JP5534502B2 - Protein having laccase activity, polynucleotide encoding the protein, method for producing the protein, and method for obtaining the polynucleotide - Google Patents

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Description

本発明は、環境試料、特に木材堆肥より取得したラッカーゼ活性を有する新規なタンパク質、当該タンパク質をコードする新規なポリヌクレオチドであり、当該タンパク質を産生する方法、および、当該ポリヌクレオチドを簡便に取得する方法に関する。   The present invention is a novel protein having a laccase activity obtained from environmental samples, particularly wood compost, a novel polynucleotide encoding the protein, a method for producing the protein, and the polynucleotide is easily obtained. Regarding the method.

ラッカーゼ(ポリフェノールオキシダーゼ、ウルシオールオキシダーゼとも呼ばれる)はフェノールオキシダーゼの総称であり、微生物・菌類・植物などに広く存在し、酸素の存在下、フェノール性化合物を酸化する酵素である。ラッカーゼは、リグニン分解作用、ウルシオールやラッコール等のフェノール性化合物、p-フェニレンジアミン等の芳香族アミン、タンパク質等の酸化反応を触媒する。この触媒能力は種々の化学反応に応用可能である。例えば、毒性の強いフェノール性化合物や芳香族アミンを含む廃液の処理、パルプ製造処理等におけるリグニンの除去、バイオ電池、バイオセンサー、人工漆の製造、有機化合物の合成、有毒性化学物質の解毒、食品の苦渋味の除去、接着剤の製造、コンクリート混和剤の合成、紅茶の褐変処理、化粧品用メラニン製造、食品のゲル化剤、臨床検査試薬、漂白剤としての利用等、多くの産業分野への利用が期待されている。   Laccase (also called polyphenol oxidase or urushiol oxidase) is a general term for phenol oxidase, which is widely present in microorganisms, fungi, plants, and the like, and is an enzyme that oxidizes phenolic compounds in the presence of oxygen. Laccase catalyzes lignin decomposing action, phenolic compounds such as urushiol and raccol, aromatic amines such as p-phenylenediamine, and oxidation reactions of proteins. This catalytic capacity can be applied to various chemical reactions. For example, treatment of waste liquid containing highly toxic phenolic compounds and aromatic amines, removal of lignin in pulp production processing, bio battery, biosensor, artificial lacquer production, synthesis of organic compounds, detoxification of toxic chemicals, To many industrial fields such as removal of bitter and astringent taste of food, production of adhesives, synthesis of concrete admixture, browning treatment of black tea, production of melanin for cosmetics, food gelling agent, clinical laboratory reagent, bleaching agent, etc. Is expected to be used.

特許文献1には、糸状菌由来であって、複素環系化合物または芳香族アミンに強く作用する基質特異性を有するアルカリラッカーゼが記載してある。当該ラッカーゼにおいては、至適pHは約10、至適作用温度は50℃、分子量は約42,000〜43,000とされている。   Patent Document 1 describes an alkaline laccase having substrate specificity that is derived from filamentous fungi and acts strongly on heterocyclic compounds or aromatic amines. In the laccase, the optimum pH is about 10, the optimum working temperature is 50 ° C., and the molecular weight is about 42,000 to 43,000.

特許文献2には、放線菌由来であって、カテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン、ピロガロール、クレゾール、グアヤコール、p−フェニレンジアミン、p−トルイジン、L−チロシン、L−3,4−ジヒドロキシフェニルアラニン、L−アスコルビン酸を酸化する基質特異性を有するラッカーゼが記載してある。当該ラッカーゼにおいては、至適pHは約4.5、至適反応温度は約50℃、分子量は約73,000とされている。   Patent Document 2 includes actinomycetes, which are catechol, resorcinol, hydroquinone, pyrogallol, cresol, guaiacol, p-phenylenediamine, p-toluidine, L-tyrosine, L-3,4-dihydroxyphenylalanine, L-ascorbine. Laccases with substrate specificity to oxidize acids are described. In the laccase, the optimum pH is about 4.5, the optimum reaction temperature is about 50 ° C., and the molecular weight is about 73,000.

特許文献3には、不完全菌類由来であって、2,2’−アジノビス(3−エチルベンゾチアゾリン−6−スルホン酸)(ABTS)、グアヤコール、4−ヒドロキシインドール、2,6−ジメトキシフェノール、カテコール、ピロガロール、シリングアルダジンを基質とした酸化反応を触媒するラッカーゼが記載してある。当該ラッカーゼにおいては、至適pHは6.5〜7.5、至適反応温度は40〜45℃、分子量は70,000〜80,000とされている。   In Patent Document 3, 2,2′-azinobis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), guaiacol, 4-hydroxyindole, 2,6-dimethoxyphenol, which is derived from imperfect fungi, Laccases that catalyze an oxidation reaction using catechol, pyrogallol and shilling aldazine as substrates are described. In the laccase, the optimum pH is 6.5 to 7.5, the optimum reaction temperature is 40 to 45 ° C., and the molecular weight is 70,000 to 80,000.

特許文献4には、高度好熱菌サーマス属細菌に属する微生物由来であって、銅イオンの存在下、フェノール系化合物、複素環系化合物に強く作用する活性を有するラッカーゼが記載してある。当該ラッカーゼにおいては、至適pHは5.0、至適反応温度は92℃、分子量は53kDaとされている。   Patent Document 4 describes a laccase derived from a microorganism belonging to the highly thermophilic bacterium of the genus Thermus, and having an activity that acts strongly on phenolic compounds and heterocyclic compounds in the presence of copper ions. In the laccase, the optimum pH is 5.0, the optimum reaction temperature is 92 ° C., and the molecular weight is 53 kDa.

特開2004−208503号公報JP 2004-208503 A 特開2002−171968号公報JP 2002-171968 A 特開2004−41124号公報JP 2004-41124 A 特開2006−158252号公報JP 2006-158252 A

ラッカーゼおよびポリフェノールオキシダーゼは、一般に自然界に広く存在している。ラッカーゼの生産菌としては、上述した糸状菌(特許文献1)、放線菌(特許文献2)、不完全菌(特許文献3)が公知であるが、これらの菌は、培養時の生育速度が非常に遅く、概して大量培養が困難である。また、これらの菌由来のラッカーゼの生産性を向上させるためには、遺伝子操作や変異体の作製が必要となるが、生育速度が早い原核生物で発現させるのは困難である。そのため、これらの菌類から安定的かつ安価にラッカーゼを大量生産することは非常に困難であった。   Laccase and polyphenol oxidase are generally widespread in nature. As the laccase-producing bacteria, the above-mentioned filamentous fungi (Patent Document 1), actinomycetes (Patent Document 2), and incomplete bacteria (Patent Document 3) are known, but these fungi have a growth rate during culture. Very slow and generally difficult to mass culture. Moreover, in order to improve the productivity of these bacterium-derived laccases, genetic manipulation and production of mutants are required, but it is difficult to express them in prokaryotes having a high growth rate. Therefore, it has been very difficult to mass-produce laccase stably and inexpensively from these fungi.

上述した生産菌由来のラッカーゼを多岐に亘る産業分野で利用する場合、当該ラッカーゼは構造的に安定であることが望まれる。例えば特許文献1〜3のラッカーゼは至適反応温度が40〜50℃程度であり、熱安定性は低いと考えられる。そのため、廃液の処理やパルプ製造処理におけるリグニンの除去等の使用には不適な場合があった。
一方、高度好熱菌サーマス属細菌(特許文献4)が産生するラッカーゼは、至適反応温度が90℃程度であり、熱安定性は高いと考えられる。
When the laccase derived from the above-mentioned production bacteria is used in a wide variety of industrial fields, the laccase is desired to be structurally stable. For example, the laccases of Patent Documents 1 to 3 have an optimum reaction temperature of about 40 to 50 ° C. and are considered to have low thermal stability. For this reason, there are cases where it is unsuitable for use in the treatment of waste liquid or the removal of lignin in the pulp production process.
On the other hand, laccase produced by the highly thermophilic bacterium of the genus Thermus (Patent Document 4) has an optimum reaction temperature of about 90 ° C., and is considered to have high thermal stability.

熱安定性の高い酵素を取得するためには、主として温泉などの高温環境で微生物(好熱菌サーマス属細菌)が採取される。産業上利用の観点から、温泉のような限られた環境からだけでなく、様々な環境に生息する微生物からラッカーゼを取得できれば、ラッカーゼを簡便に大量生産することができると考えられる。   In order to obtain an enzyme with high heat stability, microorganisms (thermophilic Thermus spp.) Are collected mainly in a high temperature environment such as a hot spring. From the viewpoint of industrial use, if laccase can be obtained not only from a limited environment such as a hot spring, but also from microorganisms that inhabit various environments, laccase can be easily mass-produced.

従って、本発明の目的は、耐熱性および耐久性に優れた新規なラッカーゼ活性を有するタンパク質および当該タンパク質をコードするポリヌクレオチドを得ることを目的とする。また、当該タンパク質を産生する方法、および、当該ポリヌクレオチドを簡便に取得する方法を提供する。   Accordingly, an object of the present invention is to obtain a protein having a novel laccase activity excellent in heat resistance and durability and a polynucleotide encoding the protein. Moreover, the method of producing the said protein and the method of acquiring the said polynucleotide simply are provided.

土壌や河川などの環境には多種多様な微生物が生息している。従来の微生物のゲノム解析では、単一菌種の分離・培養過程を経てゲノムDNAを調製していた。一方、メタゲノミクスと呼ばれる新たな研究分野では、当該環境から採取した試料(環境試料)から直接に回収されたDNAを扱う。即ち、メタゲノミクスでは、単一菌種の分離・培養過程を経ずに、多種多様な微生物の集団からそれらのゲノム(メタゲノム)を一括して調製し、そのヘテロな状態となっているメタゲノムを大腸菌等の宿主に組み込んでスクリーニングを行う、或いは、メタゲノムのままシークエンシングする手法が用いられる(メタゲノム解析)。
地球上に棲息する細菌の99%以上は単独では培養できない菌種であると推察されている。メタゲノム解析により従来の方法では困難であった難培養菌のゲノム情報が入手可能となった。そのため、メタゲノム解析は環境中に埋没する膨大な数の未知の微生物、未知の遺伝子を解明する手法として期待されている。
A wide variety of microorganisms inhabit environments such as soil and rivers. In the conventional genome analysis of microorganisms, genomic DNA is prepared through the isolation and culture process of a single bacterial species. On the other hand, in a new research field called metagenomics, DNA directly collected from a sample collected from the environment (environmental sample) is handled. In other words, in metagenomics, the genome (metagenome) is prepared from a wide variety of microbial populations without going through the isolation and culture process of a single bacterial species, and the heterogenomic metagenome is prepared. Screening is performed by incorporating into a host such as E. coli, or sequencing using the metagenome is used (metagenome analysis).
It is estimated that 99% or more of the bacteria living on the earth are microbial species that cannot be cultivated alone. Metagenomic analysis has made it possible to obtain genome information on difficult-to-culture bacteria, which was difficult with conventional methods. Therefore, metagenome analysis is expected as a method to elucidate the huge number of unknown microorganisms and unknown genes buried in the environment.

本発明者らは、ラッカーゼ活性を有する新規なタンパク質、および、当該タンパク質をコードする新規なポリヌクレオチドの取得方法を提供すべく鋭意検討した結果、環境試料のうち、木材を成分として含有する堆肥試料を選択することにより、極めて効率よくラッカーゼ活性を有するタンパク質、および、当該タンパク質をコードするポリヌクレオチドを取得することができることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to provide a novel protein having laccase activity and a method for obtaining a novel polynucleotide encoding the protein, the present inventors have found that a compost sample containing wood as a component among environmental samples. As a result, it was found that a protein having laccase activity and a polynucleotide encoding the protein can be obtained very efficiently, and the present invention was completed.

