JP7135334B2 - Xylanase and its use - Google Patents

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    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Description

本明細書は、キシラナーゼ及びその利用に関する。 This specification relates to xylanases and uses thereof.

ヘミセルロースを含むバイオマスの有効利用は、バイオマスの効率的利用のためには重要な課題である。ヘミセルロースを分解するキシラナーゼについては種々の改変体や新規キシラナーゼが提供されている(特許文献1、2)。 Effective use of biomass containing hemicellulose is an important issue for efficient use of biomass. Various modified xylanases and novel xylanases that degrade hemicellulose have been provided (Patent Documents 1 and 2).

特開2016-49035号公報JP 2016-49035 A 特開2017-35001号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-35001

本発明者の検討によれば、ヘミセルロースを含むバイオマスは、例えば、約50℃で数日間連続処理を行うことが効率的な場合がある。また、本発明者によれば、これまで提供されているキシラナーゼでは、最適温度は高温化されているが、高温での耐久性についてはほとんど検討されておらず、また、その機能も備えているわけではない。 According to studies by the present inventors, it may be efficient to subject biomass containing hemicellulose to continuous treatment at about 50° C. for several days, for example. In addition, according to the present inventors, the xylanase that has been provided so far has a high optimum temperature, but the durability at high temperature has hardly been studied, and the xylanase also has that function. Do not mean.

本明細書は、高温耐久性を備えるキシラナーゼ及びその利用を提供する。 The present specification provides a xylanase with high temperature tolerance and its use.

本発明者は、キシラナーゼの改変体ライブラリを構築し、スクリーニングを行い、高温耐久性の発揮のために有用な変異を特定できた。本明細書は、こうした知見に基づき以下の手段を提供する。 The present inventors constructed a xylanase variant library, screened it, and were able to identify useful mutations for exhibiting high temperature tolerance. This specification provides the following means based on such knowledge.

(1)キシラナーゼであって、
配列番号1で表されるアミノ酸配列に対してアライメントしたとき、その6位、46位、47位、55位、80位、94位、99位、125位及び164位からなる群から選択される1個又は2個以上の位置に相当する位置に変異を有する、キシラナーゼ。
(2)前記変異は、
6位相当位置では、E、I、V、S、C、M及びQのいずれかであり、
46位相当位置では、Iであり、
47位相当位置では、C及びAのいずれかであり、
55位相当位置では、S、D及びEのいずれかであり、
80位相当位置では、M、A及びIのいずれかであり、
94位相当位置では、H、C、Y及びAのいずれかであり、
99位相当位置では、G及びAのいずかであり、
125位相当位置では、A及びSのいずれかであり、
164位相当位置では、Mである、(1)に記載のキシラナーゼ。
(3)前記変異は、
6位相当位置では、E、I、V及びSのいずれかであり、
46位相当位置では、Iであり、
47位相当位置では、C及びAのいずれかであり、
55位相当位置では、Sであり、
80位相当位置では、M、A及びIのいずれかであり、
94位相当位置では、H、C及びYのいずれかであり、
99位相当位置では、G及びAのいずかであり、
125位相当位置では、Aであり、
164位相当位置では、Mである、(2)に記載のキシラナーゼ。
(4)さらに、配列番号1で表されるアミノ酸配列に対してアライメントしたとき、その37位、56位、71位、119位、120位、137位、140位、154位及び161位からなる群から選択される1個又は2個以上の位置に相当する位置に変異を有する、(1)~(3)のいずれかに記載のキシラナーゼ。
(5)前記変異は、
37位相当位置では、Iであり、
56位相当位置では、Tであり、
71位相当位置では、Aであり、
119位相当位置では、V及びCのいずれかであり、
120位相当位置では、K及びAのいずれかであり、
137位相当位置では、W、A、L及びVのいずれかであり、
140位相当位置では、Iであり、
154位相相当位置では、Aであり、
161位相当位置では、A及びEのいずれかである、(4)に記載のキシラナーゼ。
(6)4位置以上に変異を備える、(1)~(5)のいずれかに記載のキシラナーゼ。
(7)前記キシラナーゼは、50℃におけるキシラナーゼ活性の半減期が30時間以上である、(1)~(6)のいずれかに記載のキシラナーゼ。
(8)前記キシラナーゼは、50℃におけるキシラナーゼ活性の半減期が100時間以上である、(1)~(7)のいずれかに記載のキシラナーゼ。
(9)前記キシラナーゼは、配列番号2で表されるアミノ酸配列と80%以上の同一性を有する、(1)から(8)のいずれかに記載のキシラナーゼ。
(10)(1)~(9)のいずれかに記載のキシラナーゼのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド。
(11)(10)に記載のポリヌクレオチドを、備える発現ベクター。
(12)(1)~(9)のいずれかに記載のキシラナーゼを発現する、形質転換体。
(13)(1)~(9)のいずれかに記載のキシラナーゼを用いてキシランを分解する工程を備える、キシランの分解方法。
(14)(1)~(9)のいずれかに記載のキシラナーゼを用いてキシランを分解する工程と、
前記キシランを有用物質に変換する工程と、
を備える、有用物質の生産方法。
(15)(1)~(9)のいずれかに記載のキシラナーゼを含む、組成物。
(16)(1)~(9)のいずれかに記載のキシラナーゼを生産する形質転換体を含む、組成物。
(17)キシラナーゼのスクリーニング方法であって、
配列番号1で表されるアミノ酸配列に対してアライメントしたとき、その6位、37位、46位、47位、55位、56位、71位、80位、94位、99位、119位、120位、125位、137位、140位、154位、161位及び164位からなる群から選択される1個又は2個以上の位置に相当する位置に変異を有する、キシラナーゼ候補を準備する工程と、
前記キシラナーゼ候補について、
(a)所定温度にて2時間保存したとき、25℃で2時間保存したときのキシラナーゼ活性の半分の活性となるときの当該所定温度、及び
(b)50℃で保存したときのキシラナーゼ活性の半減期
の少なくともいずれかについて評価する工程、
を備える、方法。
(18)前記評価工程は、50℃で保存したときのキシラナーゼ活性の半減期が30時間以上であるキシラナーゼをスクリーニングする工程である、(17)に記載の方法。
(1) a xylanase,
selected from the group consisting of positions 6, 46, 47, 55, 80, 94, 99, 125 and 164 when aligned with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 A xylanase having mutations at positions corresponding to one or more positions.
(2) the mutation is
at the position corresponding to position 6, any of E, I, V, S, C, M and Q;
I at the position corresponding to position 46,
At the position corresponding to position 47, either C or A,
At the position corresponding to position 55, it is either S, D or E,
At the position corresponding to position 80, it is either M, A or I,
at the position corresponding to position 94, any of H, C, Y and A;
at the 99-equivalent position, either G or A;
At the position corresponding to position 125, it is either A or S,
The xylanase according to (1), wherein the position corresponding to position 164 is M.
(3) the mutation is
At the position corresponding to position 6, it is either E, I, V or S,
I at the position corresponding to position 46,
At the position corresponding to position 47, either C or A,
At the position corresponding to the 55th place, it is S,
At the position corresponding to position 80, it is either M, A or I,
at the 94-equivalent position, either H, C or Y;
at the 99-equivalent position, either G or A;
At the position corresponding to the 125th place, it is A,
The xylanase according to (2), wherein the position corresponding to position 164 is M.
(4) further consists of positions 37, 56, 71, 119, 120, 137, 140, 154 and 161 when aligned with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 The xylanase according to any one of (1) to (3), which has mutations at positions corresponding to one or more positions selected from the group.
(5) the mutation is
At the position corresponding to position 37, it is I,
At the position corresponding to the 56th position, it is T,
At the position corresponding to the 71st place, it is A,
at the 119-equivalent position, either V or C,
At the position corresponding to position 120, it is either K or A,
at the 137-equivalent position, any of W, A, L and V;
I at the position corresponding to 140th place,
At the position corresponding to 154 phases, it is A,
The xylanase according to (4), wherein the position corresponding to position 161 is either A or E.
(6) The xylanase according to any one of (1) to (5), which has mutations at 4 or more positions.
(7) The xylanase according to any one of (1) to (6), wherein the xylanase has a half-life of xylanase activity at 50° C. of 30 hours or longer.
(8) The xylanase according to any one of (1) to (7), wherein the xylanase has a half-life of xylanase activity at 50° C. of 100 hours or longer.
(9) The xylanase according to any one of (1) to (8), wherein the xylanase has 80% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:2.
(10) A polynucleotide encoding the amino acid sequence of the xylanase according to any one of (1) to (9).
(11) An expression vector comprising the polynucleotide according to (10).
(12) A transformant expressing the xylanase according to any one of (1) to (9).
(13) A method for decomposing xylan, comprising a step of decomposing xylan using the xylanase according to any one of (1) to (9).
(14) a step of degrading xylan using the xylanase according to any one of (1) to (9);
a step of converting the xylan into a useful substance;
A method of producing a useful substance, comprising:
(15) A composition comprising the xylanase according to any one of (1) to (9).
(16) A composition comprising a transformant that produces the xylanase according to any one of (1) to (9).
(17) A method for screening a xylanase, comprising:
When aligned with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, positions 6, 37, 46, 47, 55, 56, 71, 80, 94, 99, 119, A step of preparing a xylanase candidate having mutations at positions corresponding to one or more positions selected from the group consisting of positions 120, 125, 137, 140, 154, 161 and 164. When,
For the xylanase candidate,
(a) the predetermined temperature when the xylanase activity becomes half the activity when stored at 25° C. for 2 hours when stored at a predetermined temperature for 2 hours, and (b) the xylanase activity when stored at 50° C. evaluating for at least one of the half-lives;
A method.
(18) The method according to (17), wherein the evaluation step is a step of screening for a xylanase having a half-life of xylanase activity of 30 hours or longer when stored at 50°C.

単一の変異を有する改変体の耐熱温度の上昇(Δ耐熱温度)を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an increase in heat-resistant temperature (Δ heat-resistant temperature) of a variant having a single mutation. 単一の変異を有する改変体の一部についての耐熱温度の上昇(Δ耐熱温度)を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an increase in heat-resistant temperature (Δ heat-resistant temperature) for some variants having a single mutation. 相加変異体のΔ耐熱温度を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the Δ heat resistance temperature of additive mutants. 相加変異体のΔ耐熱温度の相加予測値と実験値の比較結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a comparison result between an additive predicted value and an experimental value of the Δ heat resistance temperature of an additive mutant. GHF11に属する81個のキシラナーゼの一部のアミノ酸配列のアライメント結果を示す図である。FIG. 4 shows the results of alignment of partial amino acid sequences of 81 xylanases belonging to GHF11. GHF11に属する81個のキシラナーゼの他の一部のアミノ酸配列のアライメント結果を示す図である。番号は、UniProtKBの登録番号を表す。FIG. 10 shows the results of alignment of other partial amino acid sequences of 81 xylanases belonging to GHF11. The number represents the UniProtKB registration number. GHF11に属する81個のキシラナーゼの他の一部のアミノ酸配列のアライメント結果を示す図である。番号は、UniProtKBの登録番号を表す。FIG. 10 shows the results of alignment of other partial amino acid sequences of 81 xylanases belonging to GHF11. The number represents the UniProtKB registration number. GHF11に属する81個のキシラナーゼの他の一部のアミノ酸配列のアライメント結果を示す図である。番号は、UniProtKBの登録番号を表す。FIG. 10 shows the results of alignment of other partial amino acid sequences of 81 xylanases belonging to GHF11. The number represents the UniProtKB registration number.

本明細書の開示は、キシラナーゼ及びその利用に関する。 The present disclosure relates to xylanases and uses thereof.

本発明者は、バイオマス処理を実用的及び/又は効率的に行うために従来にない観点である高温耐久性の観点からTrichoderma reesei由来のキシラナーゼを探索した。本発明者は、高温耐久性のための変異部位について取得するほか、これらの変異の相加効果を確認した。 The present inventor searched for a Trichoderma reesei-derived xylanase from the viewpoint of high-temperature durability, which is an unprecedented viewpoint for practical and/or efficient biomass processing. In addition to obtaining mutation sites for high temperature tolerance, the inventors confirmed the additive effect of these mutations.

なお、本明細書において、「キシラナーゼ」とは、エンド-1,4-β-キシラナーゼであり、EC番等3.2.1.8の酵素をいう。キシラナーゼは、キシランをキシロースに分解する酵素である。キシランは、植物細胞の細胞壁に存在するヘミセルロースの主成分である。以下、本明細書に開示されるキシラナーゼ及びその利用について、詳細に説明する。 As used herein, the term "xylanase" refers to endo-1,4-β-xylanase, which is an enzyme of EC No. 3.2.1.8. Xylanase is an enzyme that breaks down xylan into xylose. Xylan is a major component of hemicellulose present in the cell walls of plant cells. The xylanases disclosed herein and their uses are described in detail below.

(キシラナーゼ)
本明細書に開示されるキシラナーゼ(以下、本キシラナーゼともいう。)は、配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるキシラナーゼのアミノ酸配列に対してアライメントしたとき、所定の部位において変異が導入されたキシラナーゼとして規定できる。
(xylanase)
The xylanase disclosed in the present specification (hereinafter also referred to as the present xylanase) has a mutation introduced at a predetermined site when aligned with the amino acid sequence of the xylanase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. It can be defined as a xylanase.

