JP7109155B2 - Method for measuring glucose using flavin-binding glucose dehydrogenase - Google Patents

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Description

本発明は、フラビン化合物を補酵素とするケカビ亜門由来フラビン結合型グルコースデヒドロゲナーゼを用いた、温度補正が不要な簡便かつ正確なグルコース測定法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a simple and accurate glucose measurement method that does not require temperature correction, using a flavin-binding glucose dehydrogenase derived from the subphylum Mucoralida using a flavin compound as a coenzyme.

血中グルコース濃度(血糖値)は、糖尿病の重要なマーカーである。糖尿病患者が自己の血糖値を管理するための装置としては、電気化学的バイオセンサを用いた自己血糖測定(Self Monitoring of Blood Glucose:SMBG)機器が広く利用されている。SMBG機器に用いられるバイオセンサには、従来、グルコースオキシダーゼ(GOD)等のグルコースを基質とする酵素が利用されている。しかしながら、GODは酸素を電子受容体とするという特性を備えているため、GODを用いたSMBG機器では、測定サンプル中の溶存酸素が測定値に影響を与え、正確な測定値が得られない場合が起こりうる。 Blood glucose concentration (blood sugar level) is an important marker of diabetes. Self-monitoring of blood glucose (SMBG) devices using electrochemical biosensors are widely used as devices for diabetic patients to manage their own blood sugar levels. Biosensors used in SMBG devices conventionally utilize enzymes that use glucose as a substrate, such as glucose oxidase (GOD). However, since GOD has the property of using oxygen as an electron acceptor, in SMBG equipment using GOD, dissolved oxygen in the measurement sample affects the measured value, and accurate measured value may not be obtained. can happen.

一方、グルコースを基質とするが、酸素を電子受容体としない別の酵素として、各種のグルコースデヒドロゲナーゼ(以下、GDH)が知られている。具体的には、ニコチンアミドジヌクレオチド(NAD)やニコチンアミドジヌクレオチドリン酸(NADP)を補酵素とするタイプのGDH(NAD(P)-GDH)や、ピロロキノリンキノン(PQQ)を補酵素とするGDH(PQQ-GDH)が見出されており、SMBG機器のバイオセンサに使用されている。しかしながら、NAD(P)-GDHは、酵素の安定性が乏しく、かつ、補酵素の添加が必要という問題を有し、また、PQQ-GDHは基質特異性が低く、測定対象であるグルコース以外にも、マルトース、D-ガラクトースおよびD-キシロースなどの糖化合物に対して作用してしまうため、測定サンプル中のグルコース以外の糖化合物が測定値に影響し、正確な測定値が得られないという問題点が存在する。 On the other hand, various glucose dehydrogenases (hereinafter referred to as GDH) are known as other enzymes that use glucose as a substrate but do not use oxygen as an electron acceptor. Specifically, a type of GDH (NAD (P)-GDH) with nicotinamide dinucleotide (NAD) or nicotinamide dinucleotide phosphate (NADP) as a coenzyme, and pyrroloquinoline quinone (PQQ) as a coenzyme A similar GDH (PQQ-GDH) has been found and used in biosensors in SMBG devices. However, NAD(P)-GDH has the problem of poor enzyme stability and the need to add a coenzyme. also acts on sugar compounds such as maltose, D-galactose, and D-xylose, so sugar compounds other than glucose in the measurement sample affect the measured value, and accurate measured values cannot be obtained. A point exists.

約10年前、PQQ-GDHをバイオセンサとして用いたSMBG機器を用いて、輸液投与を受けていた糖尿病患者の血糖値を測定する際に、PQQ-GDHが輸液中に含まれるマルトースにも作用して、実際の血糖値よりも高い測定値が得られ、この値に基づく処置が原因となって患者が低血糖等を発症した例が報告されている。また、同様の事象はガラクトース負荷試験およびキシロース吸収試験を実施中の患者にも起こり得ることも判明している(例えば、非特許文献1参照)。これを受け、厚生労働省医薬食品局は、グルコース溶液に各糖類を添加した場合における血糖測定値への影響を調査する目的で交差反応性試験を行ったところ、600mg/dLのマルトース、300mg/dLのD-ガラクトース、あるいは、200mg/dLのD-キシロース添加を行った場合には、PQQ-GDH法を用いた血糖測定キットの測定値は、実際のグルコース濃度より2.5~3倍ほど高い値を示した。すなわち、測定試料中に存在し得るマルトース、D-ガラクトース、D-キシロースにより測定値が不正確になることが判明し、このような測定誤差の原因となる糖化合物の影響を受けず、グルコースを特異的に測定可能な基質特異性の高いGDHの開発が切に望まれている。 About 10 years ago, PQQ-GDH was used as a biosensor to measure the blood glucose level of diabetic patients who were receiving infusions. As a result, it has been reported that a measured value higher than the actual blood sugar level was obtained, and a patient developed hypoglycemia or the like due to treatment based on this value. It has also been found that similar events can occur in patients undergoing galactose tolerance tests and xylose absorption tests (see, for example, Non-Patent Document 1). In response to this, the Pharmaceutical and Food Safety Bureau of the Ministry of Health, Labor and Welfare conducted a cross-reactivity test for the purpose of investigating the effects on blood glucose measurement values when each sugar was added to a glucose solution. of D-galactose or 200 mg/dL of D-xylose, the measured value of the blood glucose measurement kit using the PQQ-GDH method is 2.5 to 3 times higher than the actual glucose concentration. showed the value. That is, it was found that maltose, D-galactose, and D-xylose that may be present in the measurement sample make the measurement value inaccurate. Development of GDH with high substrate specificity that can be specifically measured is earnestly desired.

上記のような背景の下、上記以外の補酵素を利用するタイプのGDHが着目されるようになってきており、例えば、特許文献1~3にはAspergillus属由来のフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)を補酵素とするグルコースデヒドロゲナーゼ(FAD-GDH)が開示され、特許文献4にはD-キシロースに対する作用性を低減させたAspergillus属由来のFAD-GDHが開示されている。特許文献1~4には、マルトース、D-ガラクトース、D-キシロースのいずれに対しても反応性が十分に低いという特性を有するとまではいえないものの、D-グルコースではない1種または数種の糖化合物に対し反応性が低いFAD-GDHが開示されている。 Under the above background, GDH of the type that utilizes a coenzyme other than the above has been attracting attention. is disclosed, and Patent Document 4 discloses FAD-GDH derived from the genus Aspergillus with reduced activity on D-xylose. In Patent Documents 1 to 4, although it cannot be said that it has a sufficiently low reactivity to any of maltose, D-galactose, and D-xylose, one or several types that are not D-glucose FAD-GDH is disclosed that is less reactive to sugar compounds of

その後、近年では、D-グルコース、マルトース、D-ガラクトース、D-キシロースが存在する条件下において、それらの糖化合物による影響を受けることなくグルコース濃度を正確に測定することが可能なフラビン結合型GDHとして、ケカビ亜門に属する微生物由来のFAD-GDHが見出されている(例えば、特許文献5参照)。さらに、ブルクホルデリア・セパシア由来、シルシネラ由来のFAD-GDHや、それら開示すみの各種FAD-GDHに変異を導入して基質特異性を向上させた変異酵素や、耐熱性を向上させた変異酵素等が精力的に探索、開発されるようになった(例えば、特許文献6~10参照)。 Subsequently, in recent years, D-glucose, maltose, D-galactose, under conditions where D-xylose is present, flavin-binding GDH capable of accurately measuring glucose concentration without being affected by those sugar compounds As such, FAD-GDH derived from a microorganism belonging to the subphylum Mucoralcoidea has been found (see, for example, Patent Document 5). Furthermore, FAD-GDH derived from Burkholderia cepacia and Circinella, mutant enzymes with improved substrate specificity by introducing mutations into the disclosed FAD-GDH, and mutant enzymes with improved heat resistance. etc. have been vigorously explored and developed (see, for example, Patent Documents 6 to 10).

このような背景を受けて、これまでに種々見出されてきたFAD-GDHは、血糖値測定を目的として、液状試薬の成分として、あるいは、センサやストリップ状に固定化された成分として利用されることが想定されているが、こうした測定用試薬や測定用センサの設計においては、上述の「測定サンプル中の溶存酸素をノイズとして測り込みたくない」「補酵素を添加したくない」「測定サンプル中に混在していることが想定されるD-グルコース以外の糖をノイズとして測り込みたくない」という点以外にも、もう1点、重要なニーズが存在している。それは、「測定する際の温度により測定値が変動することを極力回避したい」というニーズである。 Against this background, various FAD-GDHs that have been found so far have been used as components of liquid reagents or as components immobilized in sensors or strips for the purpose of measuring blood sugar levels. However, in designing such measurement reagents and measurement sensors, the above-mentioned "I do not want to measure dissolved oxygen in the measurement sample as noise", "I do not want to add coenzyme", and "Measurement I do not want to measure sugars other than D-glucose that are assumed to be mixed in the sample as noise”, there is another important need. That is the need to "avoid as much as possible fluctuations in measured values due to temperature during measurement."

一般的に、酵素法の原理を利用して測定を行う場合、測定する際の温度により測定値が変動するという現象は、酵素を利用する以上不可避な普遍的課題として当業者に認識されている。酵素には反応至適温度が存在し、反応に最適な温度条件からかけ離れた温度で反応させる時には、酵素反応が十分に発揮できない。したがって、同じ性能で同じ測定値を得たいと思えば、測定時の温度を一定に保ち、かつ、好ましくは反応至適温度付近に設定するべきであることが当業者の技術的常識である。もし、その温度から乖離した温度下で測定された場合には、測定値が大きく変動して、測定誤差や誤った診断につながる恐れがある。 In general, when measuring using the principle of the enzymatic method, the phenomenon that the measured value fluctuates depending on the temperature at the time of measurement is recognized by those skilled in the art as an unavoidable universal problem as long as enzymes are used. . Enzymes have an optimum reaction temperature, and when the reaction is carried out at a temperature far from the optimum temperature condition for the reaction, the enzymatic reaction cannot be sufficiently exhibited. Therefore, if one wants to obtain the same measured value with the same performance, it is common technical knowledge for those skilled in the art that the temperature during measurement should be kept constant and preferably set near the optimum reaction temperature. If the measurement is performed at a temperature that deviates from that temperature, the measured value may fluctuate greatly, leading to measurement errors and erroneous diagnoses.

測定時の温度設定は、サンプルを恒温槽等の装置の中で予め温度調整するなどの操作を行わせることによって測定時の温度を一定にすることが容易なラボレベルでの測定や、測定機器に保温機能等の温度調整機能が備えられている装置を使って測定を行う場合であれば、容易に設定・管理することができるため、現実的には誤差発生のリスクが生じにくい場合も多い。
一方で、個別事情により、上記のような温度調整を十分に行えないことが見込まれる測定においては、この問題が深刻な誤差発生のリスクを生じることとなる。
The temperature setting at the time of measurement should be done at the laboratory level where it is easy to keep the temperature constant during measurement by adjusting the temperature of the sample in advance in a device such as a constant temperature bath. If the measurement is performed using a device equipped with a temperature adjustment function such as a heat retention function, it is easy to set and manage, so in reality, there are many cases where the risk of error occurrence is unlikely to occur. .
On the other hand, this problem poses a serious risk of error occurrence in measurements where it is expected that the above temperature adjustment cannot be performed sufficiently due to individual circumstances.