即ち、上記目的を達成するため、以下の[1]〜[8]に示す発明を提供する。
[1]ラッカーゼ活性を有し、以下の何れかのアミノ酸配列を有するタンパク質。
(a)配列番号10に示すアミノ酸配列
(b)配列番号11に示すアミノ酸配
[2] ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードし、以下の何れかの塩基配列を有するポリヌクレオチド。
(a)配列番号8に示す塩基配列
(b)配列番号9に示す塩基配
[3] 上記[2]に記載のポリヌクレオチドのうち、少なくともコーディング領域を含む組換えベクター。
[4] 上記[3]に記載の組換えベクターを含む形質転換体。
[5] 前記組換えベクターを大腸菌に導入した上記[4]に記載の形質転換体。
[6] 上記[4]又は[5]に記載の形質転換体を利用してラッカーゼ活性を有するタンパク質を産生する方法。
[7] 次の性質を有する微生物由来のラッカーゼ活性を有するタンパク質。
(1)活性(基質特異性):2,2’−アジノビス(3−エチルベンゾチアゾリン−6−スルホン酸)(ABTS)、シリンガルダジン、グアイアコール、ジメトキシフェノールを酸化する
(2)至適反応温度80℃付近
(3)至適反応pH5付近
(4)温度安定性 pH5で400分間保持した場合に、60℃まで安定である
(5)分子量54.6〜55.3kDa(SDS−PAGE)
That is, in order to achieve the above object, the following inventions [1] to [8] are provided.
[1] A protein having laccase activity and having any of the following amino acid sequences.
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 10 (b) SEQ ID NO: 11 amino acid sequence [2] indicating encoding a protein having laccase activity, a polynucleotide having any of the following nucleotide sequences.
(A) the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 8 (b) nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 9 [3] of the polynucleotide according to [2], a recombinant vector comprising at least the coding region.
[4] A transformant comprising the recombinant vector according to [3] above.
[5] The transformant according to [4] above, wherein the recombinant vector is introduced into Escherichia coli.
[6] A method for producing a protein having laccase activity using the transformant according to [4] or [5].
[7] A protein having laccase activity derived from a microorganism having the following properties.
(1) Activity (substrate specificity): Oxidizes 2,2′-azinobis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), syringaldazin, guaiacol, dimethoxyphenol (2) Optimal reaction temperature Around 80 ° C. (3) Optimal reaction around pH 5 (4) Temperature stability When held at pH 5 for 400 minutes, it is stable up to 60 ° C. (5) Molecular weight 54.6-55.3 kDa (SDS-PAGE)

上記[1]〜[7]の構成によれば、ラッカーゼ活性を有する新規なタンパク質、および、当該タンパク質をコードする新規なポリヌクレオチドを得ることができる。これらは、特に特許文献4に記載のラッカーゼとのホモロジーが殆ど認められなかったため、従来公知の耐熱性を有するラッカーゼとは異なるものである。
また本発明のタンパク質およびポリヌクレオチドは、例えば大腸菌などの公知の宿主にクローニングすることで大量生産することができるため、工業的に有利なタンパク質およびポリヌクレオチドである。また、本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質は耐熱性および耐久性に優れているため、従来活用が困難であった分野においても利用することができる。
According to the configuration of the above [1] to [7], a novel protein having laccase activity and a novel polynucleotide encoding the protein can be obtained. These are different from the conventionally known heat-resistant laccases, especially since almost no homology with the laccase described in Patent Document 4 was observed.
The protein and polynucleotide of the present invention are industrially advantageous proteins and polynucleotides because they can be mass-produced by cloning into a known host such as Escherichia coli. Moreover, since the protein which has the laccase activity of this invention is excellent in heat resistance and durability, it can be utilized also in the field | area which was difficult to utilize conventionally.

[8] 環境試料である堆肥からメタゲノムDNAを抽出する工程、および、当該メタゲノムDNAからラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを増幅するPCR工程を有し、前記PCR工程において、配列番号12,13のプライマー対、配列番号14,15のプライマー対、配列番号16,17のプライマー対、および、配列番号18,19のプライマー対を用いてラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを増幅するラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの取得方法。
[9] 前記堆肥が、木材を成分として含有する木材堆肥である上記[8]に記載のラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの取得方法
[8] the step of extracting the metagenomic DNA from the compost is an environmental sample, and have a PCR process for amplifying a polynucleotide encoding a protein having laccase activity from the metagenomic DNA, in the PCR process, SEQ ID NO: 12, A laccase for amplifying a polynucleotide encoding a protein having laccase activity using 13 primer pairs, a primer pair of SEQ ID NOs: 14 and 15, a primer pair of SEQ ID NOs: 16 and 17, and a primer pair of SEQ ID NOs: 18 and 19 A method for obtaining a polynucleotide encoding a protein having activity.
[9] The method for obtaining a polynucleotide encoding a protein having laccase activity according to [8] above, wherein the compost is wood compost containing wood as a component .

上記[8]〜[9]の構成によれば、ラッカーゼ活性を有する新規なタンパク質、および、当該タンパク質をコードする新規なポリヌクレオチドは、由来となる微生物を特定するのではなく、発酵発熱によって高温となりうる環境試料である堆肥より取得した、所謂メタゲノムDNAから、直接スクリーニングすることによって効率よく簡便に取得できる。特に堆肥が木材堆肥であれば、その入手は容易であるため、本発明の方法は、工業的に有用な方法である。 According to the configuration of [8] to [9] above, the novel protein having laccase activity and the novel polynucleotide encoding the protein do not specify the microorganism from which they are derived, but are heated by fermentation fever. It can be obtained efficiently and simply by direct screening from so-called metagenomic DNA obtained from compost, which can be an environmental sample. In particular, if the compost is wood compost, its acquisition is easy, so the method of the present invention is an industrially useful method.

メタゲノムDNAを鋳型として配列番号1〜3のプライマーを使用して増幅したPCR産物のアガロースゲル電気泳動を示す写真である。It is a photograph which shows the agarose gel electrophoresis of the PCR product amplified using the metagenomic DNA as a template using the primer of sequence number 1-3. メタゲノムDNAを鋳型として配列番号12〜15のプライマーを使用して増幅したPCR産物のアガロースゲル電気泳動を示す写真である。It is a photograph which shows the agarose gel electrophoresis of the PCR product amplified using metagenomic DNA as a template using the primer of sequence number 12-15. mgLAC−1とLCS_Trichodesmiumとのアミノ酸配列を比較した図である。It is the figure which compared the amino acid sequence of mgLAC-1 and LCS_Trichodesmium. mgLAC−2とLCS_Sorangiumとのアミノ酸配列を比較した図である。It is the figure which compared the amino acid sequence of mgLAC-2 and LCS_Sorangium. mgLAC−1とTthLACとのアミノ酸配列を比較した図である。It is the figure which compared the amino acid sequence of mgLAC-1 and TthLAC. mgLAC−2とTthLACとのアミノ酸配列を比較した図である。It is the figure which compared the amino acid sequence of mgLAC-2 and TthLAC. 精製した発現タンパク質のアクリルアミドゲル電気泳動の結果を示した写真である。It is the photograph which showed the result of the acrylamide gel electrophoresis of the refined expression protein. 3種類のラッカーゼの温度依存性を比較した図である。It is the figure which compared the temperature dependence of three types of laccase. 3種類のラッカーゼのpH依存性を比較した図である。It is the figure which compared the pH dependence of three types of laccase. 2種類のラッカーゼ(mgLAC−1,mgLAC−2)の高温耐久性を比較した図である。It is the figure which compared the high temperature durability of two types of laccase (mgLAC-1, mgLAC-2). mgLac−1の部分配列を増幅するプライマーを用いて、5種類の環境試料から増幅したPCR産物の電気泳動解析の結果を示した写真である。It is the photograph which showed the result of the electrophoretic analysis of the PCR product amplified from five types of environmental samples using the primer which amplifies the partial arrangement | sequence of mgLac-1. mgLac−2の部分配列を増幅するプライマーを用いて、5種類の環境試料から増幅したPCR産物の電気泳動解析の結果を示した写真である。It is the photograph which showed the result of the electrophoretic analysis of the PCR product amplified from five types of environmental samples using the primer which amplifies the partial arrangement | sequence of mgLac-2.

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明は、ラッカーゼ活性を有する新規なタンパク質、および、当該タンパク質をコードする新規なポリヌクレオチドである。特に本発明では、土壌や堆肥などの環境から採取した環境試料から、直接、メタゲノムを調整してラッカーゼ活性を有するタンパク質および当該タンパク質をコードするポリヌクレオチドを取得する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The present invention is a novel protein having laccase activity and a novel polynucleotide encoding the protein. In particular, in the present invention, a protein having laccase activity and a polynucleotide encoding the protein are obtained by directly adjusting a metagenome from an environmental sample collected from an environment such as soil or compost.

本実施形態にいう「ラッカーゼ」とは、ラッカーゼ活性を有するタンパク質のことを指す。また、本実施形態にいう「ラッカーゼ遺伝子」とは、ラッカーゼをコードするポリヌクレオチド、ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、これらの少なくともひとつを含有するポリヌクレオチド、から選ばれる少なくともひとつを指すものである。   The “laccase” referred to in the present embodiment refers to a protein having laccase activity. In addition, the “laccase gene” in the present embodiment refers to at least one selected from a polynucleotide encoding laccase, a polynucleotide encoding a protein having laccase activity, and a polynucleotide containing at least one of these. It is.

また、本発明は、取得した新規なポリヌクレオチドを含む組換えベクター、当該組換えベクターを宿主に導入して得られる形質転換体、および、形質転換体を発現させてラッカーゼ活性を有するタンパク質を産生する方法を提供する。   The present invention also provides a recombinant vector containing the obtained novel polynucleotide, a transformant obtained by introducing the recombinant vector into a host, and a protein having laccase activity by expressing the transformant. Provide a way to do it.

(環境試料)
環境試料としては、土壌、堆肥(コンポスト)、河川などから採取した水等が例示される。本発明では、堆肥から採取した試料を環境試料として例示する。「堆肥」とは、植物系残渣を自然に堆積発酵させたものであり、有機物である植物系残渣を微生物によって分解した肥料のことである。本実施形態では、特に、植物系残渣として木材を成分として含有する堆肥(以下、木材堆肥と称する)及び堆肥作製途中の発酵中の試料から採取した試料を環境試料として示す。「木材を成分として含有する」とは、例えば木材を適切な大きさのフレーク状またはチップ状に刻んだ木材片(木材チップ)が堆肥の30〜50重量%程度含まれる状態をいうものとする。但し、木材チップの含有割合はこれに限られるものではない。木材堆肥において、木材チップ以外の成分は、家畜の糞尿などの有機物が例示されるが、これに限定されない。木材チップは、例えば間伐材・剪定材・抜根材・流木等を粉砕機によって粉砕して調製される。製材所から排出されたおが屑を用いてもよい。
(Environmental sample)
Examples of environmental samples include water collected from soil, compost, rivers, and the like. In the present invention, a sample collected from compost is exemplified as an environmental sample. “Compost” is a fertilizer obtained by naturally depositing and fermenting plant residues and fermenting them by microorganisms. In the present embodiment, in particular, a sample collected from a compost containing wood as a component as a plant-based residue (hereinafter referred to as “wood compost”) and a sample being fermented during compost production is shown as an environmental sample. “Containing wood as a component” refers to a state in which, for example, wood pieces (wood chips) obtained by chopping wood into flakes or chips of an appropriate size are included in an amount of about 30 to 50% by weight of compost. . However, the content ratio of the wood chip is not limited to this. In wood compost, examples of components other than wood chips include organic matter such as livestock manure, but are not limited thereto. The wood chip is prepared by pulverizing, for example, thinned wood, pruned wood, rooted wood, driftwood, etc. with a pulverizer. Sawdust discharged from the sawmill may be used.

例えば牧場の飼育場に敷き詰めた木材チップが木材堆肥として好ましく利用できる。牧場から採取した木材堆肥には、家畜の排泄物などに含まれる発酵菌が混入している。当該発酵菌は人為的に木材チップに混入させてもよい。発酵菌は、木材チップのセルロースその他の木質繊維やその他の含有炭化水素を発酵させて木材チップを堆肥化するものであり、例えば乳酸菌・放線菌・酢酸生成菌・酵母などが知られている。発酵には多種多様な微生物が関与すると考えられているため、発酵菌は上述した公知の微生物に特定されるものではなく、未知の微生物をも含む。木材堆肥は、発酵菌の発酵作用に伴う発酵発熱により、通常60〜80℃程度の高温となる。   For example, wood chips laid on a ranch farm can be preferably used as wood compost. Wood compost collected from the pasture is contaminated with fermentative bacteria contained in livestock excreta. The fermenting bacteria may be artificially mixed into the wood chip. Fermentative bacteria fertilize cellulose and other wood fibers of wood chips and other contained hydrocarbons to compost the wood chips. For example, lactic acid bacteria, actinomycetes, acetic acid-producing bacteria, and yeast are known. Since it is thought that a wide variety of microorganisms are involved in the fermentation, the fermenting bacteria are not limited to the above-mentioned known microorganisms but also include unknown microorganisms. Wood compost usually has a high temperature of about 60 to 80 ° C. due to fermentation heat generated by the fermentation action of the fermenting bacteria.

このように当該木材堆肥には、特に木材成分を酸化分解する微生物が多く生息すると推察される。即ち、環境試料としては、発酵発熱によって高温となりうる試料や、木材成分を酸化分解する微生物が多く生息する試料であれば、木材堆肥に限定されるものではない。例えば、落葉が堆積してできた腐葉土なども環境試料となりうる。   Thus, it is speculated that the wood compost has many microorganisms that oxidize and decompose wood components. That is, the environmental sample is not limited to wood compost as long as it can be a high temperature due to fermentation heat generation or a sample in which many microorganisms that oxidize and decompose wood components live. For example, humus made of accumulated fallen leaves can be an environmental sample.

(メタゲノムDNAの抽出)
環境試料である木材堆肥には、多種多様な微生物が混在している。メタゲノミクスでは、単一菌種の分離・培養過程を経ずに、多種多様な微生物を含むサンプルを一括して扱うことで、目的の遺伝資源(ラッカーゼ)にアプローチする。そのアプローチに際して、まず木材堆肥からメタゲノムDNAを精製する(メタゲノムDNA抽出工程)。
(Extraction of metagenomic DNA)
Wood compost, an environmental sample, contains a wide variety of microorganisms. Metagenomics approaches the target genetic resources (laccases) by handling samples containing a wide variety of microorganisms without going through the isolation and culture process of a single bacterial species. In the approach, first, metagenomic DNA is purified from wood compost (metagenomic DNA extraction step).

