose solution dissolved in 10 mM phosphate buffer (pH 7.0), reacted at 50 ° C. for 5 hours, and then boiled. Heat in water bath for 3 minutes. The sugar in the obtained saccharified solution is measured by high performance liquid chromatography to detect glucose and glucose-1-phosphate, respectively. Also, 1% (w / v) glucose and β-glucose-1-phosphate sodium salt or α-glucose-1-phosphate sodium salt dissolved in 10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) As a substrate, 5 units of maltose phosphorylase is added to 1 g of the substrate and reacted at 50 ° C. for 5 hours. The synthesis reaction by maltose phosphorylase can be confirmed by measuring the sugar composition produced by the treatment as described above and detecting maltose from glucose and β-glucose-1-phosphate. However, the synthesis reaction of disaccharides from glucose and α-glucose-1-phosphate is not detected. The produced sugar can be analyzed by the following method. Unreacted maltose in the heat-inactivated saccharified solution is completely decomposed into glucose by glucoamylase or the like, then heated at 100 ° C. for 10 minutes to completely inactivate glucoamylase or the like and then generated The trehalose content is measured by high performance liquid chromatography. A differential refractometer is used for detection.
マルトースホスホリラーゼの活性は、以下の方法または以下と同等の方法で測定しうる。
200mMのリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解させた20mMのマルトース0.4mlに濃度が5μg/mlであるマルトースホスホリラーゼ液0.1mlを添加し、50℃で15分間反応させた後、沸騰水浴中で3分間加熱して酵素反応を止める。氷水中で冷却した後、得られる酵素反応停止液0.5mlを採取し、グルコース測定試薬 2ml(和光純薬工業(株)製、グルコースC−IIテスト・ワコー)を加え、37℃で10分間反応させた後、505nmの吸光度を測定する。ここで1単位の酵素活性は同条件下で1分間に1μmolのグルコースを生成する酵素量とする。
なお、マルトースホスホリラーゼ液などにマルトースやトレハロースを加水分解するα−グルコシダーゼ(マルターゼ)、グルコアミラーゼ、トレハラーゼ等が含まれる場合は、これらの酵素をあらかじめ失活して上記方法を実施するか、または別の方法を用いることとする。
The activity of maltose phosphorylase can be measured by the following method or a method equivalent to the following method.
0.1 ml of maltose phosphorylase solution having a concentration of 5 μg / ml was added to 0.4 ml of 20 mM maltose dissolved in 200 mM phosphate buffer (pH 7.0), reacted at 50 ° C. for 15 minutes, and then boiled Stop the enzyme reaction by heating in a water bath for 3 minutes. After cooling in ice water, 0.5 ml of the resulting enzyme reaction stop solution is collected, 2 ml of glucose measuring reagent (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., glucose C-II test Wako) is added, and the mixture is incubated at 37 ° C. for 10 minutes. After the reaction, the absorbance at 505 nm is measured. Here, one unit of enzyme activity is defined as the amount of enzyme that produces 1 μmol of glucose per minute under the same conditions.
If the maltose phosphorylase solution contains α-glucosidase (maltase), glucoamylase, trehalase, etc. that hydrolyzes maltose or trehalose, the above method is carried out by inactivating these enzymes in advance. This method is used.
マルトースホスホリラーゼの基質親和性は、測定方法について特に制限されないが、たとえば、以下の方法で測定しうる。
前記の酵素活性の測定法において、使用する基質をマルトースの代わりに、トレハロース、イソマルトース、ネオトレハロース、シュークロース、ラクトース、またはセロビオースを基質としてこれらの基質の分解活性を調べることで測定する。
The substrate affinity of maltose phosphorylase is not particularly limited with respect to the measurement method, but can be measured, for example, by the following method.
In the enzyme activity measurement method described above, the substrate to be used is measured by examining the decomposition activity of these substrates using trehalose, isomaltose, neotrehalose, sucrose, lactose, or cellobiose as a substrate instead of maltose.
マルトースホスホリラーゼの最適pHおよびpH安定性の範囲について、以下の方法または以下と同等の方法で測定しうる。
最適pHは、50mMリン酸−クエン酸緩衝液(pH4.0〜8.0)、50mMリン酸−硼酸緩衝液(pH8.0〜9.0)を用い、50℃、15分間処理した後の酵素の残存活性を測定する。上記条件で最も高い酵素活性(以下、「最大活性」と略す)の値を基準(100%)として約80%以上の値を持つpHを最適pHとする。
一方、pH安定性は、50mMリン酸−クエン酸緩衝液(pH4.0〜8.0)、50mMリン酸−硼酸緩衝液(pH8.0〜9.0)に精製酵素を10倍希釈した後に、50℃で15分間処理し、残存する酵素活性を求めて測定する。上記条件下における最大活性の値を基準(100%)として約80%以上の活性を示すpHを、pH安定性を示すpHまたは単に安定なpHという。
The optimum pH and pH stability range of maltose phosphorylase can be measured by the following method or a method equivalent thereto.
The optimum pH was obtained after treatment with 50 mM phosphate-citrate buffer (pH 4.0 to 8.0) and 50 mM phosphate-borate buffer (pH 8.0 to 9.0) at 50 ° C. for 15 minutes. The residual activity of the enzyme is measured. The pH having a value of about 80% or more with the value of the highest enzyme activity under the above conditions (hereinafter abbreviated as “maximum activity”) as the standard (100%) is defined as the optimum pH.
On the other hand, pH stability was obtained after diluting the purified
マルトースホスホリラーゼの作用温度の範囲、最適温度および温度安定性については、以下の方法または以下と同等の方法で測定しうる。
最適温度は、50mMリン酸緩衝液(pH7.0)0.4mlに精製酵素 0.1mlを添加し、各温度において15分間反応させる条件下で酵素活性を求めて測定する。上記条件下における最大活性の約80%以上の活性を示す温度を最適温度とする。
一方、温度安定性は、精製酵素を20mMリン酸緩衝液(pH6.0)に溶解し、種々の温度で15分間および30分間処理し、その後の残存する酵素活性を求めることにより測定する。なお、無処理の酵素活性の値を基準(100%)として約80%以上の酵素活性の値を示す温度を、温度安定性を示す温度または単に安定な温度という。
The range of the working temperature, the optimum temperature and the temperature stability of maltose phosphorylase can be measured by the following method or a method equivalent thereto.
The optimum temperature is determined by measuring the enzyme activity under the condition of adding 0.1 ml of purified enzyme to 0.4 ml of 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) and reacting at each temperature for 15 minutes. The temperature at which the activity is about 80% or more of the maximum activity under the above conditions is taken as the optimum temperature.
On the other hand, temperature stability is measured by dissolving the purified enzyme in 20 mM phosphate buffer (pH 6.0), treating at various temperatures for 15 minutes and 30 minutes, and then determining the remaining enzyme activity. The temperature at which the enzyme activity value is about 80% or higher with the untreated enzyme activity value as the reference (100%) is referred to as temperature at which temperature stability is exhibited or simply stable temperature.
本明細書でいう「失活」とは、処理前後の酵素活性を測定した場合に、無処理の酵素活性を基準(100%)として50%以下の活性を示す酵素の状態を意味する。ただし、失活の範囲において好ましいのは30%以下、より好ましいのは10%以下、特に好ましいのは5%以下、最適に好ましいのは3%以下である。特に「90%以上失活」とは、処理前後の酵素活性を測定した場合に、無処理の酵素活性を基準(100%)として10%以下の活性を示す酵素の状態を意味する。 The term “inactivation” as used herein refers to the state of an enzyme that exhibits an activity of 50% or less with reference to the untreated enzyme activity (100%) when the enzyme activity before and after treatment is measured. However, in the deactivation range, 30% or less is preferable, 10% or less is more preferable, 5% or less is particularly preferable, and 3% or less is most preferable. In particular, “90% or more inactivated” means an enzyme state exhibiting an activity of 10% or less based on the untreated enzyme activity (100%) when the enzyme activity before and after treatment is measured.
マルトースホスホリラーゼのKm値は、測定方法について特に制限されないが、たとえば、ラインウエーバー・バークのプロットにより測定しうる。 The K m value of maltose phosphorylase is not particularly limited with respect to the measurement method, but can be measured by, for example, a line Weber-Burk plot.
マルトースホスホリラーゼの阻害剤は、測定方法について特に制限されないが、たとえば、各種化合物の存在下における酵素活性を求めることで測定しうる。 The inhibitor of maltose phosphorylase is not particularly limited with respect to the measurement method, and for example, it can be measured by determining enzyme activity in the presence of various compounds.
マルトースホスホリラーゼの等電点は、測定方法について特に制限されないが、たとえば、イソエレクトロフォーカシング法アイソゲル(FMC BioProducto社製)により、測定しうる。 The isoelectric point of maltose phosphorylase is not particularly limited with respect to the measurement method, but can be measured, for example, by isoelectrofocusing method isogel (manufactured by FMC BioProduct).
マルトースホスホリラーゼの分子量は、測定方法について特に制限されないが、たとえば、セファクリルS−200を用いるゲル濾過法により測定しうる。 The molecular weight of maltose phosphorylase is not particularly limited with respect to the measurement method, and can be measured, for example, by gel filtration using Sephacryl S-200.
本明細書にいう「改変アミノ酸配列」とは、配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列において、72位のアスパラギンおよび679位のスレオニンがそれぞれ別のアミノ酸に置換されたアミノ酸配列を意味する。該改変アミノ酸配列を取得する方法は制限されるものではなく、物理化学的に合成してもよいし、生物学的に改変アミノ酸配列をコードするポリヌクレオチドから作成してもよいし、通常知られる手段を用いた各種スクリーニングにより取得してもよい。 As used herein, “modified amino acid sequence” means an amino acid sequence in which asparagine at position 72 and threonine at position 679 are each replaced with another amino acid in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing. The method for obtaining the modified amino acid sequence is not limited, and may be synthesized physicochemically, or may be prepared from a polynucleotide encoding the biologically modified amino acid sequence, and is generally known. You may acquire by various screening using a means.
本明細書にいう「1から数個のアミノ酸の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有するアミノ酸配列」における「1から数個」の範囲は特に限定されないが、たとえば、1から20個、好ましくは1から10個、より好ましくは1から7個、さらに好ましくは1から5個、特に好ましくは1から3個程度を意味する。また、「アミノ酸の欠失」とは配列中のアミノ酸残基の欠落もしくは消失を意味し、「アミノ酸の置換」は配列中のアミノ酸残基が別のアミノ酸残基に置き換えられていること、「アミノ酸の逆位」とは隣り合う2以上のアミノ酸残基の位置が逆になっていること、「アミノ酸の付加」とはアミノ酸残基が付け加えられていること、「アミノ酸の挿入」とは配列中のアミノ酸残基の間に別のアミノ酸残基が挿し入れられていることをそれぞれ意味する。
なお、該アミノ酸配列は、配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列おける72位のアスパラギンおよび679位のスレオニンがそれぞれ別のアミノ酸に置換されており、さらにそれら以外に1から数個のアミノ酸の欠失等を有するアミノ酸配列を意味する。
The range of “1 to several” in the “amino acid sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of one to several amino acids” as used herein is not particularly limited. It means 20, preferably 1 to 10, more preferably 1 to 7, further preferably 1 to 5, and particularly preferably about 1 to 3. In addition, “amino acid deletion” means deletion or disappearance of an amino acid residue in the sequence, and “amino acid substitution” means that an amino acid residue in the sequence is replaced with another amino acid residue, “ “Inverted amino acid” means that the positions of two or more adjacent amino acid residues are reversed, “Addition of amino acid” means that an amino acid residue is added, and “Insertion of amino acid” means sequence. It means that another amino acid residue is inserted between the amino acid residues inside.
In the amino acid sequence, asparagine at position 72 and threonine at position 679 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 of the Sequence Listing are each substituted with another amino acid, and in addition, one to several amino acids An amino acid sequence having a deletion or the like is meant.