糖尿病患者が血糖を自己測定する、いわゆるSMBGの場面は、日常生活である。すなわち、このような場面では、患者は、小型で簡便型の測定装置を自宅に保有しており、毎日数回、自分で血液を少量採取して、これをテスト用の紙片(テストストリップ)にしみこませ、直ちに測定装置に挿入して測定を行っている。採取する血液は少量であることから、予め温度調整することはできない。測定装置には温度調整機能は付いていない機種が多く、したがって、真夏の測定時と真冬の寒冷地での測定では、測定温度は数十度も変動することが想定される。さらに、温度調整機能が付いている場合においても、SMBG機器とセンサの温度が異なる場合に、温度補正が適正に行われない可能性が報告されている(例えば、非特許文献2参照)。 The so-called SMBG scene in which a diabetic self-monitors blood glucose is a daily life. In such situations, the patient has a small and convenient measuring device at home, and several times a day, he/she collects a small amount of blood by himself and puts it on a piece of paper (test strip) for testing. After soaking it, it is immediately inserted into the measuring device and the measurement is performed. Due to the small amount of blood to be collected, it is not possible to adjust the temperature in advance. Many models of measuring devices do not have a temperature adjustment function, so it is assumed that the measured temperature fluctuates by several tens of degrees between measurements in midsummer and in cold regions in midwinter. Furthermore, even when the temperature adjustment function is provided, it has been reported that temperature correction may not be properly performed when the temperature of the SMBG device differs from that of the sensor (see, for example, Non-Patent Document 2).

実際に、簡易型の血糖測定装置による血糖自己測定に与える温度の影響に関しては、測定較差が生じることが確認されており(例えば、非特許文献3参照)、医療関係者からは、値が不正確となることにより患者が間違った判断につながる恐れを懸念して、SMBG機器とテストストリップは共に室温に保管するよう、または測定時には室温に十分戻してから使用するよう、あるいは携帯型の保温ケースを使用する等の工夫が好ましいのではないかとの提言もなされている。これらの工夫は現場から出る対処策として有効であると考えられるが、裏を返せば、簡易型の血糖測定装置による血糖自己測定において、このような誤差の課題が深刻であることを示している。 In fact, regarding the effect of temperature on self-monitoring of blood glucose by a simple blood glucose measuring device, it has been confirmed that there is a difference in measurement (see, for example, Non-Patent Document 3), and the value is unacceptable by medical personnel. Due to concerns that inaccuracies may lead to patient misjudgment, both the SMBG device and test strips should be stored at room temperature, or allowed to cool to room temperature before use, or carried in a portable thermal case. It has also been suggested that devising such as using These ideas are thought to be effective as countermeasures taken from the field, but on the other hand, it shows that the problem of such errors is serious in self-monitoring of blood glucose using a simple blood glucose measuring device. .

室温で測定させる、保温ケースを用いる、という、使用時の温度を一定に保たせる指導と併せて、測定装置側に講じることができる従来の対応としては、温度補正がある。すなわち、予め、温度変化による測定値を得ておき、両者の関係式を作成する。そして、測定時の周辺温度を測定し、関係式を用いて実際の測定値から、(たとえば)最適温度で測定した場合の値を算出する、という方法である。この方法を用いれば、測定温度が多少変動しても、補正によって正確な値に近付けることは、理論的には可能である。しかしながら、補正にも限界があり、温度の変動で活性の低下が著しいタイプの酵素では、補正しきれないこと、また、温度補正機能を盛り込むことで、測定装置の大型化や高額化につながってしまうという事情から、全ての測定装置にこの方法を講じることは困難であるという問題がある。 Along with the instruction to keep the temperature constant during use, such as measuring at room temperature and using a heat insulating case, there is temperature correction as a conventional measure that can be taken on the side of the measuring device. That is, a relational expression between the two is created by obtaining measurement values based on temperature changes in advance. Then, the ambient temperature at the time of measurement is measured, and a relational expression is used to calculate from the actual measured value (for example) the value when measured at the optimum temperature. If this method is used, even if the measured temperature fluctuates a little, it is theoretically possible to approximate an accurate value by correction. However, there is a limit to correction, and for enzymes whose activity is significantly reduced by temperature fluctuations, the correction cannot be completed, and by incorporating a temperature correction function, the size and cost of the measurement device are increased. There is a problem that it is difficult to adopt this method for all measuring devices due to the fact that it is difficult to store them.

上述のような事情から、血糖値測定においては、可能な限り、測定時の温度の変動の影響を受けにくい形で測定が行える測定方法、あるいは、手間のかかる保温の作業や温度補正機構の導入を行う必要性を低減できる測定方法に対するニーズは極めて大きいといえる。
しかし、現実には、そのような測定を達成できる測定試薬や測定装置は今日まで知られておらず、現状で確認されている誤差を元に、使用方法を工夫し、温度補正である程度の対処を行うこと以外に、対応方法がなかったことが実情であった。
Due to the circumstances described above, in blood sugar level measurement, it is necessary to introduce a measurement method that is less susceptible to the effects of temperature fluctuations during measurement as much as possible, or introduce a time-consuming task of keeping warm and a temperature correction mechanism. It can be said that there is a great need for a measurement method that can reduce the need to perform
However, in reality, no measurement reagents or measurement devices capable of achieving such measurements have been known to date. The reality was that there was no other way to deal with it than to do

特開2007-289148号公報JP 2007-289148 A 国際公開第04/058958号パンフレットWO 04/058958 Pamphlet 国際公開第07/139013号パンフレットWO 07/139013 pamphlet 特開2008-237210号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-237210 特許第4648993号Patent No. 4648993 特開2012-90563号公報JP 2012-90563 A 国際公開第12/169512号パンフレットWO 12/169512 pamphlet 国際公開第09/084616号パンフレットWO 09/084616 pamphlet 国際公開第13/051682号パンフレットWO 13/051682 pamphlet 国際公開第13/065623号パンフレットWO 13/065623 pamphlet

医薬品・医療用具等安全性情報206号(Pharmaceuticals and Medical Devices Safety Information No.206)、2004年10月、厚生労働省医薬食品局Pharmaceuticals and Medical Devices Safety Information No. 206, October 2004, Pharmaceutical and Food Safety Bureau, Ministry of Health, Labor and Welfare 佐瀬正次郎,高木正義,”血糖自己測定機器の低温環境下における血糖値への影響”,日本臨床検査自動化学会会誌, 34(4), 770 (2009).Shojiro Sase, Masayoshi Takagi, "Influence of blood glucose self-monitoring device on blood glucose level in low temperature environment", Journal of Japanese Society of Clinical Laboratory Automation, 34(4), 770 (2009). 松崎純子,岡本敏哉,小野百合,”簡易血糖測定器による血糖自己測定に与える温度の影響” ,糖尿病, 45(11), 821-824 (2002).Junko Matsuzaki, Toshiya Okamoto, Yuri Ono, ``Influence of temperature on self-measurement of blood glucose by a simple blood glucose meter'', Diabetes, 45 (11), 821-824 (2002).

本発明では、10mM以下のD-グルコースを測定する際に、幅広い温度範囲で、D-グルコースに特異性が高く、D-グルコース以外の糖化合物の共存条件下においてもD-グルコース量を正確に測定できるGDHを用いたD-グルコース量の測定方法を提供することを課題とする。 In the present invention, when measuring D-glucose of 10 mM or less, in a wide temperature range, it is highly specific to D-glucose, and the amount of D-glucose can be accurately measured even under the coexistence conditions of sugar compounds other than D-glucose. An object of the present invention is to provide a method for measuring the amount of D-glucose using measurable GDH.

上記の課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討を重ね、種々のGDHのスクリーニングを実施した結果、ケカビ亜門に属する菌株由来GDHは、基質濃度が10mM以下である場合、幅広い温度条件下で測定を行った場合でもグルコースを正確に測定できることを新たに見出し、日本糖尿病学会の血糖コントロール指標である食後2時間血糖値10mM以下のD-グルコース量の新規な測定方法を構築して、本発明を完成した。 In order to solve the above problems, the present inventors have made extensive studies and conducted various GDH screenings. We newly found that glucose can be measured accurately even when measured under conditions, and constructed a new method for measuring the amount of D-glucose at 2-hour postprandial blood sugar levels of 10 mM or less, which is the blood sugar control index of the Japan Diabetes Society. , completed the present invention.

すなわち、本発明は以下の通りである。
(1)以下の(i)から(v)の性質:
(i)作用:電子受容体存在下でGDH活性を示す、
(ii)基質特異性:D-グルコースに対する反応性と比較して、マルトース、D-ガラクトース、D-キシロースに対する反応性が低い、
(iii)熱安定性:40℃、15分間の熱処理後に80%以上の残存活性を有する、
(iv)フラビン化合物を補酵素とする、
(v)温度特性:20~40℃の範囲で最も活性が高い測定温度におけるD-グルコースに対する反応性を100%とした場合に、20~40℃における活性値が74%~100%である、かつ20℃における活性値が70%以上である、
を備えるフラビン結合型GDHをD-グルコースと20~40℃で接触させることを含む、D-グルコースの測定方法。
(2)D-グルコースの濃度が10mM以下である上記(1)記載の測定方法。
(3)フラビン結合型GDHが、ケカビ亜門に分類される微生物に由来する、上記(1)記載の測定方法。
(4)フラビン結合型GDHが、Mucor属またはCircinella属に分類される微生物に由来する、上記(1)に記載の測定方法。
(5)以下の(i)から(v)の性質:
(i)作用:電子受容体存在下でGDH活性を示す、
(ii)基質特異性:D-グルコースに対する反応性と比較して、マルトース、D-ガラクトース、D-キシロースに対する反応性が低い、
(iii)熱安定性:40℃、15分間の熱処理後に80%以上の残存活性を有する、
(iv)フラビン化合物を補酵素とする、
(v)温度特性:20~40℃の範囲で最も活性が高い測定温度におけるD-グルコースに対する反応性を100%とした場合に、20~40℃における活性値が74%~100%である、かつ20℃における活性値が70%以上である、
を備えるフラビン結合型GDHを含む、20~40℃おける、温度補正を含まないグルコース測定方法のための、グルコース測定剤又はセンサ。
(6)測定試料中のD-グルコースの濃度が、10mM以下である、上記(5)記載のグルコース測定剤又はセンサ。
(7)フラビン結合型GDHが、ケカビ亜門に分類される微生物に由来する、上記(5)に記載のグルコース測定剤又はセンサ。
(8)フラビン結合型GDHが、Mucor属またはCircinella属に分類される微生物に由来する、上記(5)に記載のグルコース測定剤又はセンサ。
That is, the present invention is as follows.
(1) the following properties (i) to (v):
(i) action: showing GDH activity in the presence of an electron acceptor;
(ii) substrate specificity: low reactivity to maltose, D-galactose, and D-xylose compared to reactivity to D-glucose;
(iii) thermal stability: having a residual activity of 80% or more after heat treatment at 40° C. for 15 minutes;
(iv) with a flavin compound as a coenzyme,
(V) Temperature characteristics: When the reactivity to D-glucose at the measurement temperature where the activity is highest in the range of 20 to 40 ° C. is 100%, the activity value at 20 to 40 ° C. is 74% to 100%. And the activity value at 20 ° C. is 70% or more,
A method for measuring D- glucose, comprising contacting flavin-binding GDH with D- glucose at 20 to 40 ° C.
(2) The measuring method according to (1) above, wherein the concentration of D-glucose is 10 mM or less.
(3) Flavin-binding GDH is derived from microorganisms classified in the subphylum Malocoria, the measurement method according to (1) above.
(4) Flavin-binding GDH is derived from a microorganism classified into the genus Mucor or Circinella, the measurement method according to (1) above.
(5) the following properties (i) to (v):
(i) action: showing GDH activity in the presence of an electron acceptor;
(ii) substrate specificity: low reactivity to maltose, D-galactose, and D-xylose compared to reactivity to D-glucose;
(iii) thermal stability: having a residual activity of 80% or more after heat treatment at 40° C. for 15 minutes;
(iv) with a flavin compound as a coenzyme,
(V) Temperature characteristics: When the reactivity to D-glucose at the measurement temperature where the activity is highest in the range of 20 to 40 ° C. is 100%, the activity value at 20 to 40 ° C. is 74% to 100%. And the activity value at 20 ° C. is 70% or more,
A glucose measuring agent or sensor for glucose measurement methods without temperature correction at 20-40° C. comprising flavin-binding GDH comprising:
(6) The glucose measuring agent or sensor according to (5) above, wherein the concentration of D-glucose in the measurement sample is 10 mM or less.
(7) The glucose-measuring agent or sensor according to (5) above, wherein the flavin-binding GDH is derived from a microorganism classified into the subphylum Mucormophyta.
(8) The glucose measuring agent or sensor according to (5) above, wherein the flavin-binding GDH is derived from a microorganism classified into the genus Mucor or Circinella.

