JP6787668B2 - 改変型リパーゼ及びその用途 - Google Patents
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Description
以上の背景の下、本発明は、短鎖ないし中鎖脂肪酸選択性を有する、微生物由来のリパーゼ及びその用途を提供することを課題とする。
以下の発明は、主として以上の成果及び考察に基づく。
[1]カンジダ シリンドラッセ由来のリパーゼのアミノ酸配列において、以下の(1)又は(2)の置換が行われたアミノ酸配列からなる改変型リパーゼ:
(1)配列番号1に示すアミノ酸配列の428位アミノ酸に相当するアミノ酸に対する、アスパラギンへの置換;
(2)配列番号1に示すアミノ酸配列の429位アミノ酸に相当するアミノ酸に対する、フェニルアラニン、メチオニン又はイソロイシンへの置換。
[2]前記カンジダ シリンドラッセ由来のリパーゼのアミノ酸配列が、配列番号2のアミノ酸配列と70%以上同一のアミノ酸配列であり、前記(1)の置換が行われる、[1]に記載の改変型リパーゼ。
[3]前記カンジダ シリンドラッセ由来のリパーゼのアミノ酸配列が、配列番号2のアミノ酸配列と90%以上同一のアミノ酸配列であり、前記(2)の置換が行われる、[1]に記載の改変型リパーゼ。
[4]前記カンジダ シリンドラッセ由来のリパーゼのアミノ酸配列が、配列番号2〜7のいずれかのアミノ酸配列である、[2]又は[3]に記載の改変型リパーゼ。
[5]配列番号8〜11のいずれかのアミノ配列からなる、[1]に記載の改変型リパーゼ。
[6][1]〜[5]のいずれか一項に記載の改変型リパーゼをコードする遺伝子。
[7]配列番号12〜19のいずれかの塩基配列を含む、[6]に記載の遺伝子。
[8][6]又は[7]に記載の遺伝子を含む組換えDNA。
[9][8]に記載の組換えDNAを保有する微生物。
[10]宿主が、エシェリヒア コリ、カンジダ シリンドラッセ、アスペルギルス オリゼ、バチルス サチルス又はピキア パストリスである、[9]に記載の微生物。
[11][1]〜[5]のいずれか一項に記載の改変型リパーゼを含む酵素剤。
[12][1]〜[5]のいずれか一項に記載の酵素又は[11]に記載の酵素剤を食品又は食品原料に作用させることを特徴とする、食品又は食品原料の風味改善方法。
[13][1]〜[5]のいずれか一項に記載の酵素又は[11]に記載の酵素剤を食品原料又は中間生成物に作用させることを特徴とする、食品の製造方法。
[14]食品が乳製品である[12]又は[13]に記載の方法。
[15][1]〜[5]のいずれか一項に記載の酵素又は[11]に記載の酵素剤を含む、食品又は食品原料に作用させるための、風味改善剤。
[16][1]〜[5]のいずれか一項に記載の酵素又は[11]に記載の酵素剤を作用させて得られた、食品又は食品原料。
(用語)
用語「改変型リパーゼ」とは、特定のリパーゼ(説明の便宜上、「基準リパーゼ」と呼ぶ)を改変ないし変異して得られる酵素である。基準リパーゼは、カンジダ シリンドラッセ(Candida cylindracea)由来のリパーゼ又はカンジダ ルゴーサ(Candida rugosa)由来のリパーゼである。用語「カンジダ シリンドラッセ(Candida cylindracea)由来のリパーゼ」と用語「カンジダ ルゴーサ(Candida rugosa)由来のリパーゼ」とは交換可能に使用される。
メチオニン:M、セリン:S、アラニン:A、トレオニン:T、バリン:V、チロシン:Y、ロイシン:L、アスパラギン:N、イソロイシン:I、グルタミン:Q、プロリン:P、アスパラギン酸:D、フェニルアラニン:F、グルタミン酸:E、トリプトファン:W、リジン:K、システイン:C、アルギニン:R、グリシン:G、ヒスチジン:H
本発明の第1の局面は改変型リパーゼ(改変型酵素)に関する。本発明の改変型酵素は、カンジダ シリンドラッセ由来のリパーゼのアミノ酸配列において、以下の(1)又は(2)の置換が行われたアミノ酸配列を有する。
(1)配列番号1に示すアミノ酸配列の428位アミノ酸に相当するアミノ酸に対する、アスパラギンへの置換
(2)配列番号1に示すアミノ酸配列の429位アミノ酸に相当するアミノ酸に対する、フェニルアラニン、メチオニン又はイソロイシンへの置換