本明細書でいう「改変アミノ酸配列と70%以上の相同性を有する前記72位および679位のアミノ酸の置換を含むアミノ酸配列」における相同性は、70%以上であれば特に限定されないが、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上である。ただし、配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列おける72位のアスパラギンおよび679位のスレオニンがそれぞれアスパラギンとスレオニン以外のアミノ酸に置換されていることが必要である。 The homology in the “amino acid sequence including substitution of amino acids at positions 72 and 679 having 70% or more homology with the modified amino acid sequence” as used herein is not particularly limited as long as it is 70% or more. Is 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. However, it is necessary that the asparagine at position 72 and the threonine at position 679 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing are respectively substituted with amino acids other than asparagine and threonine.
上記した改変アミノ酸配列の具体例としては、72位のアスパラギンおよび679位のスレオニンをそれぞれ、72位にイソロイシンおよび679位にイソロイシン、72位にイソロイシンおよび679位にバリン、72位にバリンおよび679位にイソロイシン、または72位にバリンおよび679位にバリンに置換された改変アミノ酸である。 Specific examples of the modified amino acid sequence described above include asparagine at position 72 and threonine at position 679, isoleucine at position 72, isoleucine at position 679, isoleucine at position 72, valine at position 679, valine at position 72 and position 679, respectively. Isoleucine, or a modified amino acid substituted with valine at position 72 and valine at position 679.
本発明のマルトースホスホリラーゼの取得方法は、遺伝子組換え技術により作製した組換えタンパク質の他に、化学合成により合成したタンパク質でもよい。
組換えタンパク質を作製する場合には、まず、マルトースホスホリラーゼをコードするポリヌクレオチドを取得する。このポリヌクレオチドを適当な発現系に導入することにより、本発明のマルトースホスホリラーゼを産生することができる。発現系でのタンパク質の発現については本明細書中後記する。
The method for obtaining maltose phosphorylase of the present invention may be a protein synthesized by chemical synthesis in addition to a recombinant protein produced by gene recombination technology.
When producing a recombinant protein, first, a polynucleotide encoding maltose phosphorylase is obtained. By introducing this polynucleotide into an appropriate expression system, the maltose phosphorylase of the present invention can be produced. The expression of the protein in the expression system will be described later in this specification.
(B)本発明のポリヌクレオチド
本発明のポリヌクレオチドは、下記(a)〜(c)のいずれかのアミノ酸配列からなるマルトースホスホリラーゼをコードするポリヌクレオチドである。
(a)配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列において、72位のアスパラギンがイソロイシンまたはバリンに、および、679位のスレオニンがイソロイシンまたはバリンにそれぞれ置換された改変アミノ酸配列;
(b)前記改変アミノ酸配列において、前記72位および679位のアミノ酸の置換の他さらに1から数個のアミノ酸の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有するアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]pH6.0、65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する;または、
(c)前記改変アミノ酸配列と70%以上の相同性を有する前記72位および679位のアミノ酸の置換を含むアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]pH6.0、65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。
(B) Polynucleotide of the Present Invention The polynucleotide of the present invention is a polynucleotide encoding maltose phosphorylase having the amino acid sequence of any of the following (a) to (c).
(A) a modified amino acid sequence in which asparagine at position 72 is replaced with isoleucine or valine and threonine at position 679 is replaced with isoleucine or valine in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) in the modified amino acid sequence, comprising the amino acid sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of one to several amino acids in addition to the substitution of the amino acids at positions 72 and 679, An amino acid sequence having maltose phosphorolysis activity having the properties [i] to [c],
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at pH 6.0, 65 ° C. for 15 minutes; or
(C) a maltose phosphorolysis reaction comprising the amino acid sequence including substitution of the amino acids at positions 72 and 679 having 70% or more homology with the modified amino acid sequence and having the following properties [a] to [c] An amino acid sequence having activity,
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at pH 6.0, 65 ° C. for 15 minutes.
本発明のポリヌクレオチドの具体例は、下記(a)〜(c)のいずれかの塩基配列からなるポリヌクレオチドである。
(a)配列表の配列番号2〜5のいずれかに記載の塩基配列;
(b)配列表の配列番号2〜5のいずれかに記載の塩基配列において、214〜216塩基および2035〜2037塩基以外の箇所に1から数個の塩基の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有する塩基配列であって、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]pH6.0、65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する;または、
(c)配列表の配列番号2〜5のいずれかに記載の塩基配列とストリジェントな条件下でハイブリダイズし、配列番号2〜5のいずれかに記載の塩基配列中の214〜216塩基および2035〜2037塩基と相補的な塩基を含む塩基配列であって、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]pH6.0、65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。
A specific example of the polynucleotide of the present invention is a polynucleotide comprising any one of the following base sequences (a) to (c).
(A) the base sequence according to any one of SEQ ID NOs: 2 to 5 in the sequence listing;
(B) deletion, substitution, inversion, addition of one to several bases at positions other than 214 to 216 bases and 2035 to 2037 bases in the base sequence described in any of SEQ ID NOs: 2 to 5 in the sequence listing And / or an amino acid sequence having an insertion and having a maltose phosphorolysis activity having the following properties [a] to [c]:
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at pH 6.0, 65 ° C. for 15 minutes; or
(C) hybridizes with the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 2 to 5 under a stringent condition, and 214 to 216 bases in the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 2 to 5; An amino acid sequence having a base complementary to 2035 to 2037 and having a maltose phosphorolysis activity having the following properties [a] to [c],
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at pH 6.0, 65 ° C. for 15 minutes.
本明細書でいう「1から数個の塩基の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有する塩基配列」における「1から数個」の範囲は特には限定されないが、例えば、1から40個、好ましくは1から30個、より好ましくは1から20個、より好ましくは1から10個、さらに好ましくは1から5個、特に好ましくは1から3個程度を意味する。また、「塩基の欠失」とは配列中の塩基の欠落もしくは消失を意味し、「塩基の置換」は配列中の塩基が別の塩基に置き換えられていること、「塩基の逆位」とは隣り合う2以上の塩基の位置が逆になっていること、「塩基の付加」とは塩基が付け加えられていること、「塩基の挿入」とは配列中の塩基の間に別の塩基が挿し入れられていることをそれぞれ意味する。
なお、「1から数個の塩基の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有する塩基配列」において、配列表の配列番号2〜5に記載の塩基配列おける214〜216塩基および2035〜2037塩基以外の塩基について欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有する。
The range of “1 to several” in the “base sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of one to several bases” as used herein is not particularly limited. To 40, preferably 1 to 30, more preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, still more preferably 1 to 5, particularly preferably about 1 to 3. Also, “base deletion” means the loss or disappearance of a base in the sequence, “base replacement” means that the base in the sequence is replaced with another base, “base inversion” Indicates that the positions of two or more adjacent bases are reversed, “adding a base” means adding a base, and “inserting a base” means that another base is inserted between the bases in the sequence. It means that it is inserted.
In the “base sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of 1 to several bases”, 214 to 216 bases and 2035 in the base sequences described in SEQ ID NOs: 2 to 5 in the Sequence Listing. Has deletions, substitutions, inversions, additions and / or insertions for bases other than ~ 2037 bases.
本明細書でいう「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズする」とは、DNAをプローブとして使用し、コロニーハイブリダイゼーション法、プラークハイブリダイゼーション法、あるいはサザンブロットハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られるDNAの塩基配列を意味し、例えば、コロニーあるいはプラーク由来のDNAまたは該DNAの断片を固定化したフィルターを用いて、0.7〜1.0MのNaCl存在下、65℃でハイブリダイゼーションを行った後、0.1〜2×SSC溶液(1×SSC溶液は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウム)を用い、65℃条件下でフィルターを洗浄することにより同定できるDNA等を挙げることができる。ハイブリダイゼーションは、Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY.,1989(以下、モレキュラークローニング第2版と略す)または、Current Protocols in Molecular Biology, Supplement 1〜38, 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)等に記載されている方法に準じて行うことができる。 As used herein, “hybridizes under stringent conditions” means DNA obtained by using a DNA as a probe and using a colony hybridization method, a plaque hybridization method, a Southern blot hybridization method, or the like. After performing hybridization at 65 ° C. in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl using a filter on which DNA derived from colonies or plaques or a fragment of the DNA is immobilized, for example, Examples include DNA that can be identified by washing a filter at 65 ° C. using a 0.1 to 2 × SSC solution (1 × SSC solution is 150 mM sodium chloride, 15 mM sodium citrate). Hybridization, Molecular Cloning:.. A laboratory Mannual, 2 nd Ed, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY, 1989 ( hereinafter, abbreviated as Molecular Cloning 2nd Edition), or, Current Protocols in Molecular Biology, Supplement 1 ~ 38, John Wiley & Sons (1987-1997) (hereinafter abbreviated as "Current Protocols in Molecular Biology") and the like.
ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAとしては、プローブとして使用するDNAの塩基配列と一定以上の相同性を有するDNAが挙げられ、例えば70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは93%以上、特に好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上の相同性を有するDNAが挙げられる。
ただし、ハイブリダイズする塩基配列には、配列表の配列番号2〜5に記載の塩基配列おける214〜216塩基および2035〜2037塩基を必ず含む。
Examples of DNA that hybridizes under stringent conditions include DNA having a certain degree of homology with the base sequence of DNA used as a probe, for example, 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90%. More preferably, DNA having homology of 93% or more, particularly preferably 95% or more, and most preferably 98% or more is mentioned.
However, the base sequence to hybridize necessarily includes 214 to 216 bases and 2035 to 2037 bases in the base sequences described in SEQ ID NOs: 2 to 5 in the Sequence Listing.
本発明のポリヌクレオチドの取得方法は特に限定されない。たとえば、本明細書中の配列表の配列番号1に記載したアミノ酸配列および配列番号2〜5に記載の塩基配列の情報に基づいて適当なプローブやプライマーを調製し、それらを用いてパエニバチルス・エスピー SH−55由来の染色体DNAライブラリーをスクリーニングすることにより本発明の遺伝子を単離することができる。染色体DNAライブラリーは、本発明のマルトースホスホリラーゼの野生型を発現しているパエニバチルス・エスピー SH−55由来のマルトースホスホリラーゼ遺伝子に、通常知られる方法によって変異を導入して作製することができる。 The method for obtaining the polynucleotide of the present invention is not particularly limited. For example, appropriate probes and primers are prepared based on the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 of the sequence listing in this specification and the base sequence information shown in SEQ ID NOs: 2 to 5, and using them, Paenibacillus sp. The gene of the present invention can be isolated by screening a chromosomal DNA library derived from SH-55. The chromosomal DNA library can be prepared by introducing a mutation into a maltose phosphorylase gene derived from Paenibacillus sp. SH-55 expressing the wild type of the maltose phosphorylase of the present invention by a generally known method.
上記した染色体DNAライブラリーを得ることができれば、PCR法により本発明のポリヌクレオチドを取得することもできる。該染色体DNAライブラリーを鋳型として使用し、配列番号2〜5に記載した塩基配列を増幅できるように設計した1対のプライマーを用いてPCRを行う。PCRの反応条件は適宜設定することができ、例えば、94℃で15秒〜30秒(変性)、63℃で30秒〜1分間(アニーリング)、68℃で2〜3分間(伸長)からなる反応工程を1サイクルとして、例えば50サイクル行った後、72℃で10分間反応させる条件などを挙げることができる。次いで、増幅されたDNA断片を、大腸菌等の宿主で増幅可能な適切なベクター中にクローニングすることができる。 If the above chromosomal DNA library can be obtained, the polynucleotide of the present invention can also be obtained by PCR. Using the chromosomal DNA library as a template, PCR is carried out using a pair of primers designed so that the base sequences described in SEQ ID NOs: 2 to 5 can be amplified. PCR reaction conditions can be appropriately set, and include, for example, 94 ° C. for 15 seconds to 30 seconds (denaturation), 63 ° C. for 30 seconds to 1 minute (annealing), and 68 ° C. for 2-3 minutes (extension). One example of the reaction step is 50 cycles, followed by a reaction at 72 ° C. for 10 minutes. The amplified DNA fragment can then be cloned into a suitable vector that can be amplified in a host such as E. coli.