環境試料中の遺伝子を解析するに当たっては、木材堆肥から純度の高いDNAを十分量回収することが必要不可欠である。メタゲノムDNAの抽出は、界面活性剤や有機溶媒を用いる公知のDNA抽出方法を使用することができる。尚、環境試料から抽出した抽出物には、腐植酸等のPCR反応阻害物質が含まれる場合がある。そのため、後に行なうPCR反応を阻害する物質を排除できるような抽出系にするとよい。   In analyzing genes in environmental samples, it is indispensable to recover a sufficient amount of highly pure DNA from wood compost. For the extraction of metagenomic DNA, a known DNA extraction method using a surfactant or an organic solvent can be used. In addition, the extract extracted from the environmental sample may contain a PCR reaction inhibitor such as humic acid. For this reason, an extraction system that can exclude substances that inhibit the subsequent PCR reaction should be used.

(ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの取得)
メタゲノムDNAから目的とするポリヌクレオチド配列を増幅するため、例えば、既知のラッカーゼ遺伝子の塩基配列に特異的な塩基配列あるいはアミノ酸配列に基づいてプライマー対を設計する。配列情報は、DDBJ、EMBL、NCBI、GenBank等の公知の核酸配列データベース、及びタンパク質(アミノ酸)配列データベースを利用して入手できる。
(Acquisition of a polynucleotide encoding a protein having laccase activity)
In order to amplify a target polynucleotide sequence from metagenomic DNA, for example, a primer pair is designed based on a base sequence or amino acid sequence specific to a known laccase gene base sequence. Sequence information can be obtained using known nucleic acid sequence databases such as DDBJ, EMBL, NCBI, and GenBank, and protein (amino acid) sequence databases.

「プライマー」は、例えばPCRなどの核酸増幅法などにおける酵素的重合の開始のための決められた条件下で、1本鎖の核酸又は核酸断片とハイブリダイズし、重合酵素であるポリメラーゼによる塩基伸長反応を誘導し得る数塩基〜数十塩基のオリゴヌクレオチドである。プライマーは、所望の領域を増幅するように、例えばプライマー設計支援ソフト等を利用して、所望の増幅領域を挟んで設計される。プライマーの塩基数は、標的核酸を特異的に認識するために十分に長くなければならないが、長すぎると逆に非特異的反応を誘発するので好ましくない。したがって、適当な長さはGC含量等の標的核酸の配列情報、並びに、反応温度、反応液中の塩濃度等のハイブリダイゼーション反応条件など多くの因子に依存して決定されるが、好ましくは、は約10〜50の塩基からなるオリゴヌクレオチドが例示される。プライマーは、化学合成等の手法により合成する。当該化学合成は、公知のDNA合成手法により行なうことができる。   A “primer” is a base extension by a polymerase that is a polymerization enzyme that hybridizes with a single-stranded nucleic acid or nucleic acid fragment under a predetermined condition for initiation of enzymatic polymerization in a nucleic acid amplification method such as PCR. It is an oligonucleotide of several bases to several tens of bases that can induce a reaction. The primer is designed so as to amplify the desired region, for example, using primer design support software or the like, with the desired amplification region interposed therebetween. The number of bases of the primer must be long enough to specifically recognize the target nucleic acid. However, if the length is too long, a nonspecific reaction is induced, which is not preferable. Accordingly, an appropriate length is determined depending on many factors such as target nucleic acid sequence information such as GC content, and hybridization reaction conditions such as reaction temperature and salt concentration in the reaction solution. Is exemplified by oligonucleotides consisting of about 10 to 50 bases. The primer is synthesized by a technique such as chemical synthesis. The chemical synthesis can be performed by a known DNA synthesis method.

抽出したメタゲノムDNAを鋳型とし、設計したプライマー対を用いてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法を行うことで、既知ラッカーゼ遺伝子(ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチド)、および、当該遺伝子(ポリヌクレオチド)に相同性の高いDNA断片を得ることができる(PCR工程)。   By using the extracted metagenomic DNA as a template and performing the polymerase chain reaction (PCR) method using the designed primer pair, a known laccase gene (polynucleotide encoding a protein having laccase activity) and the gene (polynucleotide) ) Can be obtained (PCR step).

核酸増幅の条件(変性温度、アニール温度およびアニール時間、サイクル数、伸延温度および伸延時間)は、設計したプライマーの長さやGC含有量等によって適宜決定する。PCRに使用するポリメラーゼは、Taqポリメラ−ゼのようなDNA依存型DNAポリメラ−ゼ等、公知の重合酵素を使用すればよい。   Nucleic acid amplification conditions (denaturation temperature, annealing temperature and annealing time, cycle number, extension temperature and extension time) are appropriately determined depending on the designed primer length, GC content, and the like. As a polymerase used for PCR, a known polymerizing enzyme such as a DNA-dependent DNA polymerase such as Taq polymerase may be used.

上述したPCR法によって得られたPCR増幅産物を確認するため、PCR反応液を採取して電気泳動を行う。当該電気泳動では、適切な緩衝液およびゲルを使用して行なうとよい。電気泳動時間・電圧は適宜設定する。電気泳動の後、所定濃度のエチジウムブロマイド等の染色剤によりPCR増幅産物を所定時間染色して紫外線の照射等によって可視化することでPCR増幅産物を検出する。既知ラッカーゼ遺伝子の塩基長は既知であるため、検出されたPCR増幅産物のサイズを検討することで、当該PCR増幅産物が既知ラッカーゼ遺伝子のホモログであるか否かを推定することができる。   In order to confirm the PCR amplification product obtained by the PCR method described above, a PCR reaction solution is collected and subjected to electrophoresis. The electrophoresis may be performed using an appropriate buffer and gel. The electrophoresis time and voltage are set appropriately. After the electrophoresis, the PCR amplification product is detected by staining the PCR amplification product with a staining agent such as ethidium bromide at a predetermined concentration for a predetermined time and visualizing it by ultraviolet irradiation or the like. Since the base length of the known laccase gene is known, it is possible to estimate whether the PCR amplification product is a homolog of the known laccase gene by examining the size of the detected PCR amplification product.

目的のPCR増幅産物を精製してpUC118等の公知の適当なベクターにクローニングし、公知の手法によって当該PCR増幅産物の塩基配列を決定する。クローニングは公知のクローニング技術を用いるとよい。塩基配列は、マキサム・ギルバート法やジデオキシ法などの公知のシークエンス技術を用いて決定することができる。   The target PCR amplification product is purified and cloned into a known appropriate vector such as pUC118, and the base sequence of the PCR amplification product is determined by a known method. For cloning, a known cloning technique may be used. The base sequence can be determined using a known sequence technique such as Maxam-Gilbert method or dideoxy method.

(ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの完全長断片の取得および増幅)
環境試料から特定遺伝子を取得する際には、一部の塩基配列が解読されたポリヌクレオチド配列の周辺領域の未知の塩基配列についても配列情報が必要である。そのために、当該ポリヌクレオチドにおける解読された配列領域から、当該領域に隣接する塩基配列が未知のポリヌクレオチド配列領域の方向に伸長するように設計されたプライマーを用い、PCRによって当該未知のポリヌクレオチド配列を増幅して完全長のラッカーゼ遺伝子を取得する。
当該プライマーは、塩基配列が解読されたポリヌクレオチド配列において、例えば末端付近の配列に基づいて設計する。抽出したメタゲノムDNAを鋳型とし、前記プライマーを用いてPCRによる増幅後に標的DNA配列のバンドを確認し、既述した要領で適当なベクターにクローニングした後、塩基配列を決定する。
(Acquisition and amplification of a full-length fragment of a polynucleotide encoding a protein having laccase activity)
When acquiring a specific gene from an environmental sample, sequence information is also required for an unknown base sequence in the peripheral region of a polynucleotide sequence in which a part of the base sequence is decoded. Therefore, using the primer designed so that the base sequence adjacent to the region extends in the direction of the unknown polynucleotide sequence region from the decoded sequence region in the polynucleotide, the unknown polynucleotide sequence is obtained by PCR. To obtain the full-length laccase gene.
The primer is designed based on, for example, a sequence near the end in the polynucleotide sequence whose base sequence has been decoded. Using the extracted metagenomic DNA as a template, the band of the target DNA sequence is confirmed after amplification by PCR using the above primers, and after cloning into an appropriate vector as described above, the base sequence is determined.

決定された塩基配列情報を基に、ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの完全長断片を増幅するための特異的プライマーを設計する。抽出したメタゲノムDNAを鋳型として、前記プライマーを用いてPCRによる増幅を行なうことにより、当該完全長断片の増幅をすることができる。   Based on the determined nucleotide sequence information, a specific primer for amplifying a full-length fragment of a polynucleotide encoding a protein having laccase activity is designed. By performing amplification by PCR using the extracted metagenomic DNA as a template and the above primers, the full-length fragment can be amplified.

(組換えベクターおよび形質転換体)
得られた完全長断片は発現ベクターに組み込み、得られた組換えベクターを適切な宿主細胞に導入して形質転換体を得る。当該形質転換体を培養すれば、当該形質転換体にラッカーゼを産生させることができる。
(Recombinant vector and transformant)
The obtained full-length fragment is incorporated into an expression vector, and the resulting recombinant vector is introduced into an appropriate host cell to obtain a transformant. If the transformant is cultured, the transformant can produce laccase.

発現ベクターとしては、外来DNAを組み込め、かつ宿主細胞中で自律的に複製可能なものであれば特に制限はない。本発明であれば、任意の宿主細胞中で本発明のラッカーゼをコードする遺伝子を発現し、ラッカーゼを産生できるものとする。例えば、例えば、プラスミドベクター(pET系、pUC系、及びpBR系等)、ファージベクター(λgt10、λgt11、及びλZAP等)、コスミドベクター、ウイルスベクター(ワクシニアウイルス、及びバキュロウイルス等)等を挙げることができる。
発現ベクターは、本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドがその機能を発現できるように組み込まれる。この時、発現ベクターには、核酸分子の機能発現に必要な他の公知の塩基配列が含まれていてもよく、ここでいう他の公知の塩基配列は特に限定されない。
宿主細胞として特に大腸菌を用いる場合、一般に発現ベクターは少なくともプロモーター−オペレーター領域、開始コドン、本発明のポリペプチドをコードするDNA、終止コドン、ターミネーター領域および複製可能単位から構成され得る。具体的には、宿主が大腸菌の場合、好適にはTrpプロモーター、lacプロモーター、recAプロモーター、λPLプロモーター、lppプロモーター、tacプロモーター、T7プロモーターなどを含むものが例示される。ターミネーター領域および複製可能単位については公知のものを用いることができる。
The expression vector is not particularly limited as long as it can incorporate foreign DNA and can replicate autonomously in a host cell. According to the present invention, a gene encoding the laccase of the present invention can be expressed in any host cell to produce laccase. For example, plasmid vectors (pET system, pUC system, pBR system, etc.), phage vectors (λgt10, λgt11, λZAP, etc.), cosmid vectors, virus vectors (vaccinia virus, baculovirus, etc.) and the like can be mentioned. it can.
The expression vector is incorporated so that the polynucleotide encoding the protein having the laccase activity of the present invention can express its function. At this time, the expression vector may contain other known base sequences necessary for the functional expression of the nucleic acid molecule, and the other known base sequences here are not particularly limited.
In particular, when E. coli is used as a host cell, in general, an expression vector can be composed of at least a promoter-operator region, a start codon, DNA encoding the polypeptide of the present invention, a stop codon, a terminator region, and a replicable unit. Specifically, when the host is Escherichia coli, it preferably comprises Trp promoter, lac promoter, recA promoter, .lambda.P L promoter, lpp promoter, tac promoter, is intended to include the T7 promoter and the like are exemplified. Known terminator regions and replicable units can be used.

発現ベクターへの核酸分子等の挿入は、例えば、適当な制限酵素でラッカーゼをコードするポリヌクレオチドを切断し、発現ベクターの制限酵素部位に挿入して連結する方法などを用いることができるが、これに限定されない。連結に際しては、DNAリガーゼを用いる方法等、公知の方法を利用できる。   For example, a nucleic acid molecule or the like can be inserted into an expression vector by, for example, cleaving a polynucleotide encoding laccase with an appropriate restriction enzyme and inserting and ligating it into a restriction enzyme site of the expression vector. It is not limited to. For ligation, a known method such as a method using DNA ligase can be used.