(1)タンパク質を結晶化する。結晶化は、立体構造決定のためには欠かせないが、それ以外にも、タンパク質の高純度の精製法、高密度で安定な保存法として産業上の有用性もある。この場合、リガンドとして基質もしくはそのアナログ化合物を結合したタンパク質を結晶化すると良い。
(2)作製した結晶にX線を照射して回折データを収集する。なお、タンパク質結晶はX線照射によりダメージを受け回折能が劣化するケースが多々ある。その場合、結晶を急激に−173℃程度に冷却し、その状態で回折データを収集する低温測定技術が最近普及してきた。なお、最終的に、構造決定に利用する高分解能データを収集するために、輝度の高いシンクロトロン放射光が利用される。
(3)結晶構造解析を行うには、回折データに加えて、位相情報が必要になる。目的のタンパク質に対して、類縁のタンパク質の結晶構造が未知の場合、分子置換法で構造決定することは不可能であり、重原子同型置換法により位相問題が解決されなくてはならない。重原子同型置換法は、水銀や白金等原子番号が大きな金属原子を結晶に導入し、金属原子の大きなX線散乱能のX線回折データへの寄与を利用して位相情報を得る方法である。決定された位相は、結晶中の溶媒領域の電子密度を平滑化することにより改善することが可能である。溶媒領域の水分子は揺らぎが大きいために電子密度がほとんど観測されないので、この領域の電子密度を0に近似することにより、真の電子密度に近づくことができ、ひいては位相が改善されるのである。また、非対称単位に複数の分子が含まれている場合、これらの分子の電子密度を平均化することにより位相が更に大幅に改善される。このようにして改善された位相を用いて計算した電子密度図にタンパク質のモデルをフィットさせる。このプロセスは、コンピューターグラフィックス上で、MSI社(アメリカ)のQUANTA等のプログラムを用いて行われる。この後、MSI社のX-PLOR等のプログラムを用いて、構造精密化を行い、構造解析は完了する。目的のタンパク質に対して、類縁のタンパク質の結晶構造が既知の場合は、既知タンパク質の原子座標を用いて分子置換法により決定できる。分子置換と構造精密化はプログラム CNS_SOLVE ver.11などを用いて行うことができる。
本発明の第2の局面は本発明の改変型酵素に関連する核酸を提供する。即ち、改変型酵素をコードする遺伝子、改変型酵素をコードする核酸を同定するためのプローブとして用いることができる核酸、改変型酵素をコードする核酸を増幅又は突然変異等させるためのプライマーとして用いることができる核酸が提供される。
配列番号12:変異体1(L428N)
配列番号13:変異体2(G429F)
配列番号14:変異体3(G429M)
配列番号15:変異体4(G429I)
配列番号16(配列番号12の配列においてコドンの置換をしたもの)
配列番号17(配列番号13の配列においてコドンの置換をしたもの)
配列番号18(配列番号14の配列においてコドンの置換をしたもの)
配列番号19(配列番号15の配列においてコドンの置換をしたもの)
本発明の改変型酵素は例えば酵素剤の形態で提供される。酵素剤は、有効成分(本発明の改変型酵素)の他、賦形剤、緩衝剤、懸濁剤、安定剤、保存剤、防腐剤、生理食塩水などを含有していてもよい。賦形剤としてはデンプン、デキストリン、マルトース、トレハロース、乳糖、D-グルコース、ソルビトール、D-マンニトール、白糖、グリセロール等を用いることができる。緩衝剤としてはリン酸塩、クエン酸塩、酢酸塩等を用いることができる。安定剤としてはプロピレングリコール、アスコルビン酸等を用いることができる。保存剤としてはフェノール、塩化ベンザルコニウム、ベンジルアルコール、クロロブタノール、メチルパラベン等を用いることができる。防腐剤としてはエタノール、塩化ベンザルコニウム、パラオキシ安息香酸、クロロブタノール等と用いることができる。
本発明の更なる局面は改変型酵素及び酵素剤の用途に関する。本発明の改変型酵素は、動物由来リパーゼに近似した基質特異性、即ち、短鎖ないし中鎖脂肪酸選択性を有する。本発明では、この特性を活かし、食品や食品原料などの風味改善に改変型酵素又は酵素剤を利用する。「風味改善」とは、特定の風味成分を増強又は付与することによって、本来の風味(即ち、本発明を適用しない場合の風味)よりも好ましい風味をもたせることをいう。典型的には、風味改善の結果、その食品又は食品原料に特徴的な風味が増強される。好ましくない風味成分がマスクされることによって風味が改善する場合もある。
新規リパーゼの創出を目指し、以下の検討を行った。
1.目標・検討方針
以下の点に着目して検討を進めることにした。
(1)チーズに作用させた場合に仔牛舌下腺由来リパーゼ類似の遊離脂肪酸組成をもたらす微生物リパーゼの取得を目指す。具体的には、脂肪酸特異性を長鎖から短鎖に変更することを試みる。
(2)酵素タンパク質の基質ポケットを狭くすることにより基質特異性を変更する。
(3)基質ポケット内のアミノ酸を、よりかさ高いものに変更することによりポケットを狭くする。
(1)変異点の選択
カンジダ シリンドラッセ由来リパーゼLIP1の配列(シグナルペプチドを含むアミノ酸配列を配列番号1に、当該アミノ酸配列をコードする遺伝子の配列を配列番号20に、シグナルペプチドを含まない成熟体のアミノ酸配列を配列番号2に示す)及び公共のデータベースに登録された立体構造から、基質と相互作用しているアミノ酸を選択した。具体的には、261位プロリン(P261)、319位ロイシン(L319)、428位ロイシン(L428)を選択した。尚、これらのアミノ酸残基は、Schmittらの文献(非特許文献1:J. Schmitt et al., Protein Engineering, vol.15, no.7, pp.595-601, 2002)におけるP246、L304及びL413にそれぞれ対応する。
ピキア パストリス(Pichia pastoris)宿主発現系(Invitrogen, Pichia Expression Kit)を使用した。プラスミドはpPIC3.5Kを使用し、テンプレートであるカンジダ シリンドラッセ由来LIP1遺伝子には出芽酵母(Saccharomyces cerevisiae)に最適化されたコドン配列を使用した。Inverse PCR法による変異導入を行い(TOYOBO, KOD-Plus-Mutagenesis Kit)、選択した変異点にアミノ酸置換が生じた各種変異体をコードする遺伝子を調製した。変異体LIP1遺伝子を含むプラスミドをE. coli DH5αに形質転換した。続いて、変異体LIP1遺伝子を含むプラスミドを形質転換したE. coliより抽出した。
変異体LIP1遺伝子を含むプラスミドをピキア パストリスGS115に形質転換した(Invitrogen, Pichia Expression Kit)。得られたピキア パストリス形質転換体を培養し、培養上清から酵素(変異体リパーゼ)を回収した。
基質にはナチュラルチーズ(ヤングチェダーチーズ)をリン酸バッファー(pH 6.8)に重量比で1:1になるように懸濁・分散させたものを使用した。反応条件は50℃、16時間とした。各変異体リパーゼの添加量はチーズ1gに対しタンパク量0.1mgとした。反応終了後、チーズ中の遊離脂肪酸をジエチルエーテルにより抽出し、ガスクロマトグラフィーに供した。
<変異体1>
アミノ酸配列:配列番号8
遺伝子配列:配列番号12
<変異体2>
アミノ酸配列:配列番号9
遺伝子配列:配列番号13
<変異体3>
アミノ酸配列:配列番号10
遺伝子配列:配列番号14
<変異体4>
アミノ酸配列:配列番号11
遺伝子配列:配列番号15
(1)大腸菌(エシェリヒア コリ)での発現
プラスミドpET20bに変異体リパーゼ(G429M)遺伝子を導入した。エシェリヒア コリOrigami B(DE3)を宿主に発現させた。得られた形質転換体を15℃の条件下で40時間培養し、菌体を得た。菌体をビーズショッカーで破砕し、得られた抽出液の活性を測定した。短鎖脂肪酸に対する活性を測定するためにリパーゼキットS(DSバイオファーマメディカル)を用いた。長鎖脂肪酸への活性を測定するために脂肪消化力LMAP法を用いた。結果、細胞抽出液の活性は、リパーゼキットSの場合に1.85 u/mL、LMAP法の場合に0 u/mLであった。