ここで、配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるキシラナーゼは、Trichoderma reesei由来のキシラナーゼであって、UniProtKBの登録番号P36217で特定されるキシラナーゼの成熟タンパク質(登録番号P36217で規定されるアミノ酸配列(配列番号3)の第34位~第223位、190アミノ酸残基からなるアミノ酸配列からなり、シグナルペプチド(同第1位~第19位)(配列番号4)及びプロペプチド(同第20位~第33位)(配列番号5)を除いたもの)である。(以下、このキシラナーゼを、第1のキシラナーゼという。第1のキシラナーゼは、Glycoside Hydrolase Family(http:://www.cazy.org/Glycoside-Hydrolases.html)の11に分類される。本明細書において、特に断りのない限り、アミノ酸配列における位置は、当該190アミノ酸残基からなる第1のキシラナーゼのアミノ酸配列における位置として表すものとする。なお、第1のキシラナーゼの第10位~188位(登録番号P36217で規定されるアミノ酸配列の第43位~221位に相当し、配列番号2で表される。)が触媒ドメインである。 Here, the xylanase consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is a Trichoderma reesei-derived xylanase, and is a xylanase mature protein specified by UniProtKB accession number P36217 (amino acid sequence defined by accession number P36217 ( Positions 34 to 223 of SEQ ID NO: 3), consisting of an amino acid sequence consisting of 190 amino acid residues, a signal peptide (positions 1 to 19) (SEQ ID NO: 4) and a propeptide (positions 20 to 33rd) (excluding SEQ ID NO: 5)). (Hereinafter, this xylanase is referred to as the first xylanase. The first xylanase is classified into 11 of the Glycoside Hydrolase Family (http://www.cazy.org/Glycoside-Hydrolases.html). In, unless otherwise specified, the position in the amino acid sequence is represented as the position in the amino acid sequence of the first xylanase consisting of 190 amino acid residues.In addition, positions 10 to 188 of the first xylanase ( corresponding to positions 43 to 221 of the amino acid sequence defined by accession number P36217 and represented by SEQ ID NO: 2) is the catalytic domain.

(耐熱温度)
本キシラナーゼは、第1のキシラナーゼより、耐熱温度が高いことが好ましい。本キシラナーゼの耐熱温度は、例えば、Δ耐熱温度(℃)として評価することができる。本明細書において、Δ耐熱温度は、第1のキシラナーゼの耐熱温度(℃)に対する本キシラナーゼの耐熱温度(℃)の差分温度(℃)である。例えば、ある保存温度で2時間保存したときの活性が、25℃で2時間保存後の活性の半分の活性となるときの当該保存温度を、キシラナーゼの耐熱温度とすることができる。
(Heatproof temperature)
The present xylanase preferably has a higher heat resistance temperature than the first xylanase. The heat resistance temperature of the present xylanase can be evaluated as, for example, Δ heat resistance temperature (°C). As used herein, the Δ heat-resistant temperature is the temperature differential (°C) of the heat-resistant temperature (°C) of the present xylanase with respect to the heat-resistant temperature (°C) of the first xylanase. For example, the storage temperature at which the activity when stored at a certain storage temperature for 2 hours becomes half the activity after storage at 25° C. for 2 hours can be defined as the heat resistant temperature of the xylanase.

より具体的には、例えば、キシラナーゼを、25℃、48℃及び52℃でそれぞれ2時間保存後、所定の方法で活性を測定する。これにより、保存温度を横軸とし、キシラナーゼ活性を縦軸とするとき、活性の減少曲線を得ることができる。この活性減少曲線において、25℃で2時間保存時の活性の半分となる活性に対応する補助線が活性減少曲線と交差する点の保存温度を、耐熱温度(℃)とすることができる。こうして得られた本キシラナーゼの耐熱温度から第1のキシラナーゼの耐熱温度を引いた値をΔ耐熱温度とする。Δ耐熱温度は、具体的には、後述する実施例に記載される条件を採用して測定することができる。 More specifically, for example, the xylanase is stored at 25° C., 48° C. and 52° C. for 2 hours each, and then its activity is measured by a predetermined method. As a result, when the storage temperature is plotted on the horizontal axis and the xylanase activity is plotted on the vertical axis, an activity decreasing curve can be obtained. In this activity decrease curve, the storage temperature at which the auxiliary line corresponding to half the activity when stored at 25° C. for 2 hours intersects the activity decrease curve can be defined as the heat resistant temperature (° C.). A value obtained by subtracting the heat resistant temperature of the first xylanase from the heat resistant temperature of the present xylanase thus obtained is defined as the Δ heat resistant temperature. Specifically, the Δ heat-resistant temperature can be measured by adopting the conditions described in Examples described later.

本キシラナーゼは、例えば、Δ耐熱温度が1℃以上である。また例えば、Δ耐熱温度が1.5℃以上であり、また例えば、2℃以上であり、また例えば、3℃以上であり、また例えば4℃以上であり、また例えば5℃以上である。Δ耐熱温度の上昇により、例えば、50℃でのキシラナーゼ活性の半減期が増大する。特に、本キシラナーゼの活性半減期の観点からは、Δ耐熱温度が4℃以上、好ましくは、5℃以上、より好ましくは6℃以上、さらに好ましくは7℃以上、なお好ましくは8℃以上、一層好ましくは9℃以上である。また、上限も特に限定するものではないが、例えば、活性半減期の観点からは、12℃以下であり、また例えば、11℃以下であり、また例えば、10℃以下である。 The present xylanase has, for example, a Δ heat resistant temperature of 1° C. or more. Further, for example, the Δ heat resistance temperature is 1.5° C. or higher, for example, 2° C. or higher, for example, 3° C. or higher, for example, 4° C. or higher, or for example, 5° C. or higher. An increase in the Δ thermotolerant temperature increases the half-life of xylanase activity at 50° C., for example. In particular, from the viewpoint of the activity half-life of the present xylanase, the Δ heat resistant temperature is 4° C. or higher, preferably 5° C. or higher, more preferably 6° C. or higher, still more preferably 7° C. or higher, still more preferably 8° C. or higher. Preferably, it is 9°C or higher. The upper limit is also not particularly limited, but from the viewpoint of activity half-life, for example, it is 12° C. or lower, for example, 11° C. or lower, or for example, 10° C. or lower.

(活性半減期)
本キシラナーゼは、例えば、所定の保存温度で保存したときの、キシラナーゼ活性の半減期が、第1のキシラナーゼよりも長いことが好ましい。本明細書においてキシラナーゼの活性半減期とは、キシラナーゼをある温度で保存したときの残存活性が半分となる時間(hr)である。本キシラナーゼの活性半減期は、例えば、ヘミセルロースを含むバイオマスを分解するときの温度である50℃を保存温度として、評価することができる。
(Activity half-life)
The present xylanase preferably has a longer half-life of xylanase activity than the first xylanase, for example, when stored at a predetermined storage temperature. As used herein, the activity half-life of xylanase is the time (hr) at which the residual activity of xylanase is halved when stored at a certain temperature. The activity half-life of the present xylanase can be evaluated, for example, using 50° C., which is the temperature at which biomass containing hemicellulose is degraded, as the storage temperature.

より具体的な保存条件及びキシラナーゼ活性は、後述する実施例に開示される方法を採用することができる。なお、保存温度としては、50℃に限定するものではなく、例えば、50℃以上65℃以下の範囲において所定の温度を設定することができる。例えば、55℃における残存活性であってもよいし、60℃における残存活性でもよい。また、65℃における残存活性であってもよい。 For more specific storage conditions and xylanase activity, the method disclosed in the Examples below can be adopted. Note that the storage temperature is not limited to 50°C, and a predetermined temperature can be set in the range of 50°C or higher and 65°C or lower, for example. For example, it may be residual activity at 55°C or residual activity at 60°C. Alternatively, it may be residual activity at 65°C.

第1のキシラナーゼは、50℃における半減期は、約3時間であるが、本キシラナーゼは、例えば、50℃における半減期は、30時間以上であり、また例えば、同40時間以上であり、また例えば50時間以上であり、また例えば60時間以上であり、また例えば70時間以上であり、また例えば80時間以上であり、また例えば90時間以上であり、また例えば100時間以上である。さらにまた、例えば、120時間以上であり、また例えば、140時間以上であり、また例えば、160時間以上であり、また例えば、180時間以上であり、また例えば200時間以上であり、また例えば、220時間以上であり、また例えば、240時間以上である。50℃における半減期が100時間以上であれば、ヘミセルロースを含むバイオマスの分解(糖化)のための処理時間(60~200時間程度)において、概ね活性を維持することができ、効率的にバイオマスを分解することができる。 The first xylanase has a half-life of about 3 hours at 50°C, but the present xylanase has a half-life of, for example, 30 hours or more at 50°C, or 40 hours or more, and For example, it is 50 hours or more, for example 60 hours or more, for example 70 hours or more, for example 80 hours or more, for example 90 hours or more, or for example 100 hours or more. Further, for example, 120 hours or more, for example, 140 hours or more, for example, 160 hours or more, for example, 180 hours or more, for example, 200 hours or more, or for example, 220 hours or more hours or more, and for example, 240 hours or more. If the half-life at 50 ° C. is 100 hours or more, the activity can be generally maintained during the treatment time (about 60 to 200 hours) for decomposition (saccharification) of biomass containing hemicellulose, and biomass can be efficiently converted. can be decomposed.

Δ耐熱温度が4℃以上の本キシラナーゼは、同時に、50℃における活性半減期も、30時間以上、より好ましくは40時間以上、さらに好ましくは50時間以上、なお好ましくは60時間以上であることが多く、典型的には80時間以上である。また、Δ耐熱温度が6℃以上、好ましくは同7℃以上、より好ましくは同8℃以上の本キシラナーゼは、同時に、50℃における活性半減期が100時間以上、より好ましくは120時間以上、さらに好ましくは140時間以上、なお好ましくは160時間、一層好ましくは180時間以上であることが多い。 The present xylanase having a Δ heat resistant temperature of 4°C or higher also has an activity half-life at 50°C of 30 hours or longer, more preferably 40 hours or longer, still more preferably 50 hours or longer, and still more preferably 60 hours or longer. Many, typically 80 hours or more. In addition, the xylanase having a Δ heat resistant temperature of 6° C. or higher, preferably 7° C. or higher, more preferably 8° C. or higher has an activity half-life at 50° C. of 100 hours or longer, more preferably 120 hours or longer. It is often preferably 140 hours or longer, more preferably 160 hours, and still more preferably 180 hours or longer.

(変異)
本キシラナーゼが有する変異の変異は、第1のキシラナーゼを基準として規定されている。これらの変異は、第1のキシラナーゼに対して、種々の改変を試みることで、高温耐久性に貢献する変異を特定したことによって得られたからである。一方、本明細書において開示する変異は、第1のキシラナーゼのアミノ酸配列にのみ適用されるものではなく、他のキシラナーゼにも適用されるものである。すなわち、第1のキシラナーゼは、GHF11に分類されるものであって、GHF11に属する他のキシラナーゼは、類似のアミノ酸配列と立体構造を備えている。これらのことから、当業者であれば、少なくともGH11ファミリーに属するキシラナーゼに対して本明細書に開示される変異を適用することで本キシラナーゼを得ることができることが理解される。
(mutation)
Mutations possessed by this xylanase are defined with reference to the first xylanase. This is because these mutations were obtained by trying various modifications to the first xylanase to identify mutations that contribute to high temperature tolerance. On the other hand, the mutations disclosed herein apply not only to the amino acid sequence of the first xylanase, but also to other xylanases. That is, the first xylanase is classified as GHF11, and other xylanases belonging to GHF11 have similar amino acid sequences and three-dimensional structures. From these facts, it is understood by those skilled in the art that the present xylanase can be obtained by applying the mutations disclosed herein to at least a xylanase belonging to the GH11 family.

本キシラナーゼは、第1のキシラナーゼに対して人為的に変異を導入したもののほか、本明細書に開示される変異を本来的に備えている天然由来のキシラナーゼも包含される。 The xylanase of the present invention includes naturally-occurring xylanases that are inherently equipped with the mutations disclosed herein, as well as those in which mutations are introduced into the first xylanase.

本キシラナーゼが有しうる変異位置は、配列番号1で表されるアミノ酸配列に対してアライメントしたとき、その6位、37位、46位、47位、55位、56位、71位、80位、94位、99位、119位、120位、125位、137位、140位、154位、161位及び164位からなる群から選択される1個又は2個以上の位置に相当する位置である。本キシラナーゼにおけるかかる変異位置は、配列番号1で表されるアミノ酸配列と本キシラナーゼのアミノ酸配列(すなわち、変異部位を有するキシラナーゼである。)とを、BLAST(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)やPfam(http://pfam.xfam.org/)などの公知のアミノ酸配列アラインメントプログラムを用いて、例えば、デフォルトのパラメータでアラインメントさせることにより特定することができる。 Mutation positions that this xylanase can have are positions 6, 37, 46, 47, 55, 56, 71 and 80 when aligned with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. , 94th, 99th, 119th, 120th, 125th, 137th, 140th, 154th, 161st and 164th positions corresponding to one or more positions selected from the group consisting of be. Such a mutation position in this xylanase is obtained by BLAST (https://blast.ncbi.nlm. nih.gov/Blast.cgi) or Pfam (http://pfam.xfam.org/), for example, by aligning with default parameters.

