JPH0357746B2 - - Google Patents

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JPH0357746B2
JPH0357746B2 JP58036306A JP3630683A JPH0357746B2 JP H0357746 B2 JPH0357746 B2 JP H0357746B2 JP 58036306 A JP58036306 A JP 58036306A JP 3630683 A JP3630683 A JP 3630683A JP H0357746 B2 JPH0357746 B2 JP H0357746B2
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JP
Japan
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leucine dehydrogenase
plasmid
heat
dna
stable
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JP58036306A
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Japanese (ja)
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JPS59159775A (en
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Kenji Soda
Shinji Nagata
Nobuyoshi Ezaki
Hidehiko Tanaka
Toshihisa Ooshima
Yonekazu Sakamoto
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Unitika Ltd
Original Assignee
Unitika Ltd
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Publication of JPH0357746B2 publication Critical patent/JPH0357746B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0012Oxidoreductases (1.) acting on nitrogen containing compounds as donors (1.4, 1.5, 1.6, 1.7)
    • C12N9/0014Oxidoreductases (1.) acting on nitrogen containing compounds as donors (1.4, 1.5, 1.6, 1.7) acting on the CH-NH2 group of donors (1.4)
    • C12N9/0016Oxidoreductases (1.) acting on nitrogen containing compounds as donors (1.4, 1.5, 1.6, 1.7) acting on the CH-NH2 group of donors (1.4) with NAD or NADP as acceptor (1.4.1)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐熱性のロイシン脱水素酵素生産能を
有する新規なエシエリチア・コリに関するもので
ある。 ロイシン脱水素酵素は、臨床検査用酵素とし
て、非常に重要な酵素である。このロイシン脱水
素酵素を生産できる微生物としては、常温菌であ
るバチルス、スフエリカス(Bacillus
sphaericus)のようなバチルス属の細菌が知られ
ている。しかし、これらの菌より得られるロイシ
ン脱水素酵素は、室温の水溶液中で1〜3週間の
うちに活性をほとんど失うのが通例であり、熱安
定性及び長期の安定性に欠けるものであるという
大きな欠点を有している。 それゆえ、ロイシン脱水素酵素を用いる臨床検
査の分析法の利点を最大限に発揮するうえで、熱
に安定で、室温で長時間活性を失わないロイシン
脱水素酵素の出現が熱望されていた。 このため、先に本発明者らの一部がこのような
観点から、熱に安定で、長時間活性を失わない性
質を有するロイシン脱水素酵素を求めて鋭意研究
した結果、好熱性のバチルス属に属する細菌に上
記の性質を有するロイシン脱水素酵素が存在する
ことを見いだし、特許出願し、さらに生化学、
Vol54第634頁(1982年)に発表した。 しかし、この好熱性のバチルス属に属する細菌
は、耐熱性のロイシン脱水素酵素の生産性が低
く、この酵素を効率良く得るには、十分満足する
ものでなかつた。 一方、エシエリチア・(Escherichia)属に属す
る細菌は、本来ロイシン脱水素酵素生産能を全く
有していない。 また、組換DNA遺伝子工学に有用なプラスミ
ド及びそれによつて形質転換された微生物は良く
知られている。例えばサイエンス(Science)198
巻、1056頁(1978年)には、プラスミドPBR322
にラクトースプロモータをつないだプラスミドを
導入した大腸菌内で動物タンパク質が生産される
ことが記載されている。 また、特開昭56−5093号公報には、サーマス属
に属する細菌の遺伝子を有するプラスミド(ベク
ターとしてプラスミドPBR322が用いられてい
る。)を導入することにより形質転換されたエシ
エリチア(Escherichia)属に属する細菌を用い
て耐熱性の酵素を調製することが記載されている
が、耐熱性のロイシン脱水素酵素の遺伝子を有す
るプラスミド及びそれによつて形質転換された微
生物については、全く何も記載されていないし、
またその創製に成功したとの報告もなされていな
い。 そこで、本発明者らは、耐熱性のロイシン脱水
素酵素を効率良く生産しうることのできる微生物
を求めて鋭意研究した結果、耐熱性のロイシン脱
水素酵素の遺伝子を有するプラスミドで形質転換
されたエシエリチア・コリが大量の耐熱性のロイ
シン脱水素酵素を生産することを見いだし、本発
明を完成した。 すなわち、本発明はバチルス・ステアロサーモ
フイルス(Bacillus stearothermophilus)の染
色体DNA由来の耐熱性のロイシン脱水素酵素の
遺伝子を有するプラスミドで形質転換された耐熱
性のロイシン脱水素酵素生産能を有するエシエリ
チア・コリ(Escherichia coli)を要旨とするも
のである。 本発明に用いられるプラスミドを得るには、例
えばバイオケミカ・エト・バイオフイジカ・アク
タ(Biochem.Biophysacta)72,619〜629
(1963)に記載の方法に従い、耐熱性のロイシン
脱水素酵素の遺伝子とベクターとしての役割を有
