JPH0544278B2 - - Google Patents

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JPH0544278B2
JPH0544278B2 JP29573987A JP29573987A JPH0544278B2 JP H0544278 B2 JPH0544278 B2 JP H0544278B2 JP 29573987 A JP29573987 A JP 29573987A JP 29573987 A JP29573987 A JP 29573987A JP H0544278 B2 JPH0544278 B2 JP H0544278B2
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JP
Japan
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gene
dna
glucose isomerase
enzyme
vector
Prior art date
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JP29573987A
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Japanese (ja)
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JPH01137979A (en
Inventor
Chikafusa Fukazawa
Keiji Kainuma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO
NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO KENKYUSHOCHO
Original Assignee
NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO
NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO KENKYUSHOCHO
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Publication date
Application filed by NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO, NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO KENKYUSHOCHO filed Critical NORINSUISANSHO SHOKUHIN SOGO
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Priority to SE8800331A priority patent/SE500307C2/en
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Publication of JPH0544278B2 publication Critical patent/JPH0544278B2/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
    • C12N9/90Isomerases (5.)
    • C12N9/92Glucose isomerase (5.3.1.5; 5.3.1.9; 5.3.1.18)

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Genetics & Genomics (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] グルコースイソメラーゼ(キシロースイソメラ
ーゼとも称する。)は、アルドースであるブドウ
糖をケトースである果糖に異性化する酵素であ
る。異性化すると甘味度は1.5倍程増加する。現
在当該酵素を固定化して、連続的に異性化する方
法により異性化糖の総生産量は90万トン(年間)
以上に達している。 本発明は、この酵素をコードする、いわゆる構
造遺伝子とその発現を制御する、いわゆる制御遺
伝子領域を含むDNAを持つ新規な組換え体及び
その遺伝子を発現する新規な微生物に関するもの
である。 [従来の技術とその問題点] 放線菌由来のグルコースイソメラーゼは、現在
異性化糖生産に利用されている。しかしながら、
本発明に至るまでは、その構造は解明されておら
ず、酵素活性と機能の関係は全く解明されていな
い。 [問題点を解決するための手段] 本発明者は、放線菌(Streptomyces sp.,た
とえばS. griseofuscusS−41)由来のグルコース
イソメラーゼをコードする遺伝子(制御遺伝子お