本発明のフラビン結合型GDHを用いた測定方法により、20~40℃において温度補正機能を備えなくとも、正確な血糖測定が可能となる。 By the measurement method using the flavin-binding GDH of the present invention, accurate blood glucose measurement is possible at 20 to 40 ° C. without a temperature correction function.

(フラビン結合型GDHの温度特性)
Mucor属由来フラビン結合型GDHは、基質濃度が低くなるにつれ、幅広い測定温度領域において活性の変動が小さくなることを特徴とする。具体的には、本発明の測定方法に用いるフラビン結合型GDHは、20~40℃の範囲で最も活性が高い測定温度における10mM以下の D-グルコースに対する反応性を100%とした場合に、20~40℃における活性値が74%~100%である。本発明のフラビン結合型GDHを用いる測定方法は、このような優れた温度特性を有するため、測定する温度環境の影響を受けることなく、正確にD-グルコース量を測定することが可能である。
(Temperature characteristics of flavin-binding GDH)
Mucor genus-derived flavin-binding GDH is characterized in that the lower the substrate concentration, the smaller the activity fluctuation in a wide measurement temperature range. Specifically, the flavin-binding GDH used in the measurement method of the present invention has the highest activity in the range of 20 to 40 ° C. When the reactivity to 10 mM or less D-glucose at the measurement temperature is 100%, 20 Activity values at ~40°C range from 74% to 100%. Measurement method using flavin-binding GDH of the present invention has such excellent temperature characteristics, without being affected by the temperature environment to be measured, it is possible to accurately measure the amount of D- glucose.

(本発明のフラビン結合型GDHの酵素化学的特徴)
本発明のフラビン結合型GDHとして好ましい酵素の例としては、以下の酵素化学的特徴を有するものが挙げられる。
(1)作用:電子受容体存在下でGDH活性を示す
(2)基質特異性:D-グルコースに対する反応性と比較して、マルトース、D-ガラクトース、D-キシロースに対する反応性が低い
(3)熱安定性:40℃、15分間の熱処理後に80%以上の残存活性を有する
(4)フラビン化合物を補酵素とする
(5)温度特性:20~40℃の範囲で最も活性が高い測定温度における10mM以下の D-グルコースに対する反応性を100%とした場合に、20~40℃における活性値が74%~100%である。
上記のような酵素化学的特徴を有するGDHであれば、測定試料に含まれるマルトース、D-ガラクトース、D-キシロース等の糖化合物の影響を受けることなく、さらに、測定温度が20~40℃において温度補正機能を有することなく、正確にD-グルコース量を測定することが可能となる。また、血糖値の測定等の臨床診断に応用するために好適なpH範囲、温度範囲で良好に作用するので、診断用測定試薬(測定剤)等の用途に好適に使用することができる。
Km値は一般的には小さくなるほど基質特異性が良いとされるが、本発明の酵素としては、所定の測定条件において実質的に十分な基質の選択が実現される範囲の値を有していればよい。
分子量は、例えば、GENETYX Ver.11(ゼネティックス社製)やExPASy(http://web.expasy.org/compute_pi/)等のプログラムを用いて、一次配列情報から算出する、あるいはSDS-ポリアクリルアミド電気泳動で測定することができる。例えば、GENETYX Ver.11を用いて算出する場合、配列番号1で示されるアミノ酸配列を有するフラビン結合型GDHの分子量は、70kDaであり、配列番号5で示されるアミノ酸配列を有するフラビン結合型GDHの分子量は、69kDaである。また、例えば、SDS-ポリアクリルアミド電気泳動で測定する場合、配列番号1で示されるアミノ酸配列を有するフラビン結合型GDHの分子量は、約80kDaであり、配列番号5で示されるアミノ酸配列を有するフラビン結合型GDHの分子量は、約88kDaである。
(Enzymechemical characteristics of flavin-binding GDH of the present invention)
Examples of preferred enzymes as flavin-binding GDH of the present invention include those having the following enzymatic chemical characteristics.
(1) Action: GDH activity in the presence of an electron acceptor (2) Substrate specificity: Low reactivity to maltose, D-galactose, and D-xylose compared to reactivity to D-glucose (3) Thermal stability: 80% or more residual activity after heat treatment at 40 ° C. for 15 minutes (4) Uses flavin compound as a coenzyme (5) Temperature characteristics: At the measurement temperature where the activity is highest in the range of 20 to 40 ° C. When the reactivity to D-glucose of 10 mM or less is defined as 100%, the activity value at 20 to 40°C is 74% to 100%.
If GDH has the above enzymatic chemical characteristics, it is not affected by sugar compounds such as maltose, D-galactose, and D-xylose contained in the measurement sample, and the measurement temperature is 20 to 40 ° C. It is possible to accurately measure the amount of D-glucose without having a temperature correction function. In addition, since it works well in a suitable pH range and temperature range for application to clinical diagnosis such as measurement of blood sugar level, it can be suitably used for applications such as a diagnostic measurement reagent (measuring agent).
It is generally said that the smaller the Km value, the better the substrate specificity. However, the enzyme of the present invention has a value within a range in which substantially sufficient substrate selection is realized under predetermined measurement conditions. All you have to do is
For molecular weight, for example, GENETYX Ver. 11 (manufactured by Genetics) or ExPASy (http://web.expasy.org/compute_pi/) or other programs, it can be calculated from primary sequence information or measured by SDS-polyacrylamide electrophoresis. For example, GENETYX Ver. 11, the molecular weight of flavin-binding GDH having the amino acid sequence shown by SEQ ID NO: 1 is 70 kDa, and the molecular weight of flavin-binding GDH having the amino acid sequence shown by SEQ ID NO: 5 is 69 kDa. be. Further, for example, when measured by SDS-polyacrylamide electrophoresis, the molecular weight of the flavin-binding GDH having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is about 80 kDa, and the flavin binding having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5 The molecular weight of type GDH is approximately 88 kDa.

(フラビン結合型GDHの基質特異性)
本発明に用いることができるフラビン結合型GDHは、基質特異性に優れ、D-グルコースに対する選択性が極めて高いことを特徴とする。具体的には、本発明に用いることができるフラビン結合型GDHは、マルトース、D-ガラクトース、D-キシロースに対する反応性が極めて低い。具体的には、D-グルコースに対する反応性を100%とした場合に、マルトース、D-ガラクトースおよびD-キシロースに対する反応性がいずれも5%以下、好ましくは4%以下、さらに好ましくは3%以下、さらに好ましくは2%以下であることを特徴とする。本発明に用いることができるフラビン結合型GDHは、このような高い基質特異性を有するため、マルトースを含む輸液の投与を受けている患者や、ガラクトース負荷試験およびキシロース吸収試験を実施中の患者の試料についても、測定試料に含まれるマルトース、D-ガラクトース、D-キシロース等の糖化合物の影響を受けることなく、正確にD-グルコース量を測定することが可能となる。
(Substrate specificity of flavin-binding GDH)
Flavin-binding GDH that can be used in the present invention is characterized by excellent substrate specificity and extremely high selectivity for D-glucose. Specifically, flavin-binding GDH that can be used in the present invention, maltose, D- galactose, D- xylose very low reactivity. Specifically, when the reactivity to D-glucose is 100%, the reactivity to maltose, D-galactose and D-xylose is 5% or less, preferably 4% or less, more preferably 3% or less. , and more preferably 2% or less. Flavin-binding GDH that can be used in the present invention, because it has such a high substrate specificity, and patients receiving an infusion containing maltose, galactose load test and xylose absorption test of the patient during the As for the sample, it is possible to accurately measure the amount of D-glucose without being affected by sugar compounds such as maltose, D-galactose, and D-xylose contained in the measurement sample.

上記の各種の酵素化学的性質は、酵素の諸性質を特定するための公知の手法、例えば、以下の実施例に記載の方法を用いて調べることができる。酵素の諸性質は、本発明のフラビン結合型GDHを生産する微生物の培養液や、精製工程の途中段階において、ある程度調べることもでき、より詳細には、精製酵素を用いて調べることができる。
精製酵素とは、当該酵素以外の成分、特に当該酵素以外のタンパク質(夾雑タンパク質)を実質的に含まない状態に分離された酵素をいう。具体的には、例えば、夾雑タンパク質の含有量が重量換算で全体の約20%未満、好ましくは約10%未満、更に好ましくは約5%未満、より一層好ましくは約1%未満である。なお、本明細書中に後述する「MpGDH」は、特に断りの無い限り、精製酵素をいう。
The various enzymatic properties described above can be examined using known techniques for specifying various properties of enzymes, such as the methods described in the Examples below. Various properties of the enzyme can be examined to some extent in the culture solution of the microorganism that produces the flavin-binding GDH of the present invention, or in the middle of the purification process, and more specifically, can be examined using a purified enzyme.
A purified enzyme refers to an enzyme separated in a state substantially free of components other than the enzyme, particularly proteins other than the enzyme (contaminant proteins). Specifically, for example, the content of contaminating proteins is less than about 20%, preferably less than about 10%, more preferably less than about 5%, and even more preferably less than about 1% by weight. “MpGDH” described later in this specification refers to a purified enzyme unless otherwise specified.

