JP7002557B2 - Recombinant Escherichia coli that produces equol derivatives and methods for synthesizing equol derivatives using these - Google Patents

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Description

本発明は、エクオール誘導体を生産する組換え大腸菌およびこれを利用したエクオール誘導体の合成方法に関するものである。 The present invention relates to recombinant Escherichia coli that produces an equol derivative and a method for synthesizing an equol derivative using the recombinant Escherichia coli.

ヒトの腸内微生物のうち一部の嫌気性微生物は、ヒトがマメ科植物を通じて摂取したイソフラボンを代謝してエクオールへと生変換することが知られている。これまでに発見されたエクオール合成微生物はすべてバクテリアであり、代表的に、スラッキア属(Slackia sp.)、エガセラ属(Eggerthella sp.)、アドレクルーツィア属(Adlercreutizia sp.)のように、大部分がコリオバクテリア属に属しており、例外的に、ラクトコッカス(Lactococcus)由来も存在する。 It is known that some anaerobic microorganisms among human intestinal microorganisms metabolize isoflavones ingested by humans through legumes and convert them into equol. All of the equol-synthesizing microorganisms discovered so far are bacteria, and most of them, such as Lactococcus sp., Eggerthella sp., And Adlercreutizia sp. Belongs to the genus Coriobacterium, with the exception of Lactococcus.

前記のような腸内微生物の酵素反応により作られたエクオールは、S構造の光学異性体のみ合成され、これは、ヒトの人体に吸収されて植物性エストロゲン(phytoestrogen)効果を示すことが知られている。したがって、エクオールを絶えず摂取する場合、乳がんの誘発といった従来の更年期症状治療剤の副作用なしに、女性の更年期症状、特に、骨粗しょう症の発病および症状が緩和されることが証明された。このような効果は、エクオールの分子構造がヒトのエストロゲンと類似性を有し、エストロゲン受容体αとβのうちαへの選択性が高いためである。それだけでなく、(S)‐エクオールは、心血管系疾患を予防し、前立腺がんを緩和させる効果も明らかにされている(非特許文献1)。エクオールの類似体である5‐ヒドロキシ‐エクオールは、イソフラボンであるゲニステイン(genistein)から由来した物質で、エクオールに比べて明らかにされた生物学的効能は相対的に少ないものの、エクオールよりも優れた抗酸化性を示す植物性エストロゲンであることが報告されている(非特許文献2)。また、ジヒドロエクオール(dehydroequol)は、前立腺がんと卵巣がん細胞の成長を阻害するという報告があり、臨床第2期試験の結果、化学抗がん剤に耐性が生じた卵巣がんの抑制に効果があることが報告されている(非特許文献3)。 Equol produced by the enzymatic reaction of intestinal microorganisms as described above is known to synthesize only optical isomers of S structure, which are absorbed by the human body and exhibit a phytoestrogen effect. ing. Therefore, it has been demonstrated that constant intake of equol alleviates the onset and symptoms of female menopausal symptoms, especially osteoporosis, without the side effects of traditional menopausal treatments such as the induction of breast cancer. This effect is due to the fact that the molecular structure of equol is similar to that of human estrogen and that estrogen receptors α and β are highly selective for α. Not only that, (S) -equol has also been shown to be effective in preventing cardiovascular diseases and alleviating prostate cancer (Non-Patent Document 1). An analog of equol, 5-hydroxy-equol, is a substance derived from the isoflavone genistein, which has relatively less biological efficacy than equol but is superior to equol. It has been reported that it is a plant-derived estrogen exhibiting antioxidant properties (Non-Patent Document 2). In addition, it has been reported that dehydroequol inhibits the growth of prostate cancer and ovarian cancer cells, and as a result of the second clinical trial, it suppresses ovarian cancer that has become resistant to chemical anticancer drugs. It has been reported that it is effective in (Non-Patent Document 3).

しかし、腸内微生物を利用するエクオール合成のための多様な努力と研究とは異なり、5‐ヒドロキシ‐エクオールの合成の努力は制限的であった。ただ、エクオールを生合成するいくつかの腸内微生物が5‐ヒドロキシ‐エクオールを合成できることが、以下のように報告されている。ラットの腸で同定したコリオバクテリアStrain Mt1B8とヒトの大便で同定したスラッキア・イソフラボニコンバーテンスを利用して、ゲニステインがジヒドロゲニステインを経て5‐ヒドロキシ‐エクオールへと生合成されることが明らかとされた(非特許文献4)。しかし、このような菌株を利用した5‐ヒドロキシエクオールの生産は、微生物を嫌気条件で生長させることに対する制限点があり、微生物の接種後、最少15時間後から5‐ヒドロキシ‐エクオールが生産され、生産性が低く、標準物質の不在による正確な最終収率予測が難しいという限界点が存在する。 However, unlike the various efforts and studies for equol synthesis utilizing gut microbiota, the effort for 5-hydroxy-equol synthesis was limited. However, it has been reported that some intestinal microorganisms that biosynthesize equol can synthesize 5-hydroxy-equol as follows. Using the coriobacterium Strine Mt1B8 identified in the rat intestine and the slackia isoflavoniconverter identified in human stool, it was revealed that genistein is biosynthesized via dihydrogenistein to 5-hydroxy-equol. (Non-Patent Document 4). However, the production of 5-hydroxyequol using such a strain has a limitation on the growth of microorganisms under anaerobic conditions, and 5-hydroxy-equol is produced at least 15 hours after inoculation of the microorganism. There is a limit that productivity is low and it is difficult to accurately predict the final yield due to the absence of reference materials.

イソフラボンの一つであるゲニステイン(genistein)は、微生物Coriobacteriaceae Strain Mt1B8(16)、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)(17)、strain AUH‐JLC159によって、5‐ヒドロキシ‐エクオールへと生転換されることが報告されたことがあるが、反応および培養時間が2~3日と長く、嫌気性反応条件を要求し、基質であるゲニステインの量が0.6mmol/L以上である場合、転換率が80%以下に低下する問題点が存在する(特許文献1)。 One of the isoflavones, genistein, is converted to the microorganisms Coriobacteriaceae Strine Mt1B8 (16), Slackia isoflavoniconvertens (17), 5-lyen equol and 5-line AUH-JLC159. However, when the reaction and culture time is as long as 2 to 3 days, anaerobic reaction conditions are required, and the amount of the substrate genistein is 0.6 mmol / L or more, the conversion rate There is a problem that the amount is reduced to 80% or less (Patent Document 1).

合成された5‐ヒドロキシ‐エクオールは、DPPHラジカル捕捉効果が(S)‐エクオールの20倍であり、C・エレガンス線虫(Caenorhabditis elegans)の寿命とストレス抵抗性を増加させることが証明されている(非特許文献5)。しかし、5‐ヒドロキシ‐エクオールのその他の生理的活性は明らかにされていない。 The synthesized 5-hydroxy-equol has a DPPH radical scavenging effect 20 times that of (S) -equol, and has been shown to increase the lifespan and stress resistance of C. elegans nematodes (Caenorhabditis elegans). (Non-Patent Document 5). However, other physiological activities of 5-hydroxy-equol have not been revealed.

最近、ラクトコッカスおよびスラッキア属のバクテリアから、イソフラボンダイゼイン(daidzein)をエクオールに変換させる役割をする4つの酵素が、2013年、Annett Brauneグループによって初めて同定された(非特許文献6)。前記酵素は、3つの還元酵素と、1つの異性化酵素で構成されており、ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)である。 Recently, four enzymes responsible for converting isoflavone daidzein to equol from Lactococcus and Slackia bacteria were first identified in 2013 by the Annett Brane group (Non-Patent Document 6). The enzyme is composed of three reductases and one isomerizing enzyme. It is a reductase.

中国特許公報第103275884号Chinese Patent Publication No. 103275884

NutritionReviews,69(8),432‐448,2011NutritionReviews, 69 (8), 432-448, 2011 J.Chin.Pharm.Sci.,23(6),378‐384,2014J. Chin. Pharm. Sci. , 23 (6), 378-384, 2014 Int.J.Gynecol.Cancer,21(4),633‐639,2011Int. J. Gynecol. Cancer, 21 (4), 633-639, 2011 Applied and Environmental Microbiology,74,4847(2008)/Applied and Environmental Microbiology,75,1740(2009)Applied and Environmental Microbialology, 74,4847 (2008) / Applied and Ambient Microbialology, 75,1740 (2009) Conghui Zhang et al.,J.Chin.Pharm.Sci.,23(6):378‐384,2014Konghui Zhang et al. , J. Chin. Pharm. Sci. , 23 (6): 378-384, 2014 Appl.Environ.Microbiol.,79(11),3494,2013Apple. Environ. Microbiol. , 79 (11), 3494, 2013

本発明の目的は、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス由来の酵素4つを発現する組換え大腸菌を提供することである。 An object of the present invention is to provide recombinant Escherichia coli expressing four enzymes derived from Slackia isoflavoniconverten.

また、本発明の他の目的は、新規な化合物である5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを提供することであり、これに対する合成方法は皆無であった。 Another object of the present invention is to provide a novel compound, 5-hydroxy-dihydroequol, for which there is no synthetic method.

そこで、本発明の他の目的は、前記組換え大腸菌を利用して、ダイゼインまたはゲニステインから、エクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを合成する方法を提供することである。 Therefore, another object of the present invention is to provide a method for synthesizing equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol from daidzein or genistein using the recombinant Escherichia coli. be.

また、本発明の他の目的は、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス由来の酵素4つのうち2つまたは3つの酵素を組み合わせて発現する組換え大腸菌を利用して、5‐ヒドロキシ‐エクオール、ジヒドロエクオールおよび5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを選択的および効率的に合成する方法を提供することである。 Another object of the present invention is to utilize recombinant Escherichia coli expressed by combining two or three of the four enzymes derived from Slackia isoflavoniconverten, 5-hydroxy-equol, dihydroequol and It is to provide a method for selectively and efficiently synthesizing 5-hydroxy-dihydroequol.

前記目的を達成するために、本発明者らは、ヒトの腸内微生物であるスラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)由来のダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現する組換え大腸菌および前記4つの酵素のうち2つまたは3つの酵素を組み合わせて発現する組換え大腸菌を製造した。 In order to achieve the above object, the present inventors have made a dihydrodizein reductase, a dihydrodizein reductase, a dihydrodizein reductase derived from the human gut microbiota Slackia isoflavoniconvertens. , Dihydrodaidzein reductase, recombinant Escherichia coli expressing tetrahydrodaidzein reductase, and recombinant Escherichia coli expressing two or three of the above four enzymes in combination were produced.