するDNAとを制限酵素で消化し、次いでリガー
ゼを用いて結合することにより調製することがで
きる。 本発明に用いられる耐熱性ロイシン脱水素酵素
の遺伝子としては、バチルス・ステアロサーモフ
イルス(Bacillus stearothermophilus)の染色
体DNA由来のロイシン脱水素酵素の遺伝子があ
げられる。バチルス・ステアロサーモフイルスの
具体例としては、IFO12550,ATCC7953,7954,
8005,10194,12980,NCA1503などがある。 また、ベクターとしての役割を有するDNAと
しては、例えばプラミスドDNAがあげられ、特
にプラスミドpBR322が好ましい。また制限酵素
としては、例えばSal があげられ、リガーゼ
としては、例えばT4DNAリガーゼがあげられ
る。 本発明で好ましく用いられるプラミスドとして
は、前記した方法でプラミスドpBR322に、バチ
ルス・ステアロサーモフイルスの染色体DNA由
来のロイシン脱水素酵素の遺伝子を導入したプラ
スミドpICR1があげられる。このプラスミド
pICR1を昭和58年2月23日に通産省工業技術院微
生物工業技術研究所に寄託の手続を行つたが、こ
のプラスミドは受託されなかつた。 次にこのプラスミドpICR1の理化学的性質を示
す。 (1) 常温微生物内で耐熱性のロイシン脱水素酵素
を発現させることができる。 (2) 下記制限酵素に対し、次の切断感受性を有す
る。 制限酵素 切断部位数 EcoR 2 Hind 1 Pst 2 Sal 4 BamH 2 制限酵素の名称は、次の菌種から得られる制
限酵素の略称である。 EcoR;エシエリチア・コリ Hind;ヘモフイラス・インフルエンザ Pst ;プロビデンシア・スチユアーテイー Sal ;ストレプトマイセス・アルブス BamH;バチルス・アミロリクエフアシエ
ンス 制限酵素による切断部位数は、過剰の制限酵
素存在下でプラスミドpICR1を消化し、その消
化物をアガロースゲル電気泳動にかけ、分離可
能な断片の数から決定される。 (3) 分子量は約6メガダルトンである。 このプラミスドpICR1を用いてエシエリチア・
コリを形質転換させるには、例えばジヤーナル・
オブ・モレキユラ・バイオロジー(J.Mol.Biol)
53,159〜162(1970)の方法に従つて、0℃付近
の温度で塩化カルシウム処理した上記のエシエリ
チア・コリC600とプラスミドpICR1とを接触さ
せることにより行えばよい。 以上のようにして形質転換されたエシエリチ
ア・コリの例として、プラスミドpICR1が導入さ
れたエシエリチア・コリC600−pICR1株があげ
られる。この菌株は、公知のエシエリチア・コリ
C600〔Nature217,1110〜1114(1968)を参照〕
と、耐熱性のロイシン脱水素酵素生産能及びアン
ピシリン耐性を有する点以外は同じ菌学的性質を
有している。この菌株は、非伝達性を伝達性に変
えることなく、また非病原性を病原性に変えるこ
となく安全性に保持されている。特に、耐熱性の
ロイシン脱水素酵素生産能を有するエシエリチ
ア・コリの報告はなかつた。このことから、エシ
エリチア・コリC600−pICR1株は新菌株である
と考えられるので、昭和58年2月26日に通産省工
業技術院微生物工業技術研究所に寄託した。その
微生物受託番号は第6937号である。 本発明のエシエリチア・コリを培養するに際し
て用いられる栄養培地の炭素源として、例えばグ
ルコース、シユークロース、フルクトース、澱粉
加水分解物、糖密、亜硫酸パルプ廃液の糖類、酢
酸、乳酸などの有機酸類、さらには使用する細菌
が資化しうるアルコール類、脂肪酸及びグリセリ
ンなどが使用でき、窒素源として、例えば硫酸ア
ンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニ
ウム、アミノ酸、ペプトン、肉エキス、酵母エキ
スなどの無機又は有機物が使用できる。さらに、
無機塩類として、例えばカリウム、ナトリウム、
リン酸、亜鉛、鉄、マグネシウム、マンガン、
銅、カルシウム、コバルナなどの各塩類、必要に
応じて微量金属塩、コーン・ステイープ・リカ
ー,ビタミン類、核酸などを使用してもよく、細
菌の一般的栄養培地が使用できる。 これらの培地を用いて、本発明のエシエリチ
ア・コリを20℃〜45℃、好ましくは35℃〜40℃、
最適には37℃で約10〜20時間、PHを7.0〜7.4、最
適には、7.2で好気的に培養すればよい。 このようにして得られた培養物は、そのまま耐
熱性のロイシン脱水素酵素の酵素源として使用で
きるが、粗酵素抽出液、精製酵素はもちろん分離
生菌体、分離菌体の処理物も酵素源として使用可
能である。次に得られた培養物から本発明におけ
る耐熱性のロイシン脱水素酵素が採取されるが、
培養物、分離生菌体、分離菌体の処理物、粗酵素
抽出液、精製酵素などのあらゆる段階で採取でき
る。その際の精製法としては、通常の酵素精製法
を用いることができる。特に本発明では、耐熱性
のロイシン脱水素酵素を採取するに先立つて、破
砕液を加熱処理すれば、耐熱性を有しない酵素や
蛋白質が熱変性することにより選択的に耐熱性の
ロイシン脱水素酵素が得られるので有利である。
この加熱処理の条件としては、例えば50〜80℃の
温度で5〜30分間処理すればよい。このようにし
て処理した後、分離精製して耐熱性のロイシン脱
水素酵素を得てもよいが、そのまま酵素液として
利用できる。 本発明のエシエリチア・コリは、耐熱性のロイ
シン脱水素酵素を大量に、しかも容易に得ること
ができるので、非常に有用である。 本発明によつて得られる耐熱性のロイシン脱水
素酵素は、生化学、Vol,54、第634頁(1982年)
は記載の耐熱性のロイシン脱水素酵素と同じ理化
学的性質を有する。 次に本発明を実施例により具体的に説明する。 なお、耐熱性のロイシン脱水素酵素の活性は、
アミノ酸、核酸〔Amino Acid and
NucleicAcid27,84〜88(1973)〕に記載されてい
るロイシン脱水素酵素活性の測定法、すなわちPH
11.3の100μmoleのグリシン−KC1−KOH緩衝液
中で、1.25μmoleのNADと、10μmoleのL−ロイ
シンを含む混合液を調製し、その混合液に適当量
の粗酵素抽出液を加えて、最終容量を0.8mlとし、
25℃あるいは55℃における還元型NADの単位時
間あたりの増加を340nmの吸光度の増加として測
定する方法で行つた。 また、実施例及び参考例中の%は、容量%を示
す。 参考例 1 (a) バチルス・ステアロサーモフイルスの染色体
DNAの分離。 バチルス・ステアロサーモフイルス
IFO12550株から、バイオケミカ・エト・バイ
オフイジカ・アクタ(Biochem Biophys
acta)72,619〜629(1963)に記載の方法に準
じ、染色体DNAを分離した。 まず、バチルス・ステアロサーモフイルス
IFO12250株をグリセロール培地(ポリペプト