形質転換体の作製に用いられる宿主細胞としては、発現ベクターに適合し、形質転換されうるものであれば特に限定されず、ラッカーゼを効率的に発現できる細胞であればよい。原核生物を好適に利用でき、特には大腸菌を利用することができる。その他、枯草菌、バシラス属細菌、シュードモナス属細菌等をも利用できる。大腸菌としては、例えば、E.coli DH5α、E.coli BL21、E.coli JM109等を利用できる。更に、原核生物に限定されず真核生物細胞を利用することが可能である。例えば、Saccharomyces cerevisiae等の酵母、Sf9細胞等の昆虫細胞、CHO細胞、COS−7細胞等の動物細胞等を利用することも可能である。   The host cell used for the production of the transformant is not particularly limited as long as it is compatible with the expression vector and can be transformed, and any cell that can efficiently express laccase may be used. Prokaryotes can be preferably used, and in particular, E. coli can be used. In addition, Bacillus subtilis, Bacillus bacteria, Pseudomonas bacteria, and the like can also be used. As E. coli, for example, E. coli DH5α, E. coli BL21, E. coli JM109 and the like can be used. Furthermore, eukaryotic cells can be used without being limited to prokaryotes. For example, yeasts such as Saccharomyces cerevisiae, insect cells such as Sf9 cells, animal cells such as CHO cells, COS-7 cells, and the like can be used.

本発明の形質転換体は、上述の発現ベクターを宿主細胞に導入することにより調製することができる。形質転換は、カルシウム処理によるコンピテントセル法・エレクトロポーレーション法・リン酸カルシウム沈殿法・リポソーム法・マイクロインジェクション法などの公知の手法によって行なうことができる。   The transformant of the present invention can be prepared by introducing the above expression vector into a host cell. Transformation can be performed by a known technique such as a competent cell method by calcium treatment, an electroporation method, a calcium phosphate precipitation method, a liposome method, or a microinjection method.

(ラッカーゼ活性を有するタンパク質の産生)
本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質は、上記の如く調製される発現ベクターを含む形質転換体をポリペプトン−酵母エキス培地などの公知の栄養培地で培養することによって産生することができる。
(Production of protein with laccase activity)
The protein having the laccase activity of the present invention can be produced by culturing a transformant containing the expression vector prepared as described above in a known nutrient medium such as a polypeptone-yeast extract medium.

使用される培地は、宿主細胞(形質転換体)の生育に必要な炭素源、無機窒素源もしくは有機窒素源を含んでいることが好ましい。炭素源としては、例えばグルコース・デキストラン・可溶性デンプン・ショ糖等が、無機窒素源もしくは有機窒素源としては、例えばアンモニウム塩類・硝酸塩類・アミノ酸・コーンスチープリカー・ペプトン・カゼイン等が例示される。また所望により他の栄養素、例えば、無機塩(例えば塩化カルシウム・リン酸二水素ナトリウム・塩化マグネシウム)、ビタミン類、抗生物質(例えばテトラサイクリン・ネオマイシン・アンピシリン・カナマイシン等)等を含んでいてもよい。培養形態についても特に制限はないが、大量培養の観点から液体培地が好適に利用できる。
宿主細胞が大腸菌の場合、LB培地・M9培地などが好ましい培地である。
The medium to be used preferably contains a carbon source, an inorganic nitrogen source or an organic nitrogen source necessary for the growth of the host cell (transformant). Examples of the carbon source include glucose, dextran, soluble starch, and sucrose, and examples of the inorganic nitrogen source or organic nitrogen source include ammonium salts, nitrates, amino acids, corn steep liquor, peptone, and casein. If desired, other nutrients such as inorganic salts (for example, calcium chloride / sodium dihydrogen phosphate / magnesium chloride), vitamins, antibiotics (for example, tetracycline, neomycin, ampicillin, kanamycin, etc.) may be contained. Although there is no restriction | limiting in particular also about a culture form, A liquid medium can be utilized suitably from a viewpoint of mass culture.
When the host cell is Escherichia coli, LB medium, M9 medium and the like are preferable media.

培養物の培地中に存在するラッカーゼは、培養物を遠心または濾過して培養上清(濾液)を得、当該培養上清から、例えば塩析・溶媒沈澱・透析・限外濾過・ゲル濾過・非変性PAGE・SDS−PAGE・各種クロマトグラフィー(例えばゲル濾過クロマトグラフィー・イオン交換クロマトグラフィー・ヒドロキシルアパタイト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・逆相高速液体クロマトグラフィーなど)・等電点電気泳動などの公知の分離方法を適当に選択して行うことにより得ることができる。特に、収率の観点からは、イオン交換クロマトグラフィーを用いることが好ましい。   The laccase present in the culture medium is obtained by centrifuging or filtering the culture to obtain a culture supernatant (filtrate), from which, for example, salting out, solvent precipitation, dialysis, ultrafiltration, gel filtration, Non-denaturing PAGE, SDS-PAGE, various chromatography (eg, gel filtration chromatography, ion exchange chromatography, hydroxylapatite chromatography, affinity chromatography, reversed phase high performance liquid chromatography, etc.), known isoelectric focusing, etc. It can be obtained by appropriately selecting a separation method. In particular, from the viewpoint of yield, it is preferable to use ion exchange chromatography.

細胞質に存在するラッカーゼは、培養物を遠心または濾過して細胞を集め、これを適当な緩衝液に懸濁し、例えば超音波処理・リゾチーム処理・凍結融解・浸透圧ショックおよび界面活性剤処理等により、細胞およびオルガネラ膜を破砕(溶解)した後、遠心分離や濾過等により可溶性画分を得、当該可溶性画分を、上記と同様の方法で処理することにより単離および/または精製することができる。上記可溶性画分の他、不溶画分から精製してもよい。   Laccase present in the cytoplasm is collected by centrifuging or filtering the culture, collecting the cells, suspending them in an appropriate buffer solution, for example, sonication, lysozyme treatment, freeze-thawing, osmotic shock, and surfactant treatment. After disrupting (dissolving) cells and organelle membranes, a soluble fraction can be obtained by centrifugation, filtration, etc., and the soluble fraction can be isolated and / or purified by treating in the same manner as described above. it can. You may refine | purify from an insoluble fraction other than the said soluble fraction.

例えばヒスチジンタグ(His−tag)やFlagタグ(FLAG−tag)などのタグを付加したラッカーゼを形質転換体に産生させるようにすれば、当該タグに親和性を有する物質(例えばNi2+レジン、タグに特異的な抗体)を用いることにより、簡便に形質転換体が産生したラッカーゼを単離・精製することができる。即ち、当該タグは、例えばヒスチジンをコードするオリゴヌクレオチドをラッカーゼ遺伝子のC末端側に結合させた状態で、発現ベクターにクローニングし、適当な宿主を形質転換する。形質転換体を培養することによって産生されたタンパク質は、ラッカーゼとヒスチジンとを有する融合タンパク質となっている。そのため、当該融合タンパク質は、上記タグを利用したアフィニティクロマトグラフィーにより、精製することができる。 For example, if a laccase to which a tag such as a histidine tag (His-tag) or a Flag tag (FLAG-tag) is added is produced in a transformant, a substance having an affinity for the tag (for example, Ni 2+ resin, tag Can be used to easily isolate and purify laccase produced by the transformant. That is, for example, the tag is cloned into an expression vector with an oligonucleotide encoding histidine linked to the C-terminal side of the laccase gene, and an appropriate host is transformed. The protein produced by culturing the transformant is a fusion protein having laccase and histidine. Therefore, the fusion protein can be purified by affinity chromatography using the tag.

精製して得られたラッカーゼの活性は、酵素溶液と基質溶液とを混合し、反応の進行に伴って基質の酸化により生成する生成物の量を特定の吸光度で測定する比色法や、反応の進行に伴って酵素が単位時間あたりに消費する酸素の量を酸素電極により測定する酸素電極法などによって測定することができる。   The activity of the laccase obtained by purification is based on the colorimetric method in which the enzyme solution and the substrate solution are mixed, and the amount of the product produced by the oxidation of the substrate as the reaction proceeds is measured at a specific absorbance. The amount of oxygen consumed by the enzyme per unit time with the progress of this can be measured by an oxygen electrode method or the like that measures with an oxygen electrode.

(本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質および当該タンパク質をコードするポリヌクレオチド)
本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質は、配列番号10および配列番号11に示すアミノ酸配列が好適に例示されるが、特定のアミノ酸配列で限定されるものではなく、当該タンパク質と類似の構造を有し、かつ、機能的に同等なタンパク質をも含む。したがって、自然界に存在するラッカーゼの他、人為的な変異誘発、又は遺伝子組換えにより改変されたタンパク質をも含むことが意図される。例えば、上記した天然由来のラッカーゼ活性を有するアミノ酸配列において、1又は複数のアミノ酸の欠失、置換、挿入および付加から選択される1以上の改変が生じたアミノ酸配列を有し、かつ上記したラッカーゼと生物学的機能が同等である改変体が包含し得る
(Protein having laccase activity of the present invention and polynucleotide encoding the protein)
The protein having laccase activity of the present invention is preferably exemplified by the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 10 and SEQ ID NO: 11, but is not limited to a specific amino acid sequence, and has a structure similar to the protein. And functionally equivalent proteins. Accordingly, it is intended to include proteins modified by artificial mutagenesis or genetic recombination in addition to naturally occurring laccase. For example, the above-mentioned laccase has an amino acid sequence in which one or more alterations selected from deletion, substitution, insertion and addition of one or more amino acids have occurred in the amino acid sequence having the naturally-occurring laccase activity. And variants with similar biological functions may be included .

当業者は、アミノ酸配列の改変に際して本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質のその酵素活性を保持する改変を容易に予測することができる。具体的には、例えばアミノ酸置換の場合には、タンパク質構造保持の観点から極性、電荷、親水性、若しくは疎水性等の点で置換前のアミノ酸と類似した性質を有するアミノ酸に置換することができる。このような置換は保守的置換として当業者には周知である。具体例を挙げると、例えば、アラニン・バリン・ロイシン・イソロイシン・プロリン・メチオニン・フェニルアラニン・トリプトファンは、共に非極性アミノ酸に分類されるため互いに似た性質を有する。また、非荷電性アミノ酸としては、グリシン・セリン・スレオニン・システイン・チロシン・アスパラギン・グルタミンが挙げられる。また、酸性アミノ酸としては、アスパラギン酸およびグルタミン酸が挙げられる。また、塩基性アミノ酸としては、リジン・アルギニン・ヒスチジンが挙げられる。これらの各グループ内のアミノ酸置換は、タンパク質の機能が維持されるとして許容される。また、その後の精製、固相への固定化等の便宜のため、アミノ酸配列のN、又はC末端にHis−tag、FLAG−tag等を付加したものも好適に例示される。このようなtagペプチドの導入は常法により行なうことができる。また、酵素活性の消失を引き起こさない範囲内で、C末端側若しくはN末端側のアミノ酸残基を切断した切断型でもよい。更に、グルコシル化等の化学修飾を付加してもよい。   A person skilled in the art can easily predict a modification that retains the enzymatic activity of the protein having the laccase activity of the present invention upon modification of the amino acid sequence. Specifically, for example, in the case of amino acid substitution, an amino acid having properties similar to the amino acid before substitution in terms of polarity, charge, hydrophilicity, hydrophobicity, etc. can be substituted from the viewpoint of maintaining the protein structure. . Such substitutions are well known to those skilled in the art as conservative substitutions. For example, alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, methionine, phenylalanine, and tryptophan are classified as nonpolar amino acids and have similar properties to each other. Examples of uncharged amino acids include glycine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, asparagine, and glutamine. Examples of acidic amino acids include aspartic acid and glutamic acid. Examples of basic amino acids include lysine, arginine, and histidine. Amino acid substitutions within each of these groups are permissible as protein function is maintained. In addition, for convenience such as subsequent purification and immobilization on a solid phase, those having His-tag, FLAG-tag, etc. added to the N- or C-terminus of the amino acid sequence are also preferably exemplified. Such a tag peptide can be introduced by a conventional method. Moreover, the cut | disconnected type which cut | disconnected the amino acid residue of the C terminal side or the N terminal side may be sufficient as long as the loss | disappearance of an enzyme activity is not caused. Furthermore, chemical modification such as glucosylation may be added.

このような改変体は自然又は人工の突然変異により生じた突然変異体の中から当該活性を有するタンパク質をスクリーニングすることにより取得できる。或いは、ラッカーゼをコードするポリヌクレオチドに対して改変を施すことによっても取得できる。
また、このようにして得られた改変体については、上述した手法によりラッカーゼ活性の有無を確認するとよい。
Such a variant can be obtained by screening a protein having the activity from mutants generated by natural or artificial mutation. Alternatively, it can also be obtained by modifying a polynucleotide encoding laccase.
Moreover, about the modified body obtained in this way, it is good to confirm the presence or absence of laccase activity by the method mentioned above.

本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質は、基質として、2,2’−アジノビス(3−エチルベンゾチアゾリン−6−スルホン酸)(ABTS)、シリンガルダジン、グアイアコール、ジメトキシフェノールを酸化する活性を有する。
また、至適反応温度80℃付近、至適反応pH5付近である。温度安定性は、pH5で400分間保持した場合に、60℃まで80%失活レベルに達しないため、安定した酵素活性を維持する。SDS−PAGEによって測定された分子量は、55.3〜54.6kDaである。
The protein having laccase activity of the present invention has an activity to oxidize 2,2′-azinobis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), syringaldazine, guaiacol, and dimethoxyphenol as a substrate.
The optimum reaction temperature is around 80 ° C. and the optimum reaction pH is around 5. The temperature stability does not reach the 80% inactivation level up to 60 ° C. when held at pH 5 for 400 minutes, thus maintaining stable enzyme activity. The molecular weight measured by SDS-PAGE is 55.3-54.6 kDa.