これらの変異位置は、いずれも、Δ耐熱温度(℃)が、プラスになりうることが確認されている位置である。以下に、各変異位置における可能性ある置換アミノ酸残基を示す。この置換アミノ酸残基は、第1のキシラナーゼにおける以下の位置において本来的なアミノ酸残基以外の残りの19種類のアミノ酸に置換した、単一変異体の飽和遺伝子ライブラリの評価に基づいて得られている。なお、()内は、第1のキシラナーゼ(1位~190位))における位置である。 All of these mutation positions are positions where it has been confirmed that the Δ heat resistant temperature (°C) can be positive. The possible replacement amino acid residues at each mutation position are shown below. The substituted amino acid residues were obtained based on evaluation of a saturated gene library of single mutants substituted with the remaining 19 amino acids other than the native amino acid residues at the following positions in the first xylanase: there is The numbers in parentheses are the positions in the first xylanase (positions 1 to 190).

変異位置における置換アミノ酸残基中、*印のあるアミノ酸残基は、Δ耐熱温度が約1℃以上となった変異である。 Among the substituted amino acid residues at the mutation positions, the amino acid residues marked with an asterisk (*) are mutations with a Δ heat resistant temperature of about 1° C. or higher.

グリシン(6位):グルタミン酸*、イソロイシン、バリン、セリン、システイン、メチオニン、グルタミン
バリン(37位):イソロイシン
バリン(46位):イソロイシン*
グリシン(47位):システイン*、アラニン*
トレオニン(55位):セリン*、アスパラギン酸、グルタミン酸
リジン(56位):トレオニン
アスパラギン(71位):アラニン
セリン(80位):メチオニン*、アラニン*、イソロイシン、
グリシン(94位):ヒスチジン*、システイン*、アラニン、チロシン
セリン(99位):グリシン*、アラニン
アルギニン(119位):バリン、システイン
トレオニン(120位):リジン、アラニン
グルタミン(125位):アラニン*、セリン
チロシン(137位):トリプトファン、アラニン、ロイシン、バリン
バリン(140位):イソロイシン
アスパラギン(154位):アラニン
グルタミン(161位):アラニン、グルタミン酸
ロイシン(164位):メチオニン
Glycine (position 6): glutamic acid*, isoleucine, valine, serine, cysteine, methionine, glutamine Valine (position 37): isoleucine Valine (position 46): isoleucine*
Glycine (47th position): cysteine*, alanine*
Threonine (position 55): serine*, aspartic acid, lysine glutamate (position 56): threonine asparagine (position 71): alanine serine (position 80): methionine*, alanine*, isoleucine,
Glycine (position 94): histidine*, cysteine*, alanine, tyrosine* (position 99): glycine*, alanine Arginine (position 119): valine, cysteine Threonine (position 120): lysine, alanine Glutamine (position 125): alanine *, Serine Tyrosine (position 137): tryptophan, alanine, leucine, valine valine (position 140): isoleucine asparagine (position 154): alanine glutamine (position 161): alanine, glutamic acid leucine (position 164): methionine

Δ耐熱温度が約1℃以上であるという観点から、6位(6E)、46位(46I)、47位(47C、47A)、55位(55S)、80位(80M、80A)、94位(94H、94C)、99位(99G)、125位(125A)及び164位(164M)は有用な変異位置及び変異である。また、Δ耐熱温度が約1.5℃以上である変異は、6E、47C、47A、55S、80M、80A、94H、99G、125Aである。また、同約2.0℃以上である変異は、47C、80M、99Gである。さらに、同2.5℃以上である変異は、47C、99Gである。さらにまた、同3.0℃以上である変異は、47Cである。 6 (6E), 46 (46I), 47 (47C, 47A), 55 (55S), 80 (80M, 80A), 94 from the viewpoint that the Δ heat resistance temperature is about 1 ° C. or higher (94H, 94C), 99 (99G), 125 (125A) and 164 (164M) are useful mutation positions and mutations. Mutations having a Δ heat resistant temperature of about 1.5° C. or more are 6E, 47C, 47A, 55S, 80M, 80A, 94H, 99G, and 125A. Mutations having a temperature of about 2.0° C. or more are 47C, 80M, and 99G. Furthermore, the mutations with the same temperature of 2.5°C or higher are 47C and 99G. Furthermore, the mutation with the same 3.0° C. or higher is 47C.

また、有効なΔ耐熱温度を得るのに貢献した変異が複数個存在しているという観点から、好ましい変異位置としては、6位、47位、55位、90位、94位、99位、119位、120位、125位、137位、161位が挙げられる。なかでも、6位、55位、80位、94位、137位が挙げられる。 In addition, from the viewpoint that there are multiple mutations that contribute to obtaining an effective Δ heat resistant temperature, preferable mutation positions are positions 6, 47, 55, 90, 94, 99 and 119. 120th, 125th, 137th, and 161st. Among them, 6th, 55th, 80th, 94th, and 137th are listed.

また、例えば、Δ耐熱温度の上昇及び例えば50℃での活性半減期の増大に貢献する変異位置は、47位である。変異としては、47Cである。また、同様に、99位も有用な変異位置である。変異としては、99Gである。さらに、80位も有用な変異である。変異としては、80M又は80Aである。また、125位も有用な変異位置である。変異としては、125Aである。さらにまた、55位も有用な変異位置である。変異としては、55Sである。 In addition, for example, position 47 is a mutation position that contributes to an increase in the Δ heat resistant temperature and an increase in the activity half-life at, for example, 50°C. A mutation is 47C. Position 99 is also a useful mutation position as well. The mutation is 99G. Additionally, position 80 is also a useful mutation. Mutations are 80M or 80A. Position 125 is also a useful mutation position. A mutation is 125A. Furthermore, position 55 is also a useful mutation position. A mutation is 55S.

かかる変異位置は、これらに加えて、120位である。変異としては、120Kである。また、94位も有用な変異位置である。変異としては、94C、94Hである。また、164位も有用な変異位置である。変異としては、164Mでる。 Such mutation positions are position 120 in addition to these. The mutation is 120K. Position 94 is also a useful mutation position. Mutations are 94C and 94H. Position 164 is also a useful mutation position. The mutation is 164M.

また、かかる変異位置は、これらに加えて、6位である。変異としては6Eである。また、71位も有用な変異位置である。変異としては、71Aである。また、137位も有用な変異位置である。変異としては137Wである。 Also, such a mutation position is position 6 in addition to these. The mutation is 6E. Position 71 is also a useful mutation position. The mutation is 71A. Position 137 is also a useful mutation position. The mutation is 137W.

さらにまた、かかる変異位置は、これらに加えて、46位である。変異としては、46Iである。また、47位も有用な変異位置である。変異としては、47Aである。 Furthermore, such a mutation position is position 46 in addition to these. A mutation is 46I. Position 47 is also a useful mutation position. A mutation is 47A.

本キシラナーゼは、こうした変異位置における変異を1個又は2個以上備えることができる。本キシラナーゼは、2個以上の変異の組合せ(相加)によって、それぞれの変異に基づくΔ耐熱温度を相加した又は相加以上のΔ耐熱温度(℃)を得ることができる。本発明者が見出した変異は、それぞれ独立してΔ耐熱温度(℃)及び/又は活性半減期に貢献しているからである。 The xylanase can have one or more mutations at these mutation positions. By combining (additively) two or more mutations, the present xylanase can obtain a Δ heat resistant temperature (° C.) that is equal to or greater than the Δ heat resistant temperature based on each mutation. This is because the mutations found by the present inventor independently contribute to the Δ heat resistant temperature (°C) and/or activity half-life.

2個以上の変異を組み合わせる場合、特に限定するものではないが、3個以上の変異を組み合わせることが好ましく、より好ましくは4個以上である。4個以上の変異を組合せると、3個以下の場合に比べて大きくΔ耐熱温度が向上する。さらに好ましくは、5個以上である。また、変異の個数は、8個以下程度であることが好ましい。変異個数が多いと、Δ耐熱温度は相加される傾向にあるが、例えば、50℃における活性半減期が変化しなくなるからである。好ましくは、7個以下であり、より好ましくは6個以下である。典型的には、4個以上7個以下、また、5個以上6個以下程度が、Δ耐熱温度の向上と50℃等における半減期の増大の観点から好適である。 When combining two or more mutations, there is no particular limitation, but three or more mutations are preferably combined, more preferably four or more. When four or more mutations are combined, the Δ heat resistance temperature is greatly improved compared to the case of three or less mutations. More preferably, it is 5 or more. Also, the number of mutations is preferably about 8 or less. When the number of mutations is large, the Δ heat resistance temperature tends to be added, but this is because, for example, the activity half-life at 50° C. does not change. The number is preferably 7 or less, more preferably 6 or less. Typically, 4 or more and 5 or more and 6 or less are preferable from the viewpoint of improving the Δ heat resistance temperature and increasing the half-life at 50°C or the like.

本キシラナーゼのキシラナーゼ活性の最適温度は、特に限定するものではないが、50℃以上65℃以下であることが好ましい。この範囲であると、高温での活性と耐久性とを両立することができる。最適温度は、また例えば、55℃以上65℃以下である。なお、最適温度及びキシラナーゼ活性は、後述する実施例に開示される方法によって評価し規定することができる。 Although the optimum temperature for the xylanase activity of the present xylanase is not particularly limited, it is preferably 50°C or higher and 65°C or lower. Within this range, both activity and durability at high temperatures can be achieved. The optimum temperature is also, for example, between 55°C and 65°C. The optimum temperature and xylanase activity can be evaluated and defined by the methods disclosed in the examples below.

本キシラナーゼが有する2個以上の変異の組合せは、既述の変異から選択して適宜決定することができるが、なかでも、既述のΔ耐熱温度及び活性半減期の観点から選択することができる。また例えば、本キシラナーゼは、以下に開示される変異から選択される、例えば、2個以上10個以下、また例えば、3個以上9個以下、また例えば、4個以上8個以下、また例えば5個以上7個以下、また例えば5個以上5個以下の変異を適宜選択して組み合わせることができる。以下に、本キシラナーゼにおける個々の変異と好適な範囲の組み合わせを例示的に列挙する。 The combination of two or more mutations possessed by the present xylanase can be appropriately determined by selecting from the aforementioned mutations. Among others, it can be selected from the viewpoint of the aforementioned Δ heat resistant temperature and half-life of activity. . Also, for example, the xylanase is selected from mutations disclosed below, for example, 2 or more and 10 or less, such as 3 or more and 9 or less, or such as 4 or more and 8 or less, or such as 5 1 or more and 7 or less mutations, or, for example, 5 or more and 5 or less mutations can be appropriately selected and combined. The individual mutations in this xylanase and combinations of suitable ranges are exemplified below.

Figure 0007135334000001
Figure 0007135334000001

本キシラナーゼは、第1のキシラナーゼの触媒ドメインのアミノ酸配列(配列番号2)と80%以上の同一性及び/又は類似性を有することが好ましい。また例えば、同85%以上あり、また例えば、同90%以上であり、また例えば、95%以上であり、また例えば96%以上であり、また例えば97%以上であり、また例えば98%以上であり、また例えば99%以上であり、また例えば99.5%以上である。また例えば、本キシラナーゼは、配列番号2で表されるアミノ酸配列とは同一性が100%未満である。 The xylanase preferably has 80% or more identity and/or similarity with the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) of the catalytic domain of the first xylanase. Also, for example, 85% or more, for example, 90% or more, for example, 95% or more, for example, 96% or more, for example, 97% or more, or for example, 98% or more Yes, for example 99% or more, or for example 99.5% or more. Also for example, the xylanase has less than 100% identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:2.

本明細書において同一性又は類似性とは、当該技術分野で知られているとおり、配列を比較することにより決定される、2以上のタンパク質あるいは2以上のポリヌクレオチドの間の関係である。当該技術で“同一性”とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きのそのような配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の配列不変性の程度を意味する。また、類似性とは、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間のアラインメントによって、あるいは場合によっては、一続きの部分的な配列間のアラインメントによって決定されるような、タンパク質またはポリヌクレオチド配列の間の相関性の程度を意味する。より具体的には、配列の同一性と保存性(配列中の特定アミノ酸又は配列における物理化学特性を維持する置換)によって決定される。なお、類似性は、後述するBLASTの配列相同性検索結果においてSimilarity と称される。同一性及び類似性を決定する方法は、対比する配列間で最も長くアラインメントするように設計される方法であることが好ましい。同一性及び類似性を決定するための方法は、公衆に利用可能なプログラムとして提供されている。例えば、AltschulらによるBLAST (Basic Local Alignment Search Tool) プログラム(たとえば、Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. Biol., 215: p403-410 (1990), Altschul SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997))を利用し決定することができる。BLASTのようなソフトウェアを用いる場合の条件は、特に限定するものではないが、デフォルト値を用いるのが好ましい。 As used herein, identity or similarity is a relationship between two or more proteins or two or more polynucleotides determined by comparing sequences, as known in the art. As used in the art, "identity" refers to an identity between protein or polynucleotide sequences, as determined by an alignment between protein or polynucleotide sequences, or optionally between stretches of such sequences. means the degree of sequence invariance of Similarity also refers to the relationship between protein or polynucleotide sequences as determined by alignments between protein or polynucleotide sequences, or in some cases by alignments between stretches of partial sequences. means the degree of More specifically, it is determined by sequence identity and conservation (substitutions that maintain specific amino acids in the sequence or physicochemical properties in the sequence). The similarity is referred to as similarity in the sequence homology search results of BLAST, which will be described later. Methods to determine identity and similarity are preferably those designed to give the longest alignment between the sequences being compared. Methods to determine identity and similarity are provided as publicly available programs. For example, the BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) program by Altschul et al. (see, for example, Altschul SF, Gish W, Miller W, Myers EW, Lipman DJ., J. Mol. SF, Madden TL, Schaffer AA, Zhang J, Miller W, Lipman DJ., Nucleic Acids Res. 25: p3389-3402 (1997)). Conditions when using software such as BLAST are not particularly limited, but default values are preferably used.