上記したプローブまたはプライマーの調製、染色体DNAライブラリーの構築、cDNAライブラリーのスクリーニング、ならびに目的遺伝子のクローニングなどの操作は当業者に既知であり、例えば、モレキュラークローニング第2版、またはカレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に記載の方法に準じて行うことができる。 Operations such as the preparation of the probe or primer, construction of a chromosomal DNA library, screening of a cDNA library, and cloning of a target gene are known to those skilled in the art. For example, Molecular Cloning 2nd Edition, or Current Protocols -It can be performed according to the method described in In-Molecular Biology etc.
また、本発明のマルトースホスホリラーゼやポリヌクレオチドは、本発明のマルトースホスホリラーゼの野生型を発現しているパエニバチルス・エスピー SH−55由来のマルトースホスホリラーゼ遺伝子から、改変アミノ酸配列および配列表の配列番号2〜5に記載の塩基配列の情報に基づいて、化学合成、遺伝子工学的手法または突然変異誘発などの当業者に通常知られる任意の方法で作製することができる。 In addition, the maltose phosphorylase and polynucleotide of the present invention are derived from the maltose phosphorylase gene derived from Paenibacillus sp. SH-55 expressing the wild type of the maltose phosphorylase of the present invention. Can be prepared by any method commonly known to those skilled in the art, such as chemical synthesis, genetic engineering techniques, or mutagenesis.
たとえば、マルトースホスホリラーゼの野生型を発現しているパエニバチルス・エスピー SH−55由来のマルトースホスホリラーゼ遺伝子に対し、変異原となる薬剤と接触作用させる方法、紫外線を照射する方法、遺伝子工学的手法等を用いて行うことができる。遺伝子工学的手法の一つである部位特異的変異誘発法は対象となる位置に変異を導入できる手法であることから有用であり、サチュレーション変異法、ならびにモレキュラークローニング第2版およびカレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に記載の方法に準じて行うことができる。 For example, a method of contacting a maltose phosphorylase gene derived from Paenibacillus sp. SH-55 expressing a wild type of maltose phosphorylase with a mutagen agent, a method of irradiating ultraviolet rays, a genetic engineering method, etc. Can be done. Site-directed mutagenesis, which is one of the genetic engineering methods, is useful because it can introduce mutations at target positions. Saturation mutagenesis, Molecular Cloning 2nd edition and Current Protocols It can be performed according to the method described in in-molecular biology and the like.
本発明のポリヌクレオチドは、いずれの塩基配列からなるとしても、改変アミノ酸配列および配列表の配列番号2〜5に記載の塩基配列の情報に基づいて、化学合成、遺伝子工学的手法または突然変異誘発などの当業者に通常知られる任意の方法で作製することができる。 Even if the polynucleotide of the present invention consists of any nucleotide sequence, chemical synthesis, genetic engineering technique or mutagenesis is performed based on the modified amino acid sequence and the nucleotide sequence information shown in SEQ ID NOs: 2 to 5 in the sequence listing. It can be prepared by any method commonly known to those skilled in the art.
たとえば、配列表の配列番号2〜5のいずれかに記載の塩基配列を有するポリヌクレオチドに対し、変異原となる薬剤と接触作用させる方法、紫外線を照射する方法、遺伝子工学的手法等を用いて行うことができる。遺伝子工学的手法の一つである部位特異的変異誘発法は対象となる位置に変異を導入できる手法であることから有用であり、モレキュラークローニング第2版、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー等に記載の方法に準じて行うことができる。 For example, using a method in which a polynucleotide having any one of the sequence numbers 2 to 5 in the sequence listing is brought into contact with a mutagen agent, a method of irradiating ultraviolet rays, a genetic engineering method, etc. It can be carried out. Site-directed mutagenesis, which is one of the genetic engineering methods, is useful because it can introduce mutations at target positions. Molecular cloning 2nd edition, Current Protocols in Molecular Bio It can be carried out according to the method described in LOGI.
(C)本発明の組換えベクター
本発明の遺伝子は適当なベクター中に挿入して使用することができる。本発明で用いるベクターの種類は特に限定されず、例えば、自立的に複製することが可能なベクター(例えばプラスミド等)でもよいし、あるいは、宿主細胞に導入された際に宿主細胞のゲノムに組み込まれ、組み込まれた染色体と共に複製されるものであってもよい。好ましくは、本発明で用いるベクターは発現ベクターである。発現ベクターにおいて本発明の遺伝子は、転写に必要な要素(例えば、プロモータ等)が機能的に連結されている。プロモータは宿主細胞において転写活性を示すDNA配列であり、宿主の種類に応じて適宜選択することができる。
(C) Recombinant vector of the present invention The gene of the present invention can be used by inserting it into an appropriate vector. The type of vector used in the present invention is not particularly limited, and may be, for example, a vector that can replicate autonomously (for example, a plasmid), or may be integrated into the genome of a host cell when introduced into the host cell. And may be replicated with the integrated chromosome. Preferably, the vector used in the present invention is an expression vector. In the expression vector, the gene of the present invention is functionally linked to elements necessary for transcription (for example, a promoter and the like). A promoter is a DNA sequence that exhibits transcriptional activity in a host cell, and can be appropriately selected depending on the type of host.
また、自立的に複製することが可能なベクターの具体例としては、pRSETA、pCR8、pBR322、pBluescriptIISK(+)、pUC18、pCR2.1、pLEX、pJL3、pSW1、pSE280、pSE420、pHY300PLK等のプラスミドベクターやλgt11、λZAP等のファージベクターが挙げられるが、大腸菌で発現させるには、pRSETA、pCR8、pBR322、pBluescriptII SK(+)、pUC18、pKK223−3、およびpCR2.1が好適であり、枯草菌で発現させるには、pHY300PLKが好適である。 Specific examples of vectors that can replicate autonomously include plasmid vectors such as pRSETA, pCR8, pBR322, pBluescriptIISK (+), pUC18, pCR2.1, pLEX, pJL3, pSW1, pSE280, pSE420, and pHY300PLK. And phage vectors such as λgt11, λZAP, etc., but pRSETA, pCR8, pBR322, pBluescriptII SK (+), pUC18, pKK223-3, and pCR2.1 are preferred for expression in E. coli. For expression, pHY300PLK is preferred.
細菌細胞で作動可能なプロモータとしては、バチルス・ステアロテルモフィルス・マルトジェニック・アミラーゼ遺伝子(Bacillus stearothermophilus maltogenic amylase gene)、バチルス・リケニホルミスαアミラーゼ遺伝子(Bacillus licheniformis alpha−amylase gene)、バチルス・アミロリケファチエンス・BANアミラーゼ遺伝子(Bacillus amyloliquefaciens BAN amylase gene)、バチルス・サブチリス・アルカリプロテアーゼ遺伝子(Bacillus subtilis alkaline protease gene)もしくはバチルス・プミルス・キシロシダーゼ遺伝子(Bacillus pumilus xylosidase gene)のプロモータ、またはファージ・ラムダのPRもしくはPLプロモータ、大腸菌のlac、trpもしくはtacプロモータなどが挙げられる。哺乳動物細胞で作動可能なプロモータの例としては、SV40プロモータ、MT−1(メタロチオネイン遺伝子)プロモータ、またはアデノウイルス2主後期プロモータなどがある。昆虫細胞で作動可能なプロモータの例としては、ポリヘドリンプロモータ、P10プロモータ、オートグラファ・カリホルニカ・ポリヘドロシス塩基性タンパクプロモータ、バキュウロウイルス即時型初期遺伝子1プロモータ、またはバキュウロウイルス39K遅延型初期遺伝子プロモータ等がある。酵母宿主細胞で作動可能なプロモータの例としては、酵母解糖系遺伝子由来のプロモータ、アルコールデヒドロゲナーゼ遺伝子プロモータ、TPI1プロモータ、ADH2−4cプロモータなどが挙げられる。糸状菌細胞で作動可能なプロモータの例としては、ADH3プロモータまたはtpiAプロモータなどがある。 As a promoter which can operate in bacterial cells, Bacillus stearothermophilus maltogenic amylase gene (Bacillus stearothermophilus maltogenic amylase gene), Bacillus licheniformis α-amylase gene (Bacillus licheniformis alpha-amylase gene) , Bacillus Amirorikefachi Enns · BAN amylase gene (Bacillus amyloliquefaciens BAN amylase gene), Bacillus subtilis alkaline protease gene (Bacillus subtilis alkaline protease gene) or Bacillus pumilus-xylosidase gene (Baci lus pumilus xylosidase gene) promoter or phage lambda P R or P L promoters,, lac of E.coli, such as trp or tac promoter and the like. Examples of promoters that can operate in mammalian cells include the SV40 promoter, the MT-1 (metallothionein gene) promoter, or the adenovirus 2 major late promoter. Examples of promoters operable in insect cells include polyhedrin promoter, P10 promoter, autographa caliornica polyhedrosic basic protein promoter, baculovirus immediate early gene 1 promoter, or baculovirus 39K delayed early gene. There are promoters. Examples of promoters operable in yeast host cells include promoters derived from yeast glycolytic genes, alcohol dehydrogenase gene promoters, TPI1 promoters, ADH2-4c promoters, and the like. Examples of promoters that can operate in filamentous fungal cells include the ADH3 promoter or the tpi A promoter.
本発明の組換えベクターはさらに選択マーカーを含有してもよい。選択マーカーとしては、たとえば、ジヒドロ葉酸レダクターゼ(DHFR)またはシゾサッカロマイセス・ポンベTPI遺伝子等のようなその補体が宿主細胞に欠けている遺伝子、またはたとえばアンピシリン、カナマイシン、テトラサイクリン、クロラムフェニコール、ネオマイシンもしくはヒグロマイシンのような薬剤耐性遺伝子を挙げることができる。本発明の遺伝子、プロモータ、および所望によりターミネータ、エンハンサーおよび/または分泌シグナル配列などをそれぞれ連結し、これらを適切なベクターに挿入する方法は当業者に通常知られる。 The recombinant vector of the present invention may further contain a selection marker. Selectable markers include, for example, genes whose complement is lacking in host cells such as dihydrofolate reductase (DHFR) or Schizosaccharomyces pombe TPI genes, or ampicillin, kanamycin, tetracycline, chloramphenicol, Mention may be made of drug resistance genes such as neomycin or hygromycin. Methods of ligating the gene of the present invention, promoter, and, if desired, terminator, enhancer and / or secretory signal sequence and inserting them into an appropriate vector are generally known to those skilled in the art.
(D)本発明の形質転換体
本発明のポリヌクレオチドまたは組換えベクターを適当な宿主に導入することによって形質転換体を作製することができる。
(D) Transformant of the present invention A transformant can be prepared by introducing the polynucleotide or recombinant vector of the present invention into a suitable host.
すなわち、本発明の形質転換体は、本発明のポリヌクレオチドを導入してなる、または本発明の組換えベクターを含有する形質転換体である。 That is, the transformant of the present invention is a transformant obtained by introducing the polynucleotide of the present invention or containing the recombinant vector of the present invention.
本明細書でいう「ポリヌクレオチドを導入してなる」における「ポリヌクレオチドを導入」とは、バクテリオファージなどによって、本発明のポリヌクレオチドを宿主細胞へ導入すること、好ましくは、本発明のポリヌクレオチドが宿主細胞の染色体DNAに組み込まれることを意味する。 As used herein, “introducing a polynucleotide” in “introducing a polynucleotide” refers to introducing the polynucleotide of the present invention into a host cell by bacteriophage or the like, preferably the polynucleotide of the present invention. Is integrated into the chromosomal DNA of the host cell.
本発明のポリヌクレオチドまたは組換えベクターが導入される宿主細胞は、本発明のマルトースホスホリラーゼ生産における形質転換体の培養条件においてマルターゼを産生しないものであればよく、細菌、酵母、真菌および高等真核細胞等が挙げられる。 The host cell into which the polynucleotide or recombinant vector of the present invention is introduced may be any host cell that does not produce maltase under the culture conditions of the transformant in the production of maltose phosphorylase of the present invention. Bacteria, yeast, fungi and higher eukaryotes Examples thereof include cells.