ン10g/、酵母エキス2.5g/、肉エキス
2g/、グリセロール2g/、塩化ナトリ
ウム5g/、リン酸2カリウム2g/、硫
酸マグネシウム0.1g/、ビオチン4μg/、
そしてPH7.21に調製)2で、55℃で12時間振
とう培養した後、遠心分離にて集菌した。 次に12mgのリゾチームを6mlのサリン
(saline)−EDTA溶液(0.15M NaClと0.1M
EDTAを含み、PH8.0に調製。)に溶かし、この
溶液に集菌した菌株を加え、よく攪拌した。こ
れを37℃で約10分間加温し、菌体が溶菌し始め
たら、直ちに凍結した。 この凍結した菌体に50mlのトリス−SDS緩衝
液10mg/mlSDSと0.1M NaClを含むPH9.0に調
製された0.1Mトリス衝衝液。)を加えて攪拌
し、さらに60℃に加温し、完全に溶菌させた。 この溶菌液に56mlの80%フエノールを加え
て、約20分間振とうさせ、フエノール抽出を行
い、夾雑蛋白質を除去した。この抽出された粗
DNA溶液に2倍容量の冷エタノールを加えて
ガラス棒で繊維状の沈澱を巻き取り、70,80,
90%のエタノール各10ml中に順次、数分ずつ浸
漬した後、20mlの希サリン−サイトトレート
(saline−citrate)溶液(0.015M NaCl,0,
0015M Na3−クエン酸に調製。)に溶かし、さ
らに濃saline−citrate溶液(1.5M NaCl,
0.15M Na3−クエン酸に調製。)を2ml加え
て、粗DNA液を調製した。 この粗、DNA液を500μg/ml位にうすめ
て、リポヌクレアーゼ〔R NaseA(シグマ社
製)〕を50μg/ml,R NaseT1(シグマ社製)
を30μg/mlになるように加え、37℃で30分間
加温した。冷却後、等量の80%フエノールを加
え、フエノール抽出を行い、抽出DNAをエタ
ノール沈殿にて回収し、さらに上記の希saline
−citrate溶液20mlに溶解させ、さらに上記の
濃saline−citrate溶液を2ml加えることによ
り、染色体DNAの抽出液を調製した。 (b) ベクタープラスミツドpBR322の調製。 プラスミツドpBR322(Batheada Research
Laboratories社製)を導入したエシエリチア・
コリC600株を、2のL−培地(ポリペプト
ン10g/、酵母エキス5g/、グリコース
1g/、塩化ナトリウム5g/でPH7.2に
調製。)で対数増殖前期になるまで37℃で通気
培養した後、10mlのクロラムフエニコール溶液
(3.6mg/mlとなるようにエタノールで調製。)
を添加し、さらに37℃で15分間通気培養してプ
ラスミドpBR322を増殖させた。 次に遠心分離にて集菌した菌を80mlのTE−
シユクロース緩衝液200mg/mlシユクロース、
20mM EDTAを含み、PH8.0に調製された
0.05Mトリス緩衝液。)に懸濁し、さらに8ml
のリゾチーム溶液(5mg/mlとなるように上記
TE−シユクロース緩衝液にて調製。)を添加
し、さらに28mlの5M NaCl溶液と4mlの40
mg/mlSDS溶液を加えた。 この混合液を27℃で2時間反応させた後、遠
心分離にて粗プラスミドDNAを分離した。 次に、1/2容量の80%フエノールを加えてフ
エノール処理を行い、夾雑蛋白質を除去した。
この抽出した粗プラスミドを冷イソプロパノー
ルにて沈殿回収し、さらにTE緩衝液(0.14M
MaCl,1mM EDTAを含む、PH7.5に調製され
た20mMトリス緩衝液。)に溶解した。この混
合液に2mgのR Naseを添加し、37℃で2時
間反応させ、上記と同様の方法でフエノール処
理にて夾雑RNAを除去した。この抽出された
粗プラスミドを2倍容量のエタノール沈殿にて
回収した。これを、さらに10mlの上記のTE緩
衝液に溶解させ、アガロースゲル濾過にて夾雑
RNAをさらに除去し、得られた粗DNAをエタ
ノール沈殿に再び回収した。 この沈殿を23.1mlの0.02Mトリス緩衝液(PH
8.0に調製。)に溶解し、さらに23.7gの塩化セ
シウムと0.6mlのエチジウムブロマイド溶液
(10mg/mlに調製。)を加え、約40時間超遠心す
ることにより、プラスミドDNAを分離し、次
にノマルブタノールにより、エチジウムブロマ
イドを除去した。この分離したプラスミドを
0.01MのTE緩衝液(0.1mM EDTAを含むPH
7.5に調製された0.01Mトリス緩衝液。)で透析
することにより、精製プラスミドpBR322を得
た。 (c) プラスミドpICR1の創製。 (a)の方法で得られたバチルス・ステアロサー
モフイルスの染色体DNA5μgと制限酵素sal
(宝酒造社製)20ユニツトを、7mM MgCl2
150mM NaCl,0.2mM EDTA,7mM2−メチ
ルカプトエタノール、0.01%BSAを含むPH7.5
に調製した10mMトリス緩衝液100μに入れ、
37℃で2.5時間反応させてDNAを消化させた
後、65℃で5分間加熱し、Salを不性化し、
冷エタノールにて消て消化DNA断片を沈殿回
収した。 次に、(b)の方法で得られたプラスミド
pBR3221μgに制限酵素Sal3ユニツトを加
え、上記と同様の緩衝液中で37℃で10時間反応
させ、上記と同様の方法で消化プラスミド
DNAを回収した。こうして得られた消化染色
体及びプラスミドのDNAを混合し、T4DNA
リガーゼ(宝酒造社製)を用い、6.6mM
MgCl2,10mM DTT,66μM ATPを含むPH
7.6に調製した66mMトリス緩衝液中で、13℃
で19時間反応させ、消化DNAを再結合するこ
とにより、プラスミドpICR1を得た。 実施例 1 参考例1で得たプラスミドpICR1を用いてエシ
エリチア・コリの形質転換を行つた。 まず、宿主菌のエシエリチア・コリC600r-m-
株を50mlの上記のL−培地に培養し、遠心分離に
て集菌後、50mlの0.1M MgCl2溶液に懸濁し、さ
らに遠心分離を行つて最終的には2.5mlの0.1M
MgCl2溶液に懸濁させた。 このようにして得られたエシエリチア・コリ
C600rm株の懸濁液0.2mlに(c)の方法で得られたプ
ラスミドpICR1を含む混合物を0.1ml加え、0℃
で30分間処理したのち、42℃で2分間処理した。 次にこれに3mlの前記したL−培地を加え、37
℃で1時間培養し、さらにアンピシリン(15μ
g/mlに調製。)の入つたL−寒天培地(L−培
地1当り、15gの寒天を加えたもの。)で37℃
で培養後、生じたコローニを、さらにテトラサイ
クリン(25μg/mlの調製。)の入つたL−寒天
培地で培養後、生えてこないコロミーを見出すこ
とにより、プラスミドpIC1の導入されたエシエ
リチア・コリC600−pICR1が得られた。 次にこうして得られたエシエリチア・コリ
C600−pICR1のコロニーより、アンピシリン
(15μg/mlに調製。)の入つた上記のグリセロー
ル培地100mlで37℃で16時間、振とう培養を行つ