本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドは、配列番号8および配列番号9に示す塩基配列が好適に例示されるが、特定の塩基配列で限定されるものではなく、ラッカーゼの活性を保持したタンパク質をコードする限り、ラッカーゼをコードする塩基配列からなるポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドを含むものと解される。
そして、ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列からなるポリヌクレオチドの塩基配列において、1又は複数の塩基の欠失、置換、挿入および付加から選択される1以上の改変が生じた塩基配列も含まれる。したがって、配列番号8および配列番号9の塩基配列の3'、又は5'末端にHis−Tag配列をコードする塩基配列が付加したものも好適に例示される。
上述した本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列からなるポリヌクレオチドは、当該塩基配列に相補的な塩基配列も本発明の範囲に含まれると解する。
The polynucleotide encoding the protein having laccase activity of the present invention is preferably exemplified by the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9, but is not limited to a specific nucleotide sequence, and the laccase activity is not limited. As long as it encodes the retained protein, it is understood to include a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions with a polynucleotide comprising a nucleotide sequence encoding laccase.
Also included are base sequences in which one or more modifications selected from deletion, substitution, insertion and addition of one or more bases have occurred in the base sequence of a polynucleotide comprising a base sequence encoding a protein having laccase activity It is. Accordingly, preferred examples include those in which a base sequence encoding a His-Tag sequence is added to the 3 ′ or 5 ′ end of the base sequences of SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9.
It is understood that the above-mentioned polynucleotide comprising a base sequence encoding a protein having laccase activity also includes a base sequence complementary to the base sequence within the scope of the present invention.

「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。ストリンジェンシーは、ハイブリダイゼーション反応や洗浄の際の塩濃度および温度等を適宜変化させることにより調節することができる。
ハイブリダイゼーションの条件は、例えば6×SSC、0.5%SDSおよび30〜5
0%(好ましくは50%)ホルムアミドの溶液中で37〜50℃(好ましくは42℃)にて16〜20時間加温することが例示される。洗浄条件としては、0.1×SSC、0.5%SDSの溶液中で68℃にて5分間洗浄することが例示される。しかし、ハイブリダイゼーションの条件および洗浄条件の何れもこのような態様に限られるものではない。
“Stringent conditions” refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed . Scan stringency can be adjusted by appropriately changing the salt concentration and temperature, etc. during the hybridization reaction and washing.
Hybridization conditions are, for example, 6 × SSC, 0.5% SDS, and 30-5.
Examples are heating in a solution of 0% (preferably 50%) formamide at 37-50 ° C. (preferably 42 ° C.) for 16-20 hours. Examples of washing conditions include washing in a solution of 0.1 × SSC, 0.5% SDS at 68 ° C. for 5 minutes. However, neither hybridization conditions nor washing conditions are limited to such an embodiment.

ポリヌクレオチドに改変を施す方法としては、特に制限はなく、当業者に公知の改変タンパク質作製のための変異導入技術を利用することができる。例えば、部位特異的突然変異誘発法、PCR等を利用して点変異を導入するPCR突然誘発法、あるいは、トランスポゾン挿入突然変異誘発法などの公知の変異導入技術を利用することができる。また、常法のホスホルアミダイト法等のDNA合成法を利用して、所望の改変を施したポリヌクレオチドを構築することによっても調製することができる。もしくは、配列番号8および配列番号9の塩基配列を有するポリヌクレオチドに対してエキソヌクレアーゼを作用させることによって取得することができる。   There is no restriction | limiting in particular as a method to modify | change a polynucleotide, The mutagenesis technique for preparation of the modification protein well-known to those skilled in the art can be utilized. For example, a known mutagenesis technique such as a site-directed mutagenesis method, a PCR abrupt induction method that introduces a point mutation using PCR, or a transposon insertion mutagenesis method can be used. It can also be prepared by constructing a polynucleotide having a desired modification using a DNA synthesis method such as a conventional phosphoramidite method. Or it can obtain by making exonuclease act on the polynucleotide which has the base sequence of sequence number 8 and sequence number 9.

本発明の組換えベクターは、上述したラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドのうち、少なくともコーディング領域を含み、本発明の形質転換体は、当該組換えベクターを含む。   The recombinant vector of the present invention includes at least a coding region among the polynucleotides encoding the protein having laccase activity described above, and the transformant of the present invention includes the recombinant vector.

〔実施例1〕
(環境試料である木材堆肥の採取と木材堆肥中に含まれるメタゲノムDNAの抽出)
木材堆肥として、千葉市県内の牧場から木材成分を酸化分解するバクテリアが多く含まれる牧場堆肥を採取し、環境試料とした。木材堆肥の採取は、堆肥作製直後、堆肥作製一月後、堆肥作製四〜五月後(最終堆肥)の三回行なった。
[Example 1]
(Collecting environmental sample wood compost and extracting metagenomic DNA contained in wood compost)
As wood compost, farm compost containing many bacteria that oxidize and decompose wood components was collected from farms in Chiba City and used as environmental samples. Wood compost was collected three times, immediately after composting, one month after composting, and four to five months after composting (final compost).

尚、本実施形態の木材堆肥は、以下のようにして作成された。
間伐材や剪定材を粉砕機で粉砕して木材チップを製造した。当該木材チップと発酵菌を含有する牛糞とを体積比が約1:1となるように混合した後、堆肥切り返し機を用いて7〜10日に一度の割合いで混合し、50〜70℃で高温発酵させた。
In addition, the wood compost of this embodiment was created as follows.
Wood chips were produced by pulverizing thinned and pruned timber with a pulverizer. After mixing the wood chip and cow dung containing the fermenting bacteria so that the volume ratio is about 1: 1, the mixture is mixed once every 7 to 10 days using a compost turning machine, at 50 to 70 ° C. High temperature fermentation.

木材堆肥からメタゲノムDNAを抽出するためのサンプリングは、木材堆肥作製直後、木材堆肥作製一月後、および、木材堆肥作製四〜五月後(最終)に行なった。
サンプリングした2〜6g(湿重量)の木材堆肥から、PowerMax Soil DNA isolation Kit(MO BIO Laboratories社製)を用いて、製造業者の指示に従ってメタゲノムDNAの抽出を行った。抽出したメタゲノムDNAは、最終的に5mLのTris緩衝液に溶解させた。本キットを使用すれば、後に行なうPCR反応を阻害する物質を排除できる。
尚、対象試料として、籾殻堆肥作製二ヶ月後、および、牛糞(脱糞直後)の環境試料からメタゲノムDNAの抽出を行った。
Sampling for extracting metagenomic DNA from wood compost was performed immediately after wood compost production, one month after wood compost production, and four to five months after wood compost production (final).
Metagenomic DNA was extracted from 2-6 g (wet weight) of wood compost sampled using PowerMax Soil DNA isolation Kit (manufactured by MO BIO Laboratories) according to the manufacturer's instructions. The extracted metagenomic DNA was finally dissolved in 5 mL of Tris buffer. By using this kit, it is possible to eliminate substances that inhibit the subsequent PCR reaction.
In addition, the metagenomic DNA was extracted from the environmental sample of cow dung (immediately after defecation) two months after the production of rice husk compost as a target sample.

〔実施例2〕
(ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの取得)
メタゲノムDNAを利用する場合、まず目的とするポリヌクレオチド配列を増幅するため、PCR法に使用するプライマーを設計する。具体的には、既知のラッカーゼの共通アミノ酸配列に基づいて、コードホップ(CODEHOP)プログラム(
”CODEHOP(Consensus-Degenerate Hybrid Oligonucleotide Primer)PCR primer design”Timothy M.Rose, Jorja G.Henikoff and Steven Henikoff, Nucleic Acid Research, 2003, Vol.31,No.13, 3763-3766)(http://blocks.fhcrc.org/blocks/codehop.html)を利用してディジェネレートプライマーを設計した。コードホッププログラムとは、アミノ酸配列をもとに遺伝子をクローニングするために用いられるディジェネレートPCRのためのプライマーを設計するPCR支援ツールソフトである。
プログラムに入力した既知ラッカーゼ遺伝子配列として、Cyanothece (NCBI accession number ZP_01731625)、Lyngbya (NCBI accession number ZP_01621366)、Synechococcus (NCBI accession number ZP_01081498)、
Thermus (NCBI accession number YP_005339)、Trichodesmium(NCBI accession number YP_720301)を用いた。
このプログラムにより以下のプライマーを設計した。これらプライマーを使用して増幅されるPCR産物の長さは約900bpであると予想された。
[Example 2]
(Acquisition of a polynucleotide encoding a protein having laccase activity)
When using metagenomic DNA, first, a primer used in the PCR method is designed to amplify a target polynucleotide sequence. Specifically, based on the common amino acid sequence of known laccases, the CODEHOP program (
“CODEHOP (Consensus-Degenerate Hybrid Oligonucleotide Primer) PCR primer design” Timothy M. Rose, Jorja G. Henikoff and Steven Henikoff, Nucleic Acid Research, 2003, Vol. 31, No. 13, 3763-3766 (http: // degenerate primers were designed using blocks.fhcrc.org/blocks/codehop.html). The code hop program is PCR support tool software for designing primers for degenerate PCR used for cloning genes based on amino acid sequences.
Known laccase gene sequences entered into the program include Cyanothece (NCBI accession number ZP_01731625), Lyngbya (NCBI accession number ZP_01621366), Synechococcus (NCBI accession number ZP_01081498),
Thermus (NCBI accession number YP_005339) and Trichodesmium (NCBI accession number YP_720301) were used.
The following primers were designed by this program. The length of the PCR product amplified using these primers was expected to be about 900 bp.

5’-CCCTGCTGGAATGTTCTGGTAYCAYCCNCA-3’(フォワードプライマー:配列番号1)
5’-CCAGATCCTCATGGTCCAGAATRTGRCARTG-3’(リバースプライマー:配列番号2)
5’-GGATTGACATGTACGTGAAAGGGRTGRTCCAT-3’(リバースプライマー:配列番号3)
5'-CCCTGCTGGAATGTTCTGGTAYCAYCCNCA-3 '(forward primer: SEQ ID NO: 1)
5'-CCAGATCCTCATGGTCCAGAATRTGRCARTG-3 '(reverse primer: SEQ ID NO: 2)
5'-GGATTGACATGTACGTGAAAGGGRTGRTCCAT-3 '(reverse primer: SEQ ID NO: 3)

Multiplex PCR Assay Kit(Takara-Bio社製)を用いて、実施例1で抽出したメタゲノムDNAを鋳型として、94℃で30秒間の熱変性反応後、94℃で30秒間の熱変性反応、55℃で30秒間のアニーリング反応、74℃で90秒間の伸長反応を40サイクル繰り返すことでPCR反応を行なった。その後、74℃で7分間の最終伸長工程を行い、反応を終了した。
PCR産物をアガロースゲル電気泳動により分析した結果を図1に示した。各レーンの鋳型DNAの由来となる環境試料は、それぞれ、レーン1は木材堆肥作製直後、レーン2は木材堆肥作製一月後、レーン3は木材堆肥作製四〜五月後(最終)、レーン4は籾殻堆肥作製二ヶ月後、レーン5は牛糞(脱糞直後)を使用した。レーン6は、大腸菌のゲノムDNAである。
この結果、三種類の環境試料の全てにおいて、約900bpのバンドの増幅が確認できた。即ち、これら環境試料において、既知のバクテリアにおけるラッカーゼと相同性の高いDNA断片、即ち、ラッカーゼ遺伝子の候補となるDNA断片が増幅されたものと認められた。
Using Multiplex PCR Assay Kit (manufactured by Takara-Bio), using the metagenomic DNA extracted in Example 1 as a template, after heat denaturation reaction at 94 ° C. for 30 seconds, heat denaturation reaction at 94 ° C. for 30 seconds, 55 ° C. The PCR reaction was performed by repeating 40 cycles of 30 seconds of annealing reaction and 74 ° C. for 90 seconds of extension reaction. Thereafter, a final extension step was performed at 74 ° C. for 7 minutes to complete the reaction.
The results of analyzing the PCR product by agarose gel electrophoresis are shown in FIG. The environmental samples from which the template DNA of each lane is derived are as follows: lane 1 is immediately after preparation of wood compost, lane 2 is one month after preparation of wood compost, lane 3 is four to five months after preparation of wood compost (final), lane 4 2 months after the production of rice husk compost, Lane 5 used cow dung (immediately after defecation). Lane 6 is E. coli genomic DNA.
As a result, amplification of a band of about 900 bp could be confirmed in all three kinds of environmental samples. That is, in these environmental samples, it was recognized that a DNA fragment having high homology with laccase in known bacteria, that is, a DNA fragment that is a candidate for the laccase gene was amplified.

目的のDNA断片(約900bp)を精製し、pUC118ベクター(Takara-Bio社製)に公知の手法によってクローニングした後、塩基配列を決定した(結果は示さない)。   The target DNA fragment (about 900 bp) was purified and cloned into a pUC118 vector (manufactured by Takara-Bio) by a known method, and then the nucleotide sequence was determined (results not shown).