細菌細胞の例としては、枯草菌または放線菌等のグラム陽性菌または大腸菌等のグラム陰性菌が挙げられる。これら細菌の形質転換は、プロトプラスト法、エレクトロポレーション法、カルシウムイオンを用いる方法等により行えばよい。
哺乳類細胞の例としては、HEK293細胞、HeLa細胞、COS細胞、BHK細胞、CHL細胞またはCHO細胞等が挙げられる。哺乳類細胞を形質転換し、該細胞に導入されたDNA配列を発現させる方法も知られており、例えば、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等を用いることができる。
Examples of bacterial cells include gram positive bacteria such as Bacillus subtilis or actinomycetes or gram negative bacteria such as E. coli. Transformation of these bacteria may be performed by a protoplast method, an electroporation method, a method using calcium ions, or the like.
Examples of mammalian cells include HEK293 cells, HeLa cells, COS cells, BHK cells, CHL cells, or CHO cells. A method of transforming a mammalian cell and expressing a DNA sequence introduced into the cell is also known. For example, an electroporation method, a calcium phosphate method, a lipofection method, or the like can be used.
酵母細胞の例としては、サッカロマイセスまたはシゾサッカロマイセスに属する細胞が挙げられ、例えば、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)またはサッカロマイセス・クルイベリ(Saccharomyces kluyveri)等が挙げられる。酵母宿主への組換えベクターの導入方法としては、例えば、エレクトロポレーション法、スフェロブラスト法、酢酸リチウム法等を挙げることができる。 Examples of yeast cells include cells belonging to Saccharomyces or Schizosaccharomyces, such as Saccharomyces cerevisiae or Saccharomyces kluyveri . Examples of the method for introducing a recombinant vector into a yeast host include an electroporation method, a spheroblast method, and a lithium acetate method.
他の真菌細胞の例は、糸状菌、例えばアスペルギルス、ニューロスポラ、フザリウム、またはトリコデルマに属する細胞である。宿主細胞として糸状菌を用いる場合、DNA構築物を宿主染色体に組み込んで組換え宿主細胞を得ることにより形質転換を行うことができる。DNA構築物の宿主染色体への組み込みは、通常知られる方法に従い、例えば相同組換えまたは異種組換えにより行うことができる。 Examples of other fungal cells are cells belonging to filamentous fungi such as Aspergillus, Neurospora, Fusarium, or Trichoderma. When filamentous fungi are used as host cells, transformation can be performed by integrating the DNA construct into the host chromosome to obtain a recombinant host cell. Integration of the DNA construct into the host chromosome can be carried out according to a generally known method, for example, by homologous recombination or heterologous recombination.
昆虫細胞を宿主として用いる場合には、組換え遺伝子導入ベクターおよびバキュロウイルスを昆虫細胞に共導入して昆虫細胞培養上清中に組換えウイルスを得た後、さらに組換えウイルスを昆虫細胞に感染させ、タンパク質を発現させることができる。 When insect cells are used as the host, the recombinant gene transfer vector and baculovirus are co-introduced into the insect cells to obtain the recombinant virus in the insect cell culture supernatant, and then the recombinant virus is further infected with the insect cells. The protein can be expressed.
バキュロウイルスとしては、例えば、ヨトウガ科昆虫に感染するウイルスであるアウトグラファ・カリフォルニカ・ヌクレアー・ポリヘドロシス・ウイルス(Autographa californica nuclear polyhedrosis virus)等を用いることができる。また、昆虫細胞としては、Trichoplusia niの卵巣細胞であるHiFive(インビトロジェン社製)等を用いることができる。組換えウイルスを調製するための、昆虫細胞への組換え遺伝子導入ベクターと上記バキュロウイルスの共導入方法としては、例えば、リン酸カルシウム法またはリポフェクション法等を挙げることができる。 As the baculovirus, for example, Autographa californica nucleopolyhedrosis virus, which is a virus that infects Coleoptera insects, can be used. As the insect cells, can be used is an ovarian cell of Trichoplusia ni HiFive (Invitrogen) and the like. Examples of the method for co-introducing a recombinant gene introduction vector into insect cells and the baculovirus for preparing a recombinant virus include a calcium phosphate method and a lipofection method.
(E)本発明の形質転換体を用いた組換えタンパク質の製造
本発明の形質転換体を常法にしたがって適当な培地に接種して培養し、培養物から本発明のマルトースホスホリラーゼを採取してなる、組換えマルトースホスホリラーゼの製造方法を包含する。
(E) Production of recombinant protein using the transformant of the present invention The transformant of the present invention is inoculated and cultured in an appropriate medium according to a conventional method, and the maltose phosphorylase of the present invention is collected from the culture. And a method for producing recombinant maltose phosphorylase.
すなわち、本発明のマルトースホスホリラーゼの製造方法は、下記(a)〜(c)の工程を有するマルトースホスホリラーゼの製造方法である。
(a)本発明の形質転換体の培養工程;
(b)本発明のマルトースホスホリラーゼの生成・蓄積工程;および
(c)該マルトースホスホリラーゼの採取する工程:
That is, the method for producing maltose phosphorylase of the present invention is a method for producing maltose phosphorylase having the following steps (a) to (c).
(A) a step of culturing the transformant of the present invention;
(B) Step of producing and accumulating maltose phosphorylase of the present invention; and (c) Step of collecting the maltose phosphorylase:
本発明の形質転換体の培養に用いる栄養培地としては、炭素源、窒素源、無機物、および必要に応じ使用菌株の必要とする微量栄養素を程よく含有するものであれば、天然培地、合成培地のいずれでもよい。 As a nutrient medium used for culturing the transformant of the present invention, a natural medium or a synthetic medium may be used as long as the medium contains a carbon source, a nitrogen source, an inorganic substance, and if necessary, micronutrients required by the strain used. Either is acceptable.
本発明の形質転換体の培養に用いる栄養培地の炭素源としては、該形質転換体が資化しうる物であればよく、例えば、グルコース、マルトース、フラクトース、マンノース、トレハロース、スクロース、マンニトール、ソルビトール、デンプン、デキストリン、糖蜜などの糖質、またはクエン酸、コハク酸などの有機酸、またはグリセリンなどの脂肪酸も使用することができる。 The carbon source of the nutrient medium used for culturing the transformant of the present invention may be any material that can be assimilated by the transformant, such as glucose, maltose, fructose, mannose, trehalose, sucrose, mannitol, sorbitol, Sugars such as starch, dextrin, molasses, or organic acids such as citric acid and succinic acid, or fatty acids such as glycerin can also be used.
本発明の形質転換体の培養に用いる栄養培地の窒素源としては、各種有機および無機の窒素化合物、さらに培地は各種の無機塩を含むことができる。たとえば、コーンスティープリカー、大豆粕、あるいは各種ペプトン類等の有機窒素源、そして塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、尿素、硝酸アンモニウム、硝酸ナトリウム、リン酸アンモニウム等の無機窒素源などの化合物が使用可能である。また、グルタミン酸などのアミノ酸および尿素などの有機窒素源が炭素源にもなることはいうまでもない。さらに、ペプトン、ポリペプトン、バクトペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスティープリカー、大豆粉、大豆粕、乾燥酵母、カザミノ酸、ソリュブルベジタブルプロテイン等の窒素含有天然物も窒素源として使用できる。 As a nitrogen source of the nutrient medium used for culturing the transformant of the present invention, various organic and inorganic nitrogen compounds, and the medium may contain various inorganic salts. For example, compounds such as organic nitrogen sources such as corn steep liquor, soybean meal or various peptones, and inorganic nitrogen sources such as ammonium chloride, ammonium sulfate, urea, ammonium nitrate, sodium nitrate, and ammonium phosphate can be used. Needless to say, amino acids such as glutamic acid and organic nitrogen sources such as urea also serve as carbon sources. Furthermore, nitrogen-containing natural products such as peptone, polypeptone, bactopeptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, soy flour, soybean meal, dried yeast, casamino acid, soluble vegetable protein and the like can also be used as a nitrogen source.
本発明の形質転換体の培養に用いる栄養培地の無機物としては、例えば、カルシウム塩、マグネシウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、リン酸塩、マンガン塩、亜鉛塩、鉄塩、銅塩、モリブデン塩、コバルト塩などが適宜用いられる。具体的には、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸亜鉛、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム等が用いられる。さらに、必要に応じて、アミノ酸ならびにビオチンおよびチアミンなどの微量栄養素ビタミンなども適宜用いられる。 As an inorganic substance of the nutrient medium used for culturing the transformant of the present invention, for example, calcium salt, magnesium salt, potassium salt, sodium salt, phosphate, manganese salt, zinc salt, iron salt, copper salt, molybdenum salt, A cobalt salt or the like is appropriately used. Specifically, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, magnesium sulfate, ferrous sulfate, manganese sulfate, zinc sulfate, sodium chloride, potassium chloride, calcium chloride and the like are used. Further, amino acids and micronutrient vitamins such as biotin and thiamine are also used as necessary.
培養法としては液体培養法(振とう培養法もしくは通気攪拌培養法)がよく、工業的には通気攪拌培養法が好ましい。培養温度とpHは、使用する形質転換体の増殖に最も適した条件を選べばよい。たとえば、形質転換体が微生物の場合の培養は、通常、温度20〜45℃、好ましくは25〜42℃、pH5〜9、好ましくは6〜8から選ばれる条件で好気的に行われる。培養時間は微生物が増殖し始める時間以上の時間であればよく、好ましくは8〜120時間であり、さらに好ましくは本発明のマルトースホスホリラーゼが最大に生成する時間までである。微生物の増殖を確認する方法は特に制限はないが、たとえば、培養物を採取して顕微鏡で観察してもよいし、吸光度で観察してもよい。また、培養液の溶存酸素濃度には特に制限はないが、通常は、0.5〜20ppmが好ましい。そのために、通気量を調節したり、撹拌したり、通気に酸素を追加したりすればよい。培養方式は、回分培養、流加培養、連続培養または灌流培養のいずれでもよい。
As a culture method, a liquid culture method (shaking culture method or aeration stirring culture method) is preferable, and the aeration stirring culture method is preferable industrially. The culture temperature and pH may be selected under conditions most suitable for the growth of the transformant to be used. For example, culture when the transformant is a microorganism is usually aerobically performed under conditions selected from a temperature of 20 to 45 ° C., preferably 25 to 42 ° C.,
本発明の形質転換体の培養において、組換えベクターに選択マーカーを含有させている場合などでは、選択マーカーに対応した抗生物質を栄養培地とともに加える。たとえば、選択マーカーとしてアンピシリン耐性遺伝子およびクロラムフェニコール耐性遺伝子を含有する場合は、適当な濃度に調製したアンピシリン溶液およびクロラムフェニコール溶液をそれぞれ加える。また、必要であれば、本発明のポリヌクレオチドを有する遺伝子の発現を誘導する発現誘導剤を培養開始時または培養開始から形質転換体の増殖を確認した後に加える。たとえば、発現誘導剤としては、イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド(IPTG)を用いる。 In the culture of the transformant of the present invention, when a selection marker is contained in the recombinant vector, an antibiotic corresponding to the selection marker is added together with a nutrient medium. For example, when an ampicillin resistance gene and a chloramphenicol resistance gene are contained as selection markers, an ampicillin solution and a chloramphenicol solution prepared at appropriate concentrations are added, respectively. If necessary, an expression inducer that induces the expression of the gene having the polynucleotide of the present invention is added at the start of the culture or after confirming the growth of the transformant from the start of the culture. For example, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) is used as an expression inducer.
このようにして得られた培養物から、本発明のマルトースホスホリラーゼを採取する。本発明の形質転換体の種類によって、該マルトースホスホリラーゼは細胞内外に蓄積される。そこで、細胞内あるいは細胞外に生成蓄積されたマルトースホスホリラーゼを採取する。 The maltose phosphorylase of the present invention is collected from the culture thus obtained. Depending on the type of transformant of the present invention, the maltose phosphorylase is accumulated inside and outside the cell. Therefore, maltose phosphorylase produced and accumulated inside or outside the cell is collected.