た。これを遠心分離にて集菌、洗浄後、5mlの
0.01%2−メルカプトエタノールを含み、PH7.4
に調製した0.01Mのリン酸緩衝液に懸濁し、0℃
で5分間の超音波処理にて菌体を破砕し、遠心分
離にて粗酵素抽出液を得た。 このようにして得た粗酵素抽出液の耐熱性のロ
イシン脱水素酵素の活性を測定したところ、
0.201ユニツト/mg・プロテインであつた。これ
はDNA供与菌であるバチルス・ステアロサーモ
フイルスIFO12250株のロイシン脱水素酵素の活
性(0.010ユニツト/mg・プロテイン)よりも10
倍以の活性があつた。 また、このロイシン脱水素酵素を含む粗酵素抽
出液は、2−メルカプトエタノールを0.01%含む
PH7.2の10mMリン酸緩衝液中、70℃で20分間加
熱処理したところ、80%以上の残存活性を有して
いた。 参考例 2 実施例1で得たエシエリチア・コリCC600−
pICR1株をアンピシリン(15μg/mlに調製。)を
含む前記グリセロール培地100mlにて37℃で15時
間振とう培養した。培養後、遠心分離にて集菌
し、0.01%の2−メルカプトエタノールを含むPH
7.4に調製した0.01Mリン酸緩衝液5mlに懸濁し、
約5分間の超音波処理で菌体を破砕した。 その後、遠心分離にて粗酵素抽出液を得、その
粗酵素抽出液を70℃で30分間熱処理した後、遠心
分離し、その上澄液のロイシン脱水素酵素活性を
測定したところ、0.800ユニツト/mg・プロテイ
ンの活性があり、粗酵素抽出液を70℃で30分間熱
処理することにより、熱処理前に比べて比活性が
約4倍向上した。これは、元のバチルス・ステア
ロサーモフイルスIFO12550のロイシン脱水素酵
素の比活性に比べて、約40倍に相当するものであ
つた。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a novel Escherichia coli having the ability to produce heat-stable leucine dehydrogenase. Leucine dehydrogenase is a very important enzyme for clinical testing. Microorganisms that can produce this leucine dehydrogenase include Bacillus and Bacillus sphaericus, which are thermophilic bacteria.
Bacillus bacteria such as Bacillus sphaericus are known. However, leucine dehydrogenase obtained from these bacteria typically loses most of its activity within 1 to 3 weeks in an aqueous solution at room temperature, and is said to lack thermostability and long-term stability. It has major drawbacks. Therefore, in order to maximize the advantages of analytical methods for clinical tests using leucine dehydrogenase, there has been a desire for the emergence of a leucine dehydrogenase that is stable to heat and does not lose its activity for a long time at room temperature. Therefore, from this perspective, some of the present inventors conducted intensive research in search of a leucine dehydrogenase that is stable to heat and does not lose its activity for a long time, and as a result, a thermophilic Bacillus sp. discovered that leucine dehydrogenase with the above properties existed in bacteria belonging to the
Published in Vol. 54 , p. 634 (1982). However, this thermophilic bacterium belonging to the genus Bacillus has a low productivity of heat-stable leucine dehydrogenase, and it has not been sufficient to efficiently obtain this enzyme. On the other hand, bacteria belonging to the genus Escherichia originally do not have any ability to produce leucine dehydrogenase. Plasmids useful in recombinant DNA genetic engineering and microorganisms transformed with them are also well known. For example, Science 198
Volume, p. 1056 (1978), plasmid PBR322
It has been described that animal proteins are produced in E. coli into which a plasmid linked to a lactose promoter has been introduced. Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-5093, a plasmid of the genus Escherichia was transformed by introducing a plasmid containing a gene of a bacterium belonging to the genus Thermus (plasmid PBR322 was used as a vector). Although it has been described that a thermostable enzyme is prepared using the same bacteria, nothing has been written about a plasmid containing the gene for heat-stable leucine dehydrogenase or a microorganism transformed by it. No,
Nor has there been any report that its creation has been successful. Therefore, the present inventors conducted extensive research in search of a microorganism that can efficiently produce heat-stable leucine dehydrogenase, and as a result, they transformed it with a plasmid containing the gene for heat-stable leucine dehydrogenase. The present invention was completed based on the discovery that Escherichia coli produces large amounts of heat-stable leucine dehydrogenase. That is, the present invention provides a strain of Escherichia leucine dehydrogenase having the ability to produce a heat-stable leucine dehydrogenase that has been transformed with a plasmid containing a gene for a heat-stable leucine dehydrogenase derived from the chromosomal DNA of Bacillus stearothermophilus. The main topic is Escherichia coli. To obtain the plasmid used in the present invention, for example, Biochem. Biophysacta 72 , 619-629
(1963), by digesting the heat-stable leucine dehydrogenase gene and DNA serving as a vector with restriction enzymes, and then ligating them using ligase. Examples of the thermostable leucine dehydrogenase gene used in the present invention include the leucine dehydrogenase gene derived from the chromosomal DNA of Bacillus stearothermophilus. Specific examples of Bacillus stearothermophilus include IFO12550, ATCC7953, 7954,
There are 8005, 10194, 12980, NCA1503, etc. Furthermore, examples of DNA that functions as a vector include plasmid DNA, and plasmid pBR322 is particularly preferred. Examples of restriction enzymes include Sal, and examples of ligases include T4 DNA ligase. As a pramid preferably used in the present invention, there is a plasmid pICR1 in which a gene for leucine dehydrogenase derived from the chromosomal DNA of Bacillus stearothermophilus is introduced into pBR322 by the method described above. This plasmid
On February 23, 1981, pICR1 was deposited with the Institute of Microbial Technology, Agency of Industrial Science and Technology, Ministry of International Trade and Industry, but this plasmid was not deposited. Next, the physicochemical properties of this plasmid pICR1 will be shown. (1) Heat-stable leucine dehydrogenase can be expressed in room-temperature microorganisms. (2) Has the following cleavage sensitivity to the following restriction enzymes. Restriction enzyme Number of cleavage sites EcoR 2 Hind 1 Pst 2 Sal 4 BamH 2 The names of restriction enzymes are abbreviations of restriction enzymes obtained from the following bacterial species. EcoR; Escherichia coli Hind; Haemophilus influenzae Pst; Providencia styuartii Sal; Streptomyces albus BamH; Bacillus amyloliquefaciens , the digest is subjected to agarose gel electrophoresis and determined from the number of separable fragments. (3) The molecular weight is approximately 6 megadaltons. Using this pramid pICR1,
To transform E. coli, e.g.