本キシラナーゼは、後述する特定変異位置において変異を有することができるが、当該変異による効果を損なわない限り、当該特定変異位置以外において置換、欠失等の変異を有していてもよい。すなわち、こうした追加の変異は、第1のキシラナーゼのアミノ酸配列における触媒ドメイン(第10位~第188位)以外の部位などとすることができる。こうした変異として、アミノ酸置換の例としては、保存的置換が好ましく、具体的には以下のカッコ内のグループ内での置換が挙げられる。例えば、(グリシン、アラニン)(バリン、イソロイシン、ロイシン)(アスパラギン酸、グルタミン酸)(アスパラギン、グルタミン)(セリン、トレオニン)(リジン、アルギニン)(フェニルアラニン、チロシン)である。 The present xylanase can have mutations at the specific mutation positions described below, but may have mutations such as substitutions and deletions at positions other than the specific mutation positions as long as the effects of the mutations are not impaired. That is, such additional mutations can be at sites other than the catalytic domain (positions 10-188) in the amino acid sequence of the first xylanase, and the like. As such mutations, examples of amino acid substitutions are preferably conservative substitutions, specifically substitutions within the following bracketed groups. For example, (glycine, alanine) (valine, isoleucine, leucine) (aspartic acid, glutamic acid) (asparagine, glutamine) (serine, threonine) (lysine, arginine) (phenylalanine, tyrosine).

当業者は、本明細書に開示される本キシラナーゼの変異位置及び好適な置換例に基づいて、種々の相加体を作製、その評価を行い、意図した高温耐久性を有するキシラナーゼを得ることができる。 A person skilled in the art can prepare and evaluate various additive forms based on the mutation positions and suitable substitution examples of the present xylanase disclosed herein to obtain a xylanase having the intended high-temperature durability. can.

また、当業者は、本明細書に開示される本キシラナーゼに対して、例えば、第1のキシラナーゼが有するシグナルペプチドやプロペプチドのいずれか又は双方の領域をそのN末端側に付加したり、あるいは、これらと同様の機能を有するペプチドを適宜付加して本キシラナーゼの生産等のために好適なタンパク質とすることができる。 In addition, those skilled in the art can add either or both regions of the signal peptide and propeptide of the first xylanase to the N-terminal side of the xylanase disclosed herein, or A suitable protein for the production of the present xylanase can be obtained by appropriately adding a peptide having the same function as these.

本キシラナーゼは、例えば、第1のキシラナーゼのアミノ酸配列をコードするDNA(配列番号6)(GenBank:EU532196)を、慣用の突然変異誘発法、部位特異的変異法、エラープローンPCRを用いた分子進化的手法等によって改変することによって改変DNAを取得し、当該改変DNA等に基づいて取得することができる。改変DNAを取得する手法としては、Kunkel法又は Gapped duplex法等の公知手法又はこれに準ずる方法が挙げられ、例えば、商業的に入手可能な種々の部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キットを用いて変異が導入される。 For example, this xylanase is obtained by molecularly evolving DNA (SEQ ID NO: 6) (GenBank: EU532196) encoding the amino acid sequence of the first xylanase using conventional mutagenesis, site-directed mutagenesis, and error-prone PCR. A modified DNA can be obtained by modification by a method or the like, and can be obtained based on the modified DNA or the like. Techniques for obtaining the modified DNA include known techniques such as the Kunkel method and the gapped duplex method, and methods based thereon; for example, mutagenesis using various commercially available site-directed mutagenesis methods. Mutations are introduced using a kit for

例えば、本キシラナーゼは、こうして得られた改変DNAを含むDNA構築物によって真核細胞等の適当な宿主を形質転換し、この形質転換細胞を、当業者に公知の通常の方法に従って培養し、当該培養細胞または培地から本キシラナーゼを回収することによって得ることができる。培養細胞から、当該細胞の破砕後、遠心分離等の分離操作により可溶性画分を得、この画分からポリペプチドを回収することができる。例えば、本キシラナーゼは、慣用の精製技術を組み合わせて単離することができる。そのような技術には、硫安分画、有機溶媒処理、遠心分離、限外濾過、各種クロマトグラフィー(例えば、ゲル濾過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー等)、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、電気泳動等が包含される。 For example, the present xylanase is obtained by transforming a suitable host such as eukaryotic cells with the DNA construct containing the modified DNA thus obtained, culturing the transformed cells according to a conventional method known to those skilled in the art, and culturing the transformed cells. It can be obtained by recovering the present xylanase from cells or culture medium. A soluble fraction is obtained from the cultured cells by a separation operation such as centrifugation after disrupting the cells, and the polypeptide can be recovered from this fraction. For example, the xylanase can be isolated using a combination of conventional purification techniques. Such techniques include ammonium sulfate fractionation, organic solvent treatment, centrifugation, ultrafiltration, various types of chromatography (e.g., gel filtration chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, hydrophobic interaction chromatography, etc.). , high performance liquid chromatography (HPLC), electrophoresis, and the like.

そのほか、当業者であれば、Molecular Cloning(Sambrook, J. et al., Molecular Cloning :a Laboratory Manual 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 10 Skyline Drive Plainview, NY (1989))等を参照することにより、例えば、配列番号1又は6等の公知配列に基づいて、各種態様のDNAを取得し、当該DNAを利用して本キシラナーゼを得ることができる。 In addition, those skilled in the art should refer to Molecular Cloning (Sambrook, J. et al., Molecular Cloning: a Laboratory Manual 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, 10 Skyline Drive Plainview, NY (1989)). Thus, for example, DNAs of various aspects can be obtained based on known sequences such as SEQ ID NO: 1 or 6, and the present xylanases can be obtained using the DNAs.

本キシラナーゼは、ヘミセルロースを含むバイオマスのセルラーゼ複合体又はセルラーゼを発現する形質転換体による分解(糖化)及び分解・エタノール等の有用物質の発酵生産等における実用的温度である50℃において、従来に比して高い耐久性を備えることができる。したがって、本キシラナーゼは、バイオマスからの有用物質生産に有用である。 This xylanase can be used at 50°C, which is a practical temperature for decomposition (saccharification) and decomposition of biomass containing hemicellulose by a cellulase complex or a transformant expressing cellulase, and fermentation production of useful substances such as ethanol, compared to conventional xylanases. high durability. Therefore, this xylanase is useful for producing useful substances from biomass.

また、本キシラナーゼは、バイオマスからの有用物質の生産以外にも有用である。キシラナーゼは、パルプの漂白、サイレージの消化性向上、食品添加物として用いるほか、種々の食品分野での用途がある。工業的用途や保存安定性の観点からは、高温耐久性は重要な要素である。本キシラナーゼは、食品自体への用途及び食品製造への用途においても有用である。 The xylanase is also useful for purposes other than producing useful substances from biomass. Xylanase is used for bleaching pulp, improving the digestibility of silage, and as a food additive, as well as being used in various food fields. From the viewpoint of industrial use and storage stability, high temperature durability is an important factor. The xylanases are also useful in food applications and food manufacturing applications.

本キシラナーゼは、用途に応じて、精製された又は未精製のタンパク質として用いられるほか、後述するように、本キシラナーゼを、細胞内発現する、表層呈示する又は分泌発現する形質転換体などの微生物の形態を採ることもできる。本キシラナーゼをタンパク質として用いるとき、本キシラナーゼのほか、他のセルラーゼや添加剤を含む組成物として構成されていてもよい。また、本キシラナーゼを、微生物形態として用いるとき、他のセルラーゼを同時発現する形質点間体として構成されていてもよい。 The xylanase is used as a purified or unpurified protein depending on the application, and as described later, the xylanase is transformed into a microorganism such as a transformant that expresses it intracellularly, displays it on its surface, or secretly expresses it. It can also take a form. When the present xylanase is used as a protein, it may be configured as a composition containing the present xylanase, other cellulases, and additives. Moreover, when the present xylanase is used as a microbial form, it may be constructed as a cytoplasmic body that co-expresses other cellulases.

(ポリヌクレオチド)
本明細書に開示されるポリヌクレオチド(以下、単に、本ポリヌクレオチドともいう。)は、本キシラナーゼのアミノ酸配列をコードすることができる。かかるポリヌクレオチドは、種々の形態を採ることができるが、当該アミノ酸配列のコード領域は、DNA又はRNAであり、典型的にはDNAである。
(Polynucleotide)
The polynucleotides disclosed herein (hereinafter also simply referred to as the polynucleotides) can encode the amino acid sequences of the xylanases. Such polynucleotides can take a variety of forms, but the coding region for the amino acid sequence is DNA or RNA, typically DNA.

本ポリヌクレオチドは、DNA断片又はRNA断片のほか、プラスミド、ベクター等の形質転換等に適した公知の形態を採ることができる。 This polynucleotide can take any known form suitable for transformation, such as a DNA fragment or an RNA fragment, as well as a plasmid or vector.

本ポリヌクレオチドは、本キシラナーゼを得るためのDNAとして得ることができるほか、例えば、配列番号1又は6等の配列に基づいて設計したプライマーを用いて、ヘミセルロース分解性生物等から抽出したDNA、各種cDNAライブラリ又はゲノムDNAライブラリ等由来の核酸を鋳型としたPCR増幅を行うことにより、核酸断片として得ることができる。また、上記ライブラリ等由来の核酸を鋳型とし、キシラナーゼ遺伝子の一部であるDNA断片をプローブとしてハイブリダイゼーションを行うことにより、核酸断片として得ることができる。あるいは化学合成法等の当技術分野で公知の各種の核酸配列合成法によって、核酸断片として合成してもよい。 The present polynucleotide can be obtained as DNA for obtaining the present xylanase. A nucleic acid fragment can be obtained by performing PCR amplification using a nucleic acid derived from a cDNA library, a genomic DNA library, or the like as a template. Alternatively, a nucleic acid fragment can be obtained by hybridization using a nucleic acid derived from the library or the like as a template and a DNA fragment that is part of the xylanase gene as a probe. Alternatively, it may be synthesized as a nucleic acid fragment by various nucleic acid sequence synthesis methods known in the art such as chemical synthesis methods.

(発現ベクター)
本明細書に開示される発現ベクター(以下、本ベクターともいう。)は、本ポリヌクレオチドを備えることができる。本ベクターは、宿主細胞において本キシラナーゼを発現させることを目的とするものである。発現ベクターは、形質転換しようとする細胞の種類や目的等に応じて種々の形態を採ることができる。本ベクターの一例としては、例えば、本タンパク質を工業的に生産する微生物を得るためのベクター、本タンパク質を細胞表層呈示ないし分泌発現し、必要に応じてエタノールなどの有用物質を発酵により生産する微生物を得るためのベクターなどが挙げられる。当業者であれば、このようなベクターを本願出願時の周知技術に基づいて容易に構築することができる。
(expression vector)
The expression vector disclosed herein (hereinafter also referred to as the present vector) can comprise the present polynucleotide. The purpose of this vector is to express the present xylanase in host cells. Expression vectors can take various forms depending on the type of cells to be transformed, the purpose, and the like. Examples of this vector include, for example, a vector for obtaining a microorganism that industrially produces this protein, a microorganism that displays or secretively expresses this protein on the cell surface and, if necessary, produces useful substances such as ethanol by fermentation. vectors for obtaining A person skilled in the art can easily construct such a vector based on the well-known technique at the time of filing the present application.

以下、本キシラナーゼでバイオマスを分解する微生物をえるためのベクターの要素等について説明する。 Elements of a vector for obtaining a microorganism capable of degrading biomass with this xylanase will be described below.

本ベクターは、適切なプロモーター、ターミネーターのほか、マーカーやその他の要素を備えることができる。こうしたベクター要素は、形質転換しようとする宿主細胞や、本キシラナーゼの発現形態に応じて適宜選択される。 The vectors can include suitable promoters, terminators, markers and other elements. Such vector elements are appropriately selected according to the host cell to be transformed and the expression form of the present xylanase.