本発明のマルトースホスホリラーゼの採取法は、一般の酵素の採取の手段に準じて行うことができる。該マルトースホスホリラーゼが細胞外に生成蓄積された場合は、通常知られる手段によって細胞を除いた後に培養上清を粗酵素として用いることができる。細胞内に生成蓄積される場合は、以下に示す方法に特に限定はされないが、たとえば、有機溶剤やリゾチームのような酵素によって細胞を溶解する方法、および、超音波破砕法、フレンチプレス法、ガラスビーズ破砕法、ダイノミル破砕法等の細胞破砕法で得られた細胞破砕物および/または培養物を遠心分離法、ろ過法等の操作によって細胞と培養上清に分離する。このようにして得られた培養上清を、粗酵素として用いることができる。また、分離した菌体をそのまま該マルトースホスホリラーゼの粗酵素とすることもできる。 The method for collecting maltose phosphorylase of the present invention can be carried out according to a general means for collecting enzymes. When the maltose phosphorylase is produced and accumulated extracellularly, the culture supernatant can be used as a crude enzyme after removing the cells by a generally known means. When it is produced and accumulated in cells, it is not particularly limited to the following methods. For example, a method of lysing cells with an enzyme such as an organic solvent or lysozyme, an ultrasonic crushing method, a French press method, a glass A cell disruption product and / or culture obtained by a cell disruption method such as a bead disruption method or a dynomill disruption method is separated into cells and a culture supernatant by an operation such as a centrifugal separation method or a filtration method. The culture supernatant thus obtained can be used as a crude enzyme. In addition, the separated cells can be used as a crude enzyme of maltose phosphorylase as it is.
前記粗酵素は、そのままで使用することもできるが、必要に応じて、例えば塩析法、沈澱法、透析法、限外濾過法等の通常知られる方法を単独または組み合わせることにより工業用途の濃縮酵素を調製できる。 The crude enzyme can be used as it is, but if necessary, it can be concentrated for industrial use by combining a known method such as a salting-out method, a precipitation method, a dialysis method, and an ultrafiltration method alone or in combination. Enzymes can be prepared.
さらに前記濃縮酵素を、たとえば、イオン交換クロマトグラフィー、等電点クロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、レジンカラム法等の通常知られる単離・精製法の組合せに供すことにより、精製酵素を得ることができる。 Further, the concentrated enzyme is generally known, for example, ion exchange chromatography, isoelectric point chromatography, hydrophobic chromatography, gel filtration chromatography, adsorption chromatography, affinity chromatography, reverse phase chromatography, resin column method and the like. A purified enzyme can be obtained by subjecting it to a combination of isolation and purification methods.
(F)本発明のβ−グルコース−1−リン酸またはトレハロースの製造方法
本発明のマルトースホスホリラーゼもしくは本発明の形質転換体(たとえば、微生物)またはその培養物の存在下において、基質(たとえば、マルトース)を反応させることによりβ−グルコース−1−リン酸を合成すること、または他の酵素(たとえば、トレハロースホスホリラーゼ)と組み合わせることによって該基質から別の生産物(たとえば、トレハロース)を合成することができる。上記した合成方法も本発明の範囲内に含まれる。
(F) Process for producing β-glucose-1-phosphate or trehalose of the present invention In the presence of the maltose phosphorylase of the present invention, the transformant of the present invention (for example, a microorganism) or a culture thereof, a substrate (for example, maltose) ) To react to synthesize β-glucose-1-phosphate, or another product (eg trehalose) from the substrate by combining with other enzymes (eg trehalose phosphorylase). it can. The above synthesis method is also included in the scope of the present invention.
すなわち、本発明のβ−グルコース−1−リン酸の製造方法とは、リン酸の存在下において、本発明のマルトースホスホリラーゼをマルトースに作用させてβ−グルコース−1−リン酸を得ることを特徴とするβ−グルコース−1−リン酸の製造方法である。 That is, the method for producing β-glucose-1-phosphate of the present invention is characterized in that β-glucose-1-phosphate is obtained by allowing the maltose phosphorylase of the present invention to act on maltose in the presence of phosphoric acid. This is a method for producing β-glucose-1-phosphate.
また、本発明のトレハロースの製造方法とは、リン酸の存在下において、本発明のマルトースホスホリラーゼおよびトレハロースホスホリラーゼをマルトースに作用させて、トレハロースを得ることを特徴とするトレハロースの製造方法である。好ましくは、前記トレハロースホスホリラーゼは、下記(a)〜(d)の性質を有することを特徴とするトレハロースホスホリラーゼが、最適に好ましくは下記(a)〜(d)の性質を有するトレハロースホスホリラーゼが用いられる。
(a)触媒作用:トレハロース中のα−1,1−グルコピラノシド結合を可逆的に加リン酸分解し、グルコースおよびβ−グルコース−1−リン酸を生成する;
(b)最適pHおよび安定pH範囲:トレハロース合成反応の最適pHは5.8〜7.8であり、50℃、10分間の加熱条件下ではpH5.5〜9.5の範囲内で安定である;
(c)最適温度:トレハロース合成反応の最適温度は45〜60℃である;および
(d)温度安定性:pH7.0、15分間の加熱条件下では60℃まで安定であり、70℃で90%以上失活する。
本発明のトレハロースの製造において、本発明のマルトースホスホリラーゼとともに用いられるトレハロースホスホリラーゼの一具体例としては、特許文献3に記載されている上記(a)〜(d)の性質を有するトレハロースホスホリラーゼが挙げられる。
The method for producing trehalose of the present invention is a method for producing trehalose characterized in that trehalose is obtained by allowing the maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase of the present invention to act on maltose in the presence of phosphoric acid. Preferably, the trehalose phosphorylase is characterized by having the following properties (a) to (d), and most preferably trehalose phosphorylase having the following properties (a) to (d): .
(A) Catalytic action: reversibly phosphorolytically decomposes the α-1,1-glucopyranoside bond in trehalose to produce glucose and β-glucose-1-phosphate;
(B) Optimum pH and stable pH range: The optimum pH for the trehalose synthesis reaction is 5.8 to 7.8, and is stable within the range of pH 5.5 to 9.5 under heating conditions at 50 ° C. for 10 minutes. is there;
(C) Optimal temperature: The optimal temperature for the trehalose synthesis reaction is 45-60 ° C; and (d) Temperature stability: pH 7.0, stable to 60 ° C under heating conditions for 15 minutes, % Inactivated.
In the production of the trehalose of the present invention, specific examples of the trehalose phosphorylase used together with the maltose phosphorylase of the present invention include trehalose phosphorylase having the properties (a) to (d) described in
本明細書でいう「トレハロースホスホリラーゼ」とは、グルコースとβ−グルコース−1−リン酸からトレハロースとリン酸を生成する反応において可逆的に触媒する活性を有する酵素である。該トレハロースホスホリラーゼの触媒作用、最適pHおよび安定pH範囲、最適温度ならびに温度安定性は、たとえば特許文献3に記載されているような、通常知られる方法により測定される。
As used herein, “trehalose phosphorylase” is an enzyme having an activity of reversibly catalyzing in a reaction for producing trehalose and phosphate from glucose and β-glucose-1-phosphate. The catalytic action, optimum pH and stable pH range, optimum temperature and temperature stability of the trehalose phosphorylase are measured by a generally known method as described in
たとえば、本発明のマルトースホスホリラーゼと上記した(a)〜(d)の性質を有するのトレハロースホスホリラーゼの存在下に、マルトースとリン酸もしくはリン酸塩とを水性媒体中で反応させて、トレハロースおよび/またはβ−グルコース−1−リン酸を製造する。 For example, in the presence of the maltose phosphorylase of the present invention and trehalose phosphorylase having the properties (a) to (d) described above, maltose and phosphoric acid or phosphate are reacted in an aqueous medium to give trehalose and / or Alternatively, β-glucose-1-phosphate is produced.
本発明のマルトースホスホリラーゼは、固体状または液体状の粗酵素および/または精製酵素として利用することができる。ただし、該粗酵素はマルターゼ等のトレハロースの製造に悪影響を及ぼす酵素を含まない粗酵素であることを必要とする。さらに、該マルトースホスホリラーゼの活性を有する菌体および該菌体を適当な担体に包括、吸着あるいは化学的に結合させた固定化菌体などをトレハロースおよび/またはβ−グルコース−1−リン酸の製造に使用することができる。さらには、該マルトースホスホリラーゼは、おのおの通常知られる方法で固定化させた固定化酵素として使用することもできる。 The maltose phosphorylase of the present invention can be used as a solid or liquid crude enzyme and / or purified enzyme. However, the crude enzyme needs to be a crude enzyme that does not contain an enzyme that adversely affects the production of trehalose such as maltase. Furthermore, the production of trehalose and / or β-glucose-1-phosphate using a cell having the activity of the maltose phosphorylase and an immobilized cell obtained by encapsulating, adsorbing or chemically binding the cell with an appropriate carrier Can be used for Further, the maltose phosphorylase can also be used as an immobilized enzyme that is immobilized by a generally known method.
また、本発明のトレハロースおよび/またはβ−グルコース−1−リン酸の製造において、本発明のマルトースホスホリラーゼは上記した(a)〜(d)の性質を有するトレハロースホスホリラーゼと好適に組み合わせて用いられる。ただし、トレハロースホスホリラーゼの性質が、たとえば、トレハロース合成反応における最適pHが6.5〜7.5の間にあり、pH5.0〜8.5の範囲内で安定で、50〜60℃付近に最適温度を有し、および58℃まで極めて安定であれば、本発明のマルトースホスホリラーゼと組み合わせて用いられうる。 Further, in the production of trehalose and / or β-glucose-1-phosphate of the present invention, the maltose phosphorylase of the present invention is preferably used in combination with trehalose phosphorylase having the properties (a) to (d) described above. However, the nature of trehalose phosphorylase is, for example, the optimum pH in the trehalose synthesis reaction is between 6.5 and 7.5, stable within the range of pH 5.0 to 8.5, and optimum at around 50 to 60 ° C. If it has a temperature and is extremely stable up to 58 ° C., it can be used in combination with the maltose phosphorylase of the present invention.
本発明のトレハロースおよび/またはβ−グルコース−1−リン酸の製造に用いられるトレハロースホスホリラーゼは、本発明のマルトースホスホリラーゼと同様に精製酵素であっても粗酵素であってもよいし、菌体または酵素の形態で固定化されて用いられてもよい。 The trehalose phosphorylase used for the production of trehalose and / or β-glucose-1-phosphate of the present invention may be a purified enzyme or a crude enzyme in the same manner as the maltose phosphorylase of the present invention. The enzyme may be immobilized and used.
マルトースとしてはマルトースまたはマルトース含有物(例えばマルトース高含有糖液)を用いることができる。リン酸塩としてはリン酸三カリウム(もしくはナトリウム)、リン酸水素二カリウム(もしくはナトリウム)、リン酸二水素カリウム(もしくはナトリウム)等の水溶性リン酸塩を用いることができる。水性媒体としては水、緩衝液等が挙げられる。緩衝液としては酢酸緩衝液、リン酸緩衝液、クエン酸緩衝液、コハク酸緩衝液、トリス塩酸緩衝液等を用いることができる。 As maltose, maltose or a substance containing maltose (for example, a maltose-rich sugar solution) can be used. As the phosphate, water-soluble phosphates such as tripotassium phosphate (or sodium), dipotassium hydrogen phosphate (or sodium), and potassium dihydrogen phosphate (or sodium) can be used. Examples of the aqueous medium include water and a buffer solution. As the buffer solution, an acetate buffer solution, a phosphate buffer solution, a citrate buffer solution, a succinate buffer solution, a Tris-HCl buffer solution, or the like can be used.
酵素の使用量については特に制限はないが、マルトース1gに対して各酵素とも、0.1〜50単位、好ましくは1〜20単位使用するのが好適である。また、本発明のマルトースホスホリラーゼとトレハロースホスホラリーゼとの使用比率は特に制限ないが、単位の比で前者:後者=1:5〜5:1、好ましくは1:2〜2:1が適当である。 Although there is no restriction | limiting in particular about the usage-amount of an enzyme, It is suitable to use 0.1-50 units for each enzyme with respect to 1 g of maltose, Preferably it is 1-20 units. The ratio of use of maltose phosphorylase and trehalose phosphorylase of the present invention is not particularly limited, but the ratio of the former is preferably 1: 5 to 5: 1, preferably 1: 2 to 2: 1. is there.