また、本発明の組換え大腸菌は、ダイゼイン(daidzein)からエクオール(equol)またはジヒドロエクオール(dehydroequol)を生変換する全細胞触媒(whole cell biocatalyst)として利用され得、ゲニステインを5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールに選択的に生転換する全細胞触媒として利用され得る。 In addition, the recombinant Escherichia coli of the present invention can be utilized as a whole cell catalyst (wole cell biocatalist) for bioconverting equol or dihydroequol from daidzein, and genistein is 5-hydroxy-equol or It can be utilized as a whole cell catalyst for selective bioconversion to 5-hydroxy-dihydroequol.

本発明は、好気性条件で基質の濃度約0.2~約1mmol/Lにおいて95%の基質転換率で、エクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを生合成することができる。 The present invention biosynthesizes equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol at a substrate concentration of about 0.2 to about 1 mmol / L and a substrate conversion rate of 95% under aerobic conditions. be able to.

また、本発明は、5‐ヒドロキシ‐エクオール、ジヒドロエクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを選択的に合成することができる。 In addition, the present invention can selectively synthesize 5-hydroxy-equol, dihydro equol or 5-hydroxy-dihydro equol.

また、本発明は、5‐ヒドロキシ‐エクオール、ジヒドロエクオールおよび5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの選択的合成を、好気性条件において数時間単位で遂行可能であるため、生産費用の節減および生産物による高付加価値の獲得が可能であり、効率的な大量生産を通じて、食品、医薬品などの多様な応用先への活用が可能である。 In addition, since the present invention can carry out the selective synthesis of 5-hydroxy-equol, dihydroequol and 5-hydroxy-dihydroequol in aerobic conditions every few hours, the production cost is reduced and the product is high. It is possible to acquire added value, and through efficient mass production, it can be used for various applications such as foods and pharmaceuticals.

また、本発明の組換え大腸菌を全細胞触媒として利用する反応系への追加的な酸化還元酵素に適用する場合、多様なヒドロキシ‐イソフラボノイドを合成することができることから、研究的に価値が高い。 In addition, when the recombinant Escherichia coli of the present invention is applied to an additional oxidoreductase for a reaction system using a whole cell catalyst, various hydroxy-isoflavonoids can be synthesized, which is of high research value. ..

また、本発明によって合成された化合物は、更年期疾患の予防および治療に使用され得、前立腺がん、卵巣がんの治療のための抗がん剤として用いられ得る。また、化粧品または食品添加物の形態で抗酸化剤として使用され得る。 In addition, the compound synthesized by the present invention can be used for the prevention and treatment of menopausal diseases, and can be used as an anticancer agent for the treatment of prostate cancer and ovarian cancer. It can also be used as an antioxidant in the form of cosmetics or food additives.

図1は、初期ダイゼインの濃度による(S)‐エクオールの収率を示した図表である。FIG. 1 is a chart showing the yield of (S) -equol according to the concentration of initial daidzein. 図2は、4つの酵素をすべて発現する組換え大腸菌を利用した、エクオール(equol)、ジヒドロエクオール(dehydroequol)、5‐ヒドロキシ‐エクオール(5‐hydroxy‐equol)および5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオール(5‐hydroxy‐dehydroequol)合成反応の模式図である。FIG. 2 shows equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol (5-hydroxy-equol) and 5-hydroxy-dihydroequol (5) using recombinant Equol expressing all four enzymes. -Hydroxy-dehydroequol) It is a schematic diagram of a synthetic reaction. 図3は、図2の合成反応において、反応時間によるゲニステイン(genistein、GSN)、ジヒドロゲニステイン(dihydrogenistein、DHG)、5‐ヒドロキシ‐エクオール(5‐hydroxy‐equol、5OH‐EQ)、5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオール(5‐hydroxy‐dehydroequol、5‐OH‐DEQ)の反応系内濃度(μM)を示す。FIG. 3 shows genistein (GSN), dihydrogenistein (DHG), 5-hydroxy-equol (5-hydroxy-equol, 5OH-EQ), and 5-hydroxy-based on the reaction time in the synthetic reaction of FIG. The concentration (μM) in the reaction system of dihydroequol (5-hydroxy-dehydropool, 5-OH-DEQ) is shown. 図4は、2つの酵素を発現する組換え大腸菌1および2を利用して区画化された合成反応の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a synthetic reaction partitioned using recombinant Escherichia coli 1 and 2 expressing two enzymes. 図5は、図4の合成反応において、反応時間による、ゲニステイン(genistein,GSN)、ジヒドロゲニステイン(dihydrogenistein,DHG)、5‐ヒドロキシ‐エクオール(5‐hydroxy‐equol,5OH‐EQ)、5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオール(5‐hydroxy‐dehydroequol,5‐OH‐DEQ)の反応系内濃度(μM)を示す。FIG. 5 shows genistein (GSN), dihydrogenistein (DHG), 5-hydroxy-equol (5-hydroxy-equol, 5OH-EQ), and 5-hydroxy depending on the reaction time in the synthetic reaction of FIG. -The concentration (μM) in the reaction system of dihydroequol (5-hydroxy-dehydroequol, 5-OH-DEQ) is shown. 図6は、図2および図4にて言及した組換え大腸菌の細胞抽出物におけるタンパク質の量をSDS‐PAGEで示したものである。FIG. 6 shows the amount of protein in the cell extracts of recombinant E. coli mentioned in FIGS. 2 and 4 by SDS-PAGE. 図7は、210~320nmの波長範囲において、円二色性分散系を利用して楕円率を測定した図表である。FIG. 7 is a chart in which the ellipticity was measured using a circular dichroism dispersion system in the wavelength range of 210 to 320 nm. 図8は、2つまたは3つの酵素を発現する組換え大腸菌を利用しての、反応時間によるジヒドロエクオール(dehydroequol)の反応系内濃度(μM)を示す。FIG. 8 shows the concentration (μM) of dihydroequol in the reaction system according to the reaction time using recombinant Escherichia coli expressing two or three enzymes. 図9は、初期ゲニステインの濃度による基質転換率および5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの収率を示した図表である。FIG. 9 is a chart showing the substrate conversion rate and the yield of 5-hydroxy-dihydroequol depending on the concentration of initial genistein. 図10の(イ)は、5‐ヒドロキシ‐エクオールのEI‐MSで分析した質量スペクトルと分子構造であり、(ロ)は、5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの質量スペクトルと分子構造である。FIG. 10 (a) shows the mass spectrum and molecular structure of 5-hydroxy-equol analyzed by EI-MS, and FIG. 10 (b) shows the mass spectrum and molecular structure of 5-hydroxy-dihydroequol. 図11は、水溶性高分子であるポリエチレングリコール(polyethylene glycol、以下、PEG)またはポリビニルピロリドン(polyvinyl pyrrolidone、以下、PVP)を添加した反応液における(S)‐エクオールの反応系内濃度を時間により示した図表である。FIG. 11 shows the concentration of (S) -equol in the reaction system in a reaction solution to which polyethylene glycol (polyethylene glycol, hereinafter, PEG) or polyvinylpyrrolidone (polyvinylpyrrolidone, hereinafter, PVP), which is a water-soluble polymer, is added, by time. It is a chart shown.

本発明において使用される用語は、当業界において通常的に使用されるものであって、当業者であればその意味を誰でも理解することができるものであるが、本明細書において簡略に説明すると次のとおりである: The terms used in the present invention are commonly used in the art and can be understood by anyone skilled in the art, but are briefly described herein. Then:

(1)発現:組換え遺伝子を含むベクターを含む微生物において組換えタンパク質を生産することを意味する。 (1) Expression: It means that a recombinant protein is produced in a microorganism containing a vector containing a recombinant gene.

(2)ベクター:一本鎖、二本鎖、円形または超らせんDNAまたはRNAからなるポリヌクレオチドを意味する。ベクターは、組換えタンパク質を生産することができるように、適切な距離に作動的に連結されている複製オリジン、プロモーター、リボソーム結合部位、核酸カセット、終結などから構成されている。発現する組換えタンパク質にコーディングする遺伝子を核酸カセットの位置に挿入する。 (2) Vector: means a polynucleotide consisting of single-stranded, double-stranded, round or supercoiled DNA or RNA. Vectors are composed of replication origins, promoters, ribosome binding sites, nucleic acid cassettes, terminations, etc. that are operably linked at appropriate distances so that recombinant proteins can be produced. The gene to be coded for the expressed recombinant protein is inserted at the position of the nucleic acid cassette.

(3)細胞抽出物:組換えタンパク質が発現された微生物を破砕した後、遠心分離器で固形細胞残渣を除去した後の上澄み液を意味する。本発明においては、ダイゼイン還元酵素、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素、ジヒドロダイゼイン還元酵素、テトラヒドロダイゼイン還元酵素のうち一部または全部が発現された微生物抽出物を意味する。 (3) Cell extract: means a supernatant after disrupting a microorganism expressing a recombinant protein and then removing solid cell residues with a centrifuge. In the present invention, it means a microbial extract in which a part or all of daidzein reductase, dihydrodaidzein racemicase, dihydrodaidzein reductase, and tetrahydrodaidzein reductase is expressed.

(4)全細胞反応:特定の酵素を含む細胞を破砕して細胞抽出物を利用したり、または、酵素を分離精製せずに完全な細胞全体を利用した反応を意味する。 (4) Whole cell reaction: A reaction in which a cell containing a specific enzyme is disrupted and a cell extract is used, or a complete cell is used without separating and purifying the enzyme.

本発明は、ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)およびテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現する組換え大腸菌に関するものである。 The present invention relates to didzein reductase, dihydrodaidzein reductase, dihydrodizein reductase, and tetrahydrodizein reductase, a tetrahydrodizein reductase, and tetrahydrodizein reductase.

本発明においては、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)由来のダイゼイン還元酵素、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素、ジヒドロダイゼイン還元酵素、テトラヒドロダイゼイン還元酵素に該当するDNA配列をポリメラーゼ連鎖反応(polymerase chain reaction、PCR)を通じて増幅させた後、pRSFDuetまたはpCDFDuetベクターにそれぞれ入れ、これをE.coliにおいてhis‐tag(6 histidine)のように発現した。 In the present invention, a DNA sequence corresponding to a daidzein reducing enzyme, a dihydrodaidzein rasemizing enzyme, a dihydrodaidzein reducing enzyme, or a tetrahydrodaidzein reducing enzyme derived from Slackia isoflavoniconvertens is subjected to a polymerase chain reaction (polymerase chain reaction). After amplification through PCR), it was placed in a pRSFDuet or pCDFDuet vector, respectively, and this was put into E.I. It was expressed as his-tag (6 histidine) in colli.