よび構造遺伝子を含む)の単離並びに構造の解明
に成功した。この事により、本来当該酵素遺伝子
を持たない放線菌にグルコースイソメラーゼを生
産させる事が出来るようになつた。また、制御遺
伝子領域を対応する宿主で発現可能な制御遺伝子
と置き換えることにより、他の微生物で当該酵素
を発現出来る。これらの事は、酵素機能と構造の
関係を解明するための系を提供することを意味す
るものであり、タンパク質工学的手法を用いて酵
素機能の変換をもたらす可能性を提供するもので
ある。 本発明はグルコースイソメラーゼに対応し、ス
トレプトミセス・グリセオフスカス
Streptomyces griseofuscus)S−41の染色体
上に存在し、制限酵素Bam H1で切り出される
5.7kb断片画分に含まれる遺伝子、グルコースイ
ソメラーゼに対応し、上記放線菌の染色体の
5.7kb−Bam H1断片画分にプロモーター領域と
完全な当該酵素の翻訳領域並びに当該酵素遺伝子
とポリシストロニツクに発現するキシルロキナー
ゼ遺伝子の一部を含むDNAを持つ組換え体及び
グルコースイソメラーゼに対応し、上記放線菌か
ら得られ、シヨ糖密度勾配遠心法によりBam
H1完全消化5.7kb−DNA断片画分に得られ、制
限酵素Sph1により切り出されるDNA断片上に、
プロモーター領域を含む当該酵素構造遺伝子の大
部分を含むDNAが組み込まれているベクターを
有する微生物に関する。 本発明の遺伝子は第1図に示した塩基配列を有
し、393個のアミノ酸とイニシエーターメチオニ
ンをコードし、リーダー配列をコードしない構造
遺伝子とその5′−上流域の制御遺伝子からなる。 さらに詳しくは、本発明はグルコースイソメラ
ーゼに対応し、ストレプトミセス・グリセオフス
カスS−41より得られ、核および核断片由来の
DNAで、グルコースイソメラーゼの一次構造ま
たはその部分構造に対応するオリゴヌクレオチド
などとサザンブロツトハイブリダイゼーシヨン法
により特定される領域を含み、同時にプロモータ
ー領域およびイニシエーター,ターミネーターを
も含む核由来遺伝子断片、該遺伝子を有する組換
え体および該遺伝子を発現する微生物に関するも
のである。 本発明に係る核由来遺伝子断片は、グルコース
イソメラーゼ活性を有する放線菌細胞から抽出・
分離し、遺伝子工学的手法により増幅させること
により製造できる。 ストレプトミセス・グリセオフスカスS−41か
らグルコースイソメラーゼに対応する核遺伝子断
片を分離するには、高分子DNAを抽出すること
が望ましい。当該放線菌のステージは問わない
が、対数増殖後期が望ましい。 ストレプトミセス・グリセオフスカスS−41か
ら高分子の核DNAの抽出法としては、例えば
MurrayとThompsonにより報告された方法
[Nucleic Acids Res.,8,4321(1980)]などが
ある。調製した当該放線菌高分子DNAからのグ
ルコースイソメラーゼ遺伝子を含むDNA断片の
同定のためには、適切な制限酵素などで切断した
DNA断片をリガーゼを用いて適当なベクターに
結合させ、これらを用いて形質転換した細胞中か
ら、グルコースイソメラーゼの部分アミノ酸配列
決定に基いて合成したオリゴヌクレオチドをプロ
ーブとするコロニーハイブリダイゼーシヨン法に
より選別すればよい。用いるベクターは大腸菌を
宿主とした場合では、pUC系やλフアージ系が
利用し易い。しかし、最も効率的に当該遺伝子を
調製する方法は実施例に示す如く、当該放線菌高
分子DNAをBam H1で完全消化後、中性遮糖密
度勾配遠心法により鎖長5.7kb程度のDNA断片画
分を分取し、リガーゼによりpUCベクターの
Bam H1部位に結合せしめた後、大腸菌にトラ
ンスフオームしDNAライブラリーを作製するも
のである。このライブラリーからのグルコースイ
ソメラーゼ遺伝子の検索は、上記オリゴヌクレオ
チドを32Pで標識してプローブとすることにより
行なうことができる。 かくして得られたトランスフオーマントを大量
培養して得られた菌体より常法、例えばアルカリ
−SDS法によりプラスミドを抽出、分離し、さら
にセシウムクロライド密度勾配超遠心法、ゲル濾
過法、アガロースゲル電気泳動法等によりグルコ
ースイソメラーゼに対応する核由来遺伝子断片を
得ることができる。 上記の如くして得られた核由来遺伝子が目的と
するものであることを確認するためには、得られ
た核由来遺伝子断片をグルコースイソメラーゼの
アミノ酸配列を部分的に決定し、それに基いて合
成したオリゴヌクレオチドをプローブとしたサザ
ンブロツトハイブリダイゼイシヨンさせればよ
い。 かくして得られたグルコースイソメラーゼ核遺
伝子の最も大きな利用法は、これらの核遺伝子を
微生物、植物および動物のベクター等に組込んで
微生物、植物および動物でグルコースイソメラー
ゼまたはこの改良酵素を生産することを可能なら
しめることにある。ここで微生物としてはエシエ
リヒア・コリなどの原核生物やサツカロミセス・
セレビシエなどの真核生物がある。 さらに、別の利用法はグルコースイソメラーゼ
のプロモーター領域を改良することにより放線菌
における高発現ベクターを作成出来ることにあ
る。 グルコースイソメラーゼ核遺伝子のベクターへ
の組み込みは通常、試験管内で次のよに行なうこ
とができる。 グルコースイソメラーゼ核遺伝子のDNA両端
を必要によりエキソヌクレアーゼで処理し、それ
ぞれに必要なDNAを接続し、あるいはアニーリ
ング可能な組合せの塩基を複数個重合せしめる。
しかる後、これを目的とするベクターに組込む。
組込む方法は、ベクターを適当な制限酵素で切断
し、必要により適当なリンカーまたはアニーリン
グ可能な組合せの塩基を複数個重合せしめる。こ
のように加工した二重鎖DNAとベクターDNAを
混合し、リガーゼを用いて接続せしめる。 得られた組換えDNAは、ベクターの宿主であ
る微生物、植物細胞および動物細胞に導入する。 ここで用い得る宿主としては各種のものがあ
り、例えばエシエリヒア・コリ等のエシエリヒア
属、バチルス・ズブチリス等のバチルス属等の細
菌、サツカロミセス・セレビシエ等のサツカロミ
セス属等の酵母、タバコ、ペチユニア等のナス科
植物細胞等、BalbIC3T3等の動物培養細胞が好
適である。これら宿主に使用されるベクターを以
下に例示する。 EK系プラスミドベクター(ストリンジエンド
型)のpSC101,pRK353,pRK646,pRK248,
pDF41等、EK系プラスミドベクター(リラツク
スド型)のCalE1,pVH51,pAC105,RsF2124,
pCR1,pMB9,BR313,pBR322,pBR324,
pBR325,pBR327,pBR328,pKY2289,
pKY2700,pKN80,pKC7,pKB158,
pMK2004,pACYC1,pACYC184,λdu1等、
λgt系フアージベクターのλgt・λc,λgt・λB,
λWES・λB′,λZJvir・λB′,λALO・λB,
λWES・Ts622,λDam等、シヤロンベクターの
シヤロン4A,シヤロン3A,シヤロン16A,シヤ
ロン13A,シヤロン14A,シヤロン15A,シヤロ
ン8,シヤロン10,シヤロン17,シヤロン20等、
チオライス(Tiollais)グループベクターの
L512,λZEQS,λZYV5φ,λZUV φ2,λZUV
φ3,λYEQSφ1,λYEQSφ,λYEQSφ3,
λBam,λSst等、枯草菌のプラスミドベクター
pTA1015,pLS15,pTA1020,pLS28,pLS13,
pTA1050,pTA1060,pTA1030,pTA1031等、
スタフイロコツカス由来のプラスミドベクター
pT127,pC194,pC221,pC223,pUB112,
pUB110,pSA0501,pSA2100,pE194,pTP4,
pTP5等、酵母ベクターとしてpJDB219,
YEp13,YRp7,YIp1,pYC,pTC2、植物ベク
ターとしてTiプラスミド由来の各種ベクターや
カリフラワーモザイクウイルス由来の各種ベクタ
ー類(バイナリー型ベクターをも含む)、動物ベ
クターとしてSV40由来のpSVK+,pI−11β-
pSVHio+K+,pβ2X,pSXβ+などある。ただ
し、Tiプラスミド由来の植物ベクターの場合は、
得られた組換えDNAを一旦アグロバクテリウ
ム・ツメフアシエンスT37等に導入し、本組換え
微生物を植物細胞にco−cultureすることなどに
より感染させることによつて宿主植物に組換え
DNAを導入することができる。 本組換えDNA産物として得られたグルコース
イソメラーゼが天然型のそれと構造的に同じであ
ることは、産物の免疫沈降またはイミユノブロツ
トなどの手法によつて確認することができる。 [実施例] 次に、本発明を実施例により詳く説明する。 実施例 1 放線菌(Streptomyces griseofuscusS−41)
を常法に従つて対数増殖後期まで培養後、冷却遠
心し、その湿重量(52.8gr)を直ちに液体窒素で
凍結した。これに15%蔗糖,20mM EDTA,
30mM Tris−HCl(PH8.0),0.7%SDSを加えて磨
砕し、次いで50℃で30分間保温した後、Murray
とThompsonの方法[Nucleic Acids Res.8,
4321(1980)]に従つて核DNAを抽出した。この
DNAは分子量が25kb以上でアガロースゲル電気
泳動上では単一バンドとなり分解は認められなか
つた。この高分子DNAの500μgをBam H1で完
全消化し、常法に従つてフエノール処理後エタノ
ール沈澱させた。次いで、10%〜40%の中性蔗糖
密度勾配上に重層し、26000rpmで26時間遠心し
た。800μづ分画し、その一部をアガロースゲ
ル(0.4%)電気泳動することにより、各画分に
含まれるDNA鎖長を調べた。その結果、フラク
シヨン31の平均DNA鎖長が5.8kbであり、8.25μg
のDNA量であつた。このDNA画分を約1μgと
り、Bam H1完全消化pUC13の1μgとリガーゼ処
理を行なつた。反応はT4DNAリガーゼ(20U)
を用い4℃で14時間行なつた。次いで、大腸菌
NM522に常法に従つてトランスフオームし、得
られた形質転換様を培養して約2000個のコロニー
を得た。 一方、グルコースイソメラーゼを放線菌から精
製し、そのN−末端領域のアミノ酸配列を解析し
たとこ、S−F−Q−P−T−P−E−D−K−
F−T−F−G−L−W−T−V−Q−Wという
結果を得ので、縮重の少ない領域についてオリゴ
ヌクレオチドを合成した。すなわち、5 ′GTA GAAT CTTA GTCT CTCIGGIGTIGG3′(I=
deoxyinosine) 上記23merをプローブとしてコロニーハイブリ
ダイゼーシヨンを行なつたとこ、9個の陽性コロ
ニーを得た。いずれのクローンの挿入DNAも同
じ5.7kbであつたので、その内の1つpGI−32を
用いて以下の研究を行なつた。制限酵素によるマ
ツピングとサザーンブロツトハイブリダイゼーシ
ヨンの結果からグルコースイソメラーゼ遺伝子の
大部分はSph1で切り出される2.7kb上にあるこ
とが判明した。従つて、構造解析と放線菌以外で
のグルコースイソメラーゼ遺伝子の発現を容易に
するため、ベクターとしてpUC119(及び
pUC118)を用い、Steven Henikoffの方法
[Gene,28,351(1984)]及びYanisch−Perron
らの方法[Gene,33,103(1985)]に基いてpGI
−32由来のpU−GI−32およびpUS−GI−65(Spt
1による2.7kbをpUC119に挿入したクローン)の
挿入部位を種々の程度に欠損するプラスミドを作
製し、大腸菌でクローニングした。こらの一連の
欠損プラスミドを用いてSanger法によりグルコ
ースイソメラーゼ遺伝子の完全構造を明らかにし
た(第1図参照)。その結果、放線菌
(Streptomyces)のグルコースイソメラーゼは、
393個のアミノ酸からなる分子量43643のタンパク
質であることが明らかとなつた。イニシエーター
メチオニンの後にリーダー配列がないめ、この酵
素は分泌性でないことが前駆体タンパク質の構造
からも明らかとなつた。 実施例 2 異種微生物に放線菌グルコースイソメラーゼを
発現させるめに、前記実施例1で作製したpU−
GI−32の一連のデレーシヨンプラスミドを
Steven Henikoffの方法[Gene,28,351
(1984)]及びYanisch−Perronらの方法[Gene,
33,103(1985)]に基いて作製した。勿論、デレ
ーシヨンプラスミドの作製方法はBal31を用いる
方法など他の方法もあり、適切であればよい。こ
こでは遺伝子の5′−フランキング領域を約2kb程
欠損させることを目的とした。その結果、デレー
シヨン変異株の1つでプラスミドpU−GI−32−
68をもつクローンを獲得した。このプラスミドは
第1図に示しグルコースイソメラーゼ遺伝子のイ
ニシエーターメチオニンに続くグルタミンコドン
の第1文字までを欠損していた(〓参照)。そこ
で、このプラスミド5′末端に合成二重鎖オリゴヌ
クレオチド,5′−d[CAGCCATGGGGTTCC]
をリガーゼにより結合した。これをNcolにより
切断後、大腸菌発現ベクターpKK233−2のNcol
部位に結合し、3′−末端をfill−inした後、リガー
ゼで環状にした。この発現ベクターをIacIQ株で
ある大腸菌NM522にトランスフオームした。こ
の発現プラスミドはIPTG添加により菌体内にグ
ルコースイソメラーゼを生産することを菌体破砕
上清のイミユノブロツトおよび活性測定により確
認した。本菌は微生物工業技術研究所に寄託され
ており、その寄託番号はFERM P−9717であ
る。 [発明の効果] 本発明によりストレプトミセス・グリセオフス
カスS−41由来のグルコースイソメラーゼをコー
ドする遺伝子と該遺伝子を有する組換え体並びに
その遺伝子を発現する新規な微生物が提供され
る。このグルコースイソメラーゼの活性と構造の
関係をタンパク質工学的手法を駆使することによ
り明らかにすることが出来るようになり、より優
れた該酵素の創造につながると共に、グルコース
イソメラーゼの生産効率を上げることにも大きく
寄与すること出来る。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] Glucose isomerase (also referred to as xylose isomerase) is an enzyme that isomerizes glucose, which is an aldose, to fructose, which is a ketose. Isomerization increases sweetness by about 1.5 times. Currently, the total production of isomerized sugar is 900,000 tons (per year) by immobilizing the enzyme and continuously isomerizing it.
The above has been reached. The present invention relates to a novel recombinant that has DNA containing a so-called structural gene encoding this enzyme and a so-called regulatory gene region that controls its expression, and a new microorganism that expresses the gene. [Prior art and its problems] Glucose isomerase derived from actinomycetes is currently used for the production of high-fructose sugar. however,
Until the present invention, its structure had not been elucidated, and the relationship between enzyme activity and function had not been elucidated at all. [Means for Solving the Problems] The present inventor has developed a gene (regulatory gene and structural gene) encoding glucose isomerase derived from Streptomyces sp., for example, S. griseofuscus S-41. ) and elucidated its structure. This has made it possible to produce glucose isomerase in actinomycetes, which originally do not have the enzyme gene. Furthermore, by replacing the regulatory gene region with a regulatory gene that can be expressed in the corresponding host, the enzyme can be expressed in other microorganisms. These are meant to provide a system for elucidating the relationship between enzyme function and structure, and offer the possibility of transforming enzyme function using protein engineering techniques. The present invention corresponds to glucose isomerase, which exists on the chromosome of Streptomyces griseofuscus S-41 and is excised with the restriction enzyme Bam H1.
The gene contained in the 5.7kb fragment fraction corresponds to glucose isomerase, and it corresponds to the chromosome of the actinomycete mentioned above.
Compatible with recombinant and glucose isomerase having DNA in the 5.7kb-Bam H1 fragment fraction that includes the promoter region, the complete translation region of the enzyme, the enzyme gene and a part of the xylulokinase gene expressed in polycistronic enzymes. Bam was obtained from the above-mentioned actinomycetes by sucrose density gradient centrifugation.
On the DNA fragment obtained from the H1 complete digestion 5.7kb-DNA fragment fraction and cut out with the restriction enzyme Sph 1,
It relates to a microorganism having a vector into which DNA containing most of the enzyme structural gene including the promoter region has been integrated. The gene of the present invention has the base sequence shown in FIG. 1, and consists of a structural gene that encodes 393 amino acids and an initiator methionine, and does not encode a leader sequence, and a regulatory gene in its 5'-upstream region. More specifically, the present invention deals with glucose isomerase, which is obtained from Streptomyces griseofuscus S-41 and is derived from the nucleus and nuclear fragments.
A nuclear-derived gene fragment of DNA that contains a region identified by Southern blot hybridization with an oligonucleotide corresponding to the primary structure or partial structure of glucose isomerase, and also contains a promoter region, initiator, and terminator. , relates to a recombinant having the gene and a microorganism expressing the gene. The nuclear gene fragment according to the present invention is extracted from actinomycete cells having glucose isomerase activity.
It can be produced by separating and amplifying it using genetic engineering techniques. In order to isolate the nuclear gene fragment corresponding to glucose isomerase from Streptomyces griseophuscus S-41, it is desirable to extract high-molecular DNA. The stage of the actinomycete is not critical, but late logarithmic growth is preferable. Examples of methods for extracting high-molecular nuclear DNA from Streptomyces griseophuscus S-41 include:
Examples include the method reported by Murray and Thompson [Nucleic Acids Res., 8, 4321 (1980)]. In order to identify the DNA fragment containing the glucose isomerase gene from the prepared actinomycete polymer DNA, it was necessary to cut it with an appropriate restriction enzyme etc.
DNA fragments are ligated to appropriate vectors using ligase, and cells transformed with these are transformed by colony hybridization using oligonucleotides synthesized based on partial amino acid sequencing of glucose isomerase as probes. All you have to do is select. When using E. coli as a host, pUC and lambda phage vectors are easily used. However, the most efficient method for preparing the gene is as shown in the example, after complete digestion of the actinomycete polymeric DNA with Bam H1, DNA fragments with a chain length of approximately 5.7 kb are obtained by neutral sugar-blocked density gradient centrifugation. Collect the fractions and cleave the pUC vector using ligase.
After binding to the Bam H1 site, it is transformed into E. coli to create a DNA library. Search for glucose isomerase genes from this library can be performed by labeling the above oligonucleotide with 32 P and using it as a probe. Plasmids are extracted and separated from the bacterial cells obtained by mass culturing the thus obtained transformants by a conventional method, such as the alkaline-SDS method, and further subjected to cesium chloride density gradient ultracentrifugation, gel filtration, and agarose gel electrolysis. A nuclear gene fragment corresponding to glucose isomerase can be obtained by electrophoresis or the like. In order to confirm that the nuclear gene obtained as described above is the desired one, it is necessary to partially determine the amino acid sequence of glucose isomerase of the obtained nuclear gene fragment, and synthesize it based on the partial determination of the amino acid sequence of glucose isomerase. Southern blot hybridization may be performed using the obtained oligonucleotide as a probe. The greatest use of the glucose isomerase nuclear genes obtained in this way is to incorporate these nuclear genes into vectors of microorganisms, plants, and animals to produce glucose isomerase or this improved enzyme in microorganisms, plants, and animals. It's about getting used to it. Microorganisms include prokaryotes such as Escherichia coli and Satucharomyces.
There are eukaryotic organisms such as S. cerevisiae. Furthermore, another use is that by improving the promoter region of glucose isomerase, a vector for high expression in actinomycetes can be created. Integration of the glucose isomerase nuclear gene into a vector can usually be carried out in vitro as follows. Both ends of the DNA of the glucose isomerase nuclear gene are treated with exonuclease if necessary, and necessary DNA is connected to each end, or a plurality of bases in combinations that can be annealed are polymerized.
Thereafter, this is incorporated into the target vector.
The integration method involves cleaving the vector with an appropriate restriction enzyme and, if necessary, polymerizing an appropriate linker or a plurality of annealing-enabled combinations of bases. The double-stranded DNA processed in this way and vector DNA are mixed and connected using ligase. The obtained recombinant DNA is introduced into vector hosts such as microorganisms, plant cells, and animal cells. There are various hosts that can be used here, including bacteria of the genus Escherichia such as Escherichia coli, bacteria of the genus Bacillus such as Bacillus subtilis, yeasts of the genus Satucharomyces such as Satucharomyces cerevisiae, tobacco, and eggplants such as Petiunia. Animal cultured cells such as BalbIC3T3 and the like are suitable. Vectors used for these hosts are illustrated below. EK-based plasmid vectors (stringy end type) pSC101, pRK353, pRK646, pRK248,
pDF41, etc., EK-based plasmid vectors (relaxed type) CalE1, pVH51, pAC105, RsF2124,
pCR1, pMB9, BR313, pBR322, pBR324,
pBR325, pBR327, pBR328, pKY2289,
pKY2700, pKN80, pKC7, pKB158,
pMK2004, pACYC1, pACYC184, λdu1, etc.
λgt・λc, λgt・λB of λgt-based phage vectors,
λWES・λB′, λZJvir・λB′, λALO・λB,
λWES・Ts622, λDam, etc., Syaron Vector's Syaron 4A, Syaron 3A, Syaron 16A, Syaron 13A, Syaron 14A, Syaron 15A, Syaron 8, Syaron 10, Syaron 17, Syaron 20, etc.
Tiollais group vector
L512, λZEQS, λZYV5φ, λZUV φ2, λZUV
φ3, λYEQSφ1, λYEQSφ, λYEQSφ3,
Bacillus subtilis plasmid vectors such as λBam and λSst
pTA1015, pLS15, pTA1020, pLS28, pLS13,
pTA1050, pTA1060, pTA1030, pTA1031, etc.
Plasmid vector derived from Staphylococcus
pT127, pC194, pC221, pC223, pUB112,
pUB110, pSA0501, pSA2100, pE194, pTP4,
pTP5 etc., pJDB219 as yeast vector,
YEp13, YRp7, YIp1, pYC, pTC2, various vectors derived from Ti plasmids and various vectors derived from cauliflower mosaic virus (including binary vectors) as plant vectors, pSVK + derived from SV 40 , pI-11β as animal vectors - ,
There are pSVH io +K + , pβ2X, pSXβ+, etc. However, in the case of Ti plasmid-derived plant vectors,
The obtained recombinant DNA is once introduced into Agrobacterium tumefaciens T37, etc., and the recombinant microorganism is co-cultured into plant cells to infect the host plant.
DNA can be introduced. That the glucose isomerase obtained as the recombinant DNA product is structurally the same as that of the natural type can be confirmed by techniques such as immunoprecipitation or immunoblotting of the product. [Example] Next, the present invention will be explained in detail with reference to Examples. Example 1 Streptomyces griseofuscus S-41
was cultured until late logarithmic growth according to a conventional method, centrifuged under cooling, and its wet weight (52.8 gr) was immediately frozen in liquid nitrogen. Add 15% sucrose, 20mM EDTA,
After adding 30mM Tris-HCl (PH8.0) and 0.7% SDS, and then incubating at 50℃ for 30 minutes, Murray
and Thompson's method [Nucleic Acids Res.8,
4321 (1980)]. this
The DNA had a molecular weight of 25 kb or more and showed a single band on agarose gel electrophoresis, with no degradation observed. 500 μg of this high-molecular DNA was completely digested with Bam H1, treated with phenol, and then precipitated with ethanol according to a conventional method. Then, it was layered on a 10% to 40% neutral sucrose density gradient and centrifuged at 26,000 rpm for 26 hours. The DNA chain length contained in each fraction was examined by fractionating 800 μm and subjecting a portion to agarose gel (0.4%) electrophoresis. As a result, the average DNA chain length of fraction 31 was 5.8 kb, and 8.25 μg
The amount of DNA was Approximately 1 μg of this DNA fraction was taken and treated with 1 μg of Bam H1 completely digested pUC13 and ligase treatment. Reaction is T4 DNA ligase (20U)
The test was carried out at 4°C for 14 hours. Next, E. coli
It was transformed into NM522 according to a conventional method, and the resulting transformed product was cultured to obtain about 2000 colonies. On the other hand, when glucose isomerase was purified from actinomycetes and the amino acid sequence of its N-terminal region was analyzed, S-F-Q-P-T-P-E-D-K-
Since the result was F-T-F-G-L-W-T-V-Q-W, oligonucleotides were synthesized for the less degenerate region. That is, 5'GTA GAAT CTTA GTCT CTCIGGIGTIGG 3 ' (I=
When colony hybridization was performed using the above 23mer as a probe, nine positive colonies were obtained. Since the inserted DNA of all clones was the same, 5.7 kb, one of them, pGI-32, was used for the following research. From the results of restriction enzyme mapping and Southern blot hybridization, it was found that most of the glucose isomerase gene was located on the 2.7 kb region excised by Sph1 . Therefore, to facilitate structural analysis and expression of the glucose isomerase gene in organisms other than actinomycetes, we used pUC119 (and
pUC118) using Steven Henikoff's method [Gene, 28 , 351 (1984)] and Yanisch-Perron
[Gene, 33 , 103 (1985)]
pU−GI−32 and pUS−GI−65 derived from −32 ( Spt
Plasmids in which the insertion site of the 2.7 kb clone according to No. 1 was inserted into pUC119) were deleted to various degrees were prepared and cloned in E. coli. Using a series of these defective plasmids, we revealed the complete structure of the glucose isomerase gene by the Sanger method (see Figure 1). As a result, Streptomyces glucose isomerase
It was revealed that it is a protein with a molecular weight of 43,643 consisting of 393 amino acids. The structure of the precursor protein revealed that the enzyme is not secreted because it lacks a leader sequence after the initiator methionine. Example 2 In order to express actinomycete glucose isomerase in a heterologous microorganism, pU-
A series of deletion plasmids of GI-32
Steven Henikoff's method [Gene, 28 , 351
(1984)] and the method of Yanisch-Perron et al. [Gene,
33, 103 (1985)]. Of course, there are other methods for producing deletion plasmids, such as a method using Bal31, as long as they are appropriate. Here, we aimed to delete about 2 kb of the 5'-flanking region of the gene. As a result, one of the deletion mutants showed that the plasmid pU-GI-32-
A clone with 68 was obtained. This plasmid was deleted up to the first letter of the glutamine codon following the initiator methionine of the glucose isomerase gene as shown in Figure 1 (see –). Therefore, a synthetic double-stranded oligonucleotide, 5'-d [CAGCCATGGGGTTCC], was added to the 5' end of this plasmid.
were ligated using ligase. After cutting this with Ncol, Ncol of E. coli expression vector pKK233-2
After binding to the site and filling-in the 3'-end, it was circularized with ligase. This expression vector was transformed into Escherichia coli NM522, an IacI Q strain. It was confirmed that this expression plasmid produced glucose isomerase within the bacterial cells upon addition of IPTG by immunoblotting of the disrupted bacterial cell supernatant and activity measurement. This bacterium has been deposited with the National Institute of Microbial Technology, and its deposit number is FERM P-9717. [Effects of the Invention] The present invention provides a gene encoding glucose isomerase derived from Streptomyces griseofuscus S-41, a recombinant having the gene, and a novel microorganism expressing the gene. It has become possible to clarify the relationship between the activity and structure of glucose isomerase by making full use of protein engineering techniques, which will lead to the creation of a better enzyme and will also help increase the production efficiency of glucose isomerase. You can make a big contribution.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はグルコースイソメラーゼ遺伝子の塩基
配列を示す。
FIG. 1 shows the base sequence of the glucose isomerase gene.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 グルコースイソメラーゼに対応し、ストレプ
トミセス・グリセオフスカスS−41の染色体上に
存在し、制限酵素BamH1で切り出される5.7kb
断片画分に含まれる遺伝子。 2 遺伝子が、第1図に示した塩基配列を有する
ものである特許請求の範囲第1項記載の遺伝子。 3 グルコースイソメラーゼに対応し、ストレプ
トミセス・グリセオフスカスS−41の染色体の
5.7kb−BamH1断片画分にプロモーター領域と
完全な当該酵素の翻訳領域並びに当該酵素遺伝子
とポリシストロニツクに発現するキシルロキナー
ゼ遺伝子の一部を含むDNAを持つ組換え体。 4 DNAが、原核生物もしくは真核生物のベク
ターである特許請求の範囲第3項記載の組換え
体。 5 遺伝子、第1図に示した塩基配列を有するも
のである特許請求の範囲第3項記載の組換え体。 6 グルコースイソメラーゼに対応し、ストレプ
トミセス・グリセオフスカスS−41から得られ、
シヨ糖密度勾配遠心法によりBamH1完全消化
5.7kb−DNA断片画分に得られ、制限酵素Sphlに
より切り出されるDNA断片上に、プロモーター
領域を含む当該酵素構造遺伝子の大部分を含む
DNAが組み込まれているベクターを有する微生
物。 7 微生物が、エシエリヒア・コリ,バチルス・
ズブチリスまたはサツカロミセス・セレビシエで
ある特許請求の範囲第6項記載の微生物。
[Claims] 1. A 5.7 kb compound corresponding to glucose isomerase, present on the chromosome of Streptomyces griseofuscus S-41, and excised with the restriction enzyme BamH1.
Genes included in the fragment fraction. 2. The gene according to claim 1, wherein the gene has the base sequence shown in FIG. 3 Corresponding to glucose isomerase, the chromosome of Streptomyces griseophuscus S-41
A recombinant having DNA containing the promoter region, the complete translation region of the enzyme, the enzyme gene, and a part of the xylulokinase gene expressed in polycistronic cells in the 5.7 kb-BamH1 fragment fraction. 4. The recombinant according to claim 3, wherein the DNA is a prokaryotic or eukaryotic vector. 5. The recombinant according to claim 3, which has the gene and the base sequence shown in FIG. 6 Corresponding to glucose isomerase, obtained from Streptomyces griseofuscus S-41,
Complete digestion of BamH1 by sucrose density gradient centrifugation
The DNA fragment obtained in the 5.7kb-DNA fragment fraction and excised with the restriction enzyme Sphl contains most of the structural gene of the enzyme, including the promoter region.
A microorganism that has a vector into which DNA has been integrated. 7 Microorganisms such as Escherichia coli and Bacillus
7. The microorganism according to claim 6, which is S. subtilis or S. cerevisiae.
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