リン酸および/またはリン酸塩はマルトースに対して、特に制限はないが、0.001〜1倍モル、好ましくは0.005〜0.5倍モル使用するのが適当である。なお、緩衝液がリン酸(塩)を含有する場合は系中のリン酸およびリン酸塩の総量が上記範囲であればよい。 Phosphoric acid and / or phosphate is not particularly limited with respect to maltose, but it is appropriate to use 0.001 to 1 mol, preferably 0.005 to 0.5 mol. When the buffer solution contains phosphoric acid (salt), the total amount of phosphoric acid and phosphate in the system may be in the above range.
前記反応は温度、雑菌汚染をさらに避けるとともに収率を挙げるため、好ましくは50〜60℃、より好ましくは55〜60℃、さらに好ましくは55〜58℃で行う。pHは一般に6.0〜8.0、好ましくは6.5〜7.5で行うのが適当である。上記条件で十分なトレハロース生成が見られた時点で反応を終了するが、反応は通常1〜144時間で終了する。 The reaction is preferably performed at 50 to 60 ° C., more preferably 55 to 60 ° C., and still more preferably 55 to 58 ° C. in order to further avoid the temperature and contamination with bacteria and increase the yield. The pH is generally 6.0 to 8.0, preferably 6.5 to 7.5. The reaction is completed when sufficient trehalose production is observed under the above conditions, but the reaction is usually completed in 1 to 144 hours.
反応終了後、反応液を60〜135℃、好ましくは65〜100℃に加熱して酵素を失活させるか、pHの低下(塩酸等の酸の添加)などの適当な手段によって酵素を失活させて反応を停止する。その後、該反応停止液を活性炭処理、イオン交換樹脂処理等の単離・精製手段を適宜組み合わせてトレハロースを得ることができる。 After completion of the reaction, the reaction solution is heated to 60 to 135 ° C., preferably 65 to 100 ° C. to inactivate the enzyme, or the enzyme is inactivated by appropriate means such as pH reduction (addition of acid such as hydrochloric acid). To stop the reaction. Thereafter, trehalose can be obtained by appropriately combining the reaction stopping solution with isolation / purification means such as activated carbon treatment and ion exchange resin treatment.
また、本発明は、本発明のマルトースホスホリラーゼの存在下にマルトースとリン酸もしくはリン酸塩とを、水性媒体中で反応させて、β−グルコース−1−リン酸を製造することもできる。 In the present invention, β-glucose-1-phosphate can also be produced by reacting maltose with phosphoric acid or phosphate in the presence of the maltose phosphorylase of the present invention in an aqueous medium.
前記反応に用いられる本発明のマルトースホスホリラーゼ、マルトース、水性媒体は、トレハロース製造の場合と同様にして行うことができる。酵素はマルトース1gに対して0.1〜50単位、好ましくは1〜20単位が好適である。 The maltose phosphorylase, maltose and aqueous medium of the present invention used for the reaction can be carried out in the same manner as in the production of trehalose. The enzyme is 0.1 to 50 units, preferably 1 to 20 units, based on 1 g of maltose.
反応温度、反応pH、反応時間はトレハロース製造の場合と同様にして行うことができる。反応終了後、イオン交換樹脂処理等の単離・精製手段を適宜組み合わせてβ−グルコース−1−リン酸を得ることができる。
以下の実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
The reaction temperature, reaction pH, and reaction time can be carried out in the same manner as in the production of trehalose. After completion of the reaction, β-glucose-1-phosphate can be obtained by appropriately combining isolation / purification means such as ion exchange resin treatment.
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]耐熱性マルトースホスホリラーゼの取得
(1)変異遺伝子ライブラリーの構築
寄託番号FERM BP−8420のパエニバチルス・エスピー SH−55(Paenibacillus sp.SH−55)由来のマルトースホスホリラーゼ遺伝子を含む組換え体プラスミドpRSMP1(国際公開番号WO2005/00343号公報記載)を大腸菌DH5αからGFX Plasmid prep Kit(GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社)を用いることにより抽出、精製した。得られた組換え体プラスミドを鋳型として、配列表の配列番号6に示すプライマーと配列番号7に示すプライマーを用い、Diversify PCR Random Mutagenesis Kit(クロンテック社)を用い、キットのプロトコールにしたがって、マルトースホスホリラーゼ遺伝子にランダム変異を導入した。得られた変異導入されたマルトースホスホリラーゼを含む2.3k塩基対のDNA断片を精製した後、制限酵素XhoIおよびKpnIで切断した。これとプラスミドベクターpRSETA(インビトロジェン社)を制限酵素XhoIおよびKpnIで切断したものをQuick Ligation Kit(NEB社)を用いて、室温で5分間ライゲーションをした後に、大腸菌BL21(DE3)pLysS(F-, ompT hsdSB(rB - mB - )gal dcm(DE3)pLysS(CamR))株へ形質転換を行うことによって、ランダム変異の導入された組換えプラスミドを有する組換え大腸菌ライブラリーを構築した。
[Example 1] Acquisition of thermostable maltose phosphorylase (1) Construction of mutant gene library Recombination containing a maltose phosphorylase gene derived from Paenibacillus sp. SH-55 of deposit number FERM BP-8420 ( Paenibacillus sp. SH-55) The body plasmid pRSMP1 (described in International Publication No. WO2005 / 00343) was extracted from E. coli DH5α and purified by using GFX Plasmid prep Kit (GE Healthcare Biosciences). Using the obtained recombinant plasmid as a template, using the primer shown in SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7 in the sequence listing, using Diversity PCR Random Mutagenesis Kit (Clontech) according to the protocol of the kit, maltose phosphorylase A random mutation was introduced into the gene. The resulting 2.3 k base pair DNA fragment containing the mutated maltose phosphorylase was purified and then cleaved with restriction enzymes Xho I and Kpn I. This and plasmid vector pRSETA (Invitrogen) cleaved with restriction enzymes Xho I and Kpn I were ligated for 5 minutes at room temperature using Quick Ligation Kit (NEB), and then E. coli BL21 (DE3) pLysS (F -, ompT hsdSB (rB - mB -) by performing transformation into gal dcm (DE3) pLysS (Cam R)) strain, were constructed recombinant E. coli library with the introduced recombinant plasmid random mutations.
(2)耐熱性マルトースホスホリラーゼのスクリーニング
前記(1)の変異操作で得られた上記形質転換体をLB−Amp−Cm寒天培地(バクトペプトン1%、酵母エキス0.5%、塩化ナトリウム1%、バクトアガー1.5%、アンピシリン50μg/ml、クロラムフェニコール35μg/ml)上で37℃、一晩培養してコロニーを形成させた。各コロニーのうち、1900個を別々にLB−Amp−Cm培地(バクトペプトン1%、酵母エキス0.5%、塩化ナトリウム1%、アンピシリン50μg/ml、クロラムフェニコール35μg/ml)を1mlずつ入れた96穴ディープウェルプレートに接種し、25℃、8時間振とう培養を行った。その後、各ウェルに100mM イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシド(IPTG)10μlを添加し、さらに25℃で16時間振とう培養を行った。培養終了後、培養液を3000rpm、10分間遠心分離を行い、菌体を得た。得られた菌体に、BugBuster(ノバジェン社)を各ウェルに100μlずつ添加し、室温で20分間撹拌後、3000rpm、10分間遠心分離を行い、粗酵素抽出液を得た。得られた粗酵素抽出液に対して、55℃で15分間の熱処理を行った。対照として、ランダム変異の導入されていないプラスミド(pRSMP1)を有する形質転換体(RSMP1)についても同様の操作を行った。得られた酵素液について、熱処理前後のマルトースホスホリラーゼの活性測定を行った。
活性測定は200mMのリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解させた20mMのマルトース0.4mlに酵素液0.1mlを添加し、50℃で15分間反応させた後、沸騰水浴中で3分間加熱して酵素反応を止めた。氷水中で冷却した後、生成したグルコースをグルコースオキシダーゼ法(和光純薬工業(株)製、グルコースC−IIテスト・ワコー)で測定した。ここで1単位の酵素活性は同条件下で1分間に1μmolのグルコースを生成する酵素量とした。
対照よりも残存活性の高い変異体酵素を選別した。その結果、6株(RSMP2−7)が高い残存活性を有していた。
(2) Screening for thermostable maltose phosphorylase The transformant obtained by the mutation operation of (1) above was subjected to LB-Amp-Cm agar medium (1% bactopeptone, 0.5% yeast extract, 1% sodium chloride, Bactagar 1.5%,
The activity was measured by adding 0.1 ml of enzyme solution to 0.4 ml of 20 mM maltose dissolved in 200 mM phosphate buffer (pH 7.0), reacting at 50 ° C. for 15 minutes, and then in a boiling water bath for 3 minutes. The enzyme reaction was stopped by heating. After cooling in ice water, the produced glucose was measured by the glucose oxidase method (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Glucose C-II Test Wako). Here, 1 unit of enzyme activity was defined as the amount of enzyme that produced 1 μmol of glucose per minute under the same conditions.
Mutant enzymes with higher residual activity than the control were selected. As a result, 6 strains (RSMP2-7) had a high residual activity.
(3)変異箇所の解析
上記の如く得られた優良変異株に含有されるマルトースホスホリラーゼ遺伝子に対して、遺伝子のどの部位が変異操作により置換されたのか確認をする為に以下のような解析を行った。上記(2)で得た組換え体RSMP2−7に含まれるプラスミドpRSMP2−7をGFX Plasmid prep Kitを用いて精製した。このプラスミドの塩基配列はMegaBACE 1000(GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社)を用いて決定した。結果は表1に示した。
(4)55℃における残存活性の測定
上記(2)で得られたRSMP1−7の粗酵素溶液を55℃の恒温槽に30分間静置した後、氷上に静置し、酵素活性(残存活性)測定した結果は表2に示した。
[実施例2]RSMP3に基づく点変異体の作製および評価
RSMP3(N72I,V127I,D308E)の3箇所の変異アミノ酸残基を1箇所ずつにした点変異体を3種類作製した。72位のアミノ酸残基のアスパラギンをイソロイシンに置換したpRSMP8(N72I)、127位のアミノ酸残基のバリンをイソロイシンに置換したpRSMP9(V127I)、308位のアミノ酸残基のアスパラギン酸をグルタミン酸に置換したpRSMP10(D308E)を通常知られる技術である部位特異的変異導入法を用いて行った。
より具体的には変異を導入する鋳型プラスミドとしてpRSMP1を使用し、所定の変異を起こさせるよう設計した3種類のセンスプライマー:FWN72I(配列番号8)、FWV127I(配列番号9)、FWD308E(配列番号10)と3種類のアンチセンスプライマーRVN72I(配列番号11)、RVV127I(配列番号12)、RVD308E(配列番号13)を用い、FWN72IとRVN72I、FWV127IとRVV127I、FWD308EとRVD308Eをそれぞれ一組として用いた。
[Example 2] Preparation and evaluation of point mutants based on RSMP3 Three types of point mutants were prepared in which the three mutant amino acid residues of RSMP3 (N72I, V127I, D308E) were made one by one. PRSMP8 (N72I) in which the asparagine at the 72nd amino acid residue was replaced with isoleucine, pRSMP9 (V127I) in which the valine at the 127th amino acid residue was replaced with isoleucine, and the aspartic acid at the 308th amino acid residue were replaced with glutamic acid pRSMP10 (D308E) was performed using a site-directed mutagenesis method, which is a commonly known technique.
More specifically, pRSMP1 is used as a template plasmid for introducing a mutation, and three kinds of sense primers designed to cause a predetermined mutation: FWN72I (SEQ ID NO: 8), FWV127I (SEQ ID NO: 9), FWD308E (SEQ ID NO: 9) 10) and three types of antisense primers RVN72I (SEQ ID NO: 11), RVV127I (SEQ ID NO: 12), and RVD308E (SEQ ID NO: 13), and FWN72I and RVN72I, FWV127I and RVV127I, and FWD308E and RV308E were used as one set, respectively. .