Of Molecule Biology (J.Mol.Biol)
53, 159-162 (1970), by contacting the above Escherichia coli C600 treated with calcium chloride with plasmid pICR1 at a temperature around 0°C. An example of E. coli transformed as described above is E. coli C600-pICR1 strain into which plasmid pICR1 has been introduced. This strain is a known strain of Escherichia coli.
C600 [see Nature 217 , 1110-1114 (1968)]
It has the same mycological properties except that it has a heat-resistant leucine dehydrogenase production ability and ampicillin resistance. This strain remains safe without changing from non-transmissible to transmissible or from non-pathogenic to pathogenic. In particular, there have been no reports of Escherichia coli having the ability to produce heat-stable leucine dehydrogenase. From this, the Escherichia coli C600-pICR1 strain is considered to be a new strain, so it was deposited with the Institute of Microbial Technology, Agency of Industrial Science and Technology, Ministry of International Trade and Industry on February 26, 1981. Its microbial accession number is No. 6937. Carbon sources for the nutrient medium used for culturing E. coli of the present invention include, for example, glucose, sucrose, fructose, starch hydrolyzate, molasses, sugars from sulfite pulp waste liquid, organic acids such as acetic acid and lactic acid, and even organic acids such as acetic acid and lactic acid. Alcohols, fatty acids, glycerin, etc. that can be assimilated by the bacteria used can be used, and as nitrogen sources, inorganic or organic substances such as ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, amino acids, peptone, meat extract, yeast extract, etc. can be used. moreover,
Examples of inorganic salts include potassium, sodium,
phosphoric acid, zinc, iron, magnesium, manganese,
Salts such as copper, calcium, covarna, etc., trace metal salts, corn staple liquor, vitamins, nucleic acids, etc. may be used as necessary, and general nutrient media for bacteria can be used. Using these media, Escherichia coli of the present invention is grown at 20°C to 45°C, preferably 35°C to 40°C,
Optimally, it may be cultured aerobically at 37°C for about 10 to 20 hours at a pH of 7.0 to 7.4, optimally 7.2. The culture thus obtained can be used as it is as an enzyme source for heat-stable leucine dehydrogenase, but crude enzyme extracts, purified enzymes, isolated live bacterial cells, and processed isolates can also be used as enzyme sources. It can be used as Next, the thermostable leucine dehydrogenase of the present invention is collected from the obtained culture,
It can be collected at any stage, including culture, isolated live bacterial cells, processed isolated bacterial cells, crude enzyme extracts, and purified enzymes. As a purification method at that time, a usual enzyme purification method can be used. In particular, in the present invention, if the crushed solution is heat-treated before collecting heat-stable leucine dehydrogenase, enzymes and proteins that are not heat-stable are thermally denatured, thereby selectively producing heat-stable leucine dehydrogenase. Advantageously, enzymes are obtained.
The conditions for this heat treatment may be, for example, a treatment at a temperature of 50 to 80°C for 5 to 30 minutes. After being treated in this way, the enzyme may be separated and purified to obtain a heat-stable leucine dehydrogenase, or it can be used as it is as an enzyme solution. The Escherichia coli of the present invention is very useful because it can easily produce large amounts of heat-stable leucine dehydrogenase. The thermostable leucine dehydrogenase obtained by the present invention is described in Biochemistry, Vol. 54 , p. 634 (1982).
has the same physicochemical properties as the described thermostable leucine dehydrogenase. Next, the present invention will be specifically explained using examples. The activity of heat-stable leucine dehydrogenase is
Amino Acid and Nucleic Acid
The method for measuring leucine dehydrogenase activity described in Nucleic Acid 27, 84-88 (1973), that is, PH
Prepare a mixture containing 1.25 μmole of NAD and 10 μmole of L-leucine in 100 μmole of glycine-KC1-KOH buffer from 11.3, add an appropriate amount of crude enzyme extract to the mixture, and make up the final volume. is 0.8ml,
The increase in reduced NAD per unit time at 25°C or 55°C was measured as the increase in absorbance at 340 nm. Moreover, % in Examples and Reference Examples indicates volume %. Reference example 1 (a) Chromosome of Bacillus stearothermophilus
DNA isolation. bacillus stearothermophilus
From the IFO12550 strain, Biochem Biophys
Chromosomal DNA was isolated according to the method described in Acta) 72 , 619-629 (1963). First, Bacillus stearothermophilus
IFO12250 strain was grown in glycerol medium (polypeptone 10g/, yeast extract 2.5g/, meat extract 2g/, glycerol 2g/, sodium chloride 5g/, dipotassium phosphate 2g/, magnesium sulfate 0.1g/, biotin 4μg/,
After culturing with shaking at 55°C for 12 hours (adjusted to pH 7.21), the bacteria were collected by centrifugation. Next, 12 mg of lysozyme was added to 6 ml of saline-EDTA solution (0.15 M NaCl and 0.1 M NaCl).
Contains EDTA and adjusted to pH 8.0. ), and the collected bacterial strain was added to this solution and stirred well. This was heated at 37°C for about 10 minutes, and when the bacterial cells began to lyse, it was immediately frozen. Add 50 ml of Tris-SDS buffer to the frozen cells, and add 0.1 M Tris buffer containing 10 mg/ml SDS and 0.1 M NaCl to a pH of 9.0. ) was added, stirred, and further heated to 60°C to completely lyse the bacteria. 56 ml of 80% phenol was added to this lysate and shaken for about 20 minutes to perform phenol extraction and remove contaminant proteins. This extracted crude
Add twice the volume of cold ethanol to the DNA solution, roll up the fibrous precipitate with a glass rod,
After sequential immersion in 10 ml of 90% ethanol for several minutes each, 20 ml of dilute saline-citrate solution (0.015 M NaCl, 0,
Prepared as 0015M Na 3 -citric acid. ) and then add concentrated saline-citrate solution (1.5M NaCl,
Prepared to 0.15M Na 3 -citric acid. ) was added to prepare a crude DNA solution. Dilute this crude DNA solution to about 500 μg/ml, add liponuclease [R NaseA (manufactured by Sigma)] to 50 μg/ml, and R NaseT 1 (manufactured by Sigma).
was added at a concentration of 30 μg/ml and heated at 37° C. for 30 minutes. After cooling, add an equal amount of 80% phenol to perform phenol extraction, collect the extracted DNA by ethanol precipitation, and add the above diluted saline.
A chromosomal DNA extract was prepared by dissolving the DNA in 20 ml of -citrate solution and adding 2 ml of the above concentrated saline-citrate solution. (b) Preparation of vector plasmid pBR322. Plasmid pBR322 (Batheada Research
Laboratories)
E. coli C600 strain was aerated and cultured at 37°C in L-medium 2 (adjusted to pH 7.2 with 10 g of polypeptone, 5 g of yeast extract, 1 g of glycose, and 5 g of sodium chloride) until early logarithmic growth. , 10ml of chloramphenicol solution (adjusted with ethanol to give a concentration of 3.6mg/ml)
was added, and the plasmid pBR322 was further propagated by aerated culture at 37°C for 15 minutes. Next, collect the bacteria by centrifugation into 80ml of TE-
Sucrose buffer 200mg/ml Sucrose,
Contains 20mM EDTA and adjusted to PH8.0
0.05M Tris buffer. ) and add 8 ml
lysozyme solution (add the above to 5 mg/ml)
Prepared with TE-sucrose buffer. ), then add 28 ml of 5M NaCl solution and 4 ml of 40
mg/ml SDS solution was added. After reacting this mixture at 27°C for 2 hours, crude plasmid DNA was separated by centrifugation. Next, phenol treatment was performed by adding 1/2 volume of 80% phenol to remove contaminant proteins.
This extracted crude plasmid was precipitated and recovered with cold isopropanol, and further TE buffer (0.14M
20mM Tris buffer adjusted to PH7.5 containing MaCl, 1mM EDTA. ) dissolved in 2 mg of RNase was added to this mixture, and the mixture was allowed to react at 37°C for 2 hours, and contaminant RNA was removed by phenol treatment in the same manner as above. This extracted crude plasmid was recovered by precipitation with 2 times the volume of ethanol. This was further dissolved in 10 ml of the above TE buffer and filtered through agarose gel to remove contaminants.