本発明における、D-グルコース測定実施時のD-グルコース濃度は、10mM以下である。この濃度は、食後2時間血糖値のD-グルコースを測定することを想定したときに該当する温度範囲に該当する。また、こうした測定の際には、場合により、より低濃度のD-グルコースを測定する場合となることがある。例えば、6mM以下、4mM以下、あるいは3mM以下となることがある。 In the present invention, the D-glucose concentration when measuring D-glucose is 10 mM or less. This concentration corresponds to a temperature range that corresponds to the measurement of D-glucose in the blood sugar level 2 hours after a meal. Moreover, in such measurements, D-glucose at a lower concentration may be measured in some cases. For example, it may be 6 mM or less, 4 mM or less, or 3 mM or less.

本発明のフラビン結合型GDHが利用する電子受容体は、特に限定されず、例えば、血糖値測定に用いるために好適な試薬成分として公知の任意の電子受容体を用いることができる。 The electron acceptor utilized by the flavin-binding GDH of the present invention is not particularly limited, for example, any electron acceptor known as a reagent component suitable for use in blood glucose measurement can be used.

本発明のフラビン結合型GDHが利用する補酵素は、フラビン化合物であることを特徴とする。フラビン化合物には、例えば、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)、フラビンモノヌクレオチド(FMN)等が挙げられる。 The coenzyme utilized by the flavin-binding GDH of the present invention is characterized by being a flavin compound. Flavin compounds include, for example, flavin adenine dinucleotide (FAD), flavin mononucleotide (FMN), and the like.

本発明の測定方法に用いることができるフラビン結合型GDHとして好ましい酵素の例としては、20~40℃の範囲で最も活性が高い測定温度における10mM D-グルコースに対する反応性を100%とした場合に、20~40℃における活性値が74%~100%であるフラビン結合型GDHが挙げられる。さらに好ましくは、20~40℃の範囲で最も活性が高い測定温度における10mM D-グルコースに対する反応性を100%とした場合に、20~40℃における活性値が74%~100%であり、かつ20℃における活性値が70%以上であるフラビン結合型GDHが挙げられる。 Examples of preferred enzymes as flavin-binding GDH that can be used in the measurement method of the present invention, when the reactivity to 10mM D-glucose at the measurement temperature with the highest activity in the range of 20 ~ 40 ° C. is 100% , flavin-binding GDH with an activity value of 74% to 100% at 20 to 40 ° C. More preferably, the activity value at 20 to 40 ° C. is 74% to 100% when the reactivity to 10 mM D-glucose at the measurement temperature where the activity is highest in the range of 20 to 40 ° C. is 100%, and Flavin-binding GDH having an activity value of 70% or more at 20°C.

(フラビン結合型GDHの作用原理および活性測定法)
本発明のフラビン結合型GDHは、電子受容体存在下でグルコースの水酸基を酸化してグルコノ-δ-ラクトンを生成する反応を触媒する。
したがって、この原理を利用して、例えば、電子受容体としてフェナジンメトサルフェート(PMS)および2,6-ジクロロインドフェノール(DCIP)を用いた以下の測定系により、本発明のフラビン結合型GDHの活性を測定することができる。
(反応1) D-グルコ-ス + PMS(酸化型)
→ D-グルコノ-δ-ラクトン + PMS(還元型)
(反応2) PMS(還元型) + DCIP(酸化型)
→ PMS + DCIP(還元型)
(Principle of action and activity measurement method of flavin-binding GDH)
Flavin-binding GDH of the present invention catalyzes the reaction of oxidizing the hydroxyl group of glucose in the presence of an electron acceptor to produce glucono-δ-lactone.
Therefore, using this principle, for example, the following measurement system using phenazine methosulfate (PMS) and 2,6-dichloroindophenol (DCIP) as electron acceptors, the activity of flavin-binding GDH of the present invention can be measured.
(Reaction 1) D-glucose + PMS (oxidized form)
→ D-glucono-δ-lactone + PMS (reduced form)
(Reaction 2) PMS (reduced form) + DCIP (oxidized form)
→ PMS + DCIP (reduced form)

まず、(反応1)において、グルコースの酸化に伴いPMS(還元型)が生成する。続いて進行する(反応2)により、PMSの酸化と共にDCIPが還元されるため、酸化型DCIPの消失を600nmの波長の吸光度変化量から測定することができる。
具体的には、本発明において、フラビン結合型GDHの活性は、以下の手順に従って測定する。100mM リン酸緩衝液(pH7.0) 1.79mL、5.0M D-グルコース溶液 0.08mLおよび20mM DCIP溶液 0.01mLを混合し、37℃で5分間保温する。次いで、20mM PMS溶液 0.02mLおよび酵素サンプル溶液0.1mLを添加し、反応を開始する。反応開始時、および、経時的な吸光度を測定し、酵素反応の進行に伴う600nmにおける吸光度の1分間あたりの減少量(ΔA600)を求め、次式に従いフラビン結合型GDH活性を算出する。この際、フラビン結合型GDH活性は、37℃において濃度50mMのD-グルコース存在下で1分間に1μmolのDCIPを還元する酵素量を1Uと定義する。
First, in (Reaction 1), PMS (reduced form) is produced as glucose is oxidized. Since DCIP is reduced along with the oxidation of PMS in the subsequent reaction (reaction 2), the disappearance of oxidized DCIP can be measured from the amount of change in absorbance at a wavelength of 600 nm.
Specifically, in the present invention, the activity of flavin-binding GDH is measured according to the following procedures. 1.79 mL of 100 mM phosphate buffer (pH 7.0), 0.08 mL of 5.0 M D-glucose solution and 0.01 mL of 20 mM DCIP solution are mixed and incubated at 37° C. for 5 minutes. 0.02 mL of 20 mM PMS solution and 0.1 mL of enzyme sample solution are then added to initiate the reaction. At the start of the reaction, and, to measure the absorbance over time, the amount of decrease in absorbance per minute at 600 nm with the progress of the enzyme reaction (ΔA600) is calculated, and the flavin-binding GDH activity is calculated according to the following formula. At this time, the flavin-binding GDH activity defines 1U as the amount of enzyme that reduces 1 μmol of DCIP per minute in the presence of D-glucose at a concentration of 50 mM at 37°C.

Figure 0007109155000001
Figure 0007109155000001

なお、式中の2.0は反応試薬+酵素試薬の液量(mL)、16.3は本活性測定条件におけるミリモル分子吸光係数(cm/μmol)、0.1は酵素溶液の液量(mL)、1.0はセルの光路長(cm)、ΔA600blankは10mM 酢酸緩衝液を酵素サンプル溶液の代わりに添加して反応開始した場合の600nmにおける吸光度の1分間あたりの減少量、dfは希釈倍数を表す。 In the formula, 2.0 is the liquid volume (mL) of the reaction reagent + enzyme reagent, 16.3 is the millimole molecular extinction coefficient (cm 2 /μmol) under the activity measurement conditions, and 0.1 is the liquid volume of the enzyme solution. (mL), 1.0 is the optical path length of the cell (cm), ΔA600 blank is the amount of decrease per minute in absorbance at 600 nm when 10 mM acetate buffer is added instead of the enzyme sample solution to start the reaction, df represents the dilution factor.

(フラビン結合型GDHの由来)
上記の特徴を有する本発明のフラビン結合型GDHは、ケカビ亜門に分類される微生物から得ることができる。ケカビ亜門に分類される微生物としては、例えば、Mucor属、Absidia属、Actinomucor (Circinella)属等が挙げられる。Mucor属に分類される微生物であって、本発明のフラビン結合型GDHを生産する具体的な好ましい微生物の例としては、Mucor prainii、Mucor javanicus、Mucor circinelloides f. circinelloides、Mucor subtilissimus、Mucor guilliermondiiもしくはMucor hiemalisが挙げられる。より具体的には、Mucor prainii NISL0103、Mucor javanicus NISL0111もしくはMucor circinelloides f. circinelloides NISL0117が挙げられる。Absidia属に分類される微生物であって、本発明のフラビン結合型GDHを生産する具体的な好ましい微生物の例としては、Absidia cylindrospora、Absidia hyalosporaを挙げることができる。より具体的には、Absidia cylindrospora NISL0211、Absidia hyalospora NISL0218を挙げることができる。Actinomucor (Circinella)属に分類される微生物であって、本発明のフラビン結合型GDHを生産する具体的な好ましい微生物の例としては、Actinomucor elegans もしくはCircinella simplexを挙げることができる。より具体的には、Actinomucor elegans NISL9082を挙げることができる。
(Origin of flavin-binding GDH)
The flavin-binding GDH of the present invention having the characteristics described above can be obtained from microorganisms classified in the subphylum Mucoralida. Examples of microorganisms classified into the subphylum Mucor include the genus Mucor, the genus Absidia, the genus Actinomucor (Circinella), and the like. Examples of preferred specific microorganisms that are classified into the genus Mucor and produce the flavin-binding GDH of the present invention include Mucor brainii, Mucor javanicus, and Mucor circinelloides f. circinelloides, Mucor subtilissimus, Mucor guilliermondii or Mucor hiemalis. More specifically, Mucor prainii NISL0103, Mucor javanicus NISL0111 or Mucor circinelloides f. circinelloides NISL0117. Specific preferred examples of microorganisms classified into the genus Absidia that produce the flavin-binding GDH of the present invention include Absidia cylindrospora and Absidia hyalospora. More specifically, Absidia cylindrospora NISL0211 and Absidia hyalospora NISL0218 can be mentioned. Actinomucor (Circinella) microorganisms classified into the genus, specific preferred examples of microorganisms that produce the flavin-binding GDH of the present invention, Actinomucor elegans or Circinella simplex can be mentioned. More specifically, Actinomucor elegans NISL9082 can be mentioned.

本発明の測定方法に用いることができるフラビン結合型GDHは、上述の通り、「ケカビ亜門に分類される微生物に由来し、上述の各種性質を具備するフラビン結合型GDH」である。さらにまた、それらのフラビン結合型GDH生産微生物から公知の遺伝子工学的手法によって取得したフラビン結合型GDHをコードする遺伝子を利用し、必要によりそれを一部改変して、適当な宿主微生物に各種公知の手法により導入して生産された組換えフラビン結合型GDHもまた、本発明の「ケカビ亜門に分類される微生物に由来し、上述の各種性質を具備するフラビン結合型GDH」に含まれる。同様に、「Mucor属に分類される微生物」もしくは「Actinomucor (Circinella)属に分類される微生物」、あるいは、特定の生産微生物菌株名を記載したフラビン結合型GDHについても、各々に由来する遺伝子情報を元に取得される、上述の各種性質を具備するフラビン結合型GDHをも本発明に包含する。 Flavin-binding GDH that can be used in the measurement method of the present invention is, as described above, "flavin-binding GDH derived from microorganisms classified in the subphylum Mucoralida and having the above-described various properties". Furthermore, using a gene encoding flavin-binding GDH obtained by known genetic engineering techniques from these flavin-binding GDH-producing microorganisms, partially modifying it as necessary, Various known to appropriate host microorganisms Recombinant flavin-binding GDH introduced and produced by the technique of is also included in the "flavin-binding GDH derived from microorganisms classified in the subphylum Mucoralida and having the above-described various properties" of the present invention. Similarly, "microorganisms classified in the genus Mucor" or "microorganisms classified in the genus Actinomucor (Circinella)", or for flavin-binding GDH that describes a specific production microorganism strain name, genetic information derived from each The present invention also includes flavin-binding GDH having the above-described various properties obtained based on.

(フラビン結合型GDHのアミノ酸配列)
本発明のフラビン結合型GDHは、配列番号1又は配列番号5で示されるアミノ酸配列、又は該アミノ酸配列と70%以上相同なアミノ酸配列を有することを特徴とする。配列番号1又は配列番号5で示されるアミノ酸配列を有するフラビン結合型GDHは、上述の各種の性質を有する。また、配列番号1又は配列番号3で示されるアミノ酸配列と70%以上の同一性、好ましくは75%、より好ましくは80%、より好ましくは85%、より好ましくは90%、最も好ましくは95%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、配列番号1又は配列番号5で示されるアミノ酸配列を有するフラビン結合型GDHと同様な諸性質を有するGDHも、本発明の測定方法に用いるフラビン結合型GDHに含まれる。
(Amino acid sequence of flavin-binding GDH)
The flavin-binding GDH of the present invention is characterized by having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 5, or an amino acid sequence that is 70% or more homologous to the amino acid sequence. Flavin-binding GDH having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 5 has the various properties described above. Also, 70% or more identity, preferably 75%, more preferably 80%, more preferably 85%, more preferably 90%, most preferably 95%, with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 GDH having an amino acid sequence having the above identity and having properties similar to those of the flavin-binding GDH having the amino acid sequence shown by SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 5 is also a flavin-binding type used in the measurement method of the present invention. Included in GDH.

(フラビン結合型GDHをコードする遺伝子配列)
本発明のフラビン結合型GDHをコードする遺伝子とは、配列番号1又は配列番号5で示されるアミノ酸配列、あるいは該アミノ酸配列と70%以上相同なアミノ酸配列を有するフラビン結合型GDHをコードするDNAをいう。または、本発明のフラビン結合型GDHをコードする遺伝子とは、配列番号2又は配列番号6で示される塩基配列からなるDNAをいう。あるいは、本発明のフラビン結合型GDHをコードする遺伝子とは、配列番号2又は配列番号6で示される塩基配列と70%以上の同一性、好ましくは、75%以上の同一性、より好ましくは、80%以上の同一性、より好ましくは85%、より好ましくは90%、最も好ましくは95%以上の同一性を有する塩基配列を有し、且つフラビン結合型GDH酵素活性をもつタンパク質をコードするDNAをいう。
(Gene sequence encoding flavin-binding GDH)
The gene encoding the flavin-binding GDH of the present invention, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 5, or DNA encoding flavin-binding GDH having an amino acid sequence that is 70% or more homologous to the amino acid sequence Say. Alternatively, the gene encoding the flavin-binding GDH of the present invention refers to DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 6. Alternatively, the gene encoding the flavin-binding GDH of the present invention, 70% or more identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 6, preferably 75% or more identity, more preferably, 80% or more identity, more preferably 85%, more preferably 90%, most preferably having a nucleotide sequence with 95% or more identity, and DNA encoding a protein having flavin-binding GDH enzymatic activity Say.

(フラビン結合型GDHをコードする遺伝子配列を含むベクター、形質転換体)
本発明のフラビン結合型GDHをコードする遺伝子は、適当な公知の各種ベクター中に挿入することができる。さらに、このベクターを適当な公知の各宿主に導入して、フラビン結合型GDH遺伝子を含む組換え体DNAが導入されている形質転換体を作製することができる。これらの遺伝子の取得方法や、遺伝子配列、アミノ酸配列情報の取得方法、各種ベクターの製造方法や形質転換体の作製方法は、当業者にとって公知であり、一例を後述する。
(Vector containing gene sequence encoding flavin-binding GDH, transformant)
The gene encoding the flavin-binding GDH of the present invention can be inserted into various known appropriate vectors. Furthermore, this vector can be introduced into each known suitable host to prepare a transformant into which a recombinant DNA containing a flavin-binding GDH gene has been introduced. Methods for obtaining these genes, methods for obtaining information on gene sequences and amino acid sequences, methods for producing various vectors, and methods for producing transformants are known to those skilled in the art, and examples thereof will be described later.

フラビン結合型GDHを生産する微生物からフラビン結合型GDH遺伝子を取得するには、通常一般的に用いられている遺伝子のクローニング方法が用いられる。例えば、フラビン結合型GDH生産能を有する微生物菌体や種々の細胞から常法、例えば、Current Protocols in Molecular Biology (WILEY Interscience,1989)記載の方法により、染色体DNAまたはmRNAを抽出することができる。さらにmRNAを鋳型としてcDNAを合成することができる。このようにして得られた染色体DNAまたはcDNAを用いて、染色体DNAまたはcDNAのライブラリーを作製することができる。 To obtain the flavin-binding GDH gene from microorganisms that produce flavin-binding GDH, commonly used gene cloning method is used. For example, chromosomal DNA or mRNA can be extracted from microbial cells and various cells having flavin-binding GDH-producing ability by a conventional method, for example, the method described in Current Protocols in Molecular Biology (WILEY Interscience, 1989). Furthermore, cDNA can be synthesized using mRNA as a template. The chromosomal DNA or cDNA thus obtained can be used to construct a library of chromosomal DNA or cDNA.

次いで、フラビン結合型GDHのアミノ酸配列に基づき、適当なプローブDNAを合成して、これを用いて染色体DNAまたはcDNAのライブラリーからスクリーニングする方法、あるいは、上記アミノ酸配列に基づき、適当なプライマーDNAを作製して、5’RACE法や3’RACE法などの適当なポリメラーゼ連鎖反応(PCR法)により、目的の遺伝子断片を含むDNAを増幅させ、これらを連結させて全長の目的遺伝子を含むDNAを得ることができる。 Then, based on the amino acid sequence of flavin-binding GDH, a method of synthesizing an appropriate probe DNA and using it to screen from a chromosomal DNA or cDNA library, or based on the amino acid sequence, an appropriate primer DNA. DNA containing the target gene fragment is amplified by an appropriate polymerase chain reaction (PCR method) such as the 5'RACE method or the 3'RACE method, and these are ligated to obtain a DNA containing the full-length target gene. Obtainable.

このようにして得られたフラビン結合型GDHをコードする遺伝子の好ましい一例として、Mucor属由来のフラビン結合型GDH遺伝子が挙げられる。これらの遺伝子は、常法通り各種ベクターに連結されていることが、取扱い上好ましく、例えば、単離したMucor属由来のフラビン結合型GDHをコードする遺伝子を含む組換え体プラスミドを作製し、そこから例えば、QIAGEN(キアゲン社製)を用いることにより、抽出、精製して得ることができる。本発明において用いることのできるベクターDNAとしては、例えば、プラスミドベクターDNA、バクテリオファージベクターDNA等を用いることができる。具体的には、例えば、pBluescriptII SK+ (STRATAGENE社製)等が好ましい。 A preferred example of a gene encoding flavin-binding GDH thus obtained is a flavin-binding GDH gene derived from the genus Mucor. These genes are preferably ligated to various vectors in a conventional manner for handling, for example, to prepare a recombinant plasmid containing a gene encoding an isolated flavin-binding GDH derived from the genus Mucor, where can be obtained by extraction and purification from, for example, QIAGEN (manufactured by Qiagen). Vector DNA that can be used in the present invention includes, for example, plasmid vector DNA, bacteriophage vector DNA, and the like. Specifically, for example, pBluescriptII SK+ (manufactured by STRATAGENE) and the like are preferable.

上記方法により得られたフラビン結合型GDH遺伝子の塩基配列の決定・確認は、例えば、マルチキャピラリーDNA解析システムCEQ2000(ベックマン・コールター社製)等を用いることにより行い得る。
上述のように得られたフラビン結合型GDH遺伝子を、常法により、バクテリオファージ、コスミド、または原核細胞若しくは真核細胞の形質転換に用いられるプラスミド等のベクターに組み込み、各々のベクターに対応する宿主を常法により形質転換または形質導入することができる。宿主としては、例えば、Escherichia属に属する微生物、例えば、大腸菌K-12、好ましくは大腸菌JM109、DH5α(ともにタカラバイオ社製)等が挙げられ、これらの宿主を形質転換して、またはそれらに形質導入してそれぞれの菌株を得る。こうして得られた上記形質転換体を培養することによって、フラビン結合型GDHを大量に生産することができる。
Determination and confirmation of the base sequence of the flavin-binding GDH gene obtained by the above method can be performed, for example, by using a multi-capillary DNA analysis system CEQ2000 (manufactured by Beckman Coulter, Inc.).
The flavin-binding GDH gene obtained as described above is incorporated into a vector such as a plasmid used for transforming bacteriophage, cosmid, or prokaryotic cells or eukaryotic cells by a conventional method, and the host corresponding to each vector can be transformed or transduced by conventional methods. Examples of the host include microorganisms belonging to the genus Escherichia, such as Escherichia coli K-12, preferably Escherichia coli JM109, DH5α (both manufactured by Takara Bio Inc.), and the like. to obtain the respective strains. By culturing the transformant thus obtained, flavin-binding GDH can be produced in large amounts.

(MpGDHの製造と精製)
MpGDH遺伝子(配列番号2)を含むカセットを用いて形質転換したAspergillus sojae株(特許第4648993号公報参照)を培養し、粗酵素液のGDH活性を確認した。得られた粗酵素を用いて、緩衝液A(10mM 酢酸緩衝液、2M 硫酸アンモニウム、pH5.0)にて予め平衡化したブチルトヨパール650C(東ソー社製)カラム(26φ×28.5cm)にかけ、緩衝液Aから緩衝液B(10mM 酢酸緩衝液、pH5.0)のリニアグラジエントによって溶出させた。溶出された活性画分をセントリコンプラス-70(ミリポア社製)で濃縮後、緩衝液C(10mM 酢酸緩衝液、pH4.5)で透析し、予め緩衝液Cで平衡化したSPセファロースFastFlow(GEヘルスケア社製)カラム(26φ×28.5cm)にかけ、緩衝液Cから緩衝液D(10mM 酢酸緩衝液、200mM 塩化カリウム、pH4.5)のリニアグラジエントで溶出させた。溶出された活性画分を濃縮し、精製酵素を得た。
(Production and purification of MpGDH)
An Aspergillus sojae strain (see Japanese Patent No. 4648993) transformed with a cassette containing the MpGDH gene (SEQ ID NO: 2) was cultured to confirm the GDH activity of the crude enzyme solution. The obtained crude enzyme was applied to a Butyl Toyopearl 650C (manufactured by Tosoh Corporation) column (26φ×28.5 cm) pre-equilibrated with buffer A (10 mM acetate buffer, 2 M ammonium sulfate, pH 5.0), Elution was performed with a linear gradient from buffer A to buffer B (10 mM acetate buffer, pH 5.0). The eluted active fraction was concentrated with Centricon Plus-70 (manufactured by Millipore), dialyzed against buffer C (10 mM acetate buffer, pH 4.5), and pre-equilibrated with buffer C with SP Sepharose FastFlow (GE Healthcare) column (26φ×28.5 cm) and eluted with a linear gradient of buffer C to buffer D (10 mM acetate buffer, 200 mM potassium chloride, pH 4.5). The eluted active fraction was concentrated to obtain a purified enzyme.

(MpGDHの温度特性評価)
実施例1により得られたMpGDH精製標品の温度特性を調べた。
上記に示したGDH活性測定法において、加温温度および測定温度を20℃、25℃、30℃、35℃もしくは40℃で活性測定を行った。また、添加する基質は5Mグルコース、0.25M、0.1Mもしくは0.075Mで行った。
(Temperature characteristic evaluation of MpGDH)
The temperature characteristics of the purified MpGDH preparation obtained in Example 1 were examined.
In the GDH activity measurement method shown above, the activity was measured at a heating temperature and a measurement temperature of 20°C, 25°C, 30°C, 35°C or 40°C. The substrate to be added was 5M glucose, 0.25M, 0.1M or 0.075M.

Figure 0007109155000002
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表1中のかっこ内に示す割合は、最も活性が高かった測定温度における活性値を基準とした相対値である。表1に示す通り、基質の終濃度が200mMの場合、MpGDHが最大活性を示す測定温度における活性値を100%とした際に、20℃における相対活性は57%であった。一方で、基質の終濃度が10mMの場合、MpGDHが最大活性を示す測定温度における活性値を100%とした際に、20℃における相対活性は78%であり、非常に変動が小さいことが明らかとなった。 The ratio shown in parentheses in Table 1 is a relative value based on the activity value at the measurement temperature at which the activity was highest. As shown in Table 1, when the final concentration of the substrate was 200 mM, the relative activity at 20° C. was 57% when the activity value at the measurement temperature at which MpGDH exhibits maximum activity was taken as 100%. On the other hand, when the final concentration of the substrate is 10 mM, the relative activity at 20 ° C. is 78% when the activity value at the measurement temperature where MpGDH exhibits the maximum activity is 100%, and it is clear that the fluctuation is very small. became.

続いて、低血糖患者を想定し、3mMおよび4mMのグルコースを基質として上記と同様の温度特性評価を行い、最大活性を示す測定温度における活性値を100%とした際の相対活性を算出した(表2)。 Subsequently, assuming a hypoglycemic patient, the same temperature characteristic evaluation as above was performed using 3 mM and 4 mM glucose as a substrate, and the relative activity was calculated when the activity value at the measurement temperature showing the maximum activity was taken as 100% ( Table 2).

Figure 0007109155000003
Figure 0007109155000003

表2に示す通り、3mMおよび4mMのグルコースを基質とした際には、10mMの時と比べて、さらに測定温度による活性変動が小さくなった。特に、25℃~35℃間においては、ほぼ一定の活性値を示すことが分かり、このように良好な活性値が維持されている状態であれば、温度補正機能を有しない測定装置を用いた場合でも正確なグルコース量を測定できることが示された。 As shown in Table 2, when 3 mM and 4 mM glucose were used as substrates, the activity fluctuation due to measurement temperature was further reduced compared to when 10 mM was used. In particular, it was found that the activity value was almost constant between 25°C and 35°C. It was shown that accurate glucose levels can be measured even when

このように、基質濃度が低くなるほど、測定温度による活性の変動が小さくなるという傾向を示す酵素が存在することは、当業者にとっては技術的常識とはいえない。一般的には、測定温度による活性の変動が、測定時の基質濃度の多少の変動によって大きく変化を生じるとは考えがたく、そのような報告も知られていない。それゆえに、いわゆる酵素製品の販売カタログや酵素の諸性質を示す学術文献中の記載を参照しても、温度と活性の関係を示すグラフにおいて、基質の濃度条件は1点に固定されていることがほとんどである。そして、ほとんどの場合、酵素の諸性質を確認するための活性測定法における基質濃度は、酵素の活性測定法の原則に則して、反応初速度を算出する場合は十分に過剰な濃度に設定されていることが多い(生化学実験化学講座5,酵素研究法(上),1975参照)。 Thus, it is not common knowledge for those skilled in the art that there are enzymes that exhibit a tendency that the lower the substrate concentration is, the smaller the activity fluctuations due to the measurement temperature are. In general, it is difficult to think that activity changes due to measurement temperature are greatly affected by slight changes in substrate concentration during measurement, and such reports are not known. Therefore, even with reference to sales catalogs of so-called enzyme products and descriptions in academic literature showing various properties of enzymes, the substrate concentration condition is fixed at one point in the graph showing the relationship between temperature and activity. is mostly In most cases, the substrate concentration in the activity measurement method for confirming various properties of the enzyme is set to a sufficiently excessive concentration when calculating the initial reaction rate, in accordance with the principle of the enzyme activity measurement method. (See Biochemical Experimental Chemistry Course 5, Enzyme Research Method (1), 1975).

フラビン結合型GDH公知の文献においても、この当業者の認識は同様であり、測定温度と活性を確認する際のグルコース濃度は十分に高いものに固定されており、その濃度範囲は、実際に血糖値を測定するために想定されるグルコース濃度からは、大きくかけ離れたものであった(例えば、特許第4494978号、特開2011-152129号公報、特開2011-115156号公報、国際公開第13/051682号パンフレット、国際公開第13/065623号パンフレット、国際公開第13/118798号パンフレット参照)。 Even in the literature known to the public flavin-binding GDH, this recognition of those skilled in the art is the same, the glucose concentration at the time of confirming the measurement temperature and activity is fixed to a sufficiently high, the concentration range is actually blood glucose It was far from the glucose concentration assumed to measure the value (for example, Japanese Patent No. 4494978, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-152129, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-115156, International Publication No. 13/ 051682 pamphlet, WO 13/065623 pamphlet, WO 13/118798 pamphlet).

MpGDHは、200mMという高いグルコース濃度条件下においては、30℃以下、25℃、20℃と低温にするに従って、大きく活性が低下することが確認された。しかし、同じ温度条件下で測定を行った場合でも、10mMという低いグルコース濃度条件下で測定を行った時には、活性の低下は著しく改善され、30℃ではほぼ100%の活性が維持され、25℃でも90%を超える活性が維持され、20℃においても、約80%の活性が維持されることが見出された。 It was confirmed that the activity of MpGDH decreased greatly as the temperature was lowered to 30°C or lower, 25°C, and 20°C under a high glucose concentration condition of 200 mM. However, even when the measurement was performed under the same temperature conditions, the decrease in activity was remarkably improved when the measurement was performed under the low glucose concentration condition of 10 mM, and almost 100% activity was maintained at 30°C and 25°C. It was found that more than 90% of the activity was retained even at 20°C, and about 80% of the activity was retained even at 20°C.

比較例1
アスペルギルスオリゼ由来グルコース脱水素酵素(以下、AoGDHと表記)(特開2008-228740参照)を用いて、実施例2と同様の温度特性評価を試みた。
AoGDHのアミノ酸配列であり、配列番号3で示される593アミノ酸をコードし、且つ、特開2008-228740で示される塩基配列と全く同様である、配列番号4で示す1782bpの遺伝子(終止コドンTAAを含む)を、定法である遺伝子断片のPCRにより、cDNAを取得した。このとき、配列番号4の5´末端、3´末端にはそれぞれNdeIサイトとBamHIサイトを付加した。
Comparative example 1
The same temperature characteristic evaluation as in Example 2 was attempted using Aspergillus oryzae-derived glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as AoGDH) (see JP-A-2008-228740).
The 1782 bp gene shown in SEQ ID NO: 4, which is the amino acid sequence of AoGDH, encodes 593 amino acids shown in SEQ ID NO: 3, and is exactly the same as the nucleotide sequence shown in JP-A-2008-228740 (stop codon TAA ) was obtained by PCR of the gene fragment, which is a standard method. At this time, an NdeI site and a BamHI site were added to the 5' end and 3' end of SEQ ID NO: 4, respectively.

続いて、取得した配列番号4に示される遺伝子を大腸菌で発現させるために、以下の手順を行った。まず、上記で全合成した遺伝子をNdeIサイトBamHI(タカラバイオ社製)の2種類の制限酵素で処理し、pET22b(+)- Vector(Novagen社製)のNdeI-BamHIサイトに挿入することで、組換え体プラスミドpET22b(+)-AoGDHを取得し、実施例1と同様の条件で、用いる大腸菌をJM109株の代わりにBL21(DE3)株として形質転換し、大腸菌BL21(DE3)(pET22b(+)-AoGDH)株を得た。 Subsequently, the following procedure was carried out in order to express the obtained gene shown in SEQ ID NO: 4 in E. coli. First, the gene synthesized above was treated with two types of restriction enzymes, NdeI site BamHI (manufactured by Takara Bio Inc.), and inserted into the NdeI-BamHI site of pET22b(+)-Vector (manufactured by Novagen). A recombinant plasmid pET22b(+)-AoGDH was obtained, and under the same conditions as in Example 1, E. coli to be used was transformed as BL21(DE3) strain instead of JM109 strain, and E. coli BL21(DE3) (pET22b(+ )-AoGDH) strain was obtained.

上記のようにして得られたAoGDH生産能を有する大腸菌BL21(DE3)(pET22b(+)-AoGDH)株をLB-amp培地に0.5% グリセロール、0.05% グルコース、0.2% α-ラクトース、25mM (NH4)2SO4、100mM KH2PO4、100mM NaHPO4、1 mM MgSO4を添加した培地100mlにおいて、30℃で24時間培養した(F. William Studier et.al., Protein Expression and Purification (2005)を改変)。その後、菌体をpH6.0の0.02Mリン酸カリウム緩衝液で洗浄、超音波破砕、9,000rpmで10分間遠心分離し、AoGDH粗酵素液20mlを調製した。得られた粗酵素液をサンプルとし、実施例1に準じた活性測定方法に従ってGDHの活性を確認した。 Escherichia coli BL21 (DE3) (pET22b(+)-AoGDH) strain having AoGDH-producing ability obtained as described above was added to LB-amp medium with 0.5% glycerol, 0.05% glucose, and 0.2% α. - cultured for 24 hours at 30°C in 100 ml of medium supplemented with lactose, 25 mM (NH4)2SO4, 100 mM KH2PO4, 100 mM NaHPO4, 1 mM MgSO4 (F. William Studier et al., Protein Expression and Purification (2005) modification). Thereafter, the cells were washed with 0.02 M potassium phosphate buffer of pH 6.0, sonicated, and centrifuged at 9,000 rpm for 10 minutes to prepare 20 ml of AoGDH crude enzyme solution. Using the obtained crude enzyme solution as a sample, the activity of GDH was confirmed according to the activity measurement method according to Example 1.

得られた粗酵素を用いて、緩衝液A(10mM リン酸カリウム緩衝液、2M 硫酸アンモニウム、pH6.5)にて予め平衡化したブチルトヨパール650C(東ソー社製)カラムにかけ、緩衝液Aから緩衝液B(10mM リン酸カリウム、pH6.5)のリニアグラジエントによって溶出させた。溶出された活性画分をセントリコンプラス-70(ミリポア社製)で濃縮後、緩衝液C(10mM リン酸カリウム緩衝液、pH6.5)で透析し、予め緩衝液Cで平衡化したCaptoQ(GEヘルスケア社製)カラムにかけ、緩衝液Cから緩衝液D(10mM リン酸カリウム緩衝液、1M 塩化カリウム、pH6.5)のリニアグラジエントで溶出させた。溶出された活性画分を濃縮し、精製酵素を得た。 Using the obtained crude enzyme, it is applied to a Butyl Toyopearl 650C (manufactured by Tosoh Corporation) column pre-equilibrated with buffer A (10 mM potassium phosphate buffer, 2 M ammonium sulfate, pH 6.5), and buffer is removed from buffer A. Elution was performed with a linear gradient of solution B (10 mM potassium phosphate, pH 6.5). The eluted active fraction was concentrated with Centricon Plus-70 (manufactured by Millipore), dialyzed against buffer C (10 mM potassium phosphate buffer, pH 6.5), and CaptoQ (GE Healthcare Co.) column and eluted with a linear gradient of buffer C to buffer D (10 mM potassium phosphate buffer, 1 M potassium chloride, pH 6.5). The eluted active fraction was concentrated to obtain a purified enzyme.

得られたAoGDH精製酵素を用いて、実施例2と同様に、加温温度および測定温度を20℃、25℃、30℃、35℃もしくは40℃で活性測定を行った。また、添加する基質は5Mグルコースもしくは0.25Mで行った。 Using the obtained AoGDH-purified enzyme, the activity was measured in the same manner as in Example 2 at a heating temperature of 20°C, 25°C, 30°C, 35°C or 40°C. Also, the substrate to be added was 5M glucose or 0.25M.

Figure 0007109155000004
Figure 0007109155000004

表3に示す通り、AoGDHの温度特性、すなわち、測定温度と活性の関係は、基質であるグルコース濃度には全く影響されなかった。このような傾向は、測定温度による活性の変動が、測定時の基質濃度の多少の変動によって大きく変化を生じるとは考えがたいという、当業者の一般的認識と合致している。 As shown in Table 3, the temperature characteristics of AoGDH, that is, the relationship between measured temperature and activity were not affected by the substrate glucose concentration at all. Such a trend is consistent with the general recognition of those skilled in the art that it is difficult to imagine that activity changes due to measurement temperature are greatly affected by slight changes in substrate concentration during measurement.

比較例2
アスペルギルステレウス由来グルコース脱水素酵素(以下、AtGDHと表記)(
特許第5020070号参照)を用いて、実施例2と同様の温度特性評価を試みた。
特許第5020070号で示されるAtGDHのアミノ酸配列である配列番号5で示される592アミノ酸をコードする、配列番号6で示す1779bpの遺伝子(終止コドンTAAを含む)を、定法である遺伝子断片のPCRにより、cDNAを取得した。
Comparative example 2
Aspergillus terreus-derived glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as AtGDH) (
(See Japanese Patent No. 5020070), and the same temperature characteristic evaluation as in Example 2 was attempted.
The 1779 bp gene (including the stop codon TAA) shown in SEQ ID NO: 6, which encodes 592 amino acids shown in SEQ ID NO: 5, which is the amino acid sequence of AtGDH shown in Patent No. 5020070, was obtained by PCR of the gene fragment, which is a standard method. , cDNA was obtained.

実施例1と同様の手法により、AtGDH遺伝子を含むカセットを用いて形質転換することでAtGDH発現麹菌株を取得し、粗酵素液を得た。得られた粗酵素を用いて、緩衝液A(10mM リン酸カリウム緩衝液、2M 硫酸アンモニウム、pH6.5)にて予め平衡化したブチルトヨパール650C(東ソー社製)カラムにかけ、緩衝液Aから緩衝液B(10mM リン酸カリウム、pH6.5)のリニアグラジエントによって溶出させた。溶出された活性画分をAmicon Ultra-15、 30K NMWL(メルク社製)で濃縮後、緩衝液C(10mM リン酸カリウム緩衝液、150mM NaCl、pH6.5)で透析し、予め緩衝液Cで平衡化したHiLoad 26/60 Superdex 200pg(GEヘルスケア社製)カラムにかけ、溶出させた。溶出された活性画分を濃縮し、精製酵素を得た。
得られた粗酵素液を用いて、実施例2と同様に温度特性評価を行った。ただし、加温温度および測定温度を20℃、25℃、30℃、35℃もしくは40℃で活性測定を行った。また、添加する基質は5Mグルコースもしくは0.25Mで行った。
By the same method as in Example 1, an AtGDH-expressing koji strain was obtained by transformation using a cassette containing the AtGDH gene, and a crude enzyme solution was obtained. Using the obtained crude enzyme, it is applied to a Butyl Toyopearl 650C (manufactured by Tosoh Corporation) column pre-equilibrated with buffer A (10 mM potassium phosphate buffer, 2 M ammonium sulfate, pH 6.5), and buffer is removed from buffer A. Elution was performed with a linear gradient of solution B (10 mM potassium phosphate, pH 6.5). The eluted active fraction was concentrated with Amicon Ultra-15, 30K NMWL (manufactured by Merck), dialyzed against buffer C (10 mM potassium phosphate buffer, 150 mM NaCl, pH 6.5), and then dialyzed against buffer C in advance. It was applied to an equilibrated HiLoad 26/60 Superdex 200 pg (manufactured by GE Healthcare) column and eluted. The eluted active fraction was concentrated to obtain a purified enzyme.
Temperature characteristics were evaluated in the same manner as in Example 2 using the obtained crude enzyme solution. However, the activity was measured at a heating temperature and a measuring temperature of 20°C, 25°C, 30°C, 35°C or 40°C. Moreover, the substrate to be added was 5M glucose or 0.25M.

Figure 0007109155000005
Figure 0007109155000005

表4に示す通り、AtGDHの温度特性、すなわち、測定温度と活性の関係は、基質であるグルコース濃度には全く影響されなかった。このような傾向は、測定温度による活性の変動が、測定時の基質濃度の多少の変動によって大きく変化を生じるとは考えがたいという、当業者の一般的認識と合致している。 As shown in Table 4, the temperature characteristics of AtGDH, that is, the relationship between measurement temperature and activity, were not affected by the substrate glucose concentration at all. Such a trend is consistent with the general recognition of those skilled in the art that it is difficult to imagine that activity changes due to measurement temperature are greatly affected by slight changes in substrate concentration during measurement.

比較例3
アスペルギルスニガー由来グルコース酸化酵素(以下、AnGODと表記)(BBI社製、GO3B2)を用いて、実施例2と同様に温度特性評価を行った。ただし、加温温度および測定温度を20℃、25℃、30℃、35℃もしくは40℃で活性測定を行った。また、添加する基質は5Mグルコースもしくは0.05Mで行った。
Comparative example 3
Temperature characteristics were evaluated in the same manner as in Example 2 using Aspergillus niger-derived glucose oxidase (hereinafter referred to as AnGOD) (GO3B2 manufactured by BBI). However, the activity was measured at a heating temperature and a measuring temperature of 20°C, 25°C, 30°C, 35°C or 40°C. Also, the substrate to be added was 5M glucose or 0.05M.

Figure 0007109155000006
Figure 0007109155000006

表5に示す通り、AnGODの温度特性、すなわち、測定温度と活性の関係は、基質であるグルコース濃度には全く影響されなかった。このような傾向は、測定温度による活性の変動が、測定時の基質濃度の多少の変動によって大きく変化を生じるとは考えがたいという、当業者の一般的認識と合致している。 As shown in Table 5, the temperature characteristics of AnGOD, that is, the relationship between measured temperature and activity, were not affected by the substrate glucose concentration at all. Such a trend is consistent with the general recognition of those skilled in the art that it is difficult to imagine that activity changes due to measurement temperature are greatly affected by slight changes in substrate concentration during measurement.

実施例3
Mucor guilliermondii由来グルコース脱水素酵素(以下、MgGDHと表記)を用いて、実施例2と同様の温度特性評価を試みた。まず、Mucor guilliermondii NBRC9403株をDPY培地(2%グルコース、1%ポリペプトン、0.5%酵母エキス、0.5%リン酸2水素1カリウム、0.05%硫酸マグネシウム7水和物)で、30℃で24時間培養した。培養後、菌体を回収し、菌体の水分を除いた後、液体窒素中で菌体を破砕し、DNeasy Plant Mini Kit(QIAGEN社)を用いて添付のプロトコールに従って、ゲノムDNAを取得した。次に、取得したゲノムDNAを鋳型にし、配列番号7、8の縮重プライマーを用いて、DNAポリメラーゼPrimeSTAR Max(タカラバイオ社製)によりPCRを行い、アガロースゲル電気泳動により約1.9kbのDNAが増幅されていることを確認した。この増幅されたDNA断片を精製し、マルチキャピラリーDNA解析システムCEQ2000(ベックマン・コールター社製)を用いて塩基配列を解析した。その配列情報を基に下記で用いるインバースPCR用のプライマー(配列番号9、10)を設計した。
次に、上記で回収したゲノムDNAを制限酵素NcoIで処理し、フェノール・クロロホルム処理とエタノール沈殿を行った後に、Ligation High ver.2(東洋紡社製)を用いてライゲーション反応を16℃で8時間行った。エタノール沈殿を行った該反応液を鋳型にし、上記で設計した配列番号9、10のプライマーを用いて、DNAポリメラーゼPrimeSTAR Max(タカラバイオ社製)により、インバースPCRを行った。増幅したDNA断片の配列解析を上記と同様に行い、上流と下流の塩基配列を解析し、MgGDHの塩基配列全長(配列番号11)が明らかとなった。さらに、MpGDHの配列情報を基に、イントロン配列を除いたエキソン配列(配列番号12)を予測し、MgGDHのアミノ酸配列(配列番号13)を決定した。なお、MgGDHとMpGDHのアミノ酸配列の同一性は78%であった。
Example 3
The same temperature characteristic evaluation as in Example 2 was attempted using Mucor guilliermondii-derived glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as MgGDH). First, Mucor guilliermondii NBRC9403 strain was added to DPY medium (2% glucose, 1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% monopotassium dihydrogen phosphate, 0.05% magnesium sulfate heptahydrate), 30 C. for 24 hours. After culturing, the cells were collected, water was removed from the cells, the cells were disrupted in liquid nitrogen, and genomic DNA was obtained using DNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN) according to the attached protocol. Next, using the obtained genomic DNA as a template, PCR is performed using DNA polymerase PrimeSTAR Max (manufactured by Takara Bio Inc.) using degenerate primers of SEQ ID NOs: 7 and 8, and about 1.9 kb of DNA is subjected to agarose gel electrophoresis. was confirmed to be amplified. This amplified DNA fragment was purified, and the base sequence was analyzed using a multi-capillary DNA analysis system CEQ2000 (manufactured by Beckman Coulter). Based on the sequence information, primers (SEQ ID NOS: 9 and 10) for inverse PCR used below were designed.
Next, the genomic DNA collected above was treated with a restriction enzyme NcoI, followed by phenol/chloroform treatment and ethanol precipitation, followed by Ligation High ver. 2 (manufactured by Toyobo Co., Ltd.), the ligation reaction was carried out at 16° C. for 8 hours. Using the ethanol-precipitated reaction solution as a template, inverse PCR was performed using the primers of SEQ ID NOs: 9 and 10 designed above and DNA polymerase PrimeSTAR Max (manufactured by Takara Bio Inc.). Sequence analysis of the amplified DNA fragment was performed in the same manner as described above, and the upstream and downstream nucleotide sequences were analyzed, revealing the full-length nucleotide sequence of MgGDH (SEQ ID NO: 11). Furthermore, based on the sequence information of MpGDH, the exon sequence (SEQ ID NO: 12) excluding the intron sequence was predicted, and the amino acid sequence of MgGDH (SEQ ID NO: 13) was determined. The amino acid sequence identity between MgGDH and MpGDH was 78%.

実施例1と同様の手法により、MgGDH遺伝子(配列番号12)を含むカセットを用いて形質転換することでMgGDH発現麹菌株を取得し、粗酵素液を得た。得られた粗酵素液を用いて、実施例2と同様に温度特性評価を行った。ただし、加温温度および測定温度を25℃もしくは37℃で活性測定を行った。また、添加する基質は5Mグルコースもしくは0.25Mで行った。 By the same method as in Example 1, a MgGDH-expressing koji strain was obtained by transformation using a cassette containing the MgGDH gene (SEQ ID NO: 12) to obtain a crude enzyme solution. Temperature characteristics were evaluated in the same manner as in Example 2 using the obtained crude enzyme solution. However, the activity was measured at a heating temperature and a measuring temperature of 25°C or 37°C. Also, the substrate to be added was 5M glucose or 0.25M.

Figure 0007109155000007
Figure 0007109155000007

表6に示す通り、MgGDHについても、基質濃度が低くなるほど、測定温度による活性変動が小さくなることが明らかとなった。このような傾向は、測定温度による活性の変動が、測定時の基質濃度の多少の変動によって大きく変化を生じるとは考えがたいという、当業者の一般的認識と合致しない。 As shown in Table 6, it was also revealed that the lower the substrate concentration, the smaller the activity fluctuation due to the measurement temperature for MgGDH. Such a trend does not agree with the general recognition of those skilled in the art that it is difficult to imagine that activity changes due to measurement temperature are greatly affected by slight changes in substrate concentration during measurement.

MgGDHは、200mMという高いグルコース濃度条件下においては、37℃で測定した場合と25℃で測定した場合で、40%近くも活性に差を生ずる。しかし、同じ温度条件下で測定を行った場合でも、10mMという低いグルコース濃度条件下で測定を行った時には、活性の低下は著しく改善され、その差は約20%にとどまった。すなわち、MgGDHを用いて、10mM程度やそれより低濃度のグルコース濃度条件下で測定を行う場合には、温度補正機能を有しない測定装置を用いた場合でも、正確なグルコース量を測定できることが示された。 MgGDH produces a nearly 40% difference in activity between measurements at 37°C and 25°C under conditions of a high glucose concentration of 200 mM. However, even when the measurement was performed under the same temperature conditions, the decrease in activity was remarkably improved when the measurement was performed under the low glucose concentration condition of 10 mM, and the difference was only about 20%. That is, it was shown that when measuring glucose concentration of about 10 mM or lower using MgGDH, it is possible to accurately measure the amount of glucose even when using a measuring device that does not have a temperature compensation function. was done.

配列番号14で示されるアミノ酸配列であるMucor RD056860由来グルコース脱水素酵素(以下、MrdGDHと表記)(国際公開2013/118798号参照)を用いて、実施例2と同様の温度特性評価を試みた。 The same temperature characteristic evaluation as in Example 2 was attempted using Mucor RD056860-derived glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as MrdGDH) (see International Publication 2013/118798) having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 14.

実施例1と同様の手法により、MrdGDH遺伝子(配列番号15)を含むカセットを用いて形質転換することでMrdGDH発現麹菌株を取得し、粗酵素液を得た。得られた粗酵素液を用いて、実施例1と同様の手法により精製し、実施例2と同様に温度特性評価を行った。ただし、加温温度および測定温度を20℃、25℃、30℃、35℃もしくは40℃で活性測定を行った。また、添加する基質は5Mグルコースもしくは0.05Mで行った。 A MrdGDH-expressing koji strain was obtained by transformation using a cassette containing the MrdGDH gene (SEQ ID NO: 15) in the same manner as in Example 1, and a crude enzyme solution was obtained. Using the obtained crude enzyme solution, purification was performed by the same method as in Example 1, and the temperature characteristics were evaluated in the same manner as in Example 2. However, the activity was measured at a heating temperature and a measuring temperature of 20°C, 25°C, 30°C, 35°C or 40°C. Also, the substrate to be added was 5M glucose or 0.05M.

Figure 0007109155000008
Figure 0007109155000008

表7に示す通り、MrdGDHについても、基質濃度が低いほど、測定温度による活性変動が小さくなることが明らかとなった。 As shown in Table 7, it was also revealed that the lower the substrate concentration, the smaller the variation in the activity of MrdGDH due to the measurement temperature.

配列番号16で示されるアミノ酸配列であるMucor hiemalis f. silvaticus NBRC6754由来グルコース脱水素酵素(以下、MhGDHと表記)(国際公開2013/065623号参照)を用いて、実施例2と同様の温度特性評価を試みた。 Evaluation of temperature characteristics in the same manner as in Example 2 using Mucor hiemalis f. silvaticus NBRC6754-derived glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as MhGDH) having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 16 (see International Publication 2013/065623) tried.

実施例1と同様の手法により、MhGDH遺伝子(配列番号17)を含むカセットを用いて形質転換することでMhGDH発現麹菌株を取得し、粗酵素液を得た。得られた粗酵素液を用いて、実施例1と同様の手法により精製し、実施例2と同様に温度特性評価を行った。ただし、加温温度および測定温度を20℃、25℃、30℃、35℃もしくは40℃で活性測定を行った。また、添加する基質は5Mグルコースもしくは0.05Mで行った。 By the same method as in Example 1, an MhGDH-expressing koji strain was obtained by transforming with a cassette containing the MhGDH gene (SEQ ID NO: 17) to obtain a crude enzyme solution. Using the obtained crude enzyme solution, purification was performed by the same method as in Example 1, and the temperature characteristics were evaluated in the same manner as in Example 2. However, the activity was measured at a heating temperature and a measuring temperature of 20°C, 25°C, 30°C, 35°C or 40°C. Also, the substrate to be added was 5M glucose or 0.05M.

Figure 0007109155000009
Figure 0007109155000009

表8に示す通り、MhGDHについても、基質濃度が低いほど、測定温度による活性変動が小さくなることが明らかとなった。 As shown in Table 8, it was also revealed that the lower the substrate concentration, the smaller the activity fluctuation due to the measurement temperature for MhGDH.

これまで、ケカビ亜門由来GDHが、基質濃度が低くなるほど、測定温度による活性変動を受けにくい酵素であることは知られていなかった。今回得られた知見により、ケカビ亜門由来GDHのMpGDH、MgGDH、MdrGDHとMhGDHが血糖値の日常的簡易的測定という特定実用用途において非常に有利である特筆すべき性質を有し、それを活用することにより、温度補正機能を有しない測定装置の実現が可能になりうるという新たな着想が導かれることとなった。 Until now, it was not known that the lower the substrate concentration, the less susceptible the activity of GDH derived from the subphylum Mucophyta is to the change in activity due to the measurement temperature. Based on the findings obtained this time, MpGDH, MgGDH, MdrGDH and MhGDH derived from Mucophyta have remarkable properties that are very advantageous in specific practical applications such as daily simple measurement of blood sugar levels, and they are utilized. This led to a new idea that it would be possible to implement a measuring device that does not have a temperature compensation function.

MpGDH、MgGDH、MdrGDHとMhGDHは同じケカビ亜門に則し、これらのアミノ酸配列同一性は73~79%であるから、同様のケカビ亜門由来の各種GDH、特にはMpGDHもしくはMgGDHと配列同一性が73%以上であるGDHは、その近縁性、酵素としての構造同一性の高さから推測して、グルコース濃度が低いほど、測定温度による活性変動が小さくなるという良好な性質を有している蓋然性が高い。 MpGDH, MgGDH, MdrGDH and MhGDH belong to the same subphylum Mucoral phylum, and their amino acid sequence identity is 73-79%. is 73% or more, presumed from its closeness and high structural identity as an enzyme, the lower the glucose concentration, the smaller the activity fluctuation due to the measurement temperature. There is a high probability that there will be.

本発明のフラビン結合型GDHを用いた、D-グルコースの測定方法は、幅広い温度範囲において、D-グルコース濃度を精度良く定量することができるので、血糖値の測定や食品中のグルコース濃度の定量等の分野において有用である。 Using the flavin-binding GDH of the present invention, the method for measuring D- glucose can accurately quantify D- glucose concentration in a wide temperature range, so measurement of blood sugar level and quantification of glucose concentration in food It is useful in fields such as

Claims (1)

10mM以下のD-グルコースの測定方法に用いるためのフラビン結合型GDHのスクリーニング方法であって、
フラビン結合型GDHを用意する工程、
用意したフラビン結合型GDHが、以下の(i)から(v)の性質:
(i)作用:電子受容体存在下でGDH活性を示す、
(ii)基質特異性:D-グルコースに対する反応性と比較して、マルトース、D-ガラクトース、D-キシロースに対する反応性が低い、
(iii)熱安定性:40℃、15分間の熱処理後に80%以上の残存活性を有する、
(iv)フラビン化合物を補酵素とする、
(v)温度特性:20~40℃の範囲で最も活性が高い測定温度におけるD-グルコースに対する反応性を100%とした場合に、20~40℃における活性値が74%~100%である、かつ20℃における活性値が70%以上である、
を備えるか否かを調べる工程、および
該フラビン結合型GDHが(i)から(v)の性質を備える場合、当該フラビン結合型GDHを、D-グルコースと20~40℃で接触させることを含む、D-グルコースの測定方法に用いるためのフラビン結合型GDHとする、スクリーニング方法。
A screening method for flavin-binding GDH for use in a method for measuring D-glucose of 10 mM or less,
A step of preparing a flavin-binding GDH,
The prepared flavin-binding GDH has the following properties (i) to (v):
(i) action: showing GDH activity in the presence of an electron acceptor;
(ii) substrate specificity: low reactivity to maltose, D-galactose, and D-xylose compared to reactivity to D-glucose;
(iii) thermal stability: having a residual activity of 80% or more after heat treatment at 40° C. for 15 minutes;
(iv) with a flavin compound as a coenzyme,
(V) Temperature characteristics: When the reactivity to D-glucose at the measurement temperature where the activity is highest in the range of 20 to 40 ° C. is 100%, the activity value at 20 to 40 ° C. is 74% to 100%. And the activity value at 20 ° C. is 70% or more,
and when the flavin-binding GDH has the properties of (i) to (v), the flavin-binding GDH is contacted with D- glucose at 20 to 40 ° C. , A screening method as a flavin-binding GDH for use in a method for measuring D-glucose.
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