上述のプライマー1組とpRSMP1を用いて、QuickChange Site−Directed Mutagenesis Kit(Stratagene社)にしたがって、PfuポリメラーゼによるPCRを行った後、DpnIで37℃、1時間の処理を行った。このDpnI処理PCR産物を大腸菌XL1−Blueに形質転換させ、LB−Amp寒天培地で37℃、一晩培養した。得られたコロニーをLB−Amp培地で37℃、一晩培養し、GFX Plasmid prep Kit用いることにより抽出、精製した。最後に得られたプラスミドの塩基配列の決定を行い、目的の変異が導入されていることを確認した。このようにして、点変異体pRSMP8−10を得た。
pRSMP8−10を大腸菌BL21(DE3)pLysS株へ形質転換を行うことによって、組換え大腸菌RSMP8−10を得た。得られた組換え体を実施例1(4)と同様に耐熱性を調べた。比較対照として、変異の導入されていないプラスミド(pRSMP1)を有する形質転換体(RSMP1)と3重変異体(pRSMP3)を有する形質転換体(RSMP3)についても同様の操作を行った。結果は表3に示した。
Recombinant E. coli RSMP8-10 was obtained by transforming pRSMP8-10 into E. coli BL21 (DE3) pLysS strain. The obtained recombinant was examined for heat resistance in the same manner as in Example 1 (4). As a comparative control, the same operation was performed for a transformant (RSMP1) having a plasmid (pRSMP1) into which no mutation was introduced and a transformant (RSMP3) having a triple mutant (pRSMP3). The results are shown in Table 3.
[実施例3]pRSMP11変異体の作製および評価
実施例1のpRSMP5と実施例2で作製したpRSMP8を掛け合わせたpRSMP11を作製した。具体的にはpRSMP5を鋳型として、プライマーにはFWN72IとRVN72Iを使用して、実施例2と同様の部位特異的変異導入法による変異体の作製を行った。得られた変異体pRSMP11を大腸菌BL21(DE3)pLysS株へ形質転換を行うことによって、組換え大腸菌RSMP11を得た。得られた組換え体を実施例1(4)と同様に耐熱性を調べた。その結果、94.6%の残存活性を有していた。
[Example 3] Preparation and evaluation of pRSMP11 mutant pRSMP11 obtained by multiplying pRSMP5 of Example 1 and pRSMP8 prepared in Example 2 was prepared. Specifically, mutants were prepared by site-directed mutagenesis as in Example 2 using pRSMP5 as a template and FWN72I and RVN72I as primers. The obtained mutant pRSMP11 was transformed into E. coli BL21 (DE3) pLysS strain to obtain recombinant E. coli RSMP11. The obtained recombinant was examined for heat resistance in the same manner as in Example 1 (4). As a result, the residual activity was 94.6%.
[実施例4]72位と679位アミノ酸のサチュレーション変異
72位と679位のアミノ酸について、サチュレーション変異を行った。所定の変異を起こさせるよう設計した2種類のセンスプライマー:FWN72X(配列番号14)、FWT679X(配列番号15)と2種類のアンチセンスプライマー;RVN72X(配列番号16)、RVT679X(配列番号17)を用い、FWN72XとRVN72X、FWT679XとRVT679Xをそれぞれ一組とし、pRSMP1を鋳型として、Quickchange Site-Directed Mutagenesis Kitの常法に従い、操作を行った。得られた形質転換体のプラスミドをGFX Plasmid prep Kitを用いて抽出し、大腸菌BL21(DE3)pLysS株へ形質転換を行った。各々、390クローンについて、実施例1(2)(3)と同様の操作を行った。その結果、対照よりも残存活性の高い変異体は、72位では11個取得することができ、アミノ酸配列を確認したところ、その内訳はイソロイシン(ATT)8個、バリン(GTT)3個であった。同様に679位では27個取得することができ、アミノ酸配列を確認したところ、その内訳はイソロイシン(ATT)3個、バリン(GTG、GTT)24個であった。そこで、部位特異的変異を用いて、72位がバリン、679位がイソロイシンに置換した変異体(RSMP12)、72位がイソロイシン、679位がバリンに置換した変異体(RSMP13)、72位がバリン、679位がバリンに置換した変異体(RSMP14)を作製した。
[Example 4] Saturation mutation at amino acids 72 and 679 Saturation mutation was performed on amino acids 72 and 679. Two types of sense primers designed to cause a predetermined mutation: FWN72X (SEQ ID NO: 14), FWT679X (SEQ ID NO: 15) and two types of antisense primers; RVN72X (SEQ ID NO: 16) and RVT679X (SEQ ID NO: 17) Using FWN72X and RVN72X, FWT679X and RVT679X as a set, and pRSMP1 as a template, the operation was performed according to the usual method of Quickchange Site-Directed Mutagenesis Kit. The plasmid of the obtained transformant was extracted using GFX Plasmid prep Kit, and transformed into E. coli BL21 (DE3) pLysS strain. For each of the 390 clones, the same operation as in Example 1 (2) (3) was performed. As a result, 11 mutants with higher residual activity than the control were obtained at position 72. The amino acid sequence was confirmed to be 8 isoleucine (ATT) and 3 valine (GTT). It was. Similarly, at position 679, 27 were obtained, and when the amino acid sequence was confirmed, the breakdown was 3 isoleucine (ATT) and 24 valines (GTG, GTT). Therefore, using a site-specific mutation, a mutant in which position 72 is valine and 679 is replaced with isoleucine (RSMP12), position 72 is isoleucine, position 679 is replaced with valine (RSMP13), and position 72 is valine. , A mutant (RSMP14) in which position 679 was substituted with valine was prepared.
[実施例5]変異体酵素の発現と酵素溶液の作製
実施例3および4で得られたマルトースホスホリラーゼ変異体 RSMP11−14を培養し、大腸菌による組換え酵素の調製を行った。培養は容量2Lの三角フラスコにLB培地(バクトペプトン1%、酵母エキス0.5%、塩化ナトリウム1%)0.5Lを入れて滅菌した後、アンピシリン溶液を終濃度で50μg/ml、クロラムフェニコール溶液を終濃度で35μg/mlになるように添加し、種培養液を1%になるように接種して、温度37℃、180rpmでOD600が0.5になるまで培養した。その後、IPTGを終濃度で1mMになるように添加し、さらに3時間培養を行った。培養終了後、培養液を5000g、10分間遠心分離を行い、菌体を得た。得られた大腸菌にBugBuster 20mlを添加し、室温で20分間撹拌した後に12000g、15分間遠心分離を行った。得られた粗抽出液をアフィニテイーカラム(TALON Resin、クロンテック社製)によるクロマトグラフィー(洗浄、5mMイミダゾール;溶出、150mMイミダゾール)を行った。マルトースホスホリラーゼ活性を示す画分を集め、50mM リン酸緩衝液、0.15M NaCl(pH7.0)で平衡化したHiPrep 26/10 Desalting カラム(GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社)に供してイミダゾールの除去を行い、さらに同様の緩衝液で平衡したゲル濾過クロマトグラフィー HiLoad 16/10 Superdex 200カラム(GEヘルスケアバイオサイエンス株式会社)に供し、マルトースホスホリラーゼを均一になるまでに精製し、酵素液を得た。
対照として、RSMP1を上記と同様に培養、精製を行った。
[Example 5] Expression of mutant enzyme and preparation of enzyme solution The maltose phosphorylase mutant RSMP11-14 obtained in Examples 3 and 4 was cultured, and a recombinant enzyme was prepared using Escherichia coli. The culture is sterilized by adding 0.5 L of LB medium (bactopeptone 1%, yeast extract 0.5%, sodium chloride 1%) to a 2 L Erlenmeyer flask, and then the ampicillin solution at a final concentration of 50 μg / ml, chloram. The phenicol solution was added to a final concentration of 35 μg / ml, the seed culture was inoculated to 1%, and cultured at a temperature of 37 ° C. and 180 rpm until OD600 was 0.5. Thereafter, IPTG was added to a final concentration of 1 mM, and further cultured for 3 hours. After completion of the culture, the culture solution was centrifuged at 5000 g for 10 minutes to obtain bacterial cells. 20 ml of BugBuster was added to the resulting Escherichia coli, and the mixture was stirred at room temperature for 20 minutes, followed by centrifugation at 12000 g for 15 minutes. The obtained crude extract was subjected to chromatography (washing, 5 mM imidazole; elution, 150 mM imidazole) using an affinity column (TALON Resin, manufactured by Clontech). Fractions showing maltose phosphorylase activity are collected and applied to a HiPrep 26/10 Desalting column (GE Healthcare Biosciences) equilibrated with 50 mM phosphate buffer and 0.15 M NaCl (pH 7.0) to remove imidazole. And subjected to gel filtration chromatography HiLoad 16/10 Superdex 200 column (GE Healthcare Bioscience Co., Ltd.) equilibrated with the same buffer, and maltose phosphorylase was purified to homogeneity to obtain an enzyme solution. .
As a control, RSMP1 was cultured and purified as described above.
[実施例6]酵素の半減期測定
実施例5の方法で得た本発明の酵素液を55℃の恒温槽に一定時間静置した後、氷上に静置し、酵素活性(残存活性)を測定した。酵素の半減期を表4とし、残存活性の時間経過を図1として示した。
[実施例7]耐熱性マルトースホスホリラーゼの性質
実施例5で得られた酵素液を用いて、耐熱性マルトースホスホリラーゼRSMP13の諸性質の検討を行った。
(1)最適pHおよびpH安定性
最適pHは、50mM リン酸−クエン酸緩衝液(pH4.0〜8.0)、50mM リン酸−硼酸緩衝液(pH8.0〜9.0)を用い、各pHにおける本酵素の活性測定を行った。結果は図2に示す通りであり、本酵素の最適pHは6.5〜7.5付近であった。
pH安定性は、50mM リン酸−クエン酸緩衝液(pH4.0〜8.0)、50mM リン酸−硼酸緩衝液(pH8.0〜9.0)において、50℃で15分間各々処理した後、本酵素の残存活性を測定して求めた。その結果は、図3に示す通りであり、本酵素はpH5.0〜8.5の範囲で安定であった。
(2)最適温度
50mM リン酸緩衝液(pH7.0)、15分間反応の条件下で、図4に示す通り、最適温度は50〜60℃近傍であった。
(3)温度安定性
酵素を20mM リン酸緩衝液(pH6.0)で、種々の温度で15、30分間処理してからその残存活性を常法により求めることにより測定した。15分経過時における58℃、60℃、65℃の残存活性はそれぞれ85.3%、62.5%、0%であり、30分間処理後の結果は図5に示す通り、58℃までは約80%の残存活性を有していた。
(4)失活
70℃、10分間処理で90%以上失活した。
(5)Km値
ラインウエーバー・バークのプロットによるKm値は、リン酸に対しては5.9mM、マルトースに対しては4.4mMであった。一方、対照として測定した野生株由来のマルトースホスホリラーゼRSMP1(対応する野生型マルトースホスホリラーゼ)のKm値は、リン酸に対しては16.7mM、マルトースに対しては5.7mMであった。これに関連してRSMP13と野生株由来のマルトースホスホリラーゼRSMP1におけるマルトース分解活性の時間経過をプロットしたものを図6とした。
[Example 7] Properties of thermostable maltose phosphorylase Using the enzyme solution obtained in Example 5, various properties of thermostable maltose phosphorylase RSMP13 were examined.
(1) Optimum pH and pH stability The optimal pH is 50 mM phosphate-citrate buffer (pH 4.0-8.0), 50 mM phosphate-borate buffer (pH 8.0-9.0). The activity of this enzyme at each pH was measured. The results are as shown in FIG. 2, and the optimum pH of this enzyme was around 6.5 to 7.5.
The pH stability was determined after treatment with 50 mM phosphate-citrate buffer (pH 4.0-8.0) and 50 mM phosphate-borate buffer (pH 8.0-9.0) at 50 ° C. for 15 minutes, respectively. This was determined by measuring the residual activity of the enzyme. The results are as shown in FIG. 3, and the enzyme was stable in the range of pH 5.0 to 8.5.
(2) Optimum temperature As shown in FIG. 4, the optimum temperature was around 50 to 60 ° C. under the reaction conditions of 50 mM phosphate buffer (pH 7.0) for 15 minutes.
