JPH0565157B2 - - Google Patents
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- JPH0565157B2 JPH0565157B2 JP17403788A JP17403788A JPH0565157B2 JP H0565157 B2 JPH0565157 B2 JP H0565157B2 JP 17403788 A JP17403788 A JP 17403788A JP 17403788 A JP17403788 A JP 17403788A JP H0565157 B2 JPH0565157 B2 JP H0565157B2
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、多糖体を構成しているグルコース
のα−1.6結合を加水分解する能力を有するプル
ラナーゼのうち耐熱性が良好であるもの(以下、
耐熱性プルラナーゼという)を製造する方法と、
かかる酵素遺伝子を含むプラスミド並びにそのプ
ラスミドを有する枯草菌にかかわるものである。
従来の技術及び本発明が解決しようとする課
題
プルラナーゼはプルランやでん粉中のα−1.6
結合を分解する酵素であるが、分岐オリゴ糖や多
糖類の構造決定に多用されている。
またプルラナーゼはでん粉より異性化糖を生産
する行程のうち、グルコースを生産する段階にお
いて、グルコアミラーゼとともに使用すれば、ブ
ドウ糖の収率が向上して有利である。この作用条
件は60℃〜65℃であるので耐熱性プルラナーゼと
はこの温度に耐える耐熱性をもつた酵素である。
従来この温度で耐熱性を示すプルラナーゼはほと
んどなく、バチルス ステアロサーモフイルス
TRS128株の場合は酵素は安定であるが生産量が
少い。このため濃縮して産業用酵素とすると付属
する酵素による副反応がいちぢるしく、実用的で
ない。
この発明ではかかる現状に鑑み、耐熱性プルラ
ナーゼの遺伝子を常温菌である枯草菌に遺伝子工
学的手法により組み込むことにより、純度の高い
耐熱性プルラナーゼを容易に調製できるようにし
たものである。
耐熱性プルラナーゼ又はその関連酵素の遺伝子
をクローン化した例としては、サーモアネロビウ
ム ブロツキー(Thermoanaerobium brockii)
のデブランチング エンザイム(debranching
enzyme)遺伝子の大腸菌と枯草菌中でのクロー
ン化(ジヤーナル オブ バクテリオロジー
(Journal of Bacteriology)第169巻、第4302〜
4307頁、1987年)とサーマス スペシーズ
(Thermus sp.)のプルラナーゼの大腸菌中での
クローン化(エフ イー エム エス マイクロ
バイオロジー レターズ(FEMS Microbiolgy
Letters)第49巻、第385388頁1988年)とが知ら
れているのみである。
一方、本発明の特色は安全性がもつとも高いと
考えられる枯草菌を宿主としており、更にB.
subtilisに菌学的に類似したB.
stearothermophilusより遺伝子を得た点である。
すなわち本発明によつて作成した酵素製剤はこれ
まで公知のものに比べて安全性が高く、食品加工
に使用できる点である。
課題解決のための手段及び作用
本発明の耐熱性プルラナーゼを生産するバチル
ス ステアロサーモフイルスTRS128は、本発明
者等により大阪市城東区の土壌より分離された好
熱菌であるが、次のような菌学的性質を有してい
る。
一、形態学的性質(肉汁寒天培地中)
1 細胞の形及び大きさ……(0.6〜0.8)×(1.5〜
3.0)μの桿菌。連鎖性なく莢膜は少い。加糖
肉汁寒天培地では肉汁寒天培地と同一の桿菌の
形態を示す。
2 運動性……あり。
3 胞子……(0.4〜0.5)×(0.5〜0.6)μの長円
形で末端付近に存在し膜壁はうすい。60℃・16
時間で形成するものが多い。胞子のうのふくら
みは認められる。
4 グラム染色性……陽性。
二、生育状態
1 肉汁寒天平板培養……生育良好。表面はやや
乾き白色に近い。
2 肉汁寒天斜面培養……拡布状となり表面の光
沢なし。
3 肉汁液体培養……生育良好。液は混濁する。
4 ゼラチン穿刺培養……ゼラチンを液化する。
5 食塩肉汁液内培養……7%の食塩水濃度では
生育しない。
6 グルコース・アスパラギン寒天培地……生育
不良。
7 グルコース・ナイトレイト寒天培地……僅か
に生育。
8 肉汁液体培養……PH6.8で生育、PH5.7で生育
せず。
三、生理学的性質
1 硝酸塩の還元……陽性。
2 でん粉の加水分解……陽性。
3 クエン酸の醗酵性……陽性。
4 カタラーゼの生成……陽性。
5 生育の範囲……トリプトン、酵母エキス、食
塩を含む培地で70℃まで生育。最適生育温度は
65℃。
6 糖の醗酵性……グルコース、ラクトース、し
よ糖から酸を形成。ただし、ガス発生を伴わな
い。
7 アセチルメチルカルビノールの生成……陽
性。
8 ゼラチンの分解……陽性。
以上の結果をバージエーのマニアル・オブ・シ
ステマテイツク・バクテリオロジー第2巻
(Bergey's Manual of Systematic
Bacteriology Vol.2(1986))と照合して、本菌は
バチルス ステアロサーモフイルス(Bacillus
stearothermophilus)と同定した。
つぎに本菌株の生産する酵素を詳細に説明す
る。
一 作用及び基質特異性
本酵素はプルランのα−1.6グルコシド結合を
切断して最終的にはマルトトリオースを生成す
る。
アミロペクチンやグリコーゲンに作用させても
ヨード呈色反応の増加は認められないが、β−ア
ミラーゼと併用するとマルトースの生産量が増加
する。
イソマルトース、パノース、イソマルトトリオ
ースには作用しない。
これらの結果から、プルラン並びに側鎖が短く
なつたアミロペクチンやグリコーゲンに作用し、
そのα−1.6グルコシド結合を切断するプルラナ
ーゼであると考えられる。
二 作用PH
PH4.5〜8.0(0.05M酢酸ナトリウム−酢酸緩衝液
(PH4〜6)又はリン酸2ナトリウム−リン酸1
カリウム緩衝液(PH6〜8))で0.5%プルラン中
で60℃・15分間反応させる。生成還元糖はDNS
法で測定。
三 作用最適PH
前記二の条件下でおよそPH5.5。
四 作用温度
0.1Mリン酸緩衝液(PH6.0)、0.5%プルラン中
で各種温度下15分間反応させたところ、75℃まで
反応した。
五 最適作用温度
前記四の条件下、65℃である。
六 熱安定性
0.2M酢酸緩衝液(PH6.0)中で各種温度で60分
間加熱し、残存活性を測定したところ6.5℃にお
いても90%以上の活性が残存していた。
七 PH安定性
ほぼPH6.0〜9.0で安定であり、酸性側よりアル
カリ側で比較的安定(各種緩衝液を用い60℃・60
分間放置後、PHを7.0に調製し、残存活性を測定
した)。
八 精製方法
培養上澄液を硫安分画(35〜55%飽和)した
後、沈でん物を少量の水に溶解。純水に対して透
析後、DEAE−セルロース、ゲル過、アフイニ
テイクロマトグラフイーにより、SDS−PAGEで
単一バンドを示す酵素を得た。
九 分子量
83000(SDS−PAGEによる)。
十 生産物
プルランからは最終的にはすべてマルトトリオ
ースが得られた。
十一 力価測定法
プルランを基質とする下記の方法・条件により
測定した。
1%プルラン(0.2M酢酸緩衝液PH5.6)0.25ml
に酵素液0.25mlを加え、60℃・15分間反応させ、
生ずる還元力の増加をDNS法により定量した。
上記反応で1分間当り1μmolのマルトトリオー
スに相当する還元力を生成する酵素量を1単位と
した。
以上の理化学的性質から、本酵素は従来知られ
ていない耐熱性を有する新規なプルラナーゼであ
ると考えられる。
本発明では、かかる耐熱性の高いプルラナーゼ
の遺伝子をバチルス ステアロサーモフイルス、
特にバチルス ステアロサーモフイルスTRS128
の染色体DNAを制限酵素Hindを用いて切断す
ることにより調製する。Hindを使用するのは、
酵素の分子量や生産蛋白質の細胞外への分泌に必
要なキヤリアー蛋白質に相当する遺伝情報などを
有効に保持した遺伝子の断片が得られるからであ
る。切断処理の方法は常法による。
切断した染色体DNA断片をシヨツトガン方式
でベクタープラスミドたとえばpTB522(ジヤー
ナル オブ ジエネラル マイクロバイオロジー
(Journal of General Microbiology)第131巻
第1757頁、(1985年))に組換え、枯草菌を宿主と
して複製維持できる組換えプラスミドを作成す
る。目的とするプラスミド中の耐熱プルラナーゼ
生産能をもつHindによるDNA断片は、分子量
約2.7MDaであり、各種の制限酵素に対する切断
個所及び切断により生じたDNA断片の分子量が
夫々
(a) バムエイチI(BamHI)で2ケ所、断片は
夫々0.40,0.85及び1.45MDa
(b) エコアールI(EcoRI)で2ケ所、断片は
夫々0.20,1.10及び1.40MDa
(c) ピーヴイユー(Pvu)で1カ所、断片は
夫々0.90,1.80MDa
である。さらに具体的には、該DNA断片を前記
のpTB522に組込み、本発明者等によつてpTP1
と命名された組換えプラスミドは、遺伝子工学的
な手法により、目的物質生産を可能とするための
所望性質(たとえばコピー数、薬剤耐性の種類、
各種制限酵素の切断箇所など)を有する。このプ
ラスミドpTP1の制限酵素地図は添付の第1図の
通りである。
本発明ではベクターとしてpTB522を使用した
が、市販のベクターであるpUB110,J.
Bact.1981Vol.146p1091に記載されている
pTB53,J.Bact.1982Vol.149p824に記載のある
pTB90と命名されたプラスミドなども同様に使
用できる。本発明に使用するプラスミドは
pTB522に限られるものではない。
本願の第2発明(特許請求の範囲の記載のも
のを第2発明、同に記載のものを第3発明とい
う。以下おなじ)は、前述の組換えプラスミドで
形質転換された新規の微生物である。この場合、
宿主枯草菌はプルラナーゼ生産能をもたない通常
の枯草菌であれば菌株の如何を問わず利用できる
が、望ましくは、アミラーゼ及び中性プロテアー
ゼ欠損株であるバチルス ズブチリスNA−1
(ジヤーナル オブ バクテリオロジー 第170
巻、第1554頁,1988年)を用いれば耐熱性プルラ
ナーゼの生産及び精製を著しく容易にする点で好
ましい。
なおB.subtilisNA−1は通常入手できるB.
subtilis Marburg株を起源として通常の変異処理
によりamylase,protease活性を消失せしめた菌
株である。amylaseの欠損はプルラナーゼを導入
したときの判定を容易にするためであり、又
proteaseは集積したpullulanaseの分解を防ぐ目
的である。B.subtilisNA−1株はamylase,
protease活性を示さない点を除いて、B.subtilis
Marburg株の菌学的性質を保有している。
第3発明は、第2発明の枯草菌を使用した耐熱
プルラナーゼの製造法に関するものである。即
ち、第2発明になる宿主菌を栄養培地に接種し、
PH6.5〜7.3,37℃で24〜72時間通気攪拌培養する
などの常法により、耐熱性プルラナーゼを生成蓄
積せしめる。更にこの培養物から耐熱性プルラナ
ーゼを硫安分画、沈でん、アルコール沈でん、膜
濃縮法などの常法に従つて回収・精製する。
実施例
実施例1 (組換えプラスミドの作成と枯草菌の
形質転換及びクローン株の選択)
まず、バチルス ステアロサーモフイルス
TRS128の染色体DNAを以下により調製する。
バチルス ステアロサーモフイルスTRS128を
100mlL培地を含む500ml容フラスコ中で一夜、60
℃で溶媒した。これを遠心集菌し、20mlのTE緩
衝液(10mMトリス、1mM・EDTA,PH8.5)で
洗浄し、3mlの15%しよ糖−50mMトリス(PH
8.5)−50M・EDTA−1mg/mlリゾチームに懸濁
し、氷中で30分間静置した。これに3mlの1%ザ
ルコシル−50mMトリス(PH8.5)−50mM・
EDTAを添加し、混合した。ついで5.4gCsClを
加え0.3mlのエチジウムブロマイド液(10mg/ml)
を加え、RP65Tローター(日立製作所製)で超
遠心場で分離した。超遠心終了後、DNA区分を
注射針で抜き取り、n−ブタノールで3回抽出を
繰り返してエチジウムブロマイドを除去した。こ
のDNA試料を10mMトリス(PH7.5)−0.1mM・
EDTA中で透析し4℃で保存した。
次いで以下の通りに制限酵素及びリガーゼで処
理して組換えプラスミドを調製する。即ち、一方
では枯草菌を宿主として複製維持できるベクター
プラスミドpTB522(テトラサイクリン耐性)を
常法により調製し、次いでバチルス ステアロサ
ーモフイルスTRS128の染色体DNA及びpTB522
を制限酵素Hindで切断する。その反応条件は
次の通りである。
(A) TRS128DNA 30μl
10×Hind緩衝液 10μl
牛血清アルブミン(5mg/ml) 2μl
水 56μl
Hind溶液 2μl
(B) pTB522 10μl
10×Hind緩衝液 10μl
牛血清アルブミン(5mg/ml) 2μl
水 76μl
Hind溶液 2μl
表中、10×Hind緩衝液とは、100mMトリス
(PH7.4),100mMMgCl2,500mMNaCl,10mM
ジチオスレイトールを含む。
上記溶液で37℃・1.5〜2時間反応させる。上
記で得られるA,B2種類のDNAを混合し、3M
酢酸カリウム溶液20μlを加え、その後エタノール
0.45mlを加えて遠心し、上澄みを除いた。沈でん
はエタノールで洗浄し、脱水・脱塩し、デシケー
ターで乾燥した。この乾燥物に2×リガーゼ緩衝
液(132mMトリス(PH7.6)−13.2mM・MgCl2)
100μl,100mMジチオストレイトール20μl,
5mM・ATP20μl、水60μlを加え混合した後、
DNAリガーゼ1μlを加え、8℃・16時間保ち、
DNA溶液とした。
第3段階としては、上述の組換えプラスミドを
枯草菌に導入してクローニングする段階である。
バチルス ズブチリスNA−1は、プルラナー
ゼ非生産性の通常の枯草菌をNTG変異処理等に
より得られるアミラーゼ・中性プロテアーゼ欠損
変異株の1つであるが、これをL培地で一夜培養
した後、その1mlを100ml容フラスコ内のTFI培
地20mlに植菌する。
これを37℃で培養し、対数増殖期を外れてから
一時間後、500ml容フラスコ内のTF培地36mlに
4mlを植菌し、1.5時間培養してコンピテント
セルを得る。
TFI,TF培地は夫々以下の通りである。[Detailed Description of the Invention] Industrial Application Field This invention relates to pullulanases with good heat resistance (hereinafter referred to as
a method for producing thermostable pullulanase);
The present invention relates to a plasmid containing such an enzyme gene and a Bacillus subtilis containing the plasmid. Prior art and problems to be solved by the present invention Pullulanase is α-1.6 in pullulan and starch.
It is an enzyme that breaks down bonds, and is often used to determine the structure of branched oligosaccharides and polysaccharides. Furthermore, if pullulanase is used together with glucoamylase in the step of producing glucose in the process of producing isomerized sugar from starch, it is advantageous to improve the yield of glucose. Since the operating conditions are 60°C to 65°C, thermostable pullulanase is an enzyme that has the thermostability to withstand this temperature.
Previously, there were few pullulanases that showed heat resistance at this temperature, and Bacillus stearothermophilus
In the case of strain TRS128, the enzyme is stable, but the production amount is low. For this reason, if it is concentrated to make an industrial enzyme, the side reactions caused by the attached enzymes will be troublesome, making it impractical. In view of the current situation, the present invention has made it possible to easily prepare heat-stable pullulanase with high purity by incorporating the gene for heat-stable pullulanase into Bacillus subtilis, which is a normal temperature bacterium, by genetic engineering techniques. An example of cloned genes for thermostable pullulanase or related enzymes is Thermoanaerobium brockii.
debranching enzyme (debranching)
Cloning of enzyme) genes in Escherichia coli and Bacillus subtilis (Journal of Bacteriology, Vol. 169, No. 4302-)
4307, 1987) and cloning of pullulanase of Thermus sp. in Escherichia coli (FEMS Microbiolgy Letters).
Letters, Volume 49, Page 385388, 1988). On the other hand, the feature of the present invention is that Bacillus subtilis, which is considered to be highly safe, is used as a host, and B.
B. subtilis is mycologically similar.
The gene was obtained from stearothermophilus.
That is, the enzyme preparation prepared according to the present invention is safer than those hitherto known, and can be used in food processing. Means and Action for Solving the Problems Bacillus stearothermophilus TRS128, which produces the thermostable pullulanase of the present invention, is a thermophilic bacterium isolated from soil in Joto Ward, Osaka City by the present inventors. It has unique mycological properties. 1. Morphological properties (in broth agar medium) 1 Cell shape and size...(0.6-0.8) x (1.5-
3.0) μ bacilli. There is no linkage and there are few capsules. The sweetened meat juice agar medium shows the same rod morphology as the meat juice agar medium. 2 Motility... Yes. 3. Spores: (0.4-0.5) x (0.5-0.6) μ oval shape, located near the end, and has a thin membrane wall. 60℃・16
Many things are formed over time. Swelling of the sporangium is observed. 4 Gram staining...Positive. 2. Growth status 1 Meat juice agar plate culture...good growth. The surface is slightly dry and almost white. 2 Meat juice agar slant culture...The result is a spread-like pattern with no glossy surface. 3 Meat juice liquid culture...good growth. The liquid becomes cloudy. 4 Gelatin puncture culture... liquefy gelatin. 5 Culture in saline broth...No growth in saline solution concentration of 7%. 6 Glucose-asparagine agar medium...poor growth. 7 Glucose nitrate agar medium...slight growth. 8 Meat juice liquid culture...Grows at PH6.8, does not grow at PH5.7. 3. Physiological properties 1 Nitrate reduction...Positive. 2 Starch hydrolysis...Positive. 3 Fermentability of citric acid...Positive. 4 Catalase production...Positive. 5 Growth range: Grows up to 70℃ in a medium containing tryptone, yeast extract, and salt. The optimal growth temperature is
65℃. 6 Fermentation of sugars...Acid is formed from glucose, lactose, and sucrose. However, it does not generate gas. 7 Production of acetylmethylcarbinol...Positive. 8 Decomposition of gelatin...Positive. The above results were summarized in Bergey's Manual of Systematic Bacteriology, Volume 2.
Bacteriology Vol. 2 (1986)), this bacterium is Bacillus stearothermophilus.
stearothermophilus). Next, the enzyