JP5785976B2 - ベータ‐グルコシダーゼ強化糸状菌全セルラーゼ組成物及び使用方法 - Google Patents
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Description
この出願は2007年9月7日に出願の米国仮出願第60/970,842号の優先権を主張し、その全文を本明細書に引用することにより組み込む。
本開示は酵素の分野に関し、特に、セルロース系原料の酵素加水分解にかかる方法及び組成物に関する。
非再生エネルギー源アプローチの限界により、再生エネルギー源としてセルロースの潜在性は多大である。セルロースはグルコースのような糖に転換され、産業目的の細菌、酵母、菌類を含む多くの微生物によりエネルギー源として用いられる。例えば、セルロース系原料は酵素により糖へ転換され、得られる糖はプラスチック及びエタノールのような製品を生産するための工業用微生物の原料として用いられる。
本発明の開示はベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ組成物及び使用方法を提供する。一般的に、ベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ組成物は全セルラーゼ調製物単独と比較して同等以上の特異的性能を有する。幾つかの実施態様においては、ベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ組成物は10%から約80%(w/wタンパク質)のベータ‐グルコシダーゼを含む。幾つかの実施態様においては、ベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ組成物は全セルラーゼ活性及び約0.60から22pNPG/CMC単位のベータ‐グルコシダーゼ活性を含む。
図面が単なる説明の目的とし、決して本発明の範囲を限定することを意図しないことは当業者に理解される。
前述の一般的な説明及び次の詳細な説明は単なる典型的及び解説的なものであり、本発明は本明細書に記載の組成物及び方法に限定されないことは理解される。本明細書にて他に定義されない限り、本明細書に用いるすべての技術用語及び科学用語は本発明に属する当業者によって一般的に理解されるような同じ意味を有する。本出願において、特に他に言及しない限り、単数は複数を含む。他に言及しない限り、「又は」の使用は「及び/又は」を意味する。同様に、「含む(comprise)」、「含んでいる(comprising)」、「含む(comprises)「含める(include)」、「含めている(including)」及び「含める(includes)」は限定していることを意図していない。特許及び刊行物内に開示されるすべてのアミノ酸及びヌクレオチド配列を含む本明細書に引用されるすべての特許及び刊行物は、引用により明らかに取り込まれる。
本発明はベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ組成物を提供し、並びに、前記ベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ組成物の製造及び使用方法を提供する。一般的に本明細書に記載のベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ組成物は全セルラーゼ調製物単独に比較してほぼ同等以上の特異的性能を有する。幾つかの実施態様においては、本明細書に記載のベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ組成物は全セルラーゼ調製物単独に比較してほぼ同等以上のセルロース系原料の糖化における特異的性能を有する。
(1)自然発生的な比率又は非自然発生的、つまり改変される比率のいずれかでセルロース分解酵素成分を組み合わすこと、又は
(2)一以上のセルロース分解酵素を過剰発現又は過少発現するように微生物を修飾すること、又は
(3)少なくとも一つのセルロース分解酵素が欠損するような微生物を修飾すること
である。従って、幾つかの実施態様においては、全セルラーゼ調製物は一以上の多様なEG及び/又はCBH、及び/又はベータ‐グルコシダーゼの欠損を有してよい。例えば、EG1を単独で欠損し、又は他のEG及び/又はCBHと組み合わせて欠損してよい。
(i)エンドグルカナーゼ類(EG)又は1,4‐β‐d‐グルカン‐4‐グルカノヒドロラーゼ類(EC3.2.1.4)、
(i i)1,4‐β‐d‐グルカン‐4‐グルカノヒドロラーゼ類(またはセロデキストリナーゼ類として知られる)(EC3.2.1.74)及び1,4‐β‐d‐グルカン‐セロビオヒドロラーゼ類(エキソ‐セロビオヒドロラーゼ、CBH)(EC3.2.1.91)を含むエキソグルカナーゼ類、及び
(i i i)ベータ‐グルコシダーゼ(BG)又はベータ‐グルコシド グルコヒドロラーゼ類(EC3.2.1.21)
を含み、これらに限定されない酵素を含む。
上述のベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ組成物に加えて、本明細書に記載の組成物の使用方法もまた提供される。一般的な態様において、本発明はセルロース系原料を加水分解することに関する。一般的に、これらの方法はセルロース系原料をベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼと接触させること、及びセルロース系原料の加水分解をもたらすのに十分な条件下セルロース系原料及びベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼを共に維持すること、及びそれにより産物を生産することである。いくつかの実施態様においては、セルロースからグルコースへの転換の方法を提供する。
アッセイに用いる全セルラーゼ及びベータ‐グルコシダーゼを次に示す。
トリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)RUT−C30全セルラーゼ(ATCC No.56765)、
トリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)BGL1(CEL3A) (米国特許第6,022,725を参照願いたい)、
トリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)BGL3(CEL3B) (米国特許第6,982,159を参照願いたい)、及び
トリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)BGL7(CEL3E)(USPN 20040102619を参照願いたい)
すべての酵素を50mM酢酸ナトリウムpH5にて所望の濃度に希釈した。
マイクロタイタープレート糖化アッセイを1%PASCにおけるBGL1を含む及び含まないトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼ調製物を用いて実施した。図1は1%PASCでのトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼLAMINEX BG及びBGL1を用いたマイクロタイタープレート糖化アッセイを示す。図1(A)はBGL1を含む及び含まない所定量の全セルラーゼに対してプロットした全体の%転換を示す。図1(B)は同じ総タンパク質添加での全セルラーゼ単独及び全セルラーゼとBGL1により生成されるセロビオース及びグルコースの相対量を示す。
図1に示すように添加BGL1を用いて見られる効果は純セルロース及び非結晶性セルロースであるPASC基質を用いた場合だけではなかった。また、類似の効果が他のセルロース原料を用いて観察された。これらの原料は結晶性セルロース(アビセル(Avicel))、希酸前処理トウモロコシ茎葉(PCS)及び希酸前処理サトウキビバガスである。図2はPASC基質を用いた場合について上述したように、7%セルロース固体でアビセル(Avicel)を用いて実施した実験結果を示す。図2は7%アビセル(Avicel)におけるトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼLAMINEX BG及びBGL1を用いたマイクロタイタープレート糖化アッセイを示す。図2(A)はBGL1を含む及び含まない所定量の全セルラーゼに対してプロットした全体の%転換を示す。図2(B)は同じ総タンパク質添加での全セルラーゼ単独及び全セルラーゼとBGL1により生成されるセロビオース及びグルコースの相対量を示す。PASCの場合と同様に、半分の全セルラーゼ調製物をBGL1で置き換えることは全体の%転換に変化を与えなかった。ベータ‐グルコシダーゼの追加はグルコースに対するセロビオースの比率を増加させたが、全セルラーゼ単独がアビセル(Avicel)においてかなり高いグルコース対セロビオースの比を生産するので、その効果はPASCを用いた場合のように明確ではない。PCS及びバガスは両者の総合的な転換及びセロビオースに対するグルコースの比率(図3及び図4)においてアビセル(Avicel)にみられた結果と同様の結果を得た。図3は7%セルロースにてPCSでのトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼLAMINEX BG及びBGL1を用いたマイクロタイタープレート糖化アッセイを示す。(A)はBGL1を含む及び含まない所定量の全セルラーゼに対してプロットした全体の%転換を示す。(B)は同じ総タンパク質添加での全セルラーゼ単独及び全セルラーゼとBGL1により生成されるセロビオース及びグルコースの相対量を示す。また、7%PCSでのBGL1に対する全セルラーゼの比率を振盪フラスコで試験した。振盪フラスコのデータはマイクロタイタープレートで観察されたものとよく相関していた(データ示さず)。図4は7%サトウキビバガスでのトリコデルマ(Trichoderma)全セルラーゼ及びトリコデルマ(Trichoderma)ベータ‐グルコシダーゼ1を用いたマイクロタイタープレート糖化アッセイであって、全体の%転換(A)及び生成されるセロビオースとグルコースの相対量(B)及びベータ‐グルコシダーゼの量の増加に伴う%転換(C)の結果を示す。
ベータ‐グルコシダーゼの添加効果が菌株トリコデルマ レーシ(T. reesei)全セルラーゼに対して特徴的であるか調べるために、7%セルロース固体にてPCSを用いた実験をRutC30(別のトリコデルマ レーシ(T. reesei)全セルラーゼ)で繰り返した。図5は7%セルロースにてPCSでのRutC30全セルラーゼ及びBGL1を用いたマイクロタイタープレート糖化アッセイを示す。(A)はBGL1を含む及び含まない所定量のRutC30全セルラーゼに対してプロットした全体の%転換を示す。(B)は同じ総タンパク質添加でのRutC30全セルラーゼ単独及びRutC30全セルラーゼとBGL1により生成されるセロビオース及びグルコースの相対量を示す。
図6は1%PACSにおけるトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼLAMINEX BG及び精製BGL1を用いたマイクロタイタープレート糖化アッセイである。(A)はBGL1を含む及び含まない所定量のトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼ及びBGL1に対してプロットした全体の%転換を示す。(B)は同じ総タンパク質添加でのトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼ及びBGL1により生成されるセロビオース及びグルコースの相対量を示す。図7は7%セルロースにてPCSでのトリコデルマ(Trichoderma)全セルラーゼLAMINEX BG及び精製BGL1を用いたマイクロタイタープレート糖化アッセイである。(A)はBGL1を含む及び含まない所定量のトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼに対してプロットした全体の%転換を示す。(B)は同じ総タンパク質添加でのトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼ単独及びトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼとBGL1により生成されるセロビオース及びグルコースの相対量を示す。BGL1と全セルラーゼの約50:50の混合物由来の%転換は基質として1%PASC又は7%PCSのいずれを使用する場合でも同量の全セルラーゼ単独より高い(図6及び7)。また、PCS及びPASC両方における15mg/gトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼ及び5mg/gBGL1の混合物は20mg/gトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼより高い転換を得る。未精製BGL1を用いるように、グルコースとセロビオースの比は精製BGL1の添加により増加し、PASCにおいて顕著な違いがみられる。
上述する全セルラーゼにベータ‐グルコシダーゼを添加する利点はBGL1に限定されない。二つの他のトリコデルマ レーシ(T. reesei)ベータ‐グルコシダーゼ、BGL3及びBGL7についてもPASC及びPCSにおけるマイクロタイタープレート糖化アッセイにて全セルラーゼを用いて試験した。
表1はトリコデルマ(Trichoderma)全セルラーゼ(WC)及びベータ‐グルコシダーゼ1の活性単位の比を示す。マイクロタイタープレート糖化アッセイに添加する酵素は活性単位/mgタンパク質を乗じることによりmg総タンパク質から活性単位へ変換した。トリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼは14CMC U/mg(Berlin, A.; Maximenko, V.; Gilkes, N.; Saddler, J.“Optimization of enzyme complexes for lignocellulose hydrolysis”Biotechnol.Bioeng. 2007, 97(2), 287‐296)であり、一方、BGL1の活性はpNPGアッセイ(77pNPG U/mg)を用いて測定した。表1はwt:wtに基づくトリコデルマ(Trichoderma)全セルラーゼ対BGL1の比とし、基質における1グラムのセルロース当たり添加した対応活性単位を示す。pNPG U/g値をCMC U/g値で割ることにより混合物に存在するpNPG/CMC活性の比率を与え、この比率は基質又は酵素添加量に依存しない。
Claims (6)
- セルロース系原料を加水分解する方法であって、
セルロース系原料を有効量のベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼと接触させることを含み、
前記有効量のベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼが、重量:重量の比で25%のトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)ベータ‐グルコシダーゼBGL3を含み、
前記有効量のベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼがトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼを含み、及び
ここで、前記%は前記全セルラーゼと前記ベータ‐グルコシダーゼの合計に基づく
ことを特徴とする、方法。 - 前記ベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼがセロビオヒドロラーゼ類とエンドグルカナーゼ類の一以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記トリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼが全培養液製剤であることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 有効量のベータ‐グルコシダーゼを含むベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼであって、前記有効量のベータ‐グルコシダーゼの量が、重量:重量の比で25%であり、
前記ベータ‐グルコシダーゼが、トリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)ベータ‐グルコシダーゼBGL3であり、
前記ベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼがトリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼを含み、及び
ここで、前記%は前記全セルラーゼと前記ベータ‐グルコシダーゼの合計に基づく
ことを特徴とする、前記ベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ。 - 全セルラーゼ調製物がセロビオヒドロラーゼ類とエンドグルカナーゼ類の一以上を含むことを特徴とする請求項4に記載のベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ。
- 前記トリコデルマ レーシ(Trichoderma reesei)全セルラーゼが全培養液製剤であることを特徴とする請求項4又は5に記載のベータ‐グルコシダーゼ強化全セルラーゼ。
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