前記組換え大腸菌は、基質であるダイゼインからエクオールまたはジヒドロエクオールを合成するにあたって利用され得る。 The recombinant Escherichia coli can be utilized in synthesizing equol or dihydroequol from the substrate daidzein.

また、前記組換え大腸菌は、基質であるゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを合成するにあたって利用され得る。 In addition, the recombinant Escherichia coli can be utilized in synthesizing 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol from the substrate genistein.

前記エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐エクオールの合成方法は、(S)‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐(S)‐エクオールを合成するにあたって利用され得る。 The method for synthesizing equol or 5-hydroxy-equol can be utilized in synthesizing (S) -equol or 5-hydroxy- (S) -equol.

より具体的に、前記組換え大腸菌は、ダイゼイン(daidzein)からエクオール(equol)およびジヒドロエクオール(dehydroequol)を生変換する全細胞触媒(whole cell biocatalyst)として利用され得、また、ゲニステインを5‐ヒドロキシ‐エクオール(5‐hydroxy‐equol)および5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオール(5‐hydroxy‐dehyroequol)に生転換する全細胞触媒として利用され得る。 More specifically, the recombinant Escherichia coli can be utilized as a whole cell catalyst for bioconverting equol and dehydroequol from daidzein, and genistein is 5-hydroxyl. It can be utilized as a whole cell catalyst for bioconversion to -equol (5-hydroxy-equol) and 5-hydroxy-dihydroequol (5-hydroxy-dehyroequol).

本発明の組換え大腸菌を全細胞触媒として利用するエクオール合成反応には、還元剤を添加して生成物の酸化を抑制し、還元剤としては、NAD(P)H、L‐アスコルビン酸、グルタチオン(glutathione)、ジチオスレイトール(dithiothreitol)、システイン(cysteine)などを使用することができる。添加した還元剤の濃度は、初期基質濃度の約10~約100倍が好ましい。反応液には、pH緩衝作用のためにリン酸カリウム緩衝液が含まれ、リン酸カリウムの濃度は、約50~約400mMが好ましい。反応温度は、約18~約37℃が好ましく、約25~約30℃がより好ましい。反応液のpHは約5~約10が好ましく、約6~約9がより好ましく、約7~約8がさらに好ましい。反応器の攪拌速度は、約50~約400rpmが好ましく、約80~約250rpmがより好ましく、約100~約200rpmがさらに好ましい。 In the equol synthesis reaction using the recombinant Escherichia coli of the present invention as a whole cell catalyst, a reducing agent is added to suppress the oxidation of the product, and the reducing agents include NAD (P) H, L-ascorbic acid and glutathione. (Glutathione), dithiothreitol, cysteine, and the like can be used. The concentration of the added reducing agent is preferably about 10 to about 100 times the initial substrate concentration. The reaction solution contains a potassium phosphate buffer solution for pH buffering action, and the concentration of potassium phosphate is preferably about 50 to about 400 mM. The reaction temperature is preferably about 18 to about 37 ° C, more preferably about 25 to about 30 ° C. The pH of the reaction solution is preferably about 5 to about 10, more preferably about 6 to about 9, and even more preferably about 7 to about 8. The stirring speed of the reactor is preferably about 50 to about 400 rpm, more preferably about 80 to about 250 rpm, still more preferably about 100 to about 200 rpm.

前記エクオール合成反応器内の炭素供給源としては、グルコースおよびグリセロールを使用することができ、グルコースまたはグリセロールの濃度は、約1~約5(w/v)%が好ましく、約1.5~約4(w/v)%がより好ましく、約2~約3(w/v)%がさらに好ましい。本発明の組換え微生物の濃度は、光学密度(Optical Density、以下、O.D.)約1~100が好ましく、約5~約50がより好ましく、約10~約30がさらに好ましい。 Glucose and glycerol can be used as the carbon source in the equol synthesis reactor, and the concentration of glucose or glycerol is preferably about 1 to about 5 (w / v)%, preferably about 1.5 to about. 4 (w / v)% is more preferable, and about 2 to about 3 (w / v)% is further preferable. The concentration of the recombinant microorganism of the present invention is preferably about 1 to 100, more preferably about 5 to about 50, still more preferably about 10 to about 30 in optical density (OD).

前記エクオール合成反応系の基質としては、合成しようとするイソフラバン(isoflavan)またはイソフラベン(isoflavene)の種類に応じて、ゲニステイン(genistein)、グリシテイン(glycitein)、ダイゼイン(daidzein)、オルト‐ヒドロキシ‐ダイゼイン(ortho‐hydroxy‐daidzein)、オルト‐ヒドロキシ‐ゲニステイン(ortho‐hydroxy‐genistein)などを使用することができる。 The substrate of the equol synthesis reaction system includes genistein, glycitein, daidzein, ortho-hydroxy-daidzein, depending on the type of isoflavane or isoflavane to be synthesized. Ortho-hydroxy-daidzein), ortho-hydroxy-genistein (ortho-hydroxy-genistein) and the like can be used.

前記基質の反応液に対する溶解度を向上させるために、ポリエチレングリコール(polyethylene glycol)、ポリビニルピロリドン(polyvinyl pyrrolidone)、ポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol)、および、β‐シクロデキストリン(β‐cyclodextrin)、メチル‐β‐シクロデキストリン(methyl‐β‐cyclodextrin)、2‐ヒドロキシプロピル‐β‐シクロデキストリン(2‐(Hydroxypropyl)‐β‐cyclodextrin)などを利用することができる。 In order to improve the solubility of the substrate in the reaction solution, polyethylene glycol (polyethylene glycol), polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol (polyvinyl alcohol), and β-cyclodextrin (β-cyclodextrin), methyl Cyclodextrin (methyl-β-cyclodextrin), 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (2- (Hydroxypolyethylene) -β-cyclodextrin) and the like can be utilized.

図1は、初期ダイゼイン(daidzein)の濃度による(S)‐エクオールの収率を示した図表であり、図1に示されているように、初期ダイゼインの濃度が増加するほど(S)‐エクオールの収率(%)は減少するが、生産される(S)‐エクオール(mM)は増加する傾向を示す。 FIG. 1 is a chart showing the yield of (S) -equol according to the concentration of initial daidzein, and as shown in FIG. 1, as the concentration of initial daidzein increases, (S) -equol Yield (%) decreases, but the produced (S) -equol (mM) tends to increase.

図2は、ダイゼインおよびゲニステインからダイゼイン還元酵素(daidzein reductase:DZNR)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase:DDRC)、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase:DHDR)、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase:THDR)を発現する組換え大腸菌を利用した、エクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールおよび5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオール合成反応の模式図である。 FIG. 2 shows from daidzein and genistine to daidzein redictase (DZNR), dihydrodaidzein racemase (DDRC), dihydrodaidzein reductase (dihydradedeidzeinhidedzein red) It is a schematic diagram of the synthesis reaction of equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol and 5-hydroxy-dihydroequol using recombinant Equol expressing).

前記図2に示されているように、ダイゼイン(daidzein)は、ダイゼイン還元酵素(DZNR)によって(R)‐ジヒドロダイゼインに転換され、これは、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(DDRC)によって(S)‐ジヒドロダイゼインに転換される。(S)‐ジヒドロダイゼインは、ジヒドロダイゼイン還元酵素(DHDR)によって(3S,4R)‐トランス‐テトラヒドロダイゼインに転換され、これは、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(THDR)によってエクオールに転換されたり、脱水によってジヒドロエクオールに転換される。 As shown in FIG. 2, daidzein is converted to (R) -dihydrodaidzein by daidzein reductase (DZNR), which is (S)-by dihydrodaidzein racemization enzyme (DDRC). Converted to dihydrodaidzein. (S) -Dihydrodaidzein is converted to (3S, 4R) -trans-tetrahydrodaidzein by dihydrodaidzein reductase (DHDR), which is converted to equol by tetrahydrodaidzein reductase (THDR) or dihydro by dehydration. Converted to equol.

また、前記図2に示されているように、ゲニステイン(genistein)は、ダイゼイン還元酵素(DZNR)によって(R)‐ジヒドロゲニステインに転換され、これは、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(DDRC)によって(S)‐ジヒドロゲニステインに転換される。(S)‐ジヒドロゲニステインは、ジヒドロダイゼイン還元酵素(DHDR)によって(3S,4R)‐トランス‐テトラヒドロゲニステインに転換され、これは、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(THDR)によって5‐ヒドロキシ‐エクオールに転換されたり、脱水によって5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールに転換される。 Also, as shown in FIG. 2, genistein is converted to (R) -dihydrogenistein by daidzein reductase (DZNR), which is converted to (R) -dihydrogenistein by dihydrodaidzein racemization enzyme (DDRC) (S). )-Converted to dihydrogenistein. (S) -Dihydrodaidzein reductase (DHDR) converts to (3S, 4R) -trans-tetrahydrogenistein, which can be converted to 5-hydroxy-equol by tetrahydrodaidzein reductase (THDR). , Converted to 5-hydroxy-dihydroequol by dehydration.

本発明は、ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)およびテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現し、前記4つの酵素のうちテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)が、残りの3つの酵素に比べて5倍以上過発現された組換え大腸菌を利用して、基質であるゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールを選択的に合成する方法に関するものである。 In the present invention, daidzein redicase, dihydrodaidzein racemase, dihydrodaidzein redase, tetrahydrodaidzein redase, and tetrahydrodaidzein reductase, tetrahydrodizein reductase, tetrahydrodaidzein reductase, and tetrahydrodaidzein reductase. Concerning a method for selectively synthesizing 5-hydroxy-equol from the substrate genistein using recombinant Escherichia coli in which the daidzein reductase is overexpressed 5 times or more as compared with the remaining 3 enzymes. It is a thing.

具体的に、テトラヒドロダイゼイン還元酵素が、残りの3つの酵素に比べて5倍以上、好ましくは10倍以上過発現された組換え大腸菌を利用すると、5‐ヒドロキシ‐エクオールを選択的に合成することができる。 Specifically, 5-hydroxy-equol can be selectively synthesized by utilizing recombinant Escherichia coli in which the tetrahydrodaidzein reductase is overexpressed 5 times or more, preferably 10 times or more as compared with the remaining three enzymes. Can be done.

これは、図2に示されているように、テトラヒドロダイゼイン還元酵素の発現量を増加させると、テトラヒドロゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールを合成する速度が増加して、5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの生成が競争的に阻害されるためである。 This is because, as shown in FIG. 2, increasing the expression level of tetrahydrodaidzein reductase increases the rate of synthesizing 5-hydroxy-equol from tetrahydrogenistein to produce 5-hydroxy-dihydroequol. Is competitively hindered.

前記組換え大腸菌の発現方法およびこれを利用した5‐ヒドロキシ‐エクオールの合成方法は、前述した、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス由来の酵素4つをすべて発現する組換え大腸菌の製造方法およびこれを利用したエクオールの合成方法と同一である。 The above-mentioned method for expressing recombinant Escherichia coli and the method for synthesizing 5-hydroxy-equol using the above-mentioned method for producing recombinant Escherichia coli expressing all four enzymes derived from Slackia isoflavoniconvertense and the above-mentioned method for producing recombinant Escherichia coli are used. It is the same as the method of synthesizing equol.

図6は、図2および図4にて言及した組換え大腸菌の細胞抽出物におけるタンパク質の量をSDS‐PAGEで示したものであり、4つの酵素の発現量において、4つの組換え酵素を一つの大腸菌で発現したときよりも、ダイゼイン還元酵素とジヒドロダイゼインラセミ化酵素を一つのベクターで発現する組換え大腸菌およびジヒドロダイゼイン還元酵素とテトラヒドロダイゼイン還元酵素を一つのベクターで発現する組換え大腸菌において、酵素の発現量が増加した。図6において、1:DDDTは、図2において言及した4つの組換え酵素を一つの大腸菌で発現したときの場合であり、2:DDは、図4においてダイゼイン還元酵素とジヒドロダイゼインラセミ化酵素を一つのベクターで発現する組換え大腸菌の細胞抽出物に該当し、3:DTは、図4においてジヒドロダイゼイン還元酵素とテトラヒドロダイゼイン還元酵素を一つのベクターで発現する組換え大腸菌の細胞抽出物に該当する。 FIG. 6 shows the amount of protein in the cell extract of recombinant Escherichia coli mentioned in FIGS. 2 and 4 by SDS-PAGE, and the expression levels of the four enzymes include four recombinant enzymes. In recombinant Escherichia coli expressing dizein reductase and dihydrodizein lasemilyase in one vector and recombinant Escherichia coli expressing dihydrodizein reductase and tetrahydrodizein reductase in one vector than when expressed in one E. coli. The expression level of the enzyme increased. In FIG. 6, 1: DDDT is the case where the four recombinant enzymes mentioned in FIG. 2 are expressed in one Escherichia coli, and 2: DD is the case where the dizein reductase and the dihydrodizein resembling enzyme are expressed in FIG. Corresponds to the cell extract of recombinant Escherichia coli expressed in one vector, 3: DT corresponds to the cell extract of recombinant Escherichia coli expressing dihydrodizein reductase and tetrahydrodizein reductase in one vector in FIG. do.

図5は、反応時間による、ゲニステイン、ジヒドロゲニステイン(dihydrogenistein)、5‐ヒドロキシ‐エクオールの反応系内濃度(μM)を示し、テトラヒドロダイゼイン還元酵素の発現量が、残りの3つの酵素に比べて5倍以上増加した組換え大腸菌を発現したシステム(図6の2および3)を利用すると、4つの酵素をすべて発現した組換え大腸菌に関する図2に比べて、5‐ヒドロキシ‐エクオールの収率および生産性と5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールに対する5‐ヒドロキシ‐エクオールの選択性が増大し得ることを示している。 FIG. 5 shows the in-reaction system concentration (μM) of genistein, dihydrogenistein, and 5-hydroxy-equol according to the reaction time, and the expression level of the tetrahydrodaidzein reductase is 5 as compared with the remaining three enzymes. Utilizing a system expressing more than doubled recombinant Equol (2 and 3 in FIGS. 6), 5-hydroxy-equol yield and production compared to FIG. 2 for recombinant Equol expressing all four enzymes. It shows that sex and 5-hydroxy-equol selectivity for 5-hydroxy-dihydroequol can be increased.

また、本発明は、ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)およびジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)を発現する組換え大腸菌1と、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)およびテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現する組換え大腸菌2を利用して、基質であるゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールを選択的に合成する方法に関するものである。 In addition, the present invention also comprises recombinant Equol 1 expressing daidzein redictase and dihydrodaidzein racemase, tetrahydrodaidzein reductase and tetrahydrodaidzein redizein reddazein reddazein reddazein reddazein reddazein reddazein. It relates to a method for selectively synthesizing 5-hydroxy-equol from the substrate genistein by utilizing the expressed recombinant Escherichia coli 2.

前記組換え大腸菌1および2を全細胞触媒として混合する生転換反応系により、ゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールを選択的に合成することができる。 5-Hydroxy-equol can be selectively synthesized from genistein by a bioconversion reaction system in which recombinant Escherichia coli 1 and 2 are mixed as a whole cell catalyst.

本発明の組換え大腸菌1および2の発現方法およびこれを利用した5‐ヒドロキシ‐エクオールの合成方法は、前述した、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス由来の酵素4つをすべて発現する組換え酵素の発現方法およびこれを利用したエクオールの合成方法と同一である。 In the expression method of recombinant Escherichia coli 1 and 2 of the present invention and the method for synthesizing 5-hydroxy-equol using the same, the expression of the recombinant enzyme expressing all four enzymes derived from Slackia isoflavoni-convertence described above is expressed. It is the same as the method and the method for synthesizing equol using it.

前記組換え大腸菌1および2の混合反応系は、5‐ヒドロキシ‐エクオールの選択的生産だけでなく、エクオール、6‐メトキシ‐エクオール(6‐Methoxy‐equol)、および多様なヒドロキシ‐エクオール(Hydroxy‐equol)などの生産に適用することができる。 The mixed reaction system of recombinant Equol 1 and 2 includes not only selective production of 5-hydroxy-equol, but also equol, 6-methoxy-equol (6-Methoxyxy-equol), and various hydroxy-equol (Hydroxy-). It can be applied to the production of equol) and the like.

図4は、ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase:DZNR)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase:DDRC)を一つのベクターで発現する組換え大腸菌と、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase:DHDR)、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase:THDR)を一つのベクターで発現する他の組換え大腸菌とに反応が区画化された全細胞反応系を示す。 FIG. 4 shows recombinant Escherichia coli expressing daidzein reductase (DZNR) and dihydrodizein reductase (DDRC) in a single vector, and dihydrodizein reductase (dihydrodizein reductase) tetra, dihydrodizein reductase. Shown shows a whole cell reaction system in which the reaction is partitioned with other recombinant Escherichia coli expressing reductase (ttrahydrodizein redutase: THDR) in one vector.

前記図4によれば、前記組換え大腸菌1によってゲニステインが(S)‐ジヒドロゲニステインに転換され、(S)‐ジヒドロゲニステインは、前記組換え大腸菌2によって5‐ヒドロキシ‐(S)‐エクオールに転換されるため、組換え大腸菌1および2によってゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールを選択的に合成することができることを示す。 According to FIG. 4, genistein is converted to (S) -dihydrogenistein by the recombinant E. coli 1, and (S) -dihydrogenistein is converted to 5-hydroxy- (S) -equol by the recombinant E. coli 2. Therefore, it is shown that 5-hydroxy-equol can be selectively synthesized from genistein by recombinant E. coli 1 and 2.

異なる組換え大腸菌により反応が区画化された全細胞反応系は、5‐ヒドロキシ‐(S)‐エクオールの生産性および最終収率が向上するという点で有利であり、副産物である5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの生成を減らすことにより、5‐ヒドロキシ‐(S)‐エクオールの選択性が増加するという点で優れる。 A whole-cell reaction system in which the reaction is partitioned by different recombinant E. coli is advantageous in that it improves the productivity and final yield of 5-hydroxy- (S) -equol and is a by-product 5-hydroxy-. Reducing the production of dihydroequol is advantageous in that it increases the selectivity of 5-hydroxy- (S) -equol.

前記5‐ヒドロキシ‐エクオールを選択的に合成する方法は、5‐ヒドロキシ‐(S)‐エクオールを選択的に合成することができる。 The method for selectively synthesizing 5-hydroxy-equol can selectively synthesize 5-hydroxy- (S) -equol.

具体的に、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)が5倍以上過発現された組換え大腸菌、または前記組換え大腸菌1および2を利用して、5‐ヒドロキシ‐(S)‐エクオールを選択的に合成することができる。 Specifically, recombinant Escherichia coli in which tetrahydrodaidzein reductase is overexpressed 5-fold or more, or recombinant Escherichia coli 1 and 2 are used to selectively select 5-hydroxy- (S) -equol. Can be synthesized.

これと関連して、図7は、前記組換え大腸菌を利用して合成した5‐ヒドロキシ‐エクオールの光学構造を知るために、210~320nmの波長範囲において、円二色性分散系を利用して楕円率を測定した図表であり、本発明の組換え大腸菌により生合成された5‐ヒドロキシ‐エクオールは、3番の炭素においてS‐形態を有することを確認することができる。 In this regard, FIG. 7 utilizes a circular dichroism dispersion system in the wavelength range of 210-320 nm to know the optical structure of 5-hydroxy-equol synthesized using the recombinant E. coli. It is a chart in which the ellipticity was measured, and it can be confirmed that the 5-hydroxy-equol biosynthesized by the recombinant Escherichia coli of the present invention has an S-form at carbon No. 3.

さらに、本発明は、ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)およびジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)を発現し、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現しない組換え大腸菌を利用して、基質であるダイゼインからジヒドロエクオールを選択的に合成する方法に関するものである。 Furthermore, the present invention expresses daidzein redictase, dihydrodaidzein racemase and dihydrodaidzein redicase, and does not express tetrahydrodaidzein redidase. It relates to a method for selectively synthesizing dihydroequol from the substrate daidzein.

具体的に、前記組換え大腸菌を全細胞触媒として利用して、ダイゼインからジヒドロエクオールを選択的に合成することができる。 Specifically, the recombinant Escherichia coli can be used as a whole cell catalyst to selectively synthesize dihydroequol from daidzein.

前記ジヒドロエクオールを合成する反応液にホウ酸を添加すると、(3S,4R)‐トランス‐テトラヒドロダイゼインの脱水反応を促進するため、ジヒドロエクオールを高い収率で合成することができる。添加されるホウ酸の量は、約50mM~約200mMが好ましい。 When boric acid is added to the reaction solution for synthesizing dihydroequol, the dehydration reaction of (3S, 4R) -trans-tetrahydrodaidzein is promoted, so that dihydroequol can be synthesized in a high yield. The amount of boric acid added is preferably about 50 mM to about 200 mM.

また、本発明は、ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)およびジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)を発現し、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現しない組換え大腸菌を利用して、基質であるゲニステインから5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを選択的に合成する方法に関するものである。 In addition, the present invention expresses daidzein reductase, dihydrodaidzein racemase, dihydrodaidzein reductase, and tetrahydrodaidzein reductase, which does not express tetrahydrodaidzein reductase. It relates to a method for selectively synthesizing 5-hydroxy-dihydroequol from the substrate genistein.

具体的に、前記組換え大腸菌を全細胞触媒として利用して、ゲニステインから5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを選択的に合成することができる。 Specifically, the recombinant Escherichia coli can be used as a whole cell catalyst to selectively synthesize 5-hydroxy-dihydroequol from genistein.

前記発明の組換え大腸菌の発現方法およびこれを利用したジヒドロエクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの合成方法は、上述した、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス由来の酵素4つをすべて発現する組換え酵素の発現方法およびこれを利用したエクオールの合成方法と同一である。 The method for expressing recombinant Escherichia coli of the present invention and the method for synthesizing dihydroequol or 5-hydroxy-dihydroequol using the same are the above-mentioned recombinant enzymes expressing all four enzymes derived from Slackia isoflavoniconvertense. It is the same as the expression method and the method for synthesizing equol using it.

図8は、ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase、DZNR)、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase、DHDR)を発現する組換え大腸菌(DZNR+DHDR)と、ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase、DZNR)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase、DDRC)、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase、DHDR)を発現する組換え大腸菌(DZNR+ DDRC +DHDR)とを利用して、ダイゼインに対し全細胞反応を行ったときの、反応時間によるジヒドロエクオールの反応系内濃度を示した図表である。図8に示されているように、前記組換え大腸菌を利用して、ダイゼインからジヒドロエクオールをエクオールの生成なしに選択的に合成することができ、3つの酵素を発現する組換え大腸菌(DZNR+ DDRC +DHDR)を利用した場合、2つの酵素を発現する組換え大腸菌(DZNR+DHDR)よりも生成されるジヒドロエクオールの濃度が高い。 FIG. 8 shows recombinant Escherichia coli (DZNR + DHDR) expressing daidzein redactase (DZNR), dihydrodaidzein redactase (DHDR), and daidzein reductase (daidzein reductase, daidzein reduct). (Dihydraidzein racemase, DDRC), recombinant Escherichia coli (DZNR + DDRC + DHDR) expressing dihydrodaidzein reductase (DHDR), and a hydro reaction with dizein over time. It is a chart which showed the concentration in the reaction system of equol. As shown in FIG. 8, the recombinant E. coli can be used to selectively synthesize dihydroequol from daidzein without the production of equol, and the recombinant E. coli (DZNR + DDRC) expressing the three enzymes can be synthesized. When + DHDR) is used, the concentration of dihydroequol produced is higher than that of recombinant Escherichia coli (DZNR + DHDR) expressing the two enzymes.

図9は、ダイゼイン還元酵素、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素、ジヒドロダイゼイン還元酵素を発現する組換え大腸菌を利用して、ゲニステインに対し全細胞反応を行ったときの、初期ゲニステインの濃度による基質転換率および5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの収率を示した図表であり、図9に示されているように、前記組換え大腸菌を利用して、ゲニステインから5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを選択的に合成することができる。 FIG. 9 shows the substrate conversion rate according to the concentration of initial genistein and the substrate conversion rate when a whole cell reaction was carried out with genistein using recombinant Equol expressing daidzein reducing enzyme, dihydrodaidzein lasemigenase, and dihydrodaidzein reducing enzyme. It is a chart showing the yield of 5-hydroxy-dihydroequol, and as shown in FIG. 9, the recombinant Escherichia coli is used to selectively synthesize 5-hydroxy-dihydroequol from genistein. Can be done.

本発明の組換え大腸菌は、全細胞触媒として利用され得る。全細胞触媒は、多くの生触媒反応に利用されており、常温常圧の温和な条件で反応を進行させ、反応特異性に優れるという長所がある。補酵素が必ず必要であったり、複数段階の反応を伴う工程、あるいは精製時に酵素の活性が顕著に減少する場合などにおいては、全細胞を利用して生触媒工程を遂行することがより有利である。また、反応終了後、生成物の精製の際にも、全細胞として利用された組換え大腸菌を、遠心分離器を利用して選択的に分離することができるため有利である。 The recombinant Escherichia coli of the present invention can be used as a whole cell catalyst. Whole-cell catalysts are used in many biocatalytic reactions and have the advantage of allowing the reaction to proceed under mild conditions at room temperature and pressure and having excellent reaction specificity. In cases where a coenzyme is absolutely necessary, a process involving a multi-step reaction, or a case where the activity of the enzyme is significantly reduced during purification, it is more advantageous to carry out the biocatalyst process using whole cells. be. In addition, it is advantageous because the recombinant Escherichia coli used as whole cells can be selectively separated by using a centrifuge even when the product is purified after the reaction is completed.

前記合成されたエクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの合成方法は、好気性条件で進行され得るため、嫌気性条件でエクオールを合成する従来技術に比べ、温和な条件でエクオールを合成することができる。したがって、本発明の合成方法は、従来技術において嫌気性条件を提供するために使用していた装置や技術を必要としない。 The method for synthesizing the synthesized equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol can proceed under aerobic conditions, and is therefore milder than the conventional technique for synthesizing equol under anaerobic conditions. Equol can be synthesized under certain conditions. Therefore, the synthetic method of the present invention does not require the apparatus or technique used to provide anaerobic conditions in the prior art.

前記合成されたエクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの合成方法は、約0.2~約5mmol/Lの基質を使用することができる。 The method for synthesizing the synthesized equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol can use a substrate of about 0.2 to about 5 mmol / L.

基質であるダイゼインまたはゲニステインの濃度が0.2mmol/L未満である場合には、合成されるエクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールおよび5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの量が十分でなかったり、または精製費用も高くなり得、5mmol/Lを超過する場合には、基質の転換率が減少して、追加の精製費用が発生し得る。 If the concentration of the substrate daidzein or genistein is less than 0.2 mmol / L, the amount of equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol and 5-hydroxy-dihydroequol synthesized is insufficient or or Purification costs can also be high, and above 5 mmol / L, the conversion of the substrate can be reduced and additional purification costs can be incurred.

好ましくは、基質の濃度が約0.2~1mmol/Lであり、より好ましくは、基質の濃度が約0.8~約1mmol/Lである。 Preferably, the concentration of the substrate is about 0.2 to 1 mmol / L, and more preferably, the concentration of the substrate is about 0.8 to about 1 mmol / L.

ただし、反応系に水溶性高分子をさらに含む場合には、基質の濃度が1mmol/Lを超えても、エクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを高い収率で合成することができるため、基質の濃度は約3~5mmol/Lが好ましい。 However, when the reaction system further contains a water-soluble polymer, equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol can be obtained in high yield even if the concentration of the substrate exceeds 1 mmol / L. The substrate concentration is preferably about 3-5 mmol / L because it can be synthesized.

前記エクオールまたはジヒドロエクオールの合成方法は、ダイゼインの転換率が95%以上であり、前記5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの合成方法は、ゲニステインの転換率が95%以上である。 The method for synthesizing equol or dihydroequol has a conversion rate of daidzein of 95% or more, and the method for synthesizing 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol has a conversion rate of genistein of 95% or more.

前記転換率は、(減少した基質の濃度/初期の基質の濃度)×100(%)を示す。 The conversion rate indicates (reduced substrate concentration / initial substrate concentration) x 100 (%).

また、本発明の合成方法は、基質の濃度が0.6mmol/L以上においても、基質の転換率が95%以上であり得る。 Further, in the synthesis method of the present invention, the conversion rate of the substrate can be 95% or more even when the concentration of the substrate is 0.6 mmol / L or more.

図3および図5は、反応時間による、ゲニステイン(genistein,GSN)、ジヒドロゲニステイン(dihydrogenistein,DHG)、5‐ヒドロキシ‐エクオール(5OH‐EQ)の反応系内濃度(μM)を示し、反応時間10時間だけで、基質の転換率は95%以上であることが示されている。 3 and 5 show the concentration (μM) of genistein (GSN), dihydrogenistein (DHG), 5-hydroxy-equol (5OH-EQ) in the reaction system according to the reaction time, and the reaction time is 10. Over time alone, substrate conversion has been shown to be greater than or equal to 95%.

前記エクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの合成方法は、反応系に水溶性高分子をさらに含むことができる。また、前記水溶性高分子は、食品添加用水溶性高分子を使用することができる。 The method for synthesizing equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol can further include a water-soluble polymer in the reaction system. Further, as the water-soluble polymer, a water-soluble polymer for food additives can be used.

水溶性高分子としては、たとえば、ポリエチレングリコール(polyethylene glycol)、ポリビニルピロリドン(polyvinyl pyrrolidone)、ポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol)、および、β‐シクロデキストリン(β‐cyclodextrin)、メチル‐β‐シクロデキストリン(methyl‐β‐cyclodextrin)、2‐ヒドロキシプロピル‐β‐シクロデキストリン(2‐(Hydroxypropyl)‐β‐cyclodextrin)などを利用することができる。好ましくは、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンを利用することができる。 Examples of the water-soluble polymer include polyethylene glycol (polyethylene glycol), polyvinylpyrrolidone (polyvinyl pyrrolidone), polyvinyl alcohol (polyvinyl alcohol), β-cyclodextrin (β-cyclodextrin), and methyl-β-cyclodextrin. -Β-cyclodextrin), 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (2- (Hydroxypolypyl) -β-cyclodextrin) and the like can be utilized. Preferably, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone can be utilized.

反応系に水溶性高分子をさらに含むことにより、反応系内の基質の溶解度が増加するため、製造されるエクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの最終収率が増加し得る。 The inclusion of additional water-soluble polymers in the reaction system increases the solubility of the substrate in the reaction system, resulting in a final yield of equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol produced. Can increase.

図11は、実施例1の反応液に、水溶性高分子であるポリエチレングリコールまたはポリビニルピロリドンをさらに添加した反応液における(S)‐エクオールの反応系内濃度を時間により示した図表である。図11に示されているように、反応液にポリエチレングリコール(PEG)またはポリビニルピロリドン(PVP)をさらに含む場合には、5mmol/Lの基質を使用してもエクオールを高い収率で合成することができる。 FIG. 11 is a chart showing the concentration of (S) -equol in the reaction system in the reaction solution obtained by further adding polyethylene glycol or polyvinylpyrrolidone, which is a water-soluble polymer, to the reaction solution of Example 1 over time. As shown in FIG. 11, if the reaction solution further contains polyethylene glycol (PEG) or polyvinylpyrrolidone (PVP), equol should be synthesized in high yield even with a 5 mmol / L substrate. Can be done.

また、本発明は、前記言及した本発明の合成方法により製造される、エクオール、ジヒドロエクオール、5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールに関するものである。 The present invention also relates to equol, dihydroequol, 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol, which are produced by the synthetic method of the present invention mentioned above.

特に、本発明の合成方法により製造される5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールは、従来知られていなかった新規な化合物であって、下記化学式で表すことができる。 In particular, 5-hydroxy-dihydroequol produced by the synthetic method of the present invention is a novel compound previously unknown and can be represented by the following chemical formula.

Figure 0007002557000001
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本発明は、好気性条件における基質の高い転換率により(S)‐エクオールを合成することができ、合成されたエクオールはエストロゲンと類似した分子構造を有するため、乳がんの誘発といった従来の更年期症状治療剤の副作用なしに、女性の更年期症状、特に、骨粗しょう症の発病および症状を緩和させることができ、心血管系疾患を予防し、前立腺がんを緩和させることができる。 The present invention is capable of synthesizing (S) -equol with a high substrate conversion rate under aerobic conditions, and because the synthesized equol has a molecular structure similar to estrogen, it is a conventional treatment for menopausal symptoms such as induction of breast cancer. Without the side effects of the agent, menopausal symptoms in women, especially the onset and symptoms of osteoporosis, can be alleviated, cardiovascular disease can be prevented, and breast cancer can be alleviated.

また、本発明において合成されたジヒドロエクオールは、前立腺がん、卵巣がんの治療のための抗がん剤として用いられ得る。 Further, the dihydroequol synthesized in the present invention can be used as an anticancer agent for the treatment of prostate cancer and ovarian cancer.

また、本発明は、5‐ヒドロキシ‐エクオール、ジヒドロエクオールおよび5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの選択的合成を、好気性条件において数時間単位で遂行可能であるため、生産費用の節減および生産物による高付加価値の獲得が可能であり、効率的な大量生産を通じて、食品、医薬品などの多様な応用先への活用が可能である。 In addition, since the present invention can carry out the selective synthesis of 5-hydroxy-equol, dihydroequol and 5-hydroxy-dihydroequol in aerobic conditions every few hours, the production cost is reduced and the product is high. It is possible to acquire added value, and through efficient mass production, it can be used for various applications such as foods and pharmaceuticals.

また、本発明の組換え大腸菌を全細胞触媒として利用する反応系への追加的な酸化還元酵素に適用する場合、多様なヒドロキシ‐イソフラボノイドを合成することができることから、研究的に価値が高い。 In addition, when the recombinant Escherichia coli of the present invention is applied to an additional oxidoreductase for a reaction system using a whole cell catalyst, various hydroxy-isoflavonoids can be synthesized, which is of high research value. ..

具体的に、酸化還元酵素として、チロシナーゼ、シトクロムP450またはフラビンモノオキシゲナーゼなどを使用することができ、3’‐ヒドロキシ‐エクオール、6‐ヒドロキシ‐エクオール、8‐ヒドロキシ‐エクオール、6,3’‐ジヒドロキシ‐エクオールといったヒドロキシ‐イソフラボノイドを合成することができる。 Specifically, as the oxidoreductase, tyrosinase, cytochrome P450, flavin monooxygenase and the like can be used, and 3'-hydroxy-equol, 6-hydroxy-equol, 8-hydroxy-equol, 6,3'-dihydroxy can be used. -Hydroxy-isoflavonoids such as equol can be synthesized.

また、本発明により合成された5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールは、更年期疾患の予防および治療に使用され得、前立腺がん、卵巣がんの治療のための抗がん剤として用いられ得る。また、化粧品または食品添加物の形態で抗酸化剤として使用され得る。 In addition, 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol synthesized by the present invention can be used for the prevention and treatment of menopausal diseases, and as an anticancer agent for the treatment of prostate cancer and ovarian cancer. Can be used. It can also be used as an antioxidant in the form of cosmetics or food additives.

以下、本発明の具体的な方法を実施例として詳細に説明するが、本発明の技術的範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the specific method of the present invention will be described in detail as examples, but the technical scope of the present invention is not limited to these examples.

組換え大腸菌の製造方法 Method for producing recombinant E. coli

ダイゼイン還元酵素(daidzein reductase:DZNR)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase:DDRC)、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase:DHDR)、テトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase:THDR)に該当するDNA配列を、PCRを通じて増幅させた後、pRSFDuetまたはpCDFDuetベクターにそれぞれ入れ、これをE.coliにおいてhis‐tag(6 histidine)のように発現した。 Dizein reductase (DZNR), dihydrodizein reductase (DDRC), dihydrodizein reductase (dihydradedizein reductase: DhDR), dihydrodizein reductase (DhDR), tetra After amplification through PCR, it was placed in a pRSFDuet or pCDFDuet vector, respectively, and this was put into E.I. It was expressed as his-tag (6 histidine) in colli.

具体的に、前記酵素の塩基配列が挿入されたplasmidをBL21 competent cellに形質転換後、それぞれplasmidに合った抗生剤を含むLB固体培地において37℃の培養器で12時間培養した。一つのコロニーを、抗生剤を含む3mL LB液体培地に接種し、12時間の間、37℃の培養器で200rpmの速度で培養した。この培養液の2v%(1mL)を、50mLの抗生剤を含む新しいLB液体培地に接種した。培養液のO.D.(600nm)が0.6~0.8に達すると、0.1mMのIPTGと0.1mMのMnSOを入れ、18℃の培養器において200rpmで18時間、タンパク質の発現を誘導した。18時間後、細胞は4000rpmで遠心分離し、25mLのPBSで洗浄して準備した。 Specifically, the plasmid into which the base sequence of the enzyme was inserted was transformed into BL21 competent cell, and then cultured in an LB solid medium containing an antibiotic suitable for the plasmid for 12 hours in a 37 ° C. incubator. One colony was inoculated into 3 mL LB liquid medium containing antibiotics and cultured in a 37 ° C. incubator at a rate of 200 rpm for 12 hours. 2v% (1 mL) of this culture was inoculated into a new LB liquid medium containing 50 mL of antibiotics. O. of the culture solution. D. When (600 nm) reached 0.6 to 0.8, 0.1 mM IPTG and 0.1 mM MnSO 4 were added to induce protein expression in an incubator at 18 ° C. at 200 rpm for 18 hours. After 18 hours, cells were centrifuged at 4000 rpm and washed with 25 mL PBS to prepare.

本発明の組換え大腸菌を利用した、全細胞反応系におけるエクオールの生産方法(反応法1) A method for producing equol in a whole cell reaction system using the recombinant Escherichia coli of the present invention (reaction method 1).

反応器として10~1000mlのガラス器具を利用し、反応器に下記の濃度の組換え大腸菌および基質を供給する。 A 10-1000 ml glassware is used as the reactor, and the reactor is supplied with the recombinant Escherichia coli and the substrate having the following concentrations.

反応には、還元剤としてL‐アスコルビン酸を初期基質濃度10倍で添加し、反応液にはpH緩衝作用のために濃度200mmol/Lのリン酸カリウム緩衝液が含まれ、反応温度は30℃である。反応液のpHは8であり、反応器の攪拌速度は150rpmである。本発明の反応器内の炭素供給源としてはグルコースまたはグリセロールを利用し、グルコースまたはグリセロールの濃度は2(w/v)%であり、組換え微生物の濃度はO.D.10またはO.D.20である。 In the reaction, L-ascorbic acid was added as a reducing agent at an initial substrate concentration of 10 times, and the reaction solution contained a potassium phosphate buffer solution having a concentration of 200 mmol / L for pH buffering action, and the reaction temperature was 30 ° C. Is. The pH of the reaction solution is 8, and the stirring speed of the reactor is 150 rpm. Glucose or glycerol is used as the carbon source in the reactor of the present invention, the concentration of glucose or glycerol is 2 (w / v)%, and the concentration of the recombinant microorganism is O.D. D. 10 or O. D. 20.

[実施例1]:エクオールの変換に関与する4つの酵素をすべて発現する組換え大腸菌を利用しての、ダイゼインから(S)‐エクオールの合成 [Example 1]: Synthesis of (S) -equol from daidzein using recombinant Escherichia coli expressing all four enzymes involved in equol conversion.

0.2~5mMのダイゼインを、O.D.10の前記4つの酵素を発現する組換え大腸菌を利用して、反応法1のとおりに反応を進行させた。基質、中間体、生成物は、4倍数以上のエチルアセテート(ethyl acetate、以下、EA)で抽出し、遠心減圧器を利用して溶媒を除去した後、一定量のメタノールに再溶解して、高性能‐液体クロマトグラフィーで物質の反応性と濃度を確認した。図1に示されている(S)‐エクオールの収率のとおり、0.2mMでは95%以上、0.4、0.6mMでは80%以上、2mMでは50%以上、5mMでは20%以上の収率を確認することができた。 0.2-5 mM daidzein was added to O.D. D. Using recombinant Escherichia coli expressing the above four enzymes of 10, the reaction was allowed to proceed according to the reaction method 1. The substrate, intermediate, and product are extracted with ethyl acetate (EA) of 4 times or more, the solvent is removed using a centrifugal vacuum purifier, and then the solvent is redissolved in a certain amount of methanol. High performance-liquid chromatography confirmed the reactivity and concentration of the substance. As shown in FIG. 1, the yield of (S) -equol is 95% or more at 0.2 mM, 80% or more at 0.4 and 0.6 mM, 50% or more at 2 mM, and 20% or more at 5 mM. The yield could be confirmed.

[実施例2]:エクオールの変換に関与する4つの酵素をすべて発現する組換え大腸菌を利用しての、ゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの合成 [Example 2]: Synthesis of 5-hydroxy-equol or 5-hydroxy-dihydroequol from genistein using recombinant Escherichia coli expressing all four enzymes involved in equol conversion.

500μMのゲニステイン(図2.genistein)を、O.D.10の前記4つの酵素を発現する組換え大腸菌を利用して、反応法1のとおりに反応を進行させた。基質、中間体、生成物は、4倍数以上のエチルアセテート(EA)で抽出し、遠心減圧器を利用して溶媒を除去した後、一定量のメタノールに再溶解して、高性能‐液体クロマトグラフィーで物質の反応性と濃度を確認した。反応6時間で、500μMのゲニステインは99%以上転換され、5‐ヒドロキシ‐エクオール97mg/L、5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオール22mg/Lが生成されることを確認した。 500 μM genistein (Fig. 2. Genistein) was added to O.D. D. Using recombinant Escherichia coli expressing the above four enzymes of 10, the reaction was allowed to proceed according to the reaction method 1. Substrates, intermediates and products are extracted with at least 4x ethyl acetate (EA), the solvent is removed using a centrifugal decompressor and then redissolved in a certain amount of methanol for high performance liquid chromatography. Chromatography confirmed the reactivity and concentration of the substance. It was confirmed that at 6 hours of the reaction, 500 μM genistein was converted by 99% or more to produce 5-hydroxy-equol 97 mg / L and 5-hydroxy-dihydroequol 22 mg / L.

前記のような組成を通じて、1mMのゲニステインを、反応法1を通じた反応を進行させ、図3から確認できるように、反応時間10時間だけで基質転換率は95%以上、5‐ヒドロキシ‐エクオール199mg/L、5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオール63mg/Lを生産することができた。 Through the composition as described above, 1 mM genistein was added to the reaction through Reaction Method 1, and as can be confirmed from FIG. 3, the substrate conversion rate was 95% or more in the reaction time of only 10 hours, and 5-hydroxy-equol 199 mg. It was possible to produce / L, 5-hydroxy-dihydroequol 63 mg / L.

[実施例3]:区画化された反応系を利用した、5‐ヒドロキシ‐エクオールの選択的合成 [Example 3]: Selective synthesis of 5-hydroxy-equol using a compartmentalized reaction system.

図4の模式図のように、ダイゼイン還元酵素とジヒドロダイゼインラセミ化酵素を発現する組換え大腸菌1と、ジヒドロダイゼイン還元酵素とテトラヒドロダイゼイン還元酵素を発現する組換え大腸菌2とを全細胞触媒として混合する生転換反応系を構築した。1mMのゲニステインを、反応法1に従って反応を進行させた場合、図5のように、反応時間による基質、生成物の濃度を液体クロマトグラフィーで確認した。本反応系は、反応時間6時間だけで、基質転換率は99%以上、5‐ヒドロキシ‐エクオール231mg/L、5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオール12mg/Lを生産した。生産結果を、実施例1の結果と比較した場合、5‐ヒドロキシ‐エクオールの生産性は1.6倍増加し、5‐ヒドロキシ‐エクオールの濃度/5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの濃度で定義される5‐ヒドロキシ‐エクオールの選択性は5倍増加した。 As shown in the schematic diagram of FIG. 4, recombinant Escherichia coli 1 expressing daidzein reductase and dihydrodaidzein reductase and recombinant Escherichia coli 2 expressing dihydrodaidzein reductase and tetrahydrodaidzein reductase are mixed as a whole cell catalyst. A bioconversion reaction system was constructed. When the reaction was carried out with 1 mM genistein according to the reaction method 1, the concentrations of the substrate and the product according to the reaction time were confirmed by liquid chromatography as shown in FIG. This reaction system produced 5-hydroxy-equol 231 mg / L and 5-hydroxy-dihydroequol 12 mg / L with a substrate conversion rate of 99% or more with a reaction time of only 6 hours. When the production results are compared with the results of Example 1, the productivity of 5-hydroxy-equol is increased by 1.6 times and is defined by the concentration of 5-hydroxy-equol / the concentration of 5-hydroxy-dihydroequol. The productivity of 5-hydroxy-equol increased 5-fold.

また、4つの酵素の発現量を比較するために、実施例2における組換え大腸菌ならびに実施例3における組換え大腸菌1および2の細胞抽出物を、超音波処理により破砕して準備し、細胞抽出物は、30分間、13000rpm、4℃で遠心分離した後、上澄み液を得て、図6のとおり、SDS‐PAGEで分析した。 Further, in order to compare the expression levels of the four enzymes, the cell extracts of recombinant Escherichia coli in Example 2 and recombinant Escherichia coli 1 and 2 in Example 3 were crushed and prepared by ultrasonic treatment, and cell extraction was performed. The material was centrifuged for 30 minutes at 13000 rpm and 4 ° C., and then a supernatant was obtained and analyzed by SDS-PAGE as shown in FIG.

分析の結果、4つの酵素の発現量において、実施例2で使用した大腸菌よりも、実施例3で使用した2つの組換え大腸菌においてすべて増加した。そのうち、テトラヒドロダイゼイン還元酵素の発現量が顕著に増加し、実施例1の大腸菌破砕液と対比して20倍以上増加し、残りの3つの酵素の発現量に比べて5倍以上過発現された。 As a result of the analysis, the expression levels of the four enzymes were all increased in the two recombinant E. coli used in Example 3 as compared with the E. coli used in Example 2. Among them, the expression level of tetrahydrodaidzein reductase was significantly increased, increased by 20 times or more as compared with the Escherichia coli crushed solution of Example 1, and overexpressed by 5 times or more as compared with the expression levels of the remaining three enzymes. ..

[実施例4]:5‐ヒドロキシ‐エクオールの光学異性体の分析 [Example 4]: Analysis of optical isomers of 5-hydroxy-equol

本発明の組換え大腸菌で合成した5‐ヒドロキシ‐エクオールの光学構造を決定するために、円二色性分散スペクトル分析を進行させた。測定波長範囲は210~320nmであり、円二色性分散計ChirascanTM plus CD spectrometer(Applied Photophysics,UK)を利用した。試料を、1.5mg/mlの濃度で、純粋なメタノールに溶かした後、測定した。 Circular dichroism dispersion spectrum analysis was advanced to determine the optical structure of 5-hydroxy-equol synthesized in the recombinant E. coli of the present invention. The measurement wavelength range was 210 to 320 nm, and a circular dichroism dispersometer Chirascan TM plus CD spectrometer (Applied Photophysics, UK) was used. The sample was measured after dissolving it in pure methanol at a concentration of 1.5 mg / ml.

測定結果は、図7にグラフで示し、238nmにおいて高い大きさの陰性のコットン(cotton)効果を示し、270nmにおいて高い大きさの陽性のコットン効果を示した。したがって、本発明の組換え大腸菌により生合成された5‐ヒドロキシエクオールは3番の炭素においてS‐形態を有することを確認することができた。 The measurement results are shown graphically in FIG. 7, showing a high magnitude negative Cotton effect at 238 nm and a high magnitude positive Cotton effect at 270 nm. Therefore, it was confirmed that the 5-hydroxyequol biosynthesized by the recombinant Escherichia coli of the present invention has an S-form at carbon No. 3.

[実施例5]:ジヒドロエクオールの選択的合成 [Example 5]: Selective synthesis of dihydroequol

ジヒドロエクオールを生合成するために、実施例1の組換え大腸菌においてテトラヒドロダイゼイン還元酵素が欠損し、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素を含むか(DZNR+DDRC+DHDR、以下、DDD菌株)、または含まない組換え大腸菌(DZNR+DHDR、以下、DD菌株)を作製した。前記大腸菌を利用して、反応法1に従ってダイゼインを基質とする反応を進行させ、さらに反応液にホウ酸200mMを添加した。その結果、エクオールを生成することなく、ジヒドロエクオールのみが生成されることを確認し(図8)、具体的に、初期ダイゼインの濃度を0.5mMとして生転換反応を開始して2時間反応させた場合、DD菌株においては28μM、DDD菌株においては60μMのジヒドロエクオールが合成された。 In order to biosynthesize dihydroequol, the recombinant E. coli of Example 1 is deficient in tetrahydrodaidzein reductase and contains or does not contain dihydrodaidzein racemized enzyme (DZNR + DDRC + DHDR, hereinafter, DDD strain) or not (DZNR + DHDR). , Hereinafter, DD strain) was prepared. Using the Escherichia coli, a reaction using daidzein as a substrate was allowed to proceed according to Reaction Method 1, and 200 mM boric acid was further added to the reaction solution. As a result, it was confirmed that only dihydroequol was produced without producing equol (Fig. 8). Specifically, the bioconversion reaction was started at an initial daidzein concentration of 0.5 mM and reacted for 2 hours. In this case, 28 μM dihydroequol was synthesized in the DD strain and 60 μM dihydroequol was synthesized in the DDD strain.

[実施例6]:5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの選択的合成 [Example 6]: Selective synthesis of 5-hydroxy-dihydroequol

5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを生合成するために、実施例2の組換え大腸菌においてテトラヒドロダイゼイン還元酵素がプラスミドから欠損した組換え大腸菌を作製した。前記大腸菌を利用して、反応法1に従ってゲニステインを基質とする反応を進行させ、5‐ヒドロキシ‐エクオールを生成することなく、5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールのみ生成されることを確認した(図9)。初期ゲニステインの濃度を0.2、0.4、0.6、1.0mMとして生転換反応を開始して36時間反応させた場合、ゲニステインの転換率は、0.6mM以下では99%以上であり、1.0mMで97%であった。5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの転換収率は、それぞれ44、35、27、39%であった。 In order to biosynthesize 5-hydroxy-dihydroequol, recombinant Escherichia coli lacking the tetrahydrodaidzein reductase from the plasmid was prepared in the recombinant Escherichia coli of Example 2. Using the Escherichia coli, the reaction using genistein as a substrate was carried out according to the reaction method 1, and it was confirmed that only 5-hydroxy-dihydroequol was produced without producing 5-hydroxy-equol (FIG. 9). .. When the initial genistein concentration was 0.2, 0.4, 0.6, 1.0 mM and the bioconversion reaction was started and reacted for 36 hours, the conversion rate of genistein was 99% or more at 0.6 mM or less. There was 97% at 1.0 mM. The conversion yields of 5-hydroxy-dihydroequol were 44, 35, 27 and 39%, respectively.

[実施例7]:5‐ヒドロキシ‐エクオールおよび5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールの質量分析 [Example 7]: Mass spectrometry of 5-hydroxy-equol and 5-hydroxy-dihydroequol

実施例3と6において合成した5‐ヒドロキシ‐エクオールおよび5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを、ガスクロマトグラフィー‐質量分析器(GC‐MS)を通じて同定し、その結果は図10に明示した。 The 5-hydroxy-equol and 5-hydroxy-dihydroequol synthesized in Examples 3 and 6 were identified through a gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS) and the results are shown in FIG.

前記組換え微生物で合成した5‐ヒドロキシ‐エクオールおよび5‐ヒドロキシ‐ジヒドロ‐エクオールをEI‐MSで分析した。EI‐MSは、Thermo社のTRACE GC Ultra gas chromatograph/ITQ1100を利用した。陽性モードで無極性のキャピラリーカラム(TR‐5 ms)を利用し、ヘリウムガス流速は1ml/minとし、inlet、mass transfer line、ion sourceの温度はそれぞれ250、275、230℃とした。ガスクロマトグラフのオーブン温度は、65℃で5分間維持した後、3℃/minの速度で250℃まで増加する。イオン化電圧は70eVであり、測定質量範囲は50~600amuであった。 5-Hydroxy-equol and 5-hydroxy-dihydro-equol synthesized with the recombinant microorganisms were analyzed by EI-MS. For EI-MS, TRACE GC Ultra gas chromatograph / ITQ1100 manufactured by Thermo was used. A non-polar capillary column (TR-5 ms) was used in the positive mode, the helium gas flow rate was 1 ml / min, and the temperatures of inlet, mass transfer line, and ion source were 250, 275, and 230 ° C, respectively. The oven temperature of the gas chromatograph is maintained at 65 ° C. for 5 minutes and then increased to 250 ° C. at a rate of 3 ° C./min. The ionization voltage was 70 eV and the measured mass range was 50-600 amu.

EI‐MS分析の結果は、以前に報告されたDHDのスペクトルと同一であるものと示された(Chang,Y.C.,and M.G.Nair.J.Natr.Proc.58:1892‐1896,1995;Wahala,K.,A.Salakka,and H.Adlercreutz.Proc.Soc.Exp.Biol.Med.217:293‐29,1998)。合成された化合物のEI‐MSは、予想のとおり、m/z256においてC1512(DHD)と一致する[M+H]の分子イオンピークを示した。合成された化合物の他のイオンピークは、137(100)、120(52)、91(36)、65(16)であった。 The results of EI-MS analysis were shown to be identical to the previously reported spectra of DHD (Chang, YC, and MG Nair. J. Natr. Proc. 58: 1892- 1896, 1995; Wahala, K., A. Salakka, and H. Adlercreutz. Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 217: 293-29, 1998). As expected, the EI-MS of the synthesized compound showed a [M + H] + molecular ion peak consistent with C 15 H 12 O 4 (DHD) at m / z 256. Other ion peaks of the synthesized compound were 137 (100), 120 (52), 91 (36), 65 (16).

[実施例8]:水溶性高分子をさらに含む反応系におけるエクオールの合成 [Example 8]: Synthesis of equol in a reaction system further containing a water-soluble polymer

ダイゼインの反応液に対する溶解度を向上させるために、ジメチルスルホキシド(dimethyl sulfoxide、以下、DMSO)を含み、ポリエチレングリコール(PEG)またはポリビニルピロリドン(PVP)をさらに含むこと以外には、実施例1と同一に反応を進行させた。 Same as Example 1 except that it contains dimethyl sulfoxide (DMSO) and further contains polyethylene glycol (PEG) or polyvinylpyrrolidone (PVP) in order to improve the solubility of daidzein in the reaction solution. The reaction was allowed to proceed.

具体的に、ダイゼイン5mMにおけるエクオールの収率を増加させるために、水溶性高分子PEGまたはPVP5%(w/v)をさらに含む反応器において反応を進行させ、PVPを添加した反応の場合、反応時間12時間だけで5mMのエクオールが合成され(収率99%以上、1.16g/L)、PEGを添加した反応の場合、反応時間24時間だけで3.7mMのエクオールが合成された(収率74%以上、0.9g/L)。 Specifically, in order to increase the yield of equol at 5 mM daidzein, the reaction was carried out in a reactor further containing a water-soluble polymer PEG or PVP 5% (w / v), and in the case of a reaction in which PVP was added, the reaction was carried out. 5 mM equol was synthesized in only 12 hours (yield 99% or more, 1.16 g / L), and in the case of the reaction to which PEG was added, 3.7 mM equol was synthesized in only 24 hours of reaction time (yield). Rate 74% or more, 0.9 g / L).

前記実施例1および2によれば、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス由来の酵素4つを発現する組換え大腸菌により、好気性条件において、数時間内に、高収率で、ダイゼインから(S)‐エクオールを合成したり、ゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールおよび5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを合成することができた。 According to Examples 1 and 2, recombinant Escherichia coli expressing four enzymes derived from Slackia isoflavoniconverten was used in aerobic conditions within a few hours in high yield from daidzein (S)-. Equol could be synthesized and 5-hydroxy-equol and 5-hydroxy-dihydroequol could be synthesized from genistein.

前記実施例3、5および6においては、酵素4つの酵素のうち2つまたは3つの酵素を組み合わせた組換え大腸菌を利用して、5‐ヒドロキシ‐エクオール、ジヒドロエクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールをそれぞれ選択的に合成することができた。 In Examples 3, 5 and 6, recombinant Escherichia coli in which two or three of the four enzymes are combined is used to generate 5-hydroxy-equol, dihydroequol or 5-hydroxy-dihydroequol. Each could be selectively synthesized.

また、前記実施例4および7を通じて、実施例2、3および6による組換え大腸菌が5‐ヒドロキシ‐(S)‐エクオールまたは5‐ヒドロキシ‐ジヒドロエクオールを合成することを確認することができた。 It was also confirmed through Examples 4 and 7 that the recombinant E. coli according to Examples 2, 3 and 6 synthesize 5-hydroxy- (S) -equol or 5-hydroxy-dihydroequol.

また、前記実施例8においては、反応系に水溶性高分子をさらに含むことにより、水溶性高分子を含んでいない反応系(実施例1)に比べて、エクオールの収率に優れることを確認することができた。 Further, in Example 8, it was confirmed that the yield of equol was superior to that of the reaction system (Example 1) containing no water-soluble polymer by further containing the water-soluble polymer in the reaction system. We were able to.

Claims (11)

スラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)由来のダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)、ジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)およびテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現し、前記4つの酵素のうちテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を残りの3つの酵素に比べて5倍以上過発現する組換え大腸菌を利用して、基質であるゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールを選択的に合成する方法。 Surakkia iso Flavobacterium Nikon barman scan (Slackia isoflavoniconvertens) derived from daidzein reductase (daidzein reductase), dihydrodaidzein racemase (dihydrodaidzein racemase), dihydrodaidzein reductase (dihydrodaidzein reductase) and tetrahydrodaidzein reductase (tetrahydrodaidzein reductase) expressing , 5-Hydroxy-equol is selected from the substrate genistein using recombinant Escherichia coli that overexpresses tetrahydrodaidzein redactase 5 times or more compared to the remaining 3 enzymes. How to synthesize スラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)由来のダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)およびジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)を発現する組換え大腸菌と、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)由来のジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)およびテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現し、前記4つの酵素のうちテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を残りの3つの酵素に比べて5倍以上過発現する組換え大腸菌とを利用して、基質であるゲニステインから5‐ヒドロキシ‐エクオールを選択的に合成する方法。 Recombinant Escherichia coli expressing daidzein redactase and dihydrodaidzein racemase derived from slackia isoflavoniconvertens, and recombinant E. coli derived from slackia isoflavoniconverse. It expresses daidzein reductase and tetrahydrodaidzein reductase, and among the above four enzymes, it expresses tetrahydrodaidzein reductase (tetrahydzein reductase) and tetrahydrodaidzein reductase (three times more than the remaining three enzymes). A method for selectively synthesizing 5-hydroxy-equol from the substrate, genistein, using a recombinant E. coli. スラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)由来のダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)およびジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)を発現し、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)由来のテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現しない組換え大腸菌を利用して、基質であるダイゼインからヒドロエクオールを選択的に合成する方法。 Daidzein redactase derived from Slackia isoflavoniconvertens, dihydrodaidzein racemase, dihydrodaidzein racemase, and dihydrodaidzein reductase dihydrodaidzein reductase. A method for selectively synthesizing dehydroequol from the substrate daidzein using recombinant Escherichia coli that does not express tetrahydrodaidzein reductase derived from isoflavoniconvertens. スラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)由来のダイゼイン還元酵素(daidzein reductase)、ジヒドロダイゼインラセミ化酵素(dihydrodaidzein racemase)およびジヒドロダイゼイン還元酵素(dihydrodaidzein reductase)を発現し、スラッキア・イソフラボニコンバーテンス(Slackia isoflavoniconvertens)由来のテトラヒドロダイゼイン還元酵素(tetrahydrodaidzein reductase)を発現しない組換え大腸菌を利用して、基質であるゲニステインから5‐ヒドロキシ‐ヒドロエクオールを選択的に合成する方法。 Daidzein redactase derived from Slackia isoflavoniconvertens, dihydrodaidzein racemase, dihydrodaidzein racemase, and dihydrodaidzein reductase dihydrodaidzein reductase. A method for selectively synthesizing 5-hydroxy- dehydroequol from the substrate genistein using recombinant Escherichia coli that does not express tetrahydrodaidzein reductase derived from isoflavoniconvertens. 請求項1または請求項2において、前記5‐ヒドロキシ‐エクオールは、5‐ヒドロキシ‐(S)‐エクオールであることを特徴とする方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein the 5-hydroxy-equol is 5-hydroxy- (S) -equol. 請求項1~請求項4のいずれか一項において、前記組換え大腸菌が全細胞触媒として利用される方法。 The method in which the recombinant Escherichia coli is used as a whole cell catalyst according to any one of claims 1 to 4. 請求項1~請求項4のいずれか一項において、好気性条件で進行されることを特徴とする方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the process proceeds under aerobic conditions. 請求項1~請求項4のいずれか一項において、0.2~1mmol/Lの基質を使用して合成する方法。 The method for synthesizing using a substrate of 0.2 to 1 mmol / L in any one of claims 1 to 4. 請求項1~請求項4のいずれか一項において、基質転換率が95%以上であることを特徴とする方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the substrate conversion rate is 95% or more. 請求項1~請求項4のいずれか一項において、反応系に水溶性高分子をさらに含むことを特徴とする方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the reaction system further contains a water-soluble polymer. 請求項10において、前記水溶性高分子が食品添加用水溶性高分子であって、ポリエチレングリコールまたはポリビニルピロリドンであることを特徴とする方法。 The method according to claim 10, wherein the water-soluble polymer is a water-soluble polymer for food additives, and is polyethylene glycol or polyvinylpyrrolidone.
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