〔実施例3〕
(ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの完全長断片の取得)
塩基配列を解読したポリヌクレオチド配列領域から、当該領域に隣接する塩基配列が未知のポリヌクレオチド配列領域の方向に伸長するように設計されたプライマーを使用することによって、既知ラッカーゼ遺伝子ホモログの完全長配列を決定した。
鋳型DNAは抽出したメタゲノムDNAを用い、プライマーは、塩基配列が解読されたポリヌクレオチド配列の末端付近の配列に基づいて設計したものを用い、インバースPCR法を利用して未知のポリヌクレオチド配列を増幅した。詳細な手順を以下に説明する。
Example 3
(Acquisition of a full-length fragment of a polynucleotide encoding a protein having laccase activity)
The full-length sequence of a known laccase gene homolog by using a primer designed so that the nucleotide sequence adjacent to the region extends in the direction of the unknown polynucleotide sequence region from the polynucleotide sequence region from which the base sequence was decoded It was determined.
The extracted metagenomic DNA is used as the template DNA, the primer is designed based on the sequence near the end of the polynucleotide sequence whose base sequence is decoded, and an unknown polynucleotide sequence is amplified using the inverse PCR method. did. A detailed procedure will be described below.

抽出したメタゲノムDNAに制限酵素BamHI,HindIII,EcoRI,SmaI(NEB社製)をそれぞれ50ユニット加え、37℃にて5時間制限酵素反応を行った。反応溶液は、それぞれの制限酵素に付属のものを50μL使用した。反応溶液後の溶液中のDNAは、DNA精製キット(GE-Healthcare社製)を用いて精製した。
次に、精製したDNAをTE緩衝液に溶解し20μLとし、この溶液にDNA Ligation Kit(Mighty Mix)(タカラバイオ社製)を20μL加え、16℃にて一晩保ち、セルフライゲーション反応をさせた。反応終了後、DNA精製キット(GE-Healthcare社製)を用いてライゲーションされたDNAを精製した。
50 units each of restriction enzymes BamHI, HindIII, EcoRI, and SmaI (manufactured by NEB) were added to the extracted metagenomic DNA, and a restriction enzyme reaction was performed at 37 ° C. for 5 hours. 50 μL of the reaction solution attached to each restriction enzyme was used. The DNA in the solution after the reaction solution was purified using a DNA purification kit (GE-Healthcare).
Next, the purified DNA was dissolved in TE buffer to make 20 μL, and 20 μL of DNA Ligation Kit (Mighty Mix) (manufactured by Takara Bio Inc.) was added to this solution and kept at 16 ° C. overnight to allow self-ligation reaction. . After completion of the reaction, the ligated DNA was purified using a DNA purification kit (GE-Healthcare).

精製後の試料に含まれるDNAの全量をインバースPCR法の鋳型として用いた。インバースPCRに用いる反応溶液は、上記鋳型DNAに、DNAポリメラーゼとしてPrimeSTAR GXL DNA Polymerase(Takara-Bio社製)およびプライマー(終濃度0.2μM)を添加し、滅菌蒸留水で50μLにメスアップすることにより調製した。当該プライマーの配列は以下の通りである。本実施形態ではプライマー対を2セット使用した。   The total amount of DNA contained in the purified sample was used as a template for the inverse PCR method. For the reaction solution used for inverse PCR, add PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (Takara-Bio) and primers (final concentration 0.2 μM) as DNA polymerase to the template DNA, and make up to 50 μL with sterile distilled water. It was prepared by. The sequences of the primers are as follows. In this embodiment, two sets of primer pairs are used.

5’−CAGGTTATCCGGATTCTGCTGGTTTG−3’(フォワードプライマー:配列番号4)
5’−GATAGCGACGAGTGGCACCCGTTCCATATC−3’(リバースプライマー:配列番号5)
5′-CAGGTTATCCGGATTCTGCTGGTTTG-3 ′ (forward primer: SEQ ID NO: 4)
5′-GATAGCGACGAGTGGCACCCGTTCCATATC-3 ′ (reverse primer: SEQ ID NO: 5)

5’−CAAAGCGCGGATCGATCTGCCCATC−3’(フォワードプライマー:配列番号6)
5’−AAGGTGATTGCGCGTAACGGTCAGC−3’(リバースプライマー:配列番号7)
5′-CAAAGCGCGGATCGATCTGCCCATC-3 ′ (forward primer: SEQ ID NO: 6)
5′-AAGGTGATTGCGCGTAACGGTCAGC-3 ′ (reverse primer: SEQ ID NO: 7)

サーマルサイクラーGeneAmp(登録商標) PCR System 9700(Applied Biosystems社製)を用いて上記反応溶液をPCR反応させた。
PCR反応は、98℃で10秒間の熱変性反応、68℃で120秒間のアニーリングおよび伸長反応を25サイクル繰り返し、68℃で10分間の最終伸長反応を行なった。
PCR反応後の溶液をアガロースゲル電気泳動に供した。電気泳動後、ゲル上の標的DNA配列に該当するバンドの有無を検出装置および目視により判定した。その結果、インバースPCR方法による増幅後に標的DNA配列のバンドを確認することができた(結果は示さない)。
The reaction solution was subjected to a PCR reaction using a thermal cycler GeneAmp (registered trademark) PCR System 9700 (manufactured by Applied Biosystems).
The PCR reaction was a thermal denaturation reaction at 98 ° C. for 10 seconds, an annealing and extension reaction at 68 ° C. for 120 seconds for 25 cycles, and a final extension reaction at 68 ° C. for 10 minutes was performed.
The solution after the PCR reaction was subjected to agarose gel electrophoresis. After electrophoresis, the presence or absence of a band corresponding to the target DNA sequence on the gel was determined by a detection device and visual observation. As a result, a band of the target DNA sequence could be confirmed after amplification by the inverse PCR method (results are not shown).

得られた目的のDNA断片をpUC118ベクターにクローニング後、塩基配列を決定した。これにより、2種類のラッカーゼ遺伝子(mgLac−1,mgLac−2)のN末端領域をコードする5’末端配列及びC末端領域をコードする3’末端配列が明らかとなった。これにより、ラッカーゼのコーディング領域を含む全塩基配列を決定した(mgLac−1:配列番号8、mgLac−2:配列番号9)。また、これら塩基配列から推定されるタンパク質のアミノ酸配列を配列番号10(mgLAC−1)および配列番号11(mgLAC−2)に示す。   The resulting DNA fragment of interest was cloned into the pUC118 vector, and the nucleotide sequence was determined. This revealed a 5 'terminal sequence encoding the N-terminal region of two types of laccase genes (mgLac-1, mgLac-2) and a 3' terminal sequence encoding the C-terminal region. Thereby, the whole base sequence including the coding region of laccase was determined (mgLac-1: SEQ ID NO: 8, mgLac-2: SEQ ID NO: 9). The amino acid sequences of the proteins deduced from these base sequences are shown in SEQ ID NO: 10 (mgLAC-1) and SEQ ID NO: 11 (mgLAC-2).

〔実施例4〕
(ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの完全長断片の増幅)
完全長断片を増幅するため、まず、得られたラッカーゼ遺伝子ホモログの部分配列(ラッカーゼのN末端領域をコードする5’末端配列、及び、C末端領域をコードする3’末端配列)に対する以下の特異的プライマーを設計した。
Example 4
(Amplification of a full-length fragment of a polynucleotide encoding a protein having laccase activity)
In order to amplify a full-length fragment, first, the following specificities for the partial sequence of the obtained laccase gene homolog (5 ′ end sequence encoding the N-terminal region of laccase and 3 ′ end sequence encoding the C-terminal region) Specific primers were designed.

・mgLac−1を増幅するプライマー
5’-GAGCATATGGAAGATTCCAGACGGCATGG-3’(フォワードプライマー:配列番号12)
5’-CTAAAGCTTCTCCACAACCTCGATGATGC-3’(リバースプライマー:配列番号13)
・mgLac−2を増幅するプライマー
5’-GAGCATATGAATAGGAAGAGTTTGCAGAG-3’(フォワードプライマー:配列番号14)
5’-CTAAAGCTTCTGCGCGGCACGCGTACGCT-3’(リバースプライマー:配列番号15)
Primer that amplifies mgLac-1
5'-GAGCATATGGAAGATTCCAGACGGCATGG-3 '(forward primer: SEQ ID NO: 12)
5'-CTAAAGCTTCTCCACAACCTCGATGATGC-3 '(reverse primer: SEQ ID NO: 13)
Primer that amplifies mgLac-2
5'-GAGCATATGAATAGGAAGAGTTTGCAGAG-3 '(forward primer: SEQ ID NO: 14)
5'-CTAAAGCTTCTGCGCGGCACGCGTACGCT-3 '(reverse primer: SEQ ID NO: 15)

Multiplex PCR Assay Kit(タカラバイオ社製)を用いて、実施例1で抽出したメタゲノムDNAを鋳型として、98℃で10秒間の熱変性反応、68℃で120秒間のアニーリングおよび伸長反応を25サイクル繰り返すことでPCR反応を行なった。その後、68℃で10分間の最終伸長工程を行い、反応を終了した。
PCR産物をアガロースゲル電気泳動により分析した結果を図2に示した。図2において、レーン1がmgLac−1、レーン2がmgLac−2である。当該PCR産物は、アガロースゲルから精製され、pUC118ベクターにクローニングした。
Using Multiplex PCR Assay Kit (manufactured by Takara Bio Inc.), 25 cycles of heat denaturation reaction at 98 ° C. for 10 seconds, annealing at 68 ° C. for 120 seconds and extension reaction using the metagenomic DNA extracted in Example 1 as a template The PCR reaction was performed. Then, the final extension process for 10 minutes was performed at 68 degreeC, and reaction was complete | finished.
The results of analyzing the PCR product by agarose gel electrophoresis are shown in FIG. In FIG. 2, lane 1 is mgLac-1, and lane 2 is mgLac-2. The PCR product was purified from an agarose gel and cloned into the pUC118 vector.

〔実施例5〕
(新規ラッカーゼ遺伝子のホモロジー検索)
Trichodesmium erythraeumのラッカーゼタンパク質とのホモロジー検索の結果から、ラッカーゼ遺伝子mgLac−1のコーディング領域は1497bpであり、塩基配列から推定されるタンパク質(mgLAC−1)は499残基であること、ラッカーゼ遺伝子mgLac−2のコーディング領域は1485bpであり、塩基配列から推定されるタンパク質(mgLAC−2)は494残基であることが明らかとなった。また遺伝子のコーディング領域上流には、−12bp前後に原核生物に特異的な翻訳シグナルであるSD配列などの原核生物プロモーターに特徴的な配列が存在していた。
Example 5
(Homology search of new laccase gene)
From the results of homology search with the laccase protein of Trichodesmium erythraeum, the coding region of the laccase gene mgLac-1 is 1497 bp, the protein (mgLAC-1) deduced from the base sequence is 499 residues, the laccase gene mgLac- The coding region of 2 was 1485 bp, and it was revealed that the protein (mgLAC-2) deduced from the base sequence was 494 residues. Further, upstream of the coding region of the gene, a sequence characteristic of prokaryotic promoters such as an SD sequence, which is a translation signal specific to prokaryotes, was present around -12 bp.

類似性の高いシーケンス群を見つけ出すBLAST検索でデフォルト(初期条件)のパラメーターを用いた場合、mgLAC−1ではTrichodesmium erythraeumのラッカーゼ(LCS_Trichodesmium)とのホモロジーはアミノ酸レベルで32%(図3)、mgLAC−2ではSorangium cellulosumのラッカーゼ(LCS_Sorangium)とのホモロジーはアミノ酸レベルで56%(図4)であった。   When the default (initial condition) parameters were used in the BLAST search to find a sequence group having high similarity, mgLAC-1 had 32% homology with Trichodesmium erythraeum laccase (LCS_Trichodesmium) at the amino acid level (FIG. 3), mgLAC− In 2, the homology of Sorangium cellulosum with laccase (LCS_Sorangium) was 56% at the amino acid level (FIG. 4).

また、特許文献4に記載の高度好熱菌サーマス属細菌のラッカーゼ(TthLAC)とのアミノ酸配列を比較した結果を図5(mgLAC−1)、図6(mgLAC−2)に示す。mgLAC−1とTthLACとのホモロジーはアミノ酸レベルで29%、mgLAC−2とTthLACとのホモロジーはアミノ酸レベルで27%であったため、アミノ酸配列の相同性はないものと認められた。   Moreover, the result of having compared the amino acid sequence with the laccase (TthLAC) of the hyperthermophilic thermus genus bacteria described in patent document 4 is shown in FIG. 5 (mgLAC-1) and FIG. 6 (mgLAC-2). Since the homology between mgLAC-1 and TthLAC was 29% at the amino acid level, and the homology between mgLAC-2 and TthLAC was 27% at the amino acid level, it was recognized that there was no amino acid sequence homology.