本ベクターが形質転換しようとする宿主細胞としては、特に限定するものではないが、原核細胞や真核細胞とすることができる。原核細胞としては、例えば、Escherichia coliなどの大腸菌などが挙げられる。また、真核細胞としては、物質生産等を考慮すると、麹菌などのカビや酵母が挙げられる。麹菌としては、アスペルギルス・アキュリータス(Aspergillus aculeatus)、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus orizae)等のアスペルギルス属が挙げられる。また、酵母としては、公知の各種酵母を利用できるが、サッカロマイセス・セレビジエ(Saccharomyces cerevisiae)等のサッカロマイセス属の酵母、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)等のシゾサッカロマイセス属の酵母、キャンディダ・シェハーテ(Candida shehatae)等のキャンディダ属の酵母、ピキア・スティピティス(Pichia stipitis)等のピキア属の酵母、ハンセヌラ(Hansenula)属の酵母、クロッケラ属(Klocckera)の酵母、スワニオマイセス属(Schwanniomyces)の酵母及びヤロイア属(Yarrowia)の酵母、トリコスポロン(Trichosporon)属の酵母、ブレタノマイセス(Brettanomyces)属の酵母、パチソレン(Pachysolen)属の酵母、ヤマダジマ(Yamadazyma)属の酵母、クルイベロマイセス・マーキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、クルイベロマイセス・ラクティス(Kluveromyces lactis)等のクルイベロマイセス属の酵母、イサトケンキア・オリエンタリス(Issatchenkia orientalis)等のイサトケンキア属の酵母が挙げられる。なかでも、工業的利用性等の観点からサッカロマイセス属酵母が好ましい。なかでも、サッカロマイセス・セレビジエが好ましい。 Host cells to be transformed with this vector are not particularly limited, but prokaryotic cells and eukaryotic cells can be used. Prokaryotic cells include, for example, E. coli such as Escherichia coli. Eukaryotic cells include fungi such as Aspergillus oryzae and yeasts in consideration of substance production and the like. Aspergillus genus, such as Aspergillus aculeatus (Aspergillus aculeatus) and Aspergillus oryzae (Aspergillus orizae), is mentioned as koji mold. As the yeast, various known yeasts can be used, and yeasts of the genus Saccharomyces such as Saccharomyces cerevisiae, yeasts of the genus Schizosaccharomyces such as Schizosaccharomyces pombe, Candida Candida yeast such as Candida shehatae, Pichia yeast such as Pichia stipitis, Hansenula yeast, Klockckera yeast, Schwanniomyces yeast and yeast of the genus Yarrowia, yeast of the genus Trichosporon, yeast of the genus Brettanomyces, yeast of the genus Pachysolen, yeast of the genus Yamadazyma, yeast of the genus Kluyveromyces marxianus ), yeast of the genus Kluyveromyces such as Kluveromyces lactis, and yeast of the genus Isatokenkia such as Issatchenkia orientalis. Among them, yeast of the genus Saccharomyces is preferable from the viewpoint of industrial usability. Among them, Saccharomyces cerevisiae is preferable.

本ベクターに適用するプロモーターは、宿主で作動し、かつ意図した発現態様を実現できるものであればよい。また、プロモーターは、誘導的であっても構成的であってもよい。例えば、酵母における構成的プロモーターとしては、3-ホスホグリセレートキナーゼ(PGK)プロモーター、グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ(GAPDH)プロモーター、アルコールデヒドロゲナーゼ1(ADH1)プロモーター、ヒスチジン栄養性機能遺伝子(HIS3)プロモーター、チトクロームbc1コンプレックス(CYC1)プロモーター及び高浸透圧応答7遺伝子(HOR7)プロモーター及びこれらの改変体が挙げられる。 Any promoter can be applied to this vector as long as it can operate in the host and achieve the intended expression mode. Promoters may also be inducible or constitutive. For example, constitutive promoters in yeast include 3-phosphoglycerate kinase (PGK) promoter, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) promoter, alcohol dehydrogenase 1 (ADH1) promoter, histidine trophic function gene (HIS3). Promoters include cytochrome bc1 complex (CYC1) promoter and hyperosmotic response 7 gene (HOR7) promoter and variants thereof.

本ベクターに適用するターミネーターも、宿主で作動し、かつ意図した発現態様を実現できるものであればよい。さらに、本ベクターは、エンハンサー、複製開始点(ori)、マーカー等も併せて備えることができる。 A terminator to be applied to this vector may also be one that can operate in the host and achieve the intended mode of expression. Furthermore, this vector can also be provided with enhancers, origins of replication (ori), markers and the like.

本ベクターは、宿主細胞の染色体外において保持されていてもよいが、好ましくは染色体上に保持されるように構成される。 The vector may be maintained extrachromosomally in the host cell, but is preferably configured to be maintained chromosomally.

なお、こうした発現ベクターの作製、組換え体宿主としての酵母等の取り扱いに必要な一般的な操作は、当業者間で通常行われているものであり、たとえば、T.Maniatis,J. Sambrookらの実験書(Molecular Cloning, A Laboratory Manual、Cold Spring Harbor Laboratory、1982,1989、2001)等を適宜参照することにより当業者であれば実施することができる。 General manipulations necessary for constructing such expression vectors and handling yeast as a recombinant host are routinely performed by those skilled in the art. Maniatis, J. Sambrook, et al. (Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982, 1989, 2001) and the like can be appropriately referred to by those skilled in the art.

(形質転換体)
本明細書に開示される形質転換体(以下、単に、本形質転換体ともいう。)は、本キシラナーゼを発現することができる。本形質転換体は、本キシラナーゼを発現することができるため、本キシラナーゼの工業的な生産のほか、本形質転換体をバイオマス等の分解や糖化発酵に用いることができる。
(transformant)
The transformant disclosed herein (hereinafter also simply referred to as the present transformant) can express the present xylanase. Since this transformant can express this xylanase, this transformant can be used not only for industrial production of this xylanase but also for decomposition of biomass and the like and saccharification and fermentation.

本形質転換体は、既述の本ベクターを宿主に導入することにより得ることができる。宿主への導入方法としては、従来公知の各種方法、例えば、リン酸カルシウム法、トランスフォーメーション法や、トランスフェクション法、接合法、プロトプラスト法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、酢酸リチウム法または他の方法が挙げられる。このような手法は、上記した実験書等に記載される。ベクターを導入した微生物につき、マーカー遺伝子を用いた選抜及び活性発現による選抜により本形質転換体を得ることができる。 This transformant can be obtained by introducing the above-described present vector into a host. Methods for introduction into a host include conventionally known methods such as calcium phosphate method, transformation method, transfection method, conjugation method, protoplast method, electroporation method, lipofection method, lithium acetate method and other methods. mentioned. Such a method is described in the above-mentioned experiment manual and the like. This transformant can be obtained by selection using a marker gene and selection by expression of activity from the microorganism into which the vector has been introduced.

本形質転換体は、キシロースイソメラーゼ(XI)を発現していることが好ましい。すなわち、キシロースをキシルロースに変換する能力が付与されていることが好ましい。XI活性が付与されていることにより、ペントースリン酸経路を介してキシロースを炭素源として増殖でき、発酵することができる。 This transformant preferably expresses xylose isomerase (XI). That is, it is preferred that the ability to convert xylose to xylulose is imparted. By imparting XI activity, it can grow and ferment using xylose as a carbon source via the pentose phosphate pathway.

本形質転換体が真核細胞であるとき、本キシラナーゼをコードするDNAを、染色体外に保持してもよいしが、好ましくは染色体上に保持されている。また、高いキシロース分解能を発揮させるために例えば、複数コピー保持していることが好ましい。 When the present transformant is a eukaryotic cell, the DNA encoding the present xylanase may be retained extrachromosomally, but is preferably retained on the chromosome. Also, in order to exhibit high xylose resolution, it is preferable to retain, for example, multiple copies.

本形質転換体は、そのほか、セルラーゼや他のヘミセルラーゼを細胞表層あるいは細胞外に分泌発現するものであってもよい。例えば、エンドグルカナーゼ、セロビオヒドロラーゼ、β-グルコシダーゼなどの各種セルラーゼのほか、他のヘミセルラーゼ等のその他のバイオマス分解酵素も挙げられる。こうしたタンパク質を発現させることで、リグノセルロースに由来するリグニン以外の糖類を効果的に利用できるようになる。また、本明細書に開示される形質転換体は、このほか、必要に応じて外来遺伝子の導入、内在性遺伝子の破壊などの遺伝子工学的な改変がなされたものであってもよい。 The transformant may also secrete and express cellulase or other hemicellulase to the cell surface or extracellularly. Examples thereof include various cellulases such as endoglucanase, cellobiohydrolase, and β-glucosidase, as well as other biomass-degrading enzymes such as other hemicellulases. By expressing such proteins, it becomes possible to effectively utilize sugars other than lignin derived from lignocellulose. In addition, the transformant disclosed herein may be genetically engineered, such as introduction of foreign genes or disruption of endogenous genes, if necessary.

こうした酵素をコードする遺伝子は、酵母等の真核細胞において内因性であってもよいし、外因性であってもよい。また、公知のこれらの酵素をコードする遺伝子を適宜利用できる。遺伝子としては、解糖系を増強できるものである限り、由来を問わないで利用できる。すなわち、遺伝子は、宿主となる酵母以外の他の種の酵母、他の属の酵母に由来するものであってもよいし、動物、植物、真菌(カビ等)、細菌などいずれ酵母以外の生物に由来するものであってもよい。こうした遺伝子に関する情報は、当業者であれば、NCBI(National Center for Biotechnology Information;http://www.ncbi.nlm.nih.gov)等のHPにアクセスすることにより適宜入手できる。なお、遺伝子としては、ゲノムDNAのほか、cDNA等であってもよい。 Genes encoding such enzymes may be endogenous or exogenous in eukaryotic cells such as yeast. In addition, known genes encoding these enzymes can be used as appropriate. Any gene of any origin can be used as long as it can enhance glycolysis. That is, the gene may be derived from another species of yeast other than the host yeast, or from another genus of yeast. may be derived from Information on such genes can be obtained by those skilled in the art as appropriate by accessing HP such as NCBI (National Center for Biotechnology Information; http://www.ncbi.nlm.nih.gov). The gene may be cDNA or the like in addition to genomic DNA.

(キシランの分解方法及びキシロースの生産方法)
本明細書に開示されるキシランの分解方法(以下、単に、本分解方法ともいう。)は、本キシラナーゼを用いてキシランを分解する工程を備えることができる。本分解方法によれば、キシランを分解するのにあたり高い分解温度、例えば、50℃程度、を設定することができる。また、本分解方法によれば、当該高い分解温度を設定した場合でも、新たにキシラナーゼを追加しなくてもよく、一挙にキシランを分解することができて、有利である。本分解方法は、キシランの分解産物であるキシロースの生産方法としても実施することができる。
(Method for decomposing xylan and method for producing xylose)
The method for decomposing xylan disclosed in the present specification (hereinafter also simply referred to as the present decomposition method) can comprise a step of decomposing xylan using the present xylanase. According to this decomposition method, a high decomposition temperature, for example, about 50° C. can be set to decompose xylan. Moreover, according to the decomposition method of the present invention, xylan can be decomposed at once without adding xylanase, which is advantageous even when the high decomposition temperature is set. This decomposition method can also be implemented as a method for producing xylose, which is a decomposition product of xylan.

本分解方法によれば、炭素源としてキシランを含んでいれば、それを有効利用できる。キシランを含む炭素源としては、一般に、植物又はその一部であり、一般的なバイオマス資源のほか、コーヒ滓やテンサイなどの圧搾滓等の食品廃棄物などが挙げられる。 According to this decomposition method, if xylan is contained as a carbon source, it can be effectively used. Xylan-containing carbon sources are generally plants or their parts, and include general biomass resources as well as food wastes such as coffee lees, sugar beet lees, and the like.

キシランを、キシラナーゼで分解することで、分解産物としてキシロースを得ることができる。キシランは、アラビノキシラン、グルクロノキシランなどの多糖の総称であり、キシロースを構成単糖としている。キシランは、天然には、ヘミセルロースの一成分を構成しており、リグノセルロースなどのバイオマス等に存在している。 By degrading xylan with xylanase, xylose can be obtained as a degradation product. Xylan is a general term for polysaccharides such as arabinoxylan and glucuronoxylan, and xylose is a constituent monosaccharide. Xylan naturally constitutes one component of hemicellulose and is present in biomass such as lignocellulose.

本分解方法は、精製又は未精製のタンパク質として本キシラナーゼを用いてキシランを分解する工程とすることもできるし、本キシラナーゼを細胞外にて発現する本形質転換体を用いてキシランを分解する工程としてもよい。タンパク質として本キシラナーゼを用いることは、食品工業分野において有用である場合があり、本形質転換体を用いることが、バイオマス資源の利用や糖化発酵の観点から有用である場合がある。 The present degradation method can be a step of degrading xylan using the present xylanase as a purified or unpurified protein, or a step of degrading xylan using the present transformant expressing the present xylanase extracellularly. may be Using this xylanase as a protein may be useful in the food industry, and using this transformant may be useful from the viewpoint of utilization of biomass resources and saccharification/fermentation.

タンパク質として本キシラナーゼを用いる場合、本キシラナーゼでキシランを直接分解する。この場合の条件は、本キシラナーゼのΔ耐熱温度や活性半減期を考慮して、分解温度や時間等を適宜設定することができる。典型的には、45℃以上65℃以下で数時間から数十時間程度とすることができる。 When the present xylanase is used as a protein, the present xylanase directly degrades the xylan. As for the conditions in this case, the decomposition temperature, time, etc. can be appropriately set in consideration of the Δ heat resistant temperature and half-life of activity of the present xylanase. Typically, the temperature can be from 45° C. to 65° C. for several hours to several tens of hours.

また、本形質転換体が発現するキシラナーゼを用いてキシランを分解する工程では、キシランを細胞外発現する微生物をキシランに添加し、当該微生物の発酵に適した培養条件で培養する培養工程を実施することで、キシランを分解できる。培養条件は、微生物の種類に応じて適宜設定することができるが、典型的には、静置培養、振とう培養または通気攪拌培養等を用いることができ、通気条件は、嫌気条件下、微好気条件下及び好気条件等、適宜選択することができ、培養温度も、特に限定しないが、25℃~55℃等の範囲とすることができる。また、培養時間も必要に応じて設定されるが、数時間~150時間程度とすることができる。また、pHの調整は、無機あるいは有機酸、アルカリ溶液等を用いて行うことができる。培養中は、必要に応じてアンピシリン、テトラサイクリンなどの抗生物質を培地に添加することができる。 In addition, in the step of degrading xylan using the xylanase expressed by the present transformant, a culture step is performed in which a microorganism that extracellularly expresses xylan is added to xylan and cultured under culture conditions suitable for fermentation of the microorganism. Thus, xylan can be decomposed. The culture conditions can be appropriately set according to the type of microorganism. Aerobic conditions and aerobic conditions can be selected as appropriate, and the culture temperature is also not particularly limited, but can be in the range of 25°C to 55°C. In addition, the culture time is also set according to need, but it can be about several hours to 150 hours. Moreover, the pH can be adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, or the like. During cultivation, antibiotics such as ampicillin and tetracycline can be added to the medium as necessary.

なお、培養工程では、炭素源として、グルコースを含むことができる。グルコースは、微生物が代謝できる炭素源であるからである。また、形質転換体がセルロース分解能を有する場合には、炭素源として、培地中にセルロース又はその部分分解物を含んでいてもよいし、炭素源として、ヘミセルロースを含むリグノセルロースなどのバイオマスを用いてもよい。かかる本形質転換体は、キシランを本キシラナーゼが分解することでリグノセルロース構造体を緩ませて効率的にセルロースを分解できるほか、セルロースを分解したグルコースを炭素源として代謝増殖できる。このため、本キシラナーゼの発現量を増大させやすく、効率的なキシランの分解が可能となる。さらに、炭素源としてヘミセルロースを含むリグノセルロースなどのバイオマスをかかる本形質転換体で分解することで、本形質転換体による糖化同時発酵も実施でき、本形質転換体による有用物質の生産も可能となる。 In the culturing step, glucose can be included as a carbon source. This is because glucose is a carbon source that can be metabolized by microorganisms. In addition, when the transformant has the ability to decompose cellulose, the medium may contain cellulose or a partial decomposition product thereof as a carbon source, or biomass such as lignocellulose containing hemicellulose may be used as a carbon source. good too. The present transformant is capable of efficiently degrading cellulose by loosening the lignocellulose structure by degrading the xylan with the present xylanase, and is also able to metabolically proliferate using the glucose resulting from degrading cellulose as a carbon source. Therefore, the expression level of the xylanase can be easily increased, and xylan can be efficiently decomposed. Furthermore, by decomposing biomass such as lignocellulose containing hemicellulose as a carbon source with this transformant, simultaneous saccharification and fermentation can be performed by this transformant, and useful substances can also be produced by this transformant. .

培養工程では、形質転換体の宿主に一般的に適用される培養条件を適宜選択して用いることができる。典型的には、発酵のための培養は、静置培養、振とう培養または通気攪拌培養等を用いることができる。通気条件は、嫌気条件下、微好気条件下及び好気条件等、適宜選択することができる。培養温度も、特に限定しないが、25℃~55℃等の範囲とすることができる。また、培養時間も必要に応じて設定されるが、数時間~150時間程度とすることができる。また、pHの調整は、無機あるいは有機酸、アルカリ溶液等を用いて行うことができる。培養中は、必要に応じてアンピシリン、テトラサイクリンなどの抗生物質を培地に添加することができる。 In the culture step, culture conditions generally applied to the transformant host can be appropriately selected and used. Typically, culture for fermentation may be static culture, shaking culture, aeration agitation culture, or the like. Aeration conditions can be appropriately selected from anaerobic conditions, microaerobic conditions, aerobic conditions, and the like. The culture temperature is also not particularly limited, but can be in the range of 25°C to 55°C. In addition, the culture time is also set according to need, but it can be about several hours to 150 hours. Moreover, the pH can be adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, or the like. During cultivation, antibiotics such as ampicillin and tetracycline can be added to the medium as necessary.

(有用物質の生産方法)
本明細書に開示される有用物質の生産方法(以下、単に、本生産方法ともいう。)は、本キシラナーゼを用いてキシランを分解する工程と、前記工程で得られたキシロースを有用物質に変換する工程と、を備えることができる。本生産方法によれば、キシランを効率的に分解し、それにより得られたキシロースを有用物質に変換することで、キシロース由来の各種有用物質を得ることができる。
(Method for producing useful substances)
The method for producing a useful substance disclosed in the present specification (hereinafter also simply referred to as the present production method) comprises the steps of degrading xylan using the present xylanase, and converting the xylose obtained in the above step into a useful substance. and a step of performing. According to this production method, various useful substances derived from xylose can be obtained by efficiently decomposing xylan and converting the resulting xylose into useful substances.

本生産方法で生産しようとする有用物質は、特に限定するものではないが、例えば、キシロースを酵素で代謝して得られるキシルロースなどの五炭糖のほか、これらを五炭糖のみまた同時に六炭糖を利用して微生物が生産するエタノール、乳酸、酢酸、1,3-プロパン-ジオール、プロパノール、ブタノール、コハク酸、エチレン及びグリセロールが挙げられる。グルコースなどの六単糖やキシルロースなどの五炭糖を酸触媒の存在下で脱水して得られる、フルフラール、ヒドロキシメチルフルフラール、これらの化合物に由来するフルフリルアルコール、テトラヒドロフラン、フランジカルボン酸並びにキシロースの還元によって得られるキシリトール等が挙げられる。 Useful substances to be produced by this production method are not particularly limited. Ethanol, lactic acid, acetic acid, 1,3-propane-diol, propanol, butanol, succinic acid, ethylene and glycerol produced by microorganisms using sugars are included. Furfural, hydroxymethylfurfural, furfuryl alcohol derived from these compounds, tetrahydrofuran, furandicarboxylic acid and xylose obtained by dehydrating hexoses such as glucose and pentoses such as xylulose in the presence of an acid catalyst. xylitol obtained by reduction, and the like.

本生産方法における分解工程は、キシランの分解工程と同様の態様で実施できる。また、本生産方法における変換工程は、分解工程で得たキシロースを、さらなる酵素処理、工業的処理、微生物による発酵処理などを実施して有用物質に変換する工程であるキシロースから各種有用物質を得るための方法は、本願出願時において当業者において周知であり、当業者であれば、目的の有用物質の種類に応じて、本生産方法を利用し、また、適宜工程を追加することができる。 The decomposition step in this production method can be carried out in the same manner as the xylan decomposition step. In addition, the conversion step in this production method is a step of converting the xylose obtained in the decomposition step into useful substances by further enzymatic treatment, industrial treatment, fermentation treatment with microorganisms, etc. to obtain various useful substances from xylose. The method for this is well known to those skilled in the art at the time of filing of the present application, and those skilled in the art can use this production method and add steps as appropriate, depending on the type of the desired useful substance.

本生産方法では、特に限定するものではないが、キシランの分解工程において、本形質転換体を用いることが好適である。本形質転換体のキシロース資化能力により及び/又は他に炭素源を用いることにより、分解工程及び変換工程を同時に実施でき、本形質転換体が有する代謝能力によって生産可能なものを有用物質として生産できる。この場合、本形質転換体が酵母の場合、グルコースからの代謝系の1種又は2種以上の酵素を遺伝子組換えにより置換、追加等して本来の代謝物でない化合物を有用物質として生産できる。この場合、具体的には、エタノールなどの低級アルコール、乳酸、酢酸などの有機酸の他、1,3-プロパン-ジオール、プロパノール、ブタノール、コハク酸、エチレン及びグリセロールのほか、イソプレノド合成経路の追加によるテルペノイド系のファルネソール、ゲラニルゲラニオール、スクアレン、さらには、ファインケミカル(コエンザイムQ10、ビタミン及びその原料等)、解糖系の改変によるグリセリン、プラスチック・化成品原料などが挙げられる。酵母は、アルコール発酵能が高いため、本形質転換体は、キシランのほか、セルロースを含むバイオマスを炭素源とした培地に用いてエタノールを効率的に生産することができる。また、アルコール発酵能力が高い酵母は、その解糖系を改変して他の有機酸等の有用物質を生産する場合にも、当該有用物質の生産能力も高い。 In this production method, although not particularly limited, it is preferable to use this transformant in the step of decomposing xylan. Due to the xylose assimilation ability of this transformant and/or by using other carbon sources, the decomposition step and the conversion step can be carried out simultaneously, and substances that can be produced by the metabolic ability of this transformant are produced as useful substances. can. In this case, when the present transformant is yeast, one or more enzymes in the metabolic system from glucose can be replaced or added by gene recombination to produce compounds that are not original metabolites as useful substances. In this case, specifically, in addition to lower alcohols such as ethanol, organic acids such as lactic acid and acetic acid, 1,3-propane-diol, propanol, butanol, succinic acid, ethylene and glycerol, addition of isoprenod synthesis route terpenoid farnesol, geranylgeraniol, squalene, fine chemicals (coenzyme Q10, vitamins and their raw materials, etc.), glycerin by modification of glycolysis, raw materials for plastics and chemical products, and the like. Since yeast has a high alcoholic fermentation ability, this transformant can efficiently produce ethanol using a medium containing biomass containing cellulose as a carbon source in addition to xylan. Yeast having a high alcoholic fermentation ability also has a high ability to produce other useful substances such as organic acids even when the glycolytic system is modified to produce such useful substances.

こうした培養工程などの変換工程の実施により、用いた本発明の形質転換体が有している有用物質生産能力に応じて有用物質が生産される。例えば、本発明の形質転換体がエタノール生産能力を有している場合には、エタノールであり、乳酸を生産可能に改変されている場合には、乳酸等となる。発酵終了後、培養液から有用物質含有画分を回収する工程、さらにこれを精製又は濃縮する工程を実施することもできる。回収工程や精製等の工程は有用物質の種類等に応じて適宜選択される。 A useful substance is produced according to the ability of the transformant of the present invention to produce a useful substance by carrying out the conversion step such as the culture step. For example, if the transformant of the present invention has the ability to produce ethanol, it will produce ethanol, and if it has been modified to produce lactic acid, it will produce lactic acid and the like. After completion of fermentation, a step of recovering a useful substance-containing fraction from the culture solution, and a step of purifying or concentrating the same can also be carried out. The recovery step, purification step, and the like are appropriately selected according to the type of the useful substance.

(スクリーニング方法)
本明細書に開示されるキシラナーゼのスクリーニング方法(以下、本スクリーニング方法ともいう。)は、配列番号1で表されるアミノ酸配列に対してアライメントしたとき、その6位、37位、46位、47位、55位、56位、71位、80位、94位、99位、119位、120位、125位、137位、140位、154位、161位及び164位からなる群から選択される1個又は2個以上の位置に相当する位置に変異を有する、キシラナーゼ候補を準備する工程と、前記キシラナーゼ候補について、(a)所定温度にて2時間保存したとき、25℃で2時間保存したときのキシラナーゼ活性の半分の活性となるときの当該所定温度、及び(b)50℃で保存したときのキシラナーゼ活性の半減期の少なくともいずれかについて評価する工程と、を備えることができる。上記変異位置は、単一変異体において良好なΔ耐熱温度を備えることがわかっている。したがって、これらの変異位置における変異を組み合わせることで、高温耐久性に優れる本キシラナーゼを効率的にスクリーニングすることができる。
(Screening method)
The xylanase screening method disclosed in the present specification (hereinafter also referred to as the present screening method) is performed at positions 6, 37, 46 and 47 when aligned with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. 55th, 56th, 71st, 80th, 94th, 99th, 119th, 120th, 125th, 137th, 140th, 154th, 161st and 164th A step of preparing a xylanase candidate having mutations at positions corresponding to one or more positions; and (b) evaluating at least one of the half-life of the xylanase activity when stored at 50° C. and the predetermined temperature when the xylanase activity reaches half the activity at the time of storage. The above mutation positions have been found to have good Δ thermostability in single mutants. Therefore, by combining mutations at these mutation positions, it is possible to efficiently screen this xylanase that is excellent in high-temperature resistance.

本スクリーニング方法は、上記した(a)及び(b)のいずれかの評価を実施すればよい。必要に応じて適宜選択してもよいし、双方を行ってもよい。上記(a)の評価は、一次スクリーニングに有効である。 In this screening method, either evaluation of (a) or (b) described above may be performed. It may be selected as appropriate, or both may be performed. The evaluation of (a) above is effective for primary screening.

本スクリーニング方法において、評価工程は、50℃で保存したときのキシラナーゼ活性の半減期が30時間以上であるキシラナーゼをスクリーニングする工程とすることができる。かかる半減期を有するキシラナーゼであれば、キシランの分解工程に有用である。 In this screening method, the evaluation step can be a step of screening for a xylanase having a half-life of xylanase activity of 30 hours or longer when stored at 50°C. A xylanase with such a half-life would be useful for the xylan decomposition process.

スクリーニング候補に適用する変異位置、変異位置における変異の態様、変異の個数等は、既に説明した本キシラナーゼにおける各種態様を適用することができる。また、スクリーニング候補の取得も、本キシラナーゼの取得と同様の態様で実施できる。なお、本スクリーニング方法においては、無細胞タンパク質合成系によってスクリーニング候補を取得すると効率的なスクリーニングが可能となる。 Various aspects of the present xylanase already described can be applied to the mutation positions applied to screening candidates, the manner of mutation at the mutation positions, the number of mutations, and the like. In addition, acquisition of screening candidates can also be carried out in the same manner as acquisition of the present xylanase. In addition, in this screening method, efficient screening becomes possible when screening candidates are obtained by a cell-free protein synthesis system.

本スクリーニング方法では、上記した変異位置のほか、追加の変異を備えたスクリーニング候補を用いてもよい。 In this screening method, screening candidates with additional mutations in addition to the mutation positions described above may be used.

以下、本明細書の開示をより具体的に説明するために具体例としての実施例を記載する。以下の実施例は、本明細書の開示を説明するためのものであって、その範囲を原知恵するものではない。 Examples are given below as specific examples in order to more specifically describe the disclosure of the present specification. The following examples are intended to illustrate the disclosure herein and are not intended to dictate its scope.

(各種変異体の合成)
キシラナーゼ(以下、XYN)はTrichoderma reesei由来UniProtKBの登録番号P36217(XYN2_HYPJR)、Glycoside Hydrolase Family(http://www.cazy.org/Glycoside-Hydrolases.html)の11に分類されるものを用いた。成熟キシラナーゼの全長アミノ酸配列の190残基のうち野生型の配列がアラニンである7残基を除いた183残基を、2ステップPCRによる変異導入法を用いて、それぞれアラニンに置換した変異遺伝子ライブラリを構築した。1st PCRでは、野生型のXYN遺伝子の5’末端に付加したT7プロモーターとrbsのフォワードプライマー(T7p)と変異導入部位のリバースプライマー(rp)、変異導入部位のフォワードプライマー(fp)とXYN遺伝子の3’末端に付加したT7ターミネータ(転写終了領域)のリバースプライマー(T7t)を用いて、2断片を増幅した。2ndPCRでは、T7pとT7tプライマーを用いて全長配列を増幅した。
(Synthesis of various mutants)
As the xylanase (hereinafter referred to as XYN), one classified into 11 of the Glycoside Hydrolase Family (http://www.cazy.org/Glycoside-Hydrolases.html) of Trichoderma reesei-derived UniProtKB registration number P36217 (XYN2_HYPJR) was used. Mutant gene library in which 183 residues of the 190 residues of the full-length amino acid sequence of mature xylanase, excluding 7 residues whose wild-type sequence is alanine, are replaced with alanine using a 2-step PCR mutagenesis method. built. In the 1st PCR, the forward primer (T7p) of the T7 promoter and rbs added to the 5' end of the wild-type XYN gene, the reverse primer (rp) of the mutation introduction site, the forward primer (fp) of the mutation introduction site and the XYN gene Two fragments were amplified using a reverse primer (T7t) with a T7 terminator (transcription termination region) added to the 3' end. In the 2nd PCR, T7p and T7t primers were used to amplify the full length sequence.

天然型および各変異体の2nd PCR産物を鋳型にして、大腸菌由来無細胞タンパク質合成系によりXYNを合成し、変異タンパク質ライブラリを96穴PCRプレート上に構築した。無細胞タンパク質合成は、PCR産物2.5μlに、転写翻訳反応液(S30大腸菌抽出液、56.4mMTris-acetate,pH7.4、1.2mM ATP、1mMGTP、1mMCTP、1mMUTP、40mMクレアチンフォスフェート、0.7mM20アミノ酸ミックス、4.1%(w/w)ポリエチレングリコール6000、35μg/mlフォリン酸、0.2mg/ml大腸菌tRNA、36mM酢酸アンモニウム、0.15mg/mlクレアチンキナーゼ、10mM 酢酸マグネシウム、100mM酢酸カリウム、10μg/mlリファンピシン、7.7μg/mlT7RNAポリメラーゼ)12.5μlを添加し、26℃で3時間保温して行った。 Using the 2nd PCR products of the natural type and each mutant as templates, XYN was synthesized by an E. coli-derived cell-free protein synthesis system, and a mutant protein library was constructed on a 96-well PCR plate. For cell-free protein synthesis, 2.5 μl of the PCR product was added to a transcription/translation reaction solution (S30 E. coli extract, 56.4 mM Tris-acetate, pH 7.4, 1.2 mM ATP, 1 mM GTP, 1 mM CTP, 1 mM UTP, 40 mM creatine phosphate, 0 .7 mM 20 amino acid mix, 4.1% (w/w) polyethylene glycol 6000, 35 μg/ml folinic acid, 0.2 mg/ml E. coli tRNA, 36 mM ammonium acetate, 0.15 mg/ml creatine kinase, 10 mM magnesium acetate, 100 mM acetic acid 12.5 μl of potassium, 10 μg/ml rifampicin, 7.7 μg/ml T7 RNA polymerase) was added, and the mixture was incubated at 26° C. for 3 hours.

無細胞タンパク質合成産物1μlを、25mMクエン酸Buffer(pH5)29μlに加え、25℃のほか、48~52℃の間において1℃の間隔をおいた温度でそれぞれ2時間保温した。その後、基質であるAXB溶液30μlを添加した後に、40℃で15分間保温し、XYNと基質を反応させた。AXB溶液は、AZO-XYLAN(BIRCHWOOD由来、Megazyme製)1gを滅菌水100mlに溶解したものを用いた。酵素反応液にエタノール140μlを加えて撹拌し、室温で5分間放置し反応を停止した。プレート遠心機で3000rpm、10分間遠心し、上清100μlを、96穴アッセイプレートに入れ、プレートリーダー(モレキュラーデバイス製SPECTRAMAXPLUS384)を用いて、青色の吸収を590nmで測定した。 1 μl of the cell-free protein synthesis product was added to 29 μl of 25 mM citrate buffer (pH 5) and incubated at 25° C. and at 1° C. intervals between 48-52° C. for 2 hours each. Then, after adding 30 μl of AXB solution as a substrate, the mixture was kept at 40° C. for 15 minutes to react XYN with the substrate. The AXB solution used was obtained by dissolving 1 g of AZO-XYLAN (derived from BIRCHWOOD, manufactured by Megazyme) in 100 ml of sterilized water. 140 μl of ethanol was added to the enzymatic reaction solution, stirred, and allowed to stand at room temperature for 5 minutes to terminate the reaction. After centrifugation at 3000 rpm for 10 minutes with a plate centrifuge, 100 μl of the supernatant was placed in a 96-well assay plate, and blue absorption was measured at 590 nm using a plate reader (SPECTRA MAXPLUS 384 manufactured by Molecular Devices).

上記のように、25℃で2時間、48℃~52℃で2時間保温した各変異体において、25℃で2時間保温後の活性を1とする残存活性が1/2となる温度を、耐熱温度と定義した。すなわち、残存活性が0.5となる近傍の2点の温度における残存活性をy軸とし当該温度をx軸としてプロットして線形近似式を求め、当該式にY=0.5を挿入したときのxを耐熱温度(℃)とした。なお、耐熱温度が48~52℃の範囲に含まれない場合には、想定される耐熱温度近傍で同様に活性を測定し、プロットして線形近似式を求めて耐熱温度を得た。耐熱性は、各変異体の耐熱温度から野生型の耐熱温度を差し引いた温度差(Δ耐熱温度)をとることで評価した。 As described above, in each mutant incubated at 25°C for 2 hours and at 48°C to 52°C for 2 hours, the temperature at which the residual activity becomes 1/2 when the activity after incubation at 25°C for 2 hours is 1, Defined as heat resistant temperature. That is, when the residual activity at the two temperatures near which the residual activity becomes 0.5 is plotted on the y axis and the temperature is plotted on the x axis, a linear approximation formula is obtained, and Y = 0.5 is inserted into the formula. x was taken as the heat resistance temperature (° C.). When the heat resistant temperature was not within the range of 48 to 52° C., the activity was similarly measured near the assumed heat resistant temperature and plotted to obtain a linear approximation formula to obtain the heat resistant temperature. The heat resistance was evaluated by taking the temperature difference (Δ heat resistance temperature) obtained by subtracting the heat resistance temperature of the wild type from the heat resistance temperature of each mutant.

上記結果の上位の変異部位を中心に次の変異導入候補として45か所を選出した。変異導入候補のアミノ酸残基を、野生型のアミノ酸とアラニンを除いた残りの18種類のアミノ酸に置換した飽和変異遺伝子ライブラリを構築した。上記と同様に2ステップPCRにより変異導入し、無細胞合成系により酵素を合成した。 Based on the above results, 45 sites were selected as candidates for subsequent mutation introduction. A saturated mutant gene library was constructed by substituting the amino acid residues of candidates for mutation introduction with wild-type amino acids and the remaining 18 types of amino acids excluding alanine. Mutations were introduced by 2-step PCR in the same manner as above, and the enzyme was synthesized by a cell-free synthesis system.

(シングル変異の耐熱性)
アラニンに置換したライブラリ及び45カ所の飽和変異ライブラリの合計1010変異体の耐熱性を評価した。結果を図1に示す。また、そのうちのΔ耐熱温度が正である40カ所のシングル変異体を抽出した結果を図2に示す。
(Heat resistance of single mutation)
A total of 1010 mutants of the alanine-substituted library and the 45-place saturation mutation library were evaluated for thermostability. The results are shown in FIG. FIG. 2 shows the result of extracting 40 single mutants having a positive Δ heat resistance temperature.

図1に示すように、1010個の変異体のうち、Δ耐熱温度が正となった変異体は、ごくわずかであった。ほとんどの変異体は、Δ耐熱温度が負となり、親キシラナーゼよりも耐熱性が低下していた。また、図2に示すように、Δ耐熱温度が約1℃以上ある変異体は、11個であった。また、配列番号1における6位、47位、55位、80位、94位、99位、119位、120位、125位、137位、161位については、2種類以上のアミノ酸で効果が出ており、耐熱性に大きく寄与する部位であると考えられた。なお、上記40カ所の変異位置は、19種類すべてのアミノ酸に置換し評価した結果、耐熱性を示したものである。 As shown in FIG. 1, among the 1010 mutants, only a few mutants had a positive Δthermal temperature. Most of the mutants had negative Δ thermostability and had lower thermostability than the parent xylanase. Further, as shown in FIG. 2, 11 mutants had a Δ heat resistant temperature of about 1° C. or more. In addition, at positions 6, 47, 55, 80, 94, 99, 119, 120, 125, 137 and 161 in SEQ ID NO: 1, two or more amino acids are effective. It was thought that this is the part that greatly contributes to heat resistance. The above 40 mutation positions were evaluated by substituting with all 19 kinds of amino acids, and the heat resistance was shown.

(相加変異体の耐熱性評価)
実施例2で確認できた各変異位置において効果が高い変異については、21種類の相加変異体を実施例1に準じて作製し、実施例1と同様にしてΔ耐熱温度を評価した。相加変異体が有する変異を以下の表に示し、Δ耐熱温度を評価した結果を図3に示す。
(Evaluation of heat resistance of additive mutants)
For mutations that were highly effective at each mutation position confirmed in Example 2, 21 types of additive mutants were prepared according to Example 1, and Δ heat resistant temperature was evaluated in the same manner as in Example 1. The mutations possessed by the additive mutants are shown in the table below, and the results of evaluating the Δ heat resistance temperature are shown in FIG.

Figure 0007135334000002
Figure 0007135334000002

図3に示すように、変異を相加することにより耐熱温度は一挙に向上し、2~3個の変異を相加することで、Δ耐熱温度は4℃を超え、さらに、5~8個の変異を相加することで、Δ耐熱温度は、約8℃以上となり、7種類の変異体でΔ耐熱温度が10℃以上となった。 As shown in FIG. 3, by adding mutations, the heat resistance temperature is improved at once, and by adding 2 to 3 mutations, the Δ heat resistance temperature exceeds 4 ° C., and 5 to 8 mutations are added. By adding the mutation of , the Δ heat-resistant temperature was about 8°C or more, and the Δ heat-resistant temperature was 10°C or more in 7 kinds of mutants.

これらの相加変異体につき、シングル変異でのΔ耐熱温度を加算した相加予測値と、相加変異体の実際の実験によるΔ耐熱温度を比較した結果を図4に示す。図4に示すように、相加予測値と実測値との間には相関があり、変異を相加するにつれて耐熱性が向上することがわかった。 FIG. 4 shows the result of comparing the additive predicted value obtained by adding the Δ heat resistant temperature for these additive mutants and the Δ heat resistant temperature obtained by the actual experiment of the additive mutant. As shown in FIG. 4, it was found that there was a correlation between the addition predicted value and the actual measurement value, and the heat resistance was improved as the mutation was added.

(相加変異体の活性半減期の評価)
実施例3で作製した相加変異体を用いて、50℃下での半減期を評価した。なお、キシラナーゼ活性の評価については、温度を50℃とする以外は、実施例1と同様に行った。
(Evaluation of activity half-life of additive mutants)
Using the additive mutants prepared in Example 3, the half-life at 50°C was evaluated. The xylanase activity was evaluated in the same manner as in Example 1, except that the temperature was 50°C.

Figure 0007135334000003
Figure 0007135334000003

上記表に示すように、野生型では50℃で2時間放置後の残存活性は約80%に低下し、50℃で保温時の残存活性の半減期は、野生型では3.1時間であった。5種類以上の変異を相加した変異体では、半減期は120時間以上であり、最も半減期の長いmutR89bでは263時間であった。mutR89bの野生型の半減期を1とした相対比は84倍であった。 As shown in the above table, the residual activity of the wild type decreased to about 80% after standing at 50°C for 2 hours, and the half-life of the residual activity when kept at 50°C was 3.1 hours in the wild type. rice field. Mutants with 5 or more mutations had a half-life of 120 hours or more, and mutR89b, which has the longest half-life, had a half-life of 263 hours. The relative ratio of mutR89b to the wild-type half-life of 1 was 84-fold.

(酵母による相加変異体の分泌発現と耐熱性評価)
野生型および相加変異体R89のキシラナーゼコード領域をPCRで増幅し、シングルコピーの酵母分泌発現ベクターであるpAURGAPSSRGにサブクローニングした。pAURGAPSSRG はTDH3プロモーター下流に、分泌シグナルを持ち菌体外に酵素を分泌する事が可能である。本ベクターを酵母(Saccharomyces cerevisiae BJ5465株)に形質転換し、SD-URA寒天培地(yeast nitrogen base without amino acids without ammonium sulfate1.7g、カザミノ酸5g、アミノ酸mix、グルコース20g、寒天20g、脱イオン水1000ml、pH6.0)で30℃、3日間培養した。生育したコロニーをSD-URA液体培地(yeast nitrogen base without amino acids without ammonium sulfate 1.7g、カザミノ酸5g、-URAアミノ酸mix0.77g、グルコース20g、脱イオン水1000ml、pH6.0)2mlに植菌し、30℃、24時間培養した菌液を前培養液とした。100μlの前培養液を2mlのSD-URA液体培地へ植菌し、30℃、24時間本培養を行った。遠心分離により得られた培養上清を粗酵素液として用いた。
(Secretion expression and heat resistance evaluation of additive mutants by yeast)
The xylanase coding regions of wild type and additive mutant R89 were amplified by PCR and subcloned into a single copy yeast secretion expression vector, pAURGAPSSRG. pAURGAPSSRG has a secretion signal downstream of the TDH3 promoter and is capable of secreting the enzyme outside the cell. Yeast (Saccharomyces cerevisiae strain BJ5465) was transformed with this vector, and SD-URA agar medium (yeast nitrogen base without amino acids without ammonia sulfate 1.7 g, casamino acid 5 g, amino acid mix, glucose 20 g, deionized water 10 g, deionized water 10 g, , pH 6.0) at 30°C for 3 days. The grown colony was inoculated into 2 ml of SD-URA liquid medium (yeast nitrogen base without amino acids without ammonia sulfate 1.7 g, casamino acid 5 g, -URA amino acid mix 0.77 g, glucose 20 g, deionized water 1000 ml, pH 6.0). The bacterial solution was cultured at 30°C for 24 hours and used as a preculture solution. 100 μl of preculture was inoculated into 2 ml of SD-URA liquid medium and main culture was carried out at 30° C. for 24 hours. The culture supernatant obtained by centrifugation was used as a crude enzyme solution.

粗酵素液30μlに基質であるAXB溶液30μlを添加し、実施例1と同様にして活性を測定し、粗酵素液のΔ耐熱温度を、無細胞タンパク質合成産物の耐熱温度評価時と同様の方法で調べた。その結果、酵母に分泌生産させた相加変異体R89のΔ耐熱温度は9.7℃であり、大腸菌由来無細胞合成系産物を用いた場合の10.1℃とほぼ同等であった。このことから、形質転換体が原核生物であっても真核生物であるかにかかわらず、安定して、Δ耐熱温度に優れるキシラナーゼを取得できることがわかった。 30 μl of the substrate AXB solution was added to 30 μl of the crude enzyme solution, the activity was measured in the same manner as in Example 1, and the Δ heat-resistant temperature of the crude enzyme solution was measured in the same manner as when evaluating the heat-resistant temperature of the cell-free protein synthesis product. I checked with As a result, the Δ heat resistant temperature of the additive mutant R89 produced by secretion in yeast was 9.7°C, which was almost the same as 10.1°C when the E. coli-derived cell-free synthetic system product was used. From this, it was found that a xylanase with excellent Δ heat-resistant temperature can be stably obtained regardless of whether the transformant is a prokaryote or a eukaryote.

(GH11のキシラナーゼのアライメント)
Pham ID; Glyco_hydro_11 (PF00457)に登録されているGHF11のキシラナーゼの81配列を以下の方法でアライメントした。アライメント結果を図5A~図5Dに示す。なお、図5中、P36217は、Trichoderma reesei由来のキシラナーゼであって、UniProtKBの登録番号P36217を表し、その他の番号もUniProtKBを表す。
http://pfam.xfam.org/family/PF00457#tabview=tab3
Alignment types:seed(the curated alignment from which the HMM for the family is built
Selex format
(Xylanase alignment of GH11)
Pham ID; 81 sequences of xylanase of GHF11 registered in Glyco_hydro_11 (PF00457) were aligned by the following method. Alignment results are shown in FIGS. 5A-5D. In FIG. 5, P36217 is a xylanase derived from Trichoderma reesei and represents UniProtKB accession number P36217, and other numbers also represent UniProtKB.
http://pfam.xfam.org/family/PF00457#tabview=tab3
Alignment types: seed (the curated alignment from which the HMM for the family is built
Selex format

その結果、登録番号P36217(XYN2_HYPJR)のアミノ酸配列の6位、37位、46位、47位、55位、56位、71位、80位、94位、99位、119位、120位、125位、137位、140位、154位、161位及び164位は、81種のキシラナーゼにおいても、類似のアミノ酸残基を有しており、また、174種のキシラナーゼは、基準としたキシラナーゼの触媒ドメインである第10位~第188位(配列番号2)に対して37%~94%の同一性と77%~100%の類似性を有していた。 As a result, positions 6, 37, 46, 47, 55, 56, 71, 80, 94, 99, 119, 120 and 125 of the amino acid sequence of accession number P36217 (XYN2_HYPJR) Positions 137, 140, 154, 161 and 164 have similar amino acid residues in 81 xylanases, and 174 xylanases are catalytic It had 37%-94% identity and 77%-100% similarity to the domain, positions 10-188 (SEQ ID NO: 2).

Claims (18)

キシラナーゼであって、
配列番号1で表されるアミノ酸配列に対してアライメントしたとき、その6位、46位、47位、55位、80位、94位、99位及び164位からなる群から選択される1個又は2個以上の位置に相当する位置に変異を有し、
前記各位置における変異は
6位相当位置では、E、I、V及びSのいずれかであり、
46位相当位置では、Iであり、
47位相当位置では、C及びAのいずれかであり、
55位相当位置では、Sであり、
80位相当位置では、M、A及びIのいずれかであり、
94位相当位置では、H、C及びYのいずれかであり、
99位相当位置では、G及びAのいずかであり、
164位相当位置では、Mである、キシラナーゼ。
a xylanase,
One or have mutations at positions corresponding to two or more positions;
The mutation at each position is either E, I, V or S at the position corresponding to position 6,
I at the position corresponding to position 46,
At the position corresponding to position 47, either C or A,
At the position corresponding to the 55th place, it is S,
At the position corresponding to position 80, it is either M, A or I,
at the 94-equivalent position, either H, C or Y;
at the 99-equivalent position, either G or A;
A xylanase that is M at the 164-equivalent position.
前記各位置における変異は、
6位相当位置では、Eであり、
46位相当位置では、Iであり、
47位相当位置では、C及びAのいずれかであり、
55位相当位置では、Sであり、
80位相当位置では、M及びAのいずれかであり、
94位相当位置では、H及びCのいずれかであり、
99位相当位置では、Gであり、
164位相当位置では、Mである、請求項1に記載のキシラナーゼ。
Mutations at each of the above positions are
At the position corresponding to 6th place, it is E,
I at the position corresponding to position 46,
At the position corresponding to position 47, either C or A,
At the position corresponding to the 55th place, it is S,
At the position corresponding to position 80, it is either M or A,
at the position corresponding to position 94, either H or C;
At the position corresponding to the 99th position, it is G,
2. The xylanase according to claim 1, wherein the position corresponding to position 164 is M.
前記各位置における変異は、
6位相当位置では、Eであり、
46位相当位置では、Iであり、
47位相当位置では、Cであり、
55位相当位置では、Sであり、
80位相当位置では、Mであり、
94位相当位置では、Hであり、
99位相当位置では、Gであり、
164位相当位置では、Mである、請求項1又は2に記載のキシラナーゼ。
Mutations at each of the above positions are
At the position corresponding to 6th place, it is E,
I at the position corresponding to position 46,
At the position corresponding to position 47, it is C,
At the position corresponding to the 55th place, it is S,
At the position corresponding to the 80th place, it is M,
H at the position corresponding to the 94th position,
At the position corresponding to the 99th position, it is G,
3. The xylanase according to claim 1 or 2, wherein the position corresponding to position 164 is M.
さらに、配列番号1で表されるアミノ酸配列に対してアライメントしたとき、その37位、56位、71位、120位、125位、137位及び140位からなる群から選択される1個又は2個以上の位置に相当する位置に変異を有し、
前記各位置における変異は、
37位相当位置では、Iであり、
56位相当位置では、Tであり、
71位相当位置では、Aであり、
120位相当位置では、Kであり、
125位相当位置では、Aであり、
137位相当位置では、W、A、L及びVのいずれかであり、
140位相当位置では、Iである、
請求項1~のいずれかに記載のキシラナーゼ。
Furthermore, when aligned with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, one or two selected from the group consisting of positions 37, 56, 71, 120, 125, 137 and 140 having mutations at positions corresponding to one or more positions,
Mutations at each of the above positions are
At the position corresponding to position 37, it is I,
At the position corresponding to the 56th position, it is T,
At the position corresponding to the 71st place, it is A,
K at the position corresponding to 120th place,
At the position corresponding to the 125th place, it is A,
at the 137-equivalent position, any of W, A, L and V;
At the position corresponding to 140th place, it is I,
The xylanase according to any one of claims 1-3 .
前記各位置における変異は、
37位相当位置では、Iであり、
56位相当位置では、Tであり、
71位相当位置では、Aであり、
120位相当位置では、Kであり、
125位相当位置では、Aであり、
137位相当位置では、W及びAのいずれかであり、
140位相当位置では、Iである、請求項に記載のキシラナーゼ。
Mutations at each of the above positions are
At the position corresponding to position 37, it is I,
At the position corresponding to the 56th position, it is T,
At the position corresponding to the 71st place, it is A,
K at the position corresponding to 120th place,
At the position corresponding to the 125th place, it is A,
At the position corresponding to position 137, it is either W or A,
5. The xylanase according to claim 4 , wherein the position corresponding to position 140 is I.
2位置以上に変異を備える、請求項1~のいずれかに記載のキシラナーゼ。 The xylanase according to any one of claims 1 to 5 , which has mutations at two or more positions. 4位置以上に変異を備える、請求項1~のいずれかに記載のキシラナーゼ。 The xylanase according to any one of claims 1 to 6 , which has mutations at 4 or more positions. 所定温度にて2時間保存したとき、25℃で2時間保存したときのキシラナーゼ活性の半分の活性となるときの当該所定温度が、配列番号1で表されるアミノ酸配列からなるキシラナーゼよりも、4℃以上高い、請求項6又は7に記載のキシラナーゼ。 When stored at a predetermined temperature for 2 hours, the xylanase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO. 8. The xylanase according to claim 6 or 7 , which is higher than °C. 前記キシラナーゼは、50℃におけるキシラナーゼ活性の半減期が30時間以上である、請求項1~のいずれかに記載のキシラナーゼ。 The xylanase according to any one of claims 1 to 8 , wherein the xylanase has a half-life of xylanase activity at 50°C of 30 hours or longer. 前記キシラナーゼは、50℃におけるキシラナーゼ活性の半減期が100時間以上である、請求項1~のいずれかに記載のキシラナーゼ。 The xylanase according to any one of claims 1 to 9 , wherein the xylanase has a half-life of xylanase activity at 50°C of 100 hours or longer. 前記キシラナーゼは、配列番号2で表されるアミノ酸配列と90%以上の同一性を有する、請求項1~10のいずれかに記載のキシラナーゼ。 11. The xylanase according to any one of claims 1 to 10 , wherein said xylanase has 90% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO:2. 請求項1~11のいずれかに記載のキシラナーゼのアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド。 A polynucleotide encoding the amino acid sequence of the xylanase according to any one of claims 1-11 . 請求項12に記載のポリヌクレオチドを、備える発現ベクター。 An expression vector comprising the polynucleotide of claim 12 . 請求項1~11のいずれかに記載のキシラナーゼを発現する、形質転換体。 A transformant expressing the xylanase according to any one of claims 1 to 11 . 請求項1~11のいずれかに記載のキシラナーゼを用いてキシランを分解する工程を備える、キシランの分解方法。 A method for decomposing xylan, comprising a step of decomposing xylan using the xylanase according to any one of claims 1 to 11 . 請求項1~11のいずれかに記載のキシラナーゼを用いてキシランを分解する工程と、
前記キシランを有用物質に変換する工程と、
を備える、有用物質の生産方法。
a step of decomposing xylan using the xylanase according to any one of claims 1 to 11 ;
a step of converting the xylan into a useful substance;
A method of producing a useful substance, comprising:
請求項1~11のいずれかに記載のキシラナーゼを含む、組成物。 A composition comprising the xylanase according to any one of claims 1-11 . 請求項1~11のいずれかに記載のキシラナーゼを生産する形質転換体を含む、組成物。 A composition comprising a transformant that produces the xylanase according to any one of claims 1 to 11 .
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