変異により栄養要求性を付与したカンジダ シリンドラッセを宿主に、変異体リパーゼ(G429M)を発現させた。得られた形質転換体を25℃の条件下で48時間培養し、培養上清の活性を測定した。短鎖脂肪酸への活性を測定するためにFCCIII法を用いた。長鎖脂肪酸への活性を測定するために脂肪消化力LMAP法を用いた。結果、変異体リパーゼ(G429M)を発現させたカンジダ シリンドラッセの培養上清の活性は、FCCIII法の場合に470 u/mL、LMAP法の場合に155 u/mLであった(短鎖:長鎖 = 3:1)。比較のために、変異体リパーゼ遺伝子を導入していない宿主の培養上清の活性を測定したところ、FCCIII法の場合に267 u/mL、LMAP法の場合に599 u/mLであった(短鎖:長鎖 = 2:5)。
変異により栄養要求性を付与したアスペルギルス オリゼを宿主に、アミラーゼプロモーターを用いて変異体リパーゼ(G429M)を発現させた。得られた形質転換体を30℃の条件下で76時間培養し、培養上清の活性を測定した。短鎖脂肪酸への活性を測定するためにFCCIII法を用いた。長鎖脂肪酸への活性を測定するために脂肪消化力LMAP法を用いた。結果、変異型リパーゼ(G429M)を発現させたアスペルギルス オリゼの培養上清の活性は、FCCIII法の場合に39 u/mL、LMAP法の場合に0 u/mLであった。
プルラナーゼプロモーターを付与した変異体リパーゼ(G429M)遺伝子をプラスミドpHY300PLKに導入した。バチルス サチルスを宿主に発現させた。得られた形質転換体の培養液の活性を測定した。短鎖脂肪酸に対する活性を測定するためにリパーゼキットS(DSバイオファーマメディカル)を用いた。長鎖脂肪酸への活性を測定するために脂肪消化力LMAP法を用いた。結果、培養液の活性は、リパーゼキットSの場合に0.3 u/mL(空ベクターで形質転換したコントロールは0.1u/mL)、LMAP法の場合に0 u/mLであった。
Claims (13)
- カンジダ シリンドラッセ由来のリパーゼのアミノ酸配列であって、配列番号2のアミノ酸配列と95%以上同一のアミノ酸配列において、以下の(1)又は(2)の置換が行われたアミノ酸配列からなる、短鎖ないし中鎖脂肪酸(C 4 〜C 8 )に対する選択性を有する改変型リパーゼ:
(1)配列番号1に示すアミノ酸配列の428位アミノ酸に相当するアミノ酸に対する、アスパラギンへの置換;
(2)配列番号1に示すアミノ酸配列の429位アミノ酸に相当するアミノ酸に対する、フェニルアラニン又はメチオニンへの置換。 - 前記カンジダ シリンドラッセ由来のリパーゼのアミノ酸配列が、配列番号2又は3のアミノ酸配列である、請求項1に記載の改変型リパーゼ。
- 配列番号8〜10のいずれかのアミノ配列からなる、請求項1に記載の改変型リパーゼ。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の改変型リパーゼをコードする核酸。
- 配列番号12〜14、16〜18のいずれかの塩基配列を含む、請求項4に記載の核酸。
- 請求項4又は5に記載の核酸を含む組換えDNA。
- 請求項6に記載の組換えDNAを保有する微生物。
- 宿主が、エシェリヒア コリ、カンジダ シリンドラッセ、アスペルギルス オリゼ、バチルス サチルス又はピキア パストリスである、請求項7に記載の微生物。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の改変型リパーゼを含む酵素剤。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の改変型リパーゼ又は請求項9に記載の酵素剤を食品又は食品原料に作用させることを特徴とする、食品又は食品原料の風味改善方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の改変型リパーゼ又は請求項9に記載の酵素剤を食品原料又は中間生成物に作用させることを特徴とする、食品の製造方法。
- 食品が乳製品である請求項10又は11に記載の方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の改変型リパーゼ又は請求項9に記載の酵素剤を含む、食品又は食品原料に作用させるための風味改善剤。
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