〔実施例6〕
(組換えベクターおよび形質転換体の構築)
本実施形態では、以下のようにラッカーゼ発現用大腸菌を構築した。
ラッカーゼ遺伝子を、6残基のヒスチジンからなるペプチドをコードするオリゴヌクレオチドを含む大腸菌発現用ベクターであるpET22b(ノバジェン社製)のNdeI/HindIIIサイトにクローニングした。クローニングは、DNA Ligation kit(タカラバイオ社製)を使用し、製造業者の指示に従って反応を行なった。
本発明の新規なラッカーゼ遺伝子をクローニングしたプラスミドは、受託番号NITE P−782(mgLAC−1)、NITE P−783(mgLAC−2)として独立行政法人製品評価技術基盤機構特許微生物寄託センターに2009年7月15日に寄託してある。
このようにして得られたプラスミドを、大腸菌BL21(DE3)株(ノバジェン社製)に形質転換し、ラッカーゼ遺伝子の発現菌体を得た。
Example 6
(Construction of recombinant vectors and transformants)
In this embodiment, Escherichia coli for laccase expression was constructed as follows.
The laccase gene was cloned into the NdeI / HindIII site of pET22b (Novagen), which is an E. coli expression vector containing an oligonucleotide encoding a peptide consisting of 6-residue histidine. Cloning was performed using DNA Ligation kit (Takara Bio) according to the manufacturer's instructions.
The plasmids in which the novel laccase gene of the present invention has been cloned have the accession numbers NITE P-782 (mgLAC-1) and NITE P-783 (mgLAC-2) in 2009. Deposited on July 15th.
The plasmid thus obtained was transformed into Escherichia coli BL21 (DE3) strain (manufactured by Novagen) to obtain cells expressing the laccase gene.

〔実施例7〕
(融合タンパク質の構築とタンパク質の精製)
プラスミドを導入した大腸菌をLB液体培地によって15時間培養し、その培養液50mLをLB液体培地で500mLにメスアップした状態で、吸光度OD600が約0.6になるまで37℃で培養し、1mMのIPTG(isopropyl thio−β−galactoside)を加えて37℃でさらに4時間培養し、融合タンパク質(ラッカーゼとヒスチジン)を誘導し発現させた。
培養液を遠心分離して大腸菌を回収し、菌体(湿重量200g)に200μLの可溶化液(50mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH7.0))を加えて懸濁後、超音波により菌体を破砕した(破砕条件:30-s pulses; maximum power; high intensity; 0.5-s repeating duty cycle)。菌体破砕液を15000gで10分間遠心し、上清を3分間95℃で熱処理した。
Example 7
(Fusion protein construction and protein purification)
Escherichia coli into which the plasmid has been introduced is cultured in an LB liquid medium for 15 hours, and 50 mL of the culture solution is made up to 500 mL with an LB liquid medium, and cultured at 37 ° C. until the absorbance OD600 reaches about 0.6. IPTG (isopropio thio-β-galactoside) was added and the mixture was further cultured at 37 ° C. for 4 hours to induce and express the fusion protein (laccase and histidine).
The culture solution is centrifuged to collect E. coli, 200 μL of a solubilizing solution (50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0)) is added to the cells (wet weight 200 g) and suspended, and then the cells are sonicated. (Crushing condition: 30-s pulses; maximum power; high intensity; 0.5-s repeating duty cycle). The cell disruption solution was centrifuged at 15000 g for 10 minutes, and the supernatant was heat-treated at 95 ° C. for 3 minutes.

得られた上清50mMにNaClを加え、酵素液をNi2+カラムクロマトグラフィーにかけ、300mMイミダゾールを含む溶液で融合タンパク質を溶出して、活性画分をまとめ、50mMリン酸緩衝液(pH7.4)を透析外液として一晩透析を行い、精製ラッカーゼとした。
このようにして得られた酵素溶液を、50mM Tris−HCl緩衝液(pH7.4)にて透析した。本実施例ではバッチ法を採用したが、カラム法により精製することもできる。必要に応じて、精製ラッカーゼは限外ろ過膜で濃縮した。タンパク質の確認は、20μLの酵素溶液に20μLの可溶化液を加えて3分間95℃で熱処理したサンプルを、12.5%アクリルアミドゲル(アトー社製)で電気泳動し、CBB染色法で酵素を可視化した。その結果を図7に示す。
この結果、および、ラッカーゼ遺伝子mgLac−1およびmgLac−2から推定されるアミノ酸配列を基に、それらのタンパク質(ラッカーゼ)の分子量は、54.6〜55.3kDaであると算出された。
NaCl is added to 50 mM of the obtained supernatant, the enzyme solution is subjected to Ni 2+ column chromatography, the fusion protein is eluted with a solution containing 300 mM imidazole, the active fractions are collected, and 50 mM phosphate buffer (pH 7.4) is collected. Was dialyzed overnight as an external dialysis solution to obtain a purified laccase.
The enzyme solution thus obtained was dialyzed against 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.4). In this example, a batch method was employed, but purification can also be performed by a column method. If necessary, the purified laccase was concentrated with an ultrafiltration membrane. For confirmation of protein, 20 μL of solubilized solution was added to 20 μL of enzyme solution, and the sample was heat-treated at 95 ° C. for 3 minutes. Visualized. The result is shown in FIG.
Based on this result and the amino acid sequence deduced from the laccase genes mgLac-1 and mgLac-2, the molecular weight of these proteins (laccase) was calculated to be 54.6-55.3 kDa.

〔実施例8〕
(ラッカーゼの活性測定)
ラッカーゼ活性の測定は、1mM ABTSを含むpH5.0の20mM酢酸ナトリウム緩衝液を反応液として用いて比色法で行った。まず、反応液を30℃に10分間保ち、温度平衡にした後、酵素液を加えて反応を開始させた。反応の液量は100μLとした。基質(ABTS)の酸化に伴う420nmの吸光度の増加を測定することでラッカーゼの活性を測定した(ABTSのモル吸光度係数:36000/M/cm)。
Example 8
(Measurement of laccase activity)
The laccase activity was measured by a colorimetric method using a 20 mM sodium acetate buffer solution having a pH of 5.0 containing 1 mM ABTS as a reaction solution. First, the reaction solution was kept at 30 ° C. for 10 minutes to achieve temperature equilibrium, and then the enzyme solution was added to start the reaction. The reaction volume was 100 μL. The activity of laccase was measured by measuring the increase in absorbance at 420 nm accompanying the oxidation of the substrate (ABTS) (ABTS molar absorbance coefficient: 36000 / M / cm).

本発明酵素を含む3種類のラッカーゼ活性を有するタンパク質(以下、単にラッカーゼと称する)(mgLAC−1,mgLAC−2,TthLAC)の活性を比較した。活性の測定条件は酸性条件(pH5.5)および中性条件(pH7.5)とした。
酵素の分子活性Kcatは、これは酵素1分子あたり1分間に何個の基質を触媒するかを示すパラメータである。例えば、上記3種類の酵素の分子活性測定結果は以下の通りである。
The activities of three types of proteins having laccase activity (hereinafter simply referred to as laccase) (mgLAC-1, mgLAC-2, TthLAC) containing the enzyme of the present invention were compared. The measurement conditions for the activity were acidic conditions (pH 5.5) and neutral conditions (pH 7.5).
The molecular activity Kcat of an enzyme is a parameter that indicates how many substrates are catalyzed per minute per molecule of enzyme. For example, the molecular activity measurement results of the above three types of enzymes are as follows.

mgLAC−1:Kcat=4×10/分(60℃、pH5.5,1mM ABTS)
mgLAC−2:Kcat=6×10/分(60℃、pH5.5,1mM ABTS)
TthLAC:Kcat=1×10/分(60℃、pH7.5,1mM ABTS)
mgLAC-1: Kcat = 4 × 10 3 / min (60 ° C., pH 5.5, 1 mM ABTS)
mgLAC-2: Kcat = 6 × 10 3 / min (60 ° C., pH 5.5, 1 mM ABTS)
TthLAC: Kcat = 1 × 10 3 / min (60 ° C., pH 7.5, 1 mM ABTS)

表1に、3種類のラッカーゼのうち、TthLACの活性を1とした場合の相対活性を表した結果を示した。
その結果、精製したタンパク質には活性が認められたことから、実施例4で得られたラッカーゼ遺伝子ホモログmgLac−1とmgLac−2には、ラッカーゼ活性を有するタンパク質がコードされていることが確認できた。
また、酸性条件の場合、mgLAC−1およびmgLAC−2の活性はTthLACの活性の約3〜5倍もの高い活性を有することが判明した。
Table 1 shows the results of the relative activity when the activity of TthLAC is 1 among the three types of laccase.
As a result, it was confirmed that the purified protein showed activity, and thus it was confirmed that the laccase gene homologs mgLac-1 and mgLac-2 obtained in Example 4 encoded a protein having laccase activity. It was.
Further, it was found that the activity of mgLAC-1 and mgLAC-2 has an activity about 3 to 5 times higher than that of TthLAC under acidic conditions.

以上より、本発明のラッカーゼ(mgLAC−1,mgLAC−2)は、基質であるABTSを酸化することが確認できた。
その他の基質に対する活性を調べた結果を表2に示す。各基質の活性は、上述したABTSの活性を測定する手法に準じて測定した。表2には、ABTSの活性を1とした場合の相対活性を記載してある。
From the above, it was confirmed that the laccase (mgLAC-1, mgLAC-2) of the present invention oxidizes ABTS as a substrate.
Table 2 shows the results of examining the activity against other substrates. The activity of each substrate was measured according to the above-described method for measuring the activity of ABTS. Table 2 shows the relative activity when the activity of ABTS is 1.

この結果、本発明のラッカーゼ(mgLAC−1,mgLAC−2)は、ABTSだけでなく、シリンガルダジン、グアイアコール、ジメトキシフェノールに対しても酸化作用を有することが判明した。   As a result, it was found that the laccase (mgLAC-1, mgLAC-2) of the present invention has an oxidizing action not only on ABTS but also on syringaldazine, guaiacol, and dimethoxyphenol.

本発明酵素を含む3種類のラッカーゼ活性を有するタンパク質の金属イオン要求性を調べた。
測定は、1mM ABTSと0.2mM各種金属イオンを含むpH5.0の20mM酢酸ナトリウム緩衝液を反応液として用いて比色法で行った。まず、反応液を50℃に10分間保ち、温度平衡にした後、酵素液を加え、反応を開始させた。反応の液量は100μLとした。基質(ABTS)の酸化に伴う420nmの吸光度の増加を測定した。結果を表3に示した。表3には、CuClの要求量を1とした場合の相対値を記載してある。
The metal ion requirement of three kinds of proteins having the laccase activity including the enzyme of the present invention was examined.
The measurement was performed by a colorimetric method using a 20 mM sodium acetate buffer solution having a pH of 5.0 containing 1 mM ABTS and 0.2 mM various metal ions as a reaction solution. First, the reaction solution was kept at 50 ° C. for 10 minutes to achieve temperature equilibrium, and then the enzyme solution was added to start the reaction. The reaction volume was 100 μL. The increase in absorbance at 420 nm accompanying the oxidation of the substrate (ABTS) was measured. The results are shown in Table 3. Table 3 shows relative values when the required amount of CuCl 2 is 1.

この結果、CuClおよびCuSOの要求量が高い値を示したことから、本発明のラッカーゼ(mgLAC−1,mgLAC−2)は、その活性に銅イオンが必要であると認められた。 As a result, since the required amounts of CuCl 2 and CuSO 4 showed high values, it was recognized that the laccase (mgLAC-1, mgLAC-2) of the present invention requires copper ions for its activity.

〔実施例9〕
(ラッカーゼの特性解析(活性の温度依存性))
本発明酵素を含む3種類のラッカーゼ(mgLAC−1,mgLAC−2,TthLAC)の活性の温度依存性を、30℃から90℃の温度範囲で上記比色法に準じて測定した。酵素量がそれぞれmgLAC−1:1500ng/μL、mgLAC−2:1000ng/μL、TthLAC:6000ng/μLとなるように酵素液を調製した。20mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.0)、0.1mM硫酸銅、1mM ABTSを含む活性測定液中に酵素液を添加し、各温度での418nmにおける吸光度変化を測定した結果を図8に示す。この結果から、3種の酵素は約80℃で反応速度が最大となり、60〜90℃、好ましくは70〜90℃、より好ましくは75〜85℃が至適温度であることが判明した。図8では、80℃の反応速度を1とした場合の相対活性を示した。以上より、mgLAC−1,mgLAC−2は高温で効率的に反応することが判明した。
Example 9
(Characteristic analysis of laccase (temperature dependence of activity))
The temperature dependence of the activity of three types of laccase containing the enzyme of the present invention (mgLAC-1, mgLAC-2, TthLAC) was measured in the temperature range of 30 ° C to 90 ° C according to the above colorimetric method. Enzyme solutions were prepared so that the enzyme amounts were mgLAC-1: 1500 ng / μL, mgLAC-2: 1000 ng / μL, and TthLAC: 6000 ng / μL, respectively. FIG. 8 shows the results of measuring the change in absorbance at 418 nm at each temperature by adding an enzyme solution to an activity measurement solution containing 20 mM sodium acetate buffer (pH 5.0), 0.1 mM copper sulfate, and 1 mM ABTS. From these results, it was found that the reaction rate of the three kinds of enzymes reached a maximum at about 80 ° C., and that the optimum temperature was 60 to 90 ° C., preferably 70 to 90 ° C., more preferably 75 to 85 ° C. FIG. 8 shows the relative activity when the reaction rate at 80 ° C. is 1. From the above, it was found that mgLAC-1 and mgLAC-2 react efficiently at high temperatures.

〔実施例10〕
(ラッカーゼの特性解析(活性のpH依存性))
本発明酵素を含む3種類のラッカーゼ(mgLAC−1,gLAC−2,TthLAC)の活性のpH依存性をpH5.0から8.5の範囲で上記比色法に準じて測定した。それぞれの酵素液は実施例9と同様に調製した。50℃での、418nmにおける吸光度変化を測定した結果を図9に示す。この結果、mgLAC−1,mgLAC−2はpH5において反応速度が最大となることが判明した。これらはpH5.5付近まで最大反応速度の8割程度を維持しているため、反応pHは5〜5.5付近とするのが好ましい。
一方、TthLACは、pH7付近で反応速度が最大となった。図9においては、mgLAC−1,mgLAC−2ではpH5の反応速度を1とし、TthLACではpH7の反応速度を1とした場合の相対活性を示した。
Example 10
(Characteristic analysis of laccase (pH dependence of activity))
The pH dependence of the activity of three types of laccase containing the enzyme of the present invention (mgLAC-1, gLAC-2, TthLAC) was measured in the range of pH 5.0 to 8.5 according to the above colorimetric method. Each enzyme solution was prepared in the same manner as in Example 9. The result of measuring the change in absorbance at 418 nm at 50 ° C. is shown in FIG. As a result, it was found that mgLAC-1 and mgLAC-2 had the maximum reaction rate at pH 5. Since these maintain about 80% of the maximum reaction rate up to around pH 5.5, the reaction pH is preferably around 5 to 5.5.
On the other hand, TthLAC had a maximum reaction rate around pH 7. FIG. 9 shows the relative activity when mgLAC-1 and mgLAC-2 have a reaction rate of pH 5 of 1, and TthLAC has a reaction rate of pH 7 of 1.

〔実施例11〕
(ラッカーゼの特性解析(高温耐久性))
本発明酵素を含む3種類のラッカーゼ(mgLAC−1,gLAC−2,TthLAC)を高温(60℃および80℃)に曝したときに、酵素活性がどのように変化するか調べた。
図10に、高温暴露直後の酵素活性を1とした場合に、経時的な相対活性の変化を示した。酵素活性の測定は、実施例9に準じて行なった(pH5.5)。その結果、60℃に加温した場合(図10(a))では、400分経過後も相対活性は殆ど変化せず、80%失活レベルに達しない。一方、80℃に加温した場合(図10(b))では、25分経過後に相対活性は1/10程度に低下した。これより、本発明のラッカーゼは、pH5.5で400分間保持した場合に、60℃まで活性が安定していることが判明した。
Example 11
(Characteristic analysis of laccase (high temperature durability))
It was examined how the enzyme activity changed when three types of laccase containing the enzyme of the present invention (mgLAC-1, gLAC-2, TthLAC) were exposed to high temperatures (60 ° C. and 80 ° C.).
FIG. 10 shows the change in relative activity over time when the enzyme activity immediately after exposure to high temperature is 1. The enzyme activity was measured according to Example 9 (pH 5.5). As a result, when heated to 60 ° C. (FIG. 10A), the relative activity hardly changes even after 400 minutes and does not reach the 80% inactivation level. On the other hand, when heated to 80 ° C. (FIG. 10B), the relative activity decreased to about 1/10 after 25 minutes. From this, it was found that the activity of the laccase of the present invention was stable up to 60 ° C. when held at pH 5.5 for 400 minutes.

〔実施例12〕
(環境試料に含まれている遺伝子の確認)
実施例1,2でラッカーゼ遺伝子ホモログの増幅に用いた各種環境試料から抽出されたメタゲノムDNAを鋳型に用い、実施例3で得られたラッカーゼ遺伝子(mgLac−1,mgLac−2)の部分配列(約600bp)を増幅する特異的プライマーを設計し、PCRを行った。
Example 12
(Confirmation of genes contained in environmental samples)
Partial sequences of laccase genes (mgLac-1, mgLac-2) obtained in Example 3 using metagenomic DNA extracted from various environmental samples used for amplification of laccase gene homologues in Examples 1 and 2 as templates. Specific primers that amplify about 600 bp) were designed and PCR was performed.

mgLac−1の部分配列を増幅するプライマーは、以下の通りである。
5’−TTCGAATTCAACCTGCCGGAGAACC−3’(フォワードプライマー:配列番号16)
5’−CGAAGCGAATTTCTCGATGCACATCCAC−3’(リバースプライマー:配列番号17)
Primers that amplify a partial sequence of mgLac-1 are as follows.
5'-TTCGAATTCAACCTGCCGGAGAACC-3 '(forward primer: SEQ ID NO: 16)
5′-CGAAGCGAATTTCTCGATGCACATCCAC-3 ′ (reverse primer: SEQ ID NO: 17)

mgLac−2の部分配列を増幅するプライマーは、以下の通りである。
5’−CGAAGGATGCCGGGACGTTCTGGTT−3’(フォワードプライマー:配列番号18)
5’−CATAGGTCACGTCCACGCCCTCCTT−3’(リバースプライマー:配列番号19)
Primers that amplify a partial sequence of mgLac-2 are as follows.
5′-CGAAGGATGCCGGGACGTTCTGGTT-3 ′ (forward primer: SEQ ID NO: 18)
5′-CATAGGTCACGTCCACGCCCTCCTT-3 ′ (reverse primer: SEQ ID NO: 19)

鋳型として実施例1で抽出したメタゲノムDNAを含む試料(18ng/μL)を段階希釈した希釈液(鋳型溶液)1μLを使用し、Multiplex PCR Assay Kit(Takara-Bio社製)を用いて、98℃で10秒間の熱変性反応、68℃で30秒間のアニーリングおよび伸長反応を60サイクル繰り返すことでPCR反応を行なった。その後、72℃で10分間の最終伸長工程を行い、反応を終了した。   Using 1 μL of a diluted solution (template solution) obtained by serial dilution of the sample (18 ng / μL) containing the metagenomic DNA extracted in Example 1 as a template, 98 ° C. using Multiplex PCR Assay Kit (manufactured by Takara-Bio) PCR reaction was carried out by repeating 60 cycles of heat denaturation reaction for 10 seconds, annealing at 68 ° C. for 30 seconds and extension reaction for 60 cycles. Thereafter, a final extension step was performed at 72 ° C. for 10 minutes to complete the reaction.

5種類の環境試料から増幅したPCR産物の電気泳動解析結果を図11(mgLac−1)、図12(mgLac−2)に示す。矢印は、ラッカーゼ遺伝子の予想増幅サイズを示す。各レーンの鋳型DNAの由来となる環境試料は、それぞれ、レーン1は木材堆肥作製直後、レーン2は木材堆肥作製一月後、レーン3は木材堆肥作製四〜五月後(最終)、レーン4は籾殻堆肥作製二ヶ月後、レーン5は牛糞(脱糞直後)を使用した。
この結果、mgLac−1は試料No.1(木材堆肥作製直後),試料No.2(木材堆肥作製一月後),試料No.3(木材堆肥最終)から得られ、mgLac−2は試料No.1,2からのみ得られた。試料No.4(籾殻堆肥)および試料No.5(牛糞)からはラッカーゼ遺伝子が取得できていないことが判明した。
以上より、新規なラッカーゼ遺伝子を単離するにあたり、環境試料の選択について鋭意検討した結果、木材チップを選択したことで、新規なラッカーゼ遺伝子の取得に成功したといえる。
FIG. 11 (mgLac-1) and FIG. 12 (mgLac-2) show the results of electrophoretic analysis of PCR products amplified from five types of environmental samples. The arrow indicates the expected amplification size of the laccase gene. The environmental samples from which the template DNA of each lane is derived are as follows: lane 1 is immediately after preparation of wood compost, lane 2 is one month after preparation of wood compost, lane 3 is four to five months after preparation of wood compost (final), lane 4 2 months after the production of rice husk compost, Lane 5 used cow dung (immediately after defecation).
As a result, mgLac-1 1 (immediately after the production of wood compost) 2 (one month after wood compost production), sample no. 3 (wood compost final), mgLac-2 is sample no. Obtained from 1, 2 only. Sample No. 4 (chaff compost) and sample no. It was found that the laccase gene could not be obtained from 5 (cow manure).
From the above, as a result of intensive studies on the selection of environmental samples in isolating a new laccase gene, it can be said that the acquisition of a new laccase gene was successful by selecting wood chips.

本発明のラッカーゼ活性を有するタンパク質、当該タンパク質をコードするポリヌクレオチド、当該タンパク質を産生する方法、および、当該ポリヌクレオチドの取得方法は、廃液の処理、パルプ製造処理等におけるリグニンの除去、バイオ電池、バイオセンサー、人工漆の製造、有機化合物の合成、有毒性化学物質の解毒、食品の苦渋味の除去、接着剤の製造、コンクリート混和剤の合成、紅茶の褐変処理、化粧品用メラニン製造、食品のゲル化剤、臨床検査試薬、漂白剤としての利用等、多くの産業分野に利用できる。   A protein having laccase activity of the present invention, a polynucleotide encoding the protein, a method for producing the protein, and a method for obtaining the polynucleotide include lignin removal, biobattery, Biosensor, artificial lacquer production, synthesis of organic compounds, detoxification of toxic chemicals, removal of bitter taste of food, production of adhesives, synthesis of concrete admixture, browning treatment of black tea, production of melanin for cosmetics, food It can be used in many industrial fields such as gelling agents, clinical test reagents, and bleaching agents.

NITE P−782
NITE P−783
NITE P-782
NITE P-783

Claims (9)

ラッカーゼ活性を有し、以下の何れかのアミノ酸配列を有するタンパク質。
(a)配列番号10に示すアミノ酸配列
(b)配列番号11に示すアミノ酸配
A protein having laccase activity and having any of the following amino acid sequences.
(A) the amino acid sequence shown in the amino acid sequence (b) SEQ ID NO: 11 shown in SEQ ID NO: 10
ラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードし、以下の何れかの塩基配列を有するポリヌクレオチド。
(a)配列番号8に示す塩基配列
(b)配列番号9に示す塩基配
A polynucleotide encoding a protein having laccase activity and having any of the following base sequences.
(A) nucleotide sequence shown in nucleotide sequence (b) SEQ ID NO: 9 shown in SEQ ID NO: 8
請求項2に記載のポリヌクレオチドのうち、少なくともコーディング領域を含む組換えベクター。   A recombinant vector comprising at least a coding region of the polynucleotide according to claim 2. 請求項3に記載の組換えベクターを含む形質転換体。   A transformant comprising the recombinant vector according to claim 3. 前記組換えベクターを大腸菌に導入した請求項4に記載の形質転換体。   The transformant according to claim 4, wherein the recombinant vector is introduced into Escherichia coli. 請求項4又は5に記載の形質転換体を利用してラッカーゼ活性を有するタンパク質を産生する方法。   A method for producing a protein having laccase activity using the transformant according to claim 4. 次の性質を有する微生物由来のラッカーゼ活性を有するタンパク質。
(1)活性(基質特異性):2,2’−アジノビス(3−エチルベンゾチアゾリン−6−スルホン酸)(ABTS)、シリンガルダジン、グアイアコール、ジメトキシフェノールを酸化する
(2)至適反応温度80℃付近
(3)至適反応pH5付近
(4)温度安定性 pH5で400分間保持した場合に、60℃まで安定である
(5)分子量54.6〜55.3kDa(SDS−PAGE)
A protein having a laccase activity derived from a microorganism having the following properties.
(1) Activity (substrate specificity): Oxidizes 2,2′-azinobis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), syringaldazin, guaiacol, dimethoxyphenol (2) Optimal reaction temperature Around 80 ° C. (3) Optimal reaction around pH 5 (4) Temperature stability When held at pH 5 for 400 minutes, it is stable up to 60 ° C. (5) Molecular weight 54.6-55.3 kDa (SDS-PAGE)
環境試料である堆肥からメタゲノムDNAを抽出する工程、および、当該メタゲノムDNAからラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを増幅するPCR工程を有
前記PCR工程において、配列番号12,13のプライマー対、配列番号14,15のプライマー対、配列番号16,17のプライマー対、および、配列番号18,19のプライマー対を用いてラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを増幅するラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの取得方法。
Step of extracting a metagenomic DNA from compost is an environmental sample, and have a PCR process for amplifying a polynucleotide encoding a protein having laccase activity from the metagenomic DNA,
In the PCR step, a protein having laccase activity using a primer pair of SEQ ID NOs: 12 and 13, a primer pair of SEQ ID NOs: 14 and 15, a primer pair of SEQ ID NOs: 16 and 17, and a primer pair of SEQ ID NOs: 18 and 19 A method for obtaining a polynucleotide encoding a protein having a laccase activity for amplifying a polynucleotide encoding.
前記堆肥が、木材を成分として含有する木材堆肥である請求項8に記載のラッカーゼ活性を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドの取得方法 The method for obtaining a polynucleotide encoding a protein having laccase activity according to claim 8, wherein the compost is wood compost containing wood as a component .
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