(3) Temperature stability The enzyme was measured by treating the enzyme with 20 mM phosphate buffer (pH 6.0) at various temperatures for 15 to 30 minutes, and then determining the residual activity by a conventional method. The remaining activities at 58 ° C., 60 ° C., and 65 ° C. after 15 minutes were 85.3%, 62.5%, and 0%, respectively. The results after 30 minutes of treatment are as shown in FIG. It had about 80% residual activity.
(4) Deactivation 90% or more was deactivated by treatment at 70 ° C. for 10 minutes.
(5) K m value by the plot of K m value Lineweaver-Burk, relative to the phosphoric acid 5.9 mM for maltose was 4.4 mM. On the other hand, the K m value of maltose phosphorylase RSMP1 (corresponding wild-type maltose phosphorylase) derived from a wild strain measured as a control was 16.7 mM for phosphate and 5.7 mM for maltose. In this regard, FIG. 6 is a plot of the time course of maltose-degrading activity in RSMP13 and wild-type maltose phosphorylase RSMP1.
[実施例8]耐熱性マルトースホスホリラーゼを用いたβ−グルコース−1−リン酸の製造
50mM リン酸緩衝液(pH7.2)に結晶マルトースを10%(w/w)になるように溶解した1Lのマルトース溶液を60℃で30分間保持した後に、実施例5で得られた耐熱性マルトースホスホリラーゼ(111単位)を添加し、40時間反応を行った。1N塩酸でpH4.5に調整後に100℃で15分間保持することで反応を停止した。遠心分離により、不溶性画分を除いた上清液を20mM 酢酸緩衝液(pH4.5)で平衡化した400mlの弱塩基性陰イオン交換樹脂(アンバーライトIRA−68)に通液し、次いで樹脂の10倍量の同上緩衝液で洗浄し、中性糖を溶出させた。次いで、0.2M塩化ナトリウム水溶液で吸着画分を溶出し、当該画分を電気透析することで脱塩し、さらに濃縮、凍結乾燥することで、最終的に1.6gのβ−グルコース−1−リン酸を得た。
[Example 8] Production of β-glucose-1-phosphate using thermostable maltose phosphorylase 1 L of crystalline maltose dissolved in 50 mM phosphate buffer (pH 7.2) to a concentration of 10% (w / w) After maintaining the maltose solution at 60 ° C. for 30 minutes, the thermostable maltose phosphorylase (111 units) obtained in Example 5 was added and reacted for 40 hours. The reaction was stopped by maintaining at 100 ° C. for 15 minutes after adjusting to pH 4.5 with 1N hydrochloric acid. The supernatant liquid from which the insoluble fraction was removed by centrifugation was passed through 400 ml of a weakly basic anion exchange resin (Amberlite IRA-68) equilibrated with 20 mM acetate buffer (pH 4.5), and then the resin. Was washed with 10 times the amount of the same buffer as above to elute neutral sugars. Next, the adsorbed fraction is eluted with a 0.2 M sodium chloride aqueous solution, and the fraction is desalted by electrodialysis, further concentrated and freeze-dried, and finally 1.6 g of β-glucose-1 -Phosphoric acid was obtained.
[実施例9]耐熱性マルトースホスホリラーゼを用いたトレハロースの製造
10mlの10mMリン酸緩衝液(pH6.5)に溶解させた25%(w/w)のマルトース溶液に実施例5で得られたマルトースホスホリラーゼを基質重量1g当たり5単位、国際公開番号WO2005/00343号公報記載のトレハロースホスホリラーゼを基質重量1g当たり10単位添加し、55℃で48時間反応させた。反応終了後、100℃で5分間加熱して、酵素を失活させて得られる糖化溶液中のトレハロース含有量を測定した。その結果、糖化液固形物基質重量に対して65%のトレハロースが生成していた。
なお、トレハロースの定量は以下の方法で行った。
加熱失活させた糖化液に水を加え、約5%(w/w)とした後に、該糖化液0.5mlはグルコアミラーゼ(生化学工業製)70単位/ml 0.5mlを添加し、55℃、pH5.0で30分間反応させ、未反応のマルトースをグルコースに完全に分解させた。次に100℃で10分間加熱して、グルコアミラーゼを完全に失活させた後、生成するトレハロース含有量をHigh−performance Carbohydrateカラム(Waters製)を用いた高速液体クロマトグラフィーにより測定した。なお、測定には溶離液にアセトニトリル/水(75/25)、カラム温度40℃、検出には示差屈折計を使用した。
[Example 9] Production of trehalose using thermostable maltose phosphorylase Maltose obtained in Example 5 in a 25% (w / w) maltose solution dissolved in 10 ml of 10 mM phosphate buffer (pH 6.5) 5 units of phosphorylase per gram of substrate weight and 10 units of trehalose phosphorylase described in International Publication No. WO2005 / 00343 per 10 g of substrate weight were added and reacted at 55 ° C. for 48 hours. After completion of the reaction, the trehalose content in the saccharified solution obtained by inactivating the enzyme by heating at 100 ° C. for 5 minutes was measured. As a result, 65% trehalose was generated with respect to the weight of the saccharified solution solid substrate.
Trehalose was quantified by the following method.
After adding water to the heat-inactivated saccharified solution to make it about 5% (w / w), 0.5 ml of the saccharified solution was added glucoamylase (Seikagaku Corporation) 70 units / ml 0.5 ml, The mixture was reacted at 55 ° C. and pH 5.0 for 30 minutes to completely decompose unreacted maltose into glucose. Next, after heating at 100 ° C. for 10 minutes to completely deactivate glucoamylase, the content of trehalose produced was measured by high performance liquid chromatography using a High-performance Carbohydrate column (manufactured by Waters). For measurement, acetonitrile / water (75/25) was used as an eluent, column temperature was 40 ° C., and a differential refractometer was used for detection.
Claims (14)
(a)配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列において、72位のアスパラギンがイソロイシンまたはバリンに、および、679位のスレオニンがイソロイシンまたはバリンにそれぞれ置換された改変アミノ酸配列;
(b)前記改変アミノ酸配列において、前記72位および679位のアミノ酸の置換の他さらに1から数個のアミノ酸の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有するアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する;または、
(c)前記改変アミノ酸配列と90%以上の相同性を有する前記72位および679位のアミノ酸の置換を含むアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。 The maltose phosphorylase which has an amino acid sequence in any one of the following (a)-(c).
(A) a modified amino acid sequence in which asparagine at position 72 is replaced with isoleucine or valine and threonine at position 679 is replaced with isoleucine or valine in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) in the modified amino acid sequence, comprising the amino acid sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of one to several amino acids in addition to the substitution of the amino acids at positions 72 and 679, An amino acid sequence having maltose phosphorolysis activity having the properties [i] to [c],
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes; or
(C) a maltose phosphorolysis reaction comprising the amino acid sequence including substitution of the amino acids at positions 72 and 679 having 90% or more homology with the modified amino acid sequence, and having the following properties [a] to [c] An amino acid sequence having activity,
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes.
(a)配列表の配列番号1に記載のアミノ酸配列において、72位のアスパラギンがイソロイシンまたはバリンに、および、679位のスレオニンがイソロイシンまたはバリンにそれぞれ置換された改変アミノ酸配列;
(b)前記改変アミノ酸配列において、前記72位および679位のアミノ酸の置換の他さらに1から数個のアミノ酸の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有するアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する;または、
(c)前記改変アミノ酸配列と90%以上の相同性を有する前記72位および679位のアミノ酸の置換を含むアミノ酸配列からなり、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトース加リン酸分解反応活性を有するアミノ酸配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。 A polynucleotide encoding maltose phosphorylase comprising any one of the following amino acid sequences (a) to (c):
(A) a modified amino acid sequence in which asparagine at position 72 is replaced with isoleucine or valine and threonine at position 679 is replaced with isoleucine or valine in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing;
(B) in the modified amino acid sequence, comprising the amino acid sequence having deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of one to several amino acids in addition to the substitution of the amino acids at positions 72 and 679, An amino acid sequence having maltose phosphorolysis activity having the properties [i] to [c],
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes; or
(C) a maltose phosphorolysis reaction comprising the amino acid sequence including substitution of the amino acids at positions 72 and 679 having 90% or more homology with the modified amino acid sequence, and having the following properties [a] to [c] An amino acid sequence having activity,
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes.
(a)配列表の配列番号2〜5のいずれかに記載の塩基配列;
(b)配列表の配列番号2〜5のいずれかに記載の塩基配列において、214〜216塩基および2035〜2037塩基以外の箇所に1から数個の塩基の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有する塩基配列であって、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトースホスホリラーゼをコードする塩基配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する;または、
(c)配列番号2〜5のいずれかに記載の塩基配列において、塩基配列中の214〜216塩基および2035〜2037塩基以外の箇所に塩基の欠失、置換、逆位、付加および/または挿入を有する塩基配列であって、配列表の配列番号2〜5のいずれかに記載の塩基配列と90%以上の相同性を有し、下記[イ]〜[ハ]の性質のマルトースホスホリラーゼをコードする塩基配列、
[イ]最適温度が50〜60℃であり、
[ロ]pH6.0、30分間の加熱条件下では58℃まで安定であり、
[ハ]65℃、15分間の熱処理で90%以上失活する。 A polynucleotide comprising any one of the following base sequences (a) to (c):
(A) the base sequence according to any one of SEQ ID NOs: 2 to 5 in the sequence listing;
(B) deletion, substitution, inversion, addition of one to several bases at positions other than 214 to 216 bases and 2035 to 2037 bases in the base sequence described in any of SEQ ID NOs: 2 to 5 in the sequence listing And / or a base sequence having an insertion, the base sequence encoding maltose phosphorylase having the following properties [a] to [c]:
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes; or
(C) deletion, substitution, inversion, addition and / or insertion of a base other than 214 to 216 bases and 2035 to 2037 bases in the base sequence of any one of SEQ ID NOs: 2 to 5 a nucleotide sequence having a having a nucleotide sequence homology of 90% or more of any one of SEQ ID NO: 2-5 of the sequence Listing, the maltose phosphorylase properties under SL [i] - [c] Base sequence to encode,
[A] The optimum temperature is 50 to 60 ° C.
[B] Stable up to 58 ° C under heating conditions of pH 6.0 and 30 minutes,
[C] Deactivate 90% or more by heat treatment at 65 ° C. for 15 minutes.
(a)請求項9に記載の形質転換体の培養工程;
(b)該マルトースホスホリラーゼの生成・蓄積工程;および
(c)該マルトースホスホリラーゼの採取工程: The manufacturing method of the maltose phosphorylase of any one of Claims 1-5 which has the process of following (a)-(c).
(A) a step of culturing the transformant according to claim 9;
(B) production / accumulation step of the maltose phosphorylase; and (c) collection step of the maltose phosphorylase:
(a)触媒作用:トレハロース中のα−1,1−グルコピラノシド結合を可逆的に加リン酸分解し、グルコースおよびβ−グルコース−1−リン酸を生成する;
(b)最適pHおよび安定pH範囲:トレハロース合成反応の最適pHは5.8〜7.8であり、50℃、10分間の加熱条件下ではpH5.5〜9.5の範囲内で安定である;
(c)最適温度:トレハロース合成反応の最適温度は45〜60℃である;および
(d)温度安定性:pH7.0、15分間の加熱条件下では60℃まで安定であり、70℃で90%以上失活する。 The method for producing trehalose according to claim 13 , wherein the trehalose phosphorylase is a trehalose phosphorylase having the following properties (a) to (d):
(A) Catalytic action: reversibly phosphorolytically decomposes the α-1,1-glucopyranoside bond in trehalose to produce glucose and β-glucose-1-phosphate;
(B) Optimum pH and stable pH range: The optimum pH for the trehalose synthesis reaction is 5.8 to 7.8, and is stable within the range of pH 5.5 to 9.5 under heating conditions at 50 ° C. for 10 minutes. is there;
(C) Optimum temperature: The optimum temperature for the trehalose synthesis reaction is 45-60 ° C; and (d) Temperature stability: pH 7.0, stable to 60 ° C under heating conditions for 15 minutes, 90 ° C at 70 ° C. % Inactivated.
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