RNA was further removed, and the resulting crude DNA was recovered again in ethanol precipitation. This precipitate was dissolved in 23.1 ml of 0.02 M Tris buffer (PH
Adjusted to 8.0. ), add 23.7 g of cesium chloride and 0.6 ml of ethidium bromide solution (adjusted to 10 mg/ml), and isolate the plasmid DNA by ultracentrifuging for about 40 hours. Ethidium bromide was removed. This isolated plasmid
0.01M TE buffer (PH containing 0.1mM EDTA)
0.01M Tris buffer prepared in 7.5. ), purified plasmid pBR322 was obtained. (c) Creation of plasmid pICR1. 5μg of Bacillus stearothermophilus chromosomal DNA and restriction enzyme sal obtained by method (a)
(manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) 20 units, 7mM MgCl 2 ,
PH7.5 containing 150mM NaCl, 0.2mM EDTA, 7mM 2-methylcaptoethanol, 0.01% BSA
into 100μ of 10mM Tris buffer prepared in
After reacting at 37°C for 2.5 hours to digest the DNA, heating at 65°C for 5 minutes to inactivate Sal.
Digested DNA fragments were precipitated and collected by quenching with cold ethanol. Next, the plasmid obtained by method (b)
Add restriction enzyme Sal3 units to pBR3221μg, react in the same buffer as above at 37℃ for 10 hours, and digest the plasmid in the same manner as above.
DNA was recovered. The thus obtained digested chromosome and plasmid DNA were mixed and T4DNA
Using ligase (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.), 6.6mM
PH containing MgCl 2 , 10mM DTT, 66μM ATP
7.6 in 66mM Tris buffer at 13°C.
Plasmid pICR1 was obtained by reacting for 19 hours and recombining the digested DNA. Example 1 Escherichia coli was transformed using the plasmid pICR1 obtained in Reference Example 1. First, the host bacterium Escherichia coli C600r - m -
The strain was cultured in 50 ml of the above L-medium, collected by centrifugation, suspended in 50 ml of 0.1M MgCl 2 solution, further centrifuged, and finally 2.5 ml of 0.1M
Suspended in MgCl2 solution. Esieritia coli obtained in this way
Add 0.1 ml of the mixture containing plasmid pICR1 obtained by method (c) to 0.2 ml of suspension of C600rm strain, and bring to 0°C.
After processing for 30 minutes at 42°C for 2 minutes. Next, add 3 ml of the above L-medium to this, and
Incubate at ℃ for 1 hour, and add ampicillin (15μ
Adjusted to g/ml. ) containing L-agar medium (15 g of agar added per L-medium) at 37°C.
After culturing the resulting colonies on an L-agar medium containing tetracycline (prepared at 25 μg/ml), colonies that did not grow were found to be E. coli C600- into which plasmid pIC1 had been introduced. pICR1 was obtained. Next, Esieritia coli obtained in this way
A colony of C600-pICR1 was cultured with shaking in 100 ml of the above glycerol medium containing ampicillin (adjusted to 15 μg/ml) at 37° C. for 16 hours. This was centrifuged to collect bacteria, and after washing, 5 ml of
Contains 0.01% 2-mercaptoethanol, PH7.4
Suspend in 0.01M phosphate buffer prepared at 0°C.
The bacterial cells were disrupted by ultrasonication for 5 minutes, and a crude enzyme extract was obtained by centrifugation. When the activity of heat-stable leucine dehydrogenase in the crude enzyme extract thus obtained was measured,
It was 0.201 units/mg protein. This is 10 times higher than the leucine dehydrogenase activity (0.010 units/mg protein) of the DNA donor Bacillus stearothermophilus IFO12250 strain.
It was more than twice as active. In addition, this crude enzyme extract containing leucine dehydrogenase contains 0.01% 2-mercaptoethanol.
When heat treated at 70°C for 20 minutes in 10mM phosphate buffer with pH 7.2, it had residual activity of over 80%. Reference example 2 Esieritia coli CC600− obtained in Example 1
The pICR1 strain was cultured with shaking at 37° C. for 15 hours in 100 ml of the aforementioned glycerol medium containing ampicillin (adjusted to 15 μg/ml). After culturing, collect the bacteria by centrifugation and add PH containing 0.01% 2-mercaptoethanol.
Suspend in 5 ml of 0.01M phosphate buffer prepared in 7.4,
The bacterial cells were disrupted by ultrasonication for about 5 minutes. Thereafter, a crude enzyme extract was obtained by centrifugation, and the crude enzyme extract was heat-treated at 70°C for 30 minutes, centrifuged, and the leucine dehydrogenase activity of the supernatant was measured, and it was found to be 0.800 units/ mg of protein, and by heat-treating the crude enzyme extract at 70°C for 30 minutes, the specific activity increased approximately 4 times compared to before heat treatment. This was equivalent to about 40 times the specific activity of leucine dehydrogenase of the original Bacillus stearothermophilus IFO12550.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 バチルス・ステアロサーモフイルス
(Bacillus stearothermophilus)の染色体DNA
由来の耐熱性のロイシン脱水素酵素の遺伝子を有
するプラスミドで形質転換された耐熱性のロイシ
ン脱水素酵素生産能を有するエシエリチア・コリ
(Escherichia coli)。
1 Chromosomal DNA of Bacillus stearothermophilus
Escherichia coli, which has the ability to produce heat-stable leucine dehydrogenase, was transformed with a plasmid containing the heat-stable leucine dehydrogenase gene derived from Escherichia coli.
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