JP6569203B2 - Method for measuring glucose with a glucose sensor - Google Patents

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本発明は、グルコースセンサによるグルコース測定方法であって温度依存的シグナル強度変動の低減されたグルコース測定方法、および、その利用に関する。   The present invention relates to a glucose measurement method using a glucose sensor, which relates to a glucose measurement method with reduced temperature-dependent signal intensity fluctuation, and use thereof.

血中グルコース濃度の測定は、糖尿病患者が適当な血糖コントロールを行うにあたって必要不可欠である。日常的に血糖値をチェックするために使われるのは簡易型自己血糖測定キットであり、グルコースオキシダーゼ(以下GODとも記載)もしくはグルコースデヒドロゲナーゼ(以下GDHとも記載)を利用したものが知られている。GODは血糖測定用酵素として古くから用いられているが、溶存酸素が測定値に影響を与えることから、近年ではGDHを用いたものが主流となってきている。GDHを原料としたグルコースセンサは、GDHの以下の反応を利用して血液中のグルコース濃度を測定するものである。

D−グルコース + 電子受容体(酸化型) →
D−グルコノ−δ−ラクトン + 電子受容体(還元型)

すなわち、グルコースを酸化することによって生じる電子の流れを測定することにより、グルコースの定量を可能にしている。これまでに血糖測定に用いられているGDHとしては、反応に要する補酵素の違いから、ニコチンアミド依存型、ピロロキノリンキノン(以下PQQとも記載)依存型、フラビンアデニンジヌクレオチド(以下FADとも記載)依存型の3種類が知られている。ニコチンアミド依存型としてはバチルス属由来のものが市販されているが、補酵素を含んだホロ酵素の状態で精製することができないため、センサを作製するにあたって補酵素となるニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(以下NADとも記載)などを加えなければならない。この煩雑さ及び補酵素となるNAD等が高価であることが問題点として挙げられる。一方、PQQ依存型GDHはホロ酵素での提供が可能であり、また比活性が高くグルコースに対する十分な応答シグナルを得られるという利点がある一方で、基質特異性の厳密さに欠け、マルトース等のグルコース以外の糖類にも反応してしまう点が問題視されている。これらの問題点をクリアしうるものとして、FAD依存型GDHが浸透しつつある。
Measurement of blood glucose concentration is indispensable for diabetic patients to perform appropriate blood glucose control. A simple self-blood glucose measurement kit that is used to check blood glucose levels on a daily basis is known, which uses glucose oxidase (hereinafter also referred to as GOD) or glucose dehydrogenase (hereinafter also referred to as GDH). GOD has long been used as an enzyme for measuring blood glucose, but since dissolved oxygen has an effect on the measured value, GDH has become the mainstream in recent years. A glucose sensor using GDH as a raw material measures the glucose concentration in blood using the following reaction of GDH.

D-glucose + electron acceptor (oxidized) →
D-glucono-δ-lactone + electron acceptor (reduced form)

In other words, glucose can be quantified by measuring the flow of electrons generated by oxidizing glucose. GDH used so far for blood glucose measurement includes nicotinamide-dependent type, pyrroloquinoline quinone (hereinafter also referred to as PQQ) -dependent type, flavin adenine dinucleotide (hereinafter also referred to as FAD) due to the difference in coenzyme required for the reaction. Three types of dependency types are known. As a nicotinamide-dependent type, those derived from the genus Bacillus are commercially available, but since they cannot be purified in the state of a holoenzyme containing a coenzyme, nicotinamide adenine dinucleotide (which becomes a coenzyme in producing a sensor) (Hereinafter also referred to as NAD). The problem is that this complexity and NAD that is a coenzyme are expensive. On the other hand, PQQ-dependent GDH can be provided by a holoenzyme and has an advantage of high specific activity and a sufficient response signal to glucose. The point that it reacts with saccharides other than glucose is regarded as a problem. FAD-dependent GDH is spreading as something that can clear these problems.

またさらに、アスペルギルス属由来GDH(特許文献1、2)やペニシリウム属由来GDH(特許文献3)などに見られる、キシロース作用性を解消したケカビ科糸状菌由来FAD依存型GDHも近年見出され、特許出願がなされている(特許文献4〜6)。こうしたGDHを使用した血糖センサも鋭意検討・開発されているものと推察される。   Furthermore, a FAD-dependent GDH derived from a fungus family that has eliminated xylose activity, as found in Aspergillus genus GDH (Patent Documents 1 and 2), Penicillium genus GDH (Patent Document 3), etc. Patent applications have been filed (Patent Documents 4 to 6). It is presumed that a blood glucose sensor using such GDH has been intensively studied and developed.

ところで、グルコースセンサにおいてグルコースの定量を行うにあたっては、10℃〜40℃の温度範囲での使用が想定される。一般に酵素による触媒を介した化学反応は、温度の上昇に伴って反応速度も上昇し、そして一定の温度を超えた条件では酵素の失活に伴って反応速度も急激に低下するという挙動を示す。このような温度依存的な酵素活性の変動は、測定を行う際の外気温度に依存してグルコースの定量値が変動する要因となりうる。これを避けるために、例えばグルコースセンサに温度計を具備し、測定時の温度から計測値を補正する工夫がなされている。しかしながらこのような温度補正機能も、環境温度が定量値に与える影響を十分に解消しえないことが非特許文献1において指摘されている。よって環境温度がグルコースの定量値に与える影響を低減するためには、酵素自体の特性として特に10℃〜40℃の温度範囲において酵素活性の変動が小さいことがより望ましい。   By the way, in performing glucose determination in the glucose sensor, use in a temperature range of 10 ° C. to 40 ° C. is assumed. In general, a chemical reaction via an enzyme catalyzed by an enzyme shows a behavior in which the reaction rate increases as the temperature increases, and the reaction rate rapidly decreases as the enzyme is deactivated at a temperature exceeding a certain temperature. . Such a temperature-dependent change in enzyme activity can be a factor that causes the quantitative value of glucose to change depending on the outside temperature at the time of measurement. In order to avoid this, for example, a glucose sensor is provided with a thermometer, and a measure for correcting the measured value from the temperature at the time of measurement is made. However, it is pointed out in Non-Patent Document 1 that such a temperature correction function cannot sufficiently eliminate the influence of the environmental temperature on the quantitative value. Therefore, in order to reduce the influence of environmental temperature on the quantitative value of glucose, it is more desirable that the enzyme activity has a small fluctuation in the temperature range of 10 ° C. to 40 ° C. as a characteristic of the enzyme itself.

このような観点から、これまで様々な工夫がなされてきた。特許文献7〜9には、酵素の反応温度依存性を改良し、低温領域での活性を、25℃ないし40℃における活性と比較してその差が縮められた改変酵素が開示される。こうした改変により温度依存的な感度の乖離は一定の解消はみられているものの完全とはいえず、酵素活性の反応温度依存性とは異なる、別の観点からの問題解決が必要であった。   From such a viewpoint, various ideas have been made so far. Patent Documents 7 to 9 disclose modified enzymes in which the reaction temperature dependency of the enzyme is improved, and the difference in activity in the low temperature region is reduced compared to the activity at 25 ° C. to 40 ° C. Although the temperature-dependent sensitivity divergence has been resolved to some extent by such modification, it cannot be said that it is complete, and it is necessary to solve the problem from a different viewpoint, which is different from the reaction temperature dependency of the enzyme activity.

特許4494978号Japanese Patent No. 4494978 特許4292486号Japanese Patent No. 4292486 米国特許7494494号US Pat. No. 7,494,494 特許4648893号Japanese Patent No. 4648893 特開2013−90621JP2013-90621A 特開2013−116102JP2013-116102A 特開2011−152129JP2011-152129A 特開2012−019756JP2012-019756 WO2010/137489WO2010 / 137487 米国特許7871805号US Pat. No. 7,871,805

宇野志保ら (2009) 医学検査 Vol.58 p76−78Uno Shiho et al. (2009) Medical Examination Vol. 58 p76-78

本発明の目的は、グルコースセンサによるグルコース測定方法であって温度依存的シグナル強度変動の低減されたグルコース測定方法を提供すること、および、前記方法に用いる低温領域での測定感度が高められたグルコースセンサや、前記グルコースセンサ上における低温領域での測定感度を向上させるためのグルコースデヒドロゲナーゼを提供することである。 An object of the present invention is to provide a glucose measurement method using a glucose sensor, in which a temperature-dependent signal intensity fluctuation is reduced, and glucose having improved measurement sensitivity in a low temperature region used in the method It is to provide a sensor and glucose dehydrogenase for improving measurement sensitivity in a low temperature region on the glucose sensor.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、酵素活性の温度依存性とは異なる観点、より具体的にはグルコースに対するミカエリス定数(Km)の低い酵素を適用することにより、低温領域における感度が高められることを見出し、本発明を完成するに至った。このような観点から低温領域におけるシグナル感度低下を抑制しうることは、これまで報告例がなく、その可能性についても示唆すらされていなかった。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have applied a viewpoint that is different from the temperature dependence of enzyme activity, more specifically, an enzyme having a low Michaelis constant (Km) for glucose. The inventors have found that the sensitivity in a low temperature region can be improved, and have completed the present invention. From such a viewpoint, it has not been reported so far that the decrease in signal sensitivity in the low temperature region can be suppressed, and the possibility has not been suggested.

すなわち、本発明は以下のような構成からなる。
項1.
以下の(A)〜(D)のすべての特性を有するグルコースデヒドロゲナーゼを含んでなるグルコースセンサを用いて、グルコースを測定する方法。
(A)フラビンアデニンジヌクレオチドを補酵素とする。
(B)D−グルコースをD−グルコノラクトンに変換する反応を触媒する。
(C)マルトースに対する反応性が対D−グルコース比5%以下である。
(D)D−グルコースに対するミカエリス定数が40mM以下である。
項2.
少なくとも作用極・対極からなる電極上に、電子伝達物質および以下の(A)〜(D)のすべての特性を有するグルコースデヒドロゲナーゼを含んでなるグルコースセンサを用いて、グルコースを測定する方法。
(A)フラビンアデニンジヌクレオチドを補酵素とする。
(B)D−グルコースをD−グルコノラクトンに変換する反応を触媒する。
(C)マルトースに対する反応性が対D−グルコース比5%以下である。
(D)D−グルコースに対するミカエリス定数が40mM以下である。
項3.
5℃の環境下で得られるシグナル強度が、25℃の環境下で得られるシグナル強度と比して50%以上である、項1または2に記載のグルコース測定方法。
That is, the present invention has the following configuration.
Item 1.
A method for measuring glucose using a glucose sensor comprising glucose dehydrogenase having all the following characteristics (A) to (D).
(A) Flavin adenine dinucleotide is used as a coenzyme.
(B) Catalyzing the reaction of converting D-glucose to D-gluconolactone.
(C) The reactivity with respect to maltose is 5% or less with respect to the D-glucose ratio.
(D) The Michaelis constant for D-glucose is 40 mM or less.
Item 2.
A method for measuring glucose by using a glucose sensor comprising an electron transfer substance and glucose dehydrogenase having all the following characteristics (A) to (D) on an electrode comprising at least a working electrode and a counter electrode.
(A) Flavin adenine dinucleotide is used as a coenzyme.
(B) Catalyzing the reaction of converting D-glucose to D-gluconolactone.
(C) The reactivity with respect to maltose is 5% or less with respect to the D-glucose ratio.
(D) The Michaelis constant for D-glucose is 40 mM or less.
Item 3.
Item 3. The glucose measurement method according to Item 1 or 2, wherein the signal intensity obtained under an environment of 5 ° C is 50% or more as compared with the signal intensity obtained under an environment of 25 ° C.

本発明により、25℃以下の温度領域における温度依存的な応答シグナルの変動を低減したグルコースセンサを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a glucose sensor with reduced temperature-dependent response signal fluctuation in a temperature range of 25 ° C. or lower.

本発明の実施形態は、以下のすべての特性を有するグルコースデヒドロゲナーゼを含んでなるグルコースセンサを用いて、グルコースを測定する方法である。
(A)フラビンアデニンジヌクレオチドを補酵素とする。
(B)D−グルコースをD−グルコノラクトンに変換する反応を触媒する。
(C)マルトースに対する反応性が対D−グルコース比5%以下である。
(D)D−グルコースに対するミカエリス定数が40mM以下である。
An embodiment of the present invention is a method of measuring glucose using a glucose sensor comprising a glucose dehydrogenase having all the following characteristics.
(A) Flavin adenine dinucleotide is used as a coenzyme.
(B) Catalyzing the reaction of converting D-glucose to D-gluconolactone.
(C) The reactivity with respect to maltose is 5% or less with respect to the D-glucose ratio.
(D) The Michaelis constant for D-glucose is 40 mM or less.

前記(D)におけるミカエリス定数は、好ましくは35mM以下であり、より好ましくは15mM以下であり、より好ましくは2mM以下である。 The Michaelis constant in (D) is preferably 35 mM or less, more preferably 15 mM or less, and more preferably 2 mM or less.

上記のグルコース測定方法で用いられるグルコースデヒドロゲナーゼの由来は特に限定されないが、たとえばペニシリウム属やムコール属の微生物が挙げられる。中でもペニシリウム・イタリカム、ペニシリウム・リラシノエキヌラタム、ムコール・プライニー、ムコール・ヒエマリスなどが好ましい。これらの微生物からグルコースデヒドロゲナーゼをコードするDNAを抽出するか、あるいは、文献などで公知のグルコースデヒドロゲナーゼのアミノ酸配列または前記グルコースデヒドロゲナーゼをコードするDNAなどの情報を基に合成DNAを作成し、これらDNAを適当な宿主ベクター系に導入し、得られた形質転換体を栄養培地で培養した培養液を精製して所望のグルコースデヒドロゲナーゼを得ることができる。 The origin of the glucose dehydrogenase used in the above glucose measurement method is not particularly limited, and examples include microorganisms of the genus Penicillium and Mucor. Of these, penicillium italycam, penicillium relassinoechinuratam, mucor pliny, mucor hyalmaris and the like are preferable. Extract DNA encoding glucose dehydrogenase from these microorganisms, or create synthetic DNA based on information such as amino acid sequence of glucose dehydrogenase known in the literature or DNA encoding the glucose dehydrogenase, and A desired glucose dehydrogenase can be obtained by introducing a suitable host vector system and purifying a culture solution obtained by culturing the obtained transformant in a nutrient medium.

上記のグルコース測定方法で用いられるグルコースセンサの形態は特に限定されないが、一例は、以下の構成からなる。すなわち、少なくとも作用極・対極からなる電極を有し、さらに参照極を含んでもよく、それら電極上に、少なくとも上記グルコースデヒドロゲナーゼおよび電子伝達物質を含んでなるグルコースセンサである。
電極としては、カーボン電極、金電極、白金電極などを用い、この電極上にGDHを固定化する。固定化方法としては、架橋試薬を用いる方法、高分子マトリックス中に封入する方法、透析膜で被覆する方法、光架橋性ポリマー、導電性ポリマー、酸化還元ポリマーなどを用いる方法があり、あるいは電子メディエーターとともにポリマー中に固定あるいは電極上に吸着固定してもよく、またこれらを組み合わせて用いてもよい。典型的には、グルタルアルデヒドを用いて本発明のGDHをカーボン電極上に固定化した後、アミン基を有する試薬で処理してグルタルアルデヒドをブロッキングする。使用する電子メディエーターとしては、GDHから電子を受け取り、発色物質や電極に電子を供与しうるものが挙げられ、たとえばフェリシアン化物塩、フェナジンエトサルフェート、フェナジンメトサルフェート、フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルフェニレンジアミン、1−メトキシ−フェナジンメトサルフェート、2,6−ジクロロフェノールインドフェノール、2,5−ジメチル−1,4−ベンゾキノン、2,6−ジメチル−1,4−ベンゾキノン、2,5−ジクロロ−1,4−ベンゾキノン、ニトロソアニリン、フェロセン誘導体、オスミウム錯体、ルテニウム錯体、シトクロム等が例示されるが、これらに限定されない。また、電極上のGDH組成物中には、安定化剤及び/又は活性化剤としてウシ血清アルブミン、セリシン等のタンパク質、TritonX−100、Tween20、コール酸塩、デオキシコール酸塩などの界面活性剤、グリシン、セリン、グルタミン酸、グルタミン、アスパラギン酸、アスパラギン、グリシルグリシン等のアミノ酸、トレハロース、イノシトール、ソルビトール、キシリトール、グリセロール、スクロース等の糖及び/又は糖アルコール類、塩化ナトリウム、塩化カリウム等の無機塩類を適宜添加してもよく、またあるいはプルラン、デキストラン、ポリエチレングリコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドンなどに代表される親水性ポリマーを賦形剤として含んでもよい。
Although the form of the glucose sensor used by said glucose measuring method is not specifically limited, An example consists of the following structures. That is, the glucose sensor includes at least an electrode composed of a working electrode and a counter electrode, and may further include a reference electrode, and includes at least the glucose dehydrogenase and the electron transfer substance on the electrodes.
As the electrode, a carbon electrode, a gold electrode, a platinum electrode, or the like is used, and GDH is immobilized on the electrode. As immobilization methods, there are a method using a crosslinking reagent, a method of encapsulating in a polymer matrix, a method of coating with a dialysis membrane, a method of using a photocrosslinkable polymer, a conductive polymer, a redox polymer, etc., or an electron mediator At the same time, it may be fixed in a polymer or adsorbed and fixed on an electrode, or these may be used in combination. Typically, the GDH of the present invention is immobilized on a carbon electrode using glutaraldehyde, and then treated with a reagent having an amine group to block glutaraldehyde. Examples of electron mediators that can be used include those that receive electrons from GDH and can donate electrons to the color-developing material and the electrodes. For example, ferricyanide salts, phenazine etsulfate, phenazine methosulfate, phenylenediamine, N, N, N ', N'-tetramethylphenylenediamine, 1-methoxy-phenazine methosulfate, 2,6-dichlorophenolindophenol, 2,5-dimethyl-1,4-benzoquinone, 2,6-dimethyl-1,4-benzoquinone 2,5-dichloro-1,4-benzoquinone, nitrosoaniline, ferrocene derivative, osmium complex, ruthenium complex, cytochrome and the like, but are not limited thereto. Further, in the GDH composition on the electrode, as a stabilizer and / or an activator, a protein such as bovine serum albumin or sericin, a surfactant such as Triton X-100, Tween 20, cholate or deoxycholate , Glycine, serine, glutamic acid, glutamine, aspartic acid, asparagine, glycylglycine and other amino acids, trehalose, inositol, sorbitol, xylitol, glycerol, sucrose and other sugars and / or sugar alcohols, sodium chloride, potassium chloride and other inorganic substances Salts may be added as appropriate, or alternatively, a hydrophilic polymer typified by pullulan, dextran, polyethylene glycol, carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone and the like may be included as an excipient.

グルコース濃度の測定は、以下のようにして行うことができる。電極上のグルコースデヒドロゲナーゼおよび電子伝達物質を少なくとも含んでなる組成上にサンプルを添加し、電極に一定の電圧を印加し、電流値を測定する。計測された電流値から、標準濃度のグルコース溶液により作製したキャリブレーションカーブに従い、試料中のグルコース濃度を計算することができる。この際、得られる電流値は温度の影響を受け、低温度では電流値は低く、高温では電流値は高くなる。よって、計測時の温度により補正をかけた上でグルコース濃度を計算する必要がある。本発明における、低温での測定感度向上の指標としては、上記方法によって5℃、25℃の環境下で同一濃度のグルコース溶液から得られる電流値を計測し、25℃における電流値を100%とした際の、5℃における電流値の比率として評価する。好ましい比率としては、好ましくは50%以上であり、より好ましくは55%以上であり、よりさらに好ましくは75%以上であり、最も好ましくは80%以上である。 The glucose concentration can be measured as follows. A sample is added on the composition comprising at least glucose dehydrogenase and an electron transfer substance on the electrode, a constant voltage is applied to the electrode, and the current value is measured. From the measured current value, the glucose concentration in the sample can be calculated according to a calibration curve prepared with a standard concentration glucose solution. At this time, the obtained current value is affected by the temperature, and the current value is low at a low temperature, and the current value is high at a high temperature. Therefore, it is necessary to calculate the glucose concentration after correcting the temperature at the time of measurement. In the present invention, as an index for improving measurement sensitivity at low temperatures, the current value obtained from a glucose solution having the same concentration in an environment of 5 ° C. and 25 ° C. is measured by the above method, and the current value at 25 ° C. is 100%. It evaluates as a ratio of the electric current value in 5 degreeC at the time of doing. A preferred ratio is preferably 50% or more, more preferably 55% or more, still more preferably 75% or more, and most preferably 80% or more.

本発明の別の実施形態は、前記のグルコースセンサによるグルコース測定方法であって温度依存的シグナル強度変動の低減されたグルコース測定方法である。
本発明において、シグナル強度とは、すなわちグルコースセンサにおいて電圧を印加した際に発生する、GDHによるグルコースの酸化に起因する電流値の高さのことを言う。
本発明において、シグナル強度の比較は、5℃の環境下で得られるシグナル強度と、25℃の環境下で得られるシグナル強度とを比較して行うものとする。
本発明においては、5℃の環境下で得られるシグナル強度が、25℃の環境下で得られるシグナル強度と比して50%以上であれば、シグナル強度変動が低減されていると判断する。
Another embodiment of the present invention is a glucose measurement method using the glucose sensor described above, wherein the temperature-dependent signal intensity fluctuation is reduced.
In the present invention, the signal intensity means the height of the current value caused by the oxidation of glucose by GDH, which occurs when a voltage is applied in the glucose sensor.
In the present invention, the signal intensity is compared by comparing the signal intensity obtained in an environment of 5 ° C. with the signal intensity obtained in an environment of 25 ° C.
In the present invention, if the signal intensity obtained in an environment of 5 ° C. is 50% or more as compared with the signal intensity obtained in an environment of 25 ° C., it is determined that the signal intensity fluctuation is reduced.

本発明の別の実施形態は、前記のグルコースセンサによるグルコース測定方法、または、前記のグルコースセンサによるグルコース測定方法であって温度依存的シグナル強度変動の低減されたグルコース測定方法に用いる、グルコースセンサである。 Another embodiment of the present invention is a glucose sensor used for the glucose measurement method using the glucose sensor or the glucose measurement method using the glucose sensor, wherein the glucose measurement method has a reduced temperature-dependent signal intensity fluctuation. is there.

本発明の別の実施形態は、前記のグルコースセンサに用いる、前記グルコースセンサ上における低温領域での測定感度を向上させるためのグルコースデヒドロゲナーゼである。 Another embodiment of the present invention is a glucose dehydrogenase used in the glucose sensor for improving measurement sensitivity in a low temperature region on the glucose sensor.

活性測定例
本明細書において、FAD依存型GDH活性測定は特に断りのない限り、以下の方法に従って行われる。
反応液(0.1mol/L HEPES、200mmol/L D−グルコース、0.55mmol/L DCPIP、pH6.5)2.9mLを石英セルにいれ、37℃で5分間予備加温する。そしてGDH溶液0.1mLを加えて混和し、37℃で5分反応させ、この間700nm吸光度を測定する。吸光度変化の直線部分から1分間あたりの吸光度の上昇度(ΔODTEST)を算出する。盲検は、GDH溶液の代わりに緩衝液を加えて混和し、同様に37℃5分インキュベートして700nm吸光度を記録し、1分間あたりの吸光度変化(ΔODBLANK)を算出する。これらの値を以下の式に当てはめて活性値(U/mL)を算出する。なおここでは、基質存在下で1分間に1マイクロモルのDCPIPを還元する酵素量を1Uと定義する。

GDH活性(U/mL)=[(ΔODTEST−ΔODBLANK)×3.0×希釈倍率 ]/(4.5×1.0×0.1)

なお、ここで
3.0 :GDH溶液混和後の容量(mL)
4.5 :DCPIPのミリモル分子吸光係数(cm/マイクロモル)
1.0 :光路長(cm)
0.1 :添加するGDH溶液の液量(mL)
である。
Example of activity measurement In this specification, FAD-dependent GDH activity measurement is carried out according to the following method unless otherwise specified.
2.9 mL of the reaction solution (0.1 mol / L HEPES, 200 mmol / L D-glucose, 0.55 mmol / L DCPIP, pH 6.5) is placed in a quartz cell, and preheated at 37 ° C. for 5 minutes. Then, 0.1 mL of GDH solution is added and mixed, and the mixture is reacted at 37 ° C. for 5 minutes. During this time, the absorbance at 700 nm is measured. The degree of increase in absorbance per minute (ΔOD TEST ) is calculated from the linear portion of the absorbance change. In the blind test, a buffer solution is added in place of the GDH solution and mixed, and similarly, incubated at 37 ° C. for 5 minutes, the absorbance at 700 nm is recorded, and the change in absorbance per minute (ΔOD BLANK ) is calculated. The activity value (U / mL) is calculated by applying these values to the following equation. Here, the amount of enzyme that reduces 1 micromole of DCPIP per minute in the presence of a substrate is defined as 1 U.

GDH activity (U / mL) = [(ΔOD TEST− ΔOD BLANK ) × 3.0 × dilution ratio] / (4.5 × 1.0 × 0.1)

Here, 3.0: Volume after mixing with GDH solution (mL)
4.5: millimolar molecular extinction coefficient of DCPIP (cm 2 / micromol)
1.0: Optical path length (cm)
0.1: Volume of GDH solution to be added (mL)
It is.

グルコースに対するミカエリス定数(Km)の算出例
本発明に述べる基質に対するミカエリス定数(Km)の算出方法は、以下の測定方法により行う。すなわち、測定溶液として上述の活性測定例に記載の反応液組成におけるD−グルコースの濃度を200mmol/L、100mmol/L、50mmol/L、20mmol/L、10mmol/Lとした5種類の反応液を作製し、それぞれの測定溶液を用いて上述の活性測定例の方法に従いGDH溶液(上述の活性測定例における活性値が0.8U/mlとなるよう調整した溶液)のΔOD(ΔODTEST−ΔODBLANK)を測定する。それら測定値をもとにLineweaver−Burkプロット法(両逆数プロット法)に従ってミカエリス定数(Km)を算出する。
Example of calculating Michaelis constant (Km) for glucose The method for calculating the Michaelis constant (Km) for a substrate described in the present invention is performed by the following measuring method. That is, five types of reaction liquids were used in which the concentration of D-glucose in the reaction liquid composition described in the above activity measurement examples was 200 mmol / L, 100 mmol / L, 50 mmol / L, 20 mmol / L, 10 mmol / L as measurement solutions. ΔOD (ΔOD TEST -ΔOD BLANK ) of the GDH solution (solution adjusted so that the activity value in the above activity measurement example is 0.8 U / ml) using each measurement solution according to the method of the above activity measurement example ). Based on these measured values, the Michaelis constant (Km) is calculated according to the Lineweaver-Burk plot method (both reciprocal plot method).

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to a following example.

実施例1 グルコースに対するKm値の低いFAD依存型GDHの調製
ペニシリウム・イタリカム由来FAD依存型GDH(以下PiGDHと称する)、ペニシリウム・リラシノエキヌラタム由来FAD依存型GDH(以下PlGDHと称する)は、特許文献10に記載のとおり、それぞれの精製酵素を調製した。
ムコール・プライニー由来FAD依存型GDH(以下MpGDHと称する)は、特許文献4に記載のアミノ酸配列を参考に配列番号2に記載の配列からなる合成DNAを作製した。また、ムコール・ヒエマリス由来FAD依存型GDH(以下MhGDHと称する)は、特許文献6に記載のアミノ酸配列を参考に配列番号4に記載の配列からなる合成DNAを作製した。これら合成DNAは、既に公開となっている特許文献(WO2013/080881)に記載される宿主(クリプトコッカス・エスピー・S−2.U−5株)に、概特許に記載のとおりのフローで形質転換を行った。なお、形質転換の際にベクターとしてpCsUXを使用し、配列番号2および4の遺伝子はそれぞれ5‘末端側をクリプトコッカス・エスピー・S−2株由来キシラナーゼの分泌シグナルと融合し、かつ3’末端側に終止コドン(TAA)を付加した状態で概ベクターのMluI/SpeIサイトに挿入した。ベクターpCsUXの概要及びキシラナーゼ分泌シグナルの配列も、上記特許文献に記載されている。このようにして作製した形質転換体は、200mL容のバッフル付きフラスコ中のYM培地60mLに植菌し、温度25℃、回転速度180rpmで2日間培養し、培養液全量を6Lの生産培地(5%酵母エキス、2%キシロース、0.02%アデカノール)に加え、30℃で通気攪拌培養した。培養液を高速冷却遠心機(日立ハイテク製CR22型)にセットした連続遠心用ローター(型番:R10C)に通液し、5000rpmで回転させることにより菌体を沈降させ、培養液上清を得た。この溶液を分子量50000カット限外ろ過膜を用いて加水濃縮することにより1000倍以上になるよう加水し、最終的に液量2Lまで濃縮した。この溶液に0.4飽和となるよう硫酸アンモニウムを溶解し、0.4飽和硫酸アンモニウムを含む50mMリン酸カリウムバッファー(pH6.0)で緩衝化したPhenyl−sepharose 6FF HS(GEヘルスケア社製)に吸着させ、硫酸アンモニウム濃度が0となるまでグラジエント溶出を行い、GDH活性を有する画分を集めた。この溶液を分子量50000カット限外ろ過膜を用いて10mLまで濃縮し、0.3M塩化ナトリウムを含む50mMリン酸カリウムバッファーで緩衝化したSuperdex200に通液し、ゲルろ過を行って精製酵素を得た。上記計4種類のGDHについて、上述のミカエリス定数の算出例に従ってミカエリス定数(Km値)を算出し、これを市販品であるFAD依存型GDH(AoGDH、Aspergillus oryzae由来)のKm値と比較した結果を表1に示す。
Example 1 Preparation of FAD-dependent GDH with low Km value for glucose As described in Patent Document 10, each purified enzyme was prepared.
For mucor plinie-derived FAD-dependent GDH (hereinafter referred to as MpGDH), a synthetic DNA having the sequence described in SEQ ID NO: 2 was prepared with reference to the amino acid sequence described in Patent Document 4. In addition, the FAD-dependent GDH (hereinafter referred to as MhGDH) derived from Mucor Himalis prepared a synthetic DNA consisting of the sequence described in SEQ ID NO: 4 with reference to the amino acid sequence described in Patent Document 6. These synthetic DNAs are transformed into a host (Cryptococcus sp. S-2.U-5 strain) described in a patent document (WO2013 / 088081) which has already been disclosed, according to the flow described in the general patent. Went. In addition, pCsUX was used as a vector at the time of transformation, and the genes of SEQ ID NOs: 2 and 4 were fused with the secretion signal of the xylanase derived from Cryptococcus sp. Was inserted into the MluI / SpeI site of the general vector with a stop codon (TAA) added thereto. The outline of the vector pCsUX and the sequence of the xylanase secretion signal are also described in the above patent document. The transformant thus prepared is inoculated into 60 mL of a YM medium in a 200 mL baffled flask, cultured at a temperature of 25 ° C. and a rotation speed of 180 rpm for 2 days, and the total amount of the culture solution is 6 L of production medium (5 % Yeast extract, 2% xylose, 0.02% adecanol) and aerated and agitated culture at 30 ° C. The culture solution was passed through a continuous centrifuge rotor (model number: R10C) set in a high-speed cooling centrifuge (Hitachi High-Tech CR22 type) and rotated at 5000 rpm to sediment the cells, and a culture solution supernatant was obtained. . This solution was hydrolyzed and concentrated using an ultrafiltration membrane having a molecular weight of 50,000 cut so that the solution became 1000 times or more, and finally concentrated to a liquid volume of 2 L. In this solution, ammonium sulfate was dissolved to 0.4 saturation, and adsorbed on Phenyl-Sepharose 6FF HS (manufactured by GE Healthcare) buffered with 50 mM potassium phosphate buffer (pH 6.0) containing 0.4 saturated ammonium sulfate. Gradient elution was performed until the ammonium sulfate concentration reached 0, and fractions having GDH activity were collected. This solution was concentrated to 10 mL using an ultrafiltration membrane with a molecular weight of 50000 cut, passed through Superdex 200 buffered with 50 mM potassium phosphate buffer containing 0.3 M sodium chloride, and subjected to gel filtration to obtain a purified enzyme. . For the above four types of GDH, the Michaelis constant (Km value) was calculated according to the above-mentioned calculation example of the Michaelis constant, and the result was compared with the Km value of a commercially available FAD-dependent GDH (AoGDH, derived from Aspergillus oryzae) Is shown in Table 1.

グルコースセンサの調製およびシグナル強度の温度依存性比較
グルコース測定用試薬として、以下の組成からなる溶液(pH=7.5)を作製した。
1mM クエン酸
50mM フェリシアン化カリウム
500U/ml FAD依存型GDH
0.5% カルボキシメチルセルロース
上記溶液5μLを、3電極を具備するディスポーサブルチップ(DEP−CHIP、バイオデバイステクノロジーズ社製)の作用極・対極・参照極上に滴下し、50℃10分の加温処理を行うことでセンサチップとした。このセンサチップを専用ソケットを介してポテンショ/ガルバノスタット(HSV−100、北斗電工製)に接続して25℃の環境下に置き、電極上の組成物に25℃でプレインキュベーションを行った10mMの標準グルコース溶液5μLを添加して+0.3Vの電圧を印加して電流値をモニタリングした。また、これらセンサチップを5℃の環境下において同様に5℃にプレインキュベートしたグルコース溶液と反応させて電流値をモニタリングして、5℃における電流値の、25℃での電流値に対する比率を求めた。結果を表2に示す。
Preparation of glucose sensor and comparison of temperature dependency of signal intensity A solution (pH = 7.5) having the following composition was prepared as a reagent for measuring glucose.
1 mM citric acid 50 mM potassium ferricyanide 500 U / ml FAD-dependent GDH
0.5% Carboxymethylcellulose 5 μL of the above solution is dropped on the working electrode / counter electrode / reference electrode of a disposable chip (DEP-CHIP, manufactured by Biodevice Technologies) with 3 electrodes, and heated at 50 ° C. for 10 minutes. By doing so, a sensor chip was obtained. This sensor chip was connected to a potentio / galvanostat (HSV-100, manufactured by Hokuto Denko) via a dedicated socket, placed in an environment of 25 ° C., and the composition on the electrode was preincubated at 25 ° C. with 10 mM. A current glucose was monitored by adding 5 μL of a standard glucose solution and applying a voltage of +0.3 V. In addition, these sensor chips are similarly reacted with a glucose solution preincubated at 5 ° C. in an environment of 5 ° C., and the current value is monitored to determine the ratio of the current value at 5 ° C. to the current value at 25 ° C. It was. The results are shown in Table 2.

表に示すように、5℃におけるシグナルの25℃での電流値に対する比率は、GDHのグルコースに対するKm値の影響を受けており、40mMを下回るKm値を有するGDHにおいて、それを上回るKm値を有するGDHよりも高い比率を示すこと、すなわち低温環境においても比較的高い電流値を示すことが見出された。これはすなわち、グルコースセンサが低温による影響をより受けにくくなったことを意味する。 As shown in the table, the ratio of the signal at 5 ° C. to the current value at 25 ° C. is affected by the Km value of GDH for glucose, and in GDH having a Km value of less than 40 mM, It has been found that it exhibits a higher ratio than the GDH it has, that is, it exhibits a relatively high current value even in a low temperature environment. This means that the glucose sensor is less susceptible to low temperatures.

本発明により製造したグルコースセンサは、血糖値測定用試薬、血糖センサ並びにグルコース定量キットとしての供給が可能である。   The glucose sensor manufactured according to the present invention can be supplied as a reagent for measuring blood glucose level, a blood glucose sensor, and a glucose determination kit.

Claims (5)

以下の(A)〜(E)のすべての特性を有するグルコースデヒドロゲナーゼを含んでなるグルコースセンサを用いて、グルコースを測定する方法。
(A)フラビンアデニンジヌクレオチドを補酵素とする
(B)D−グルコースをD−グルコノラクトンに変換する反応を触媒する
(C)マルトースに対する反応性が対D−グルコース比5%以下である
(D)D−グルコースに対するミカエリス定数が15mM以下である
(E)25℃における同一濃度のグルコース溶液から得られる電流値を100%とした際の、5℃における電流値の比率が75%以上であって、
グルコース測定用試薬溶液のpHが7.5であり、かつ、以下の(a)〜(d)の組成からなるものである
(a)クエン酸
(b)フェリシアン化カリウム
(c)フラビンアデニンジヌクレオチドを補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ
(d)カルボキシメチルセルロース
A method for measuring glucose using a glucose sensor comprising glucose dehydrogenase having all the following characteristics (A) to (E) :
(A) Catalytic reaction of converting D-glucose into D-gluconolactone using flavin adenine dinucleotide as a coenzyme (C) Reactivity to maltose is 5% or less of D-glucose ratio ( D) Michaelis constant for D-glucose is 15 mM or less
(E) When the current value obtained from the glucose solution of the same concentration at 25 ° C. is 100%, the ratio of the current value at 5 ° C. is 75% or more,
The pH of the reagent solution for measuring glucose is 7.5 and has the following compositions (a) to (d):
(A) Citric acid
(B) Potassium ferricyanide
(C) Glucose dehydrogenase using flavin adenine dinucleotide as a coenzyme
(D) Carboxymethylcellulose
前記グルコース測定用試薬溶液が、以下の(a)〜(d)の組成からなる、請求項1に記載のグルコースを測定する方法。The method for measuring glucose according to claim 1, wherein the glucose measurement reagent solution has the following compositions (a) to (d).
(a)1mM クエン酸(A) 1 mM citric acid
(b)50mM フェリシアン化カリウム(B) 50 mM potassium ferricyanide
(c)500U/ml フラビンアデニンジヌクレオチドを補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ(C) Glucose dehydrogenase using 500 U / ml flavin adenine dinucleotide as a coenzyme
(d)0.5% カルボキシメチルセルロース(D) 0.5% carboxymethylcellulose
電極上の組成物が、以下の(a)〜(d)を含んでなる、請求項1に記載のグルコースを測定する方法。The method for measuring glucose according to claim 1, wherein the composition on the electrode comprises the following (a) to (d).
(a)5nmol クエン酸(A) 5 nmol citric acid
(b)250nmol フェリシアン化カリウム(B) 250 nmol potassium ferricyanide
(c)2.5U フラビンアデニンジヌクレオチドを補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ(C) Glucose dehydrogenase using 2.5 U flavin adenine dinucleotide as a coenzyme
(d)2.5μg カルボキシメチルセルロース(D) 2.5 μg carboxymethylcellulose
D−グルコースに対するミカエリス定数が2mM以下であって、かつ、25℃における同一濃度のグルコース溶液から得られる電流値を100%とした際の、5℃における電流値の比率が80%以上である請求項1〜3のいずれかに記載のグルコースを測定する方法。 The Michaelis constant for D-glucose is 2 mM or less , and the current value ratio at 5 ° C. is 80% or more when the current value obtained from a glucose solution of the same concentration at 25 ° C. is 100%. Item 4. A method for measuring glucose according to any one of Items 1 to 3 . 少なくとも作用極・対極からなる電極を有するグルコースセンサを用いて、請求項1〜4のいずれかに記載のグルコースを測定する方法。 The method for measuring glucose according to any one of claims 1 to 4 , using a glucose sensor having at least an electrode comprising a working electrode and a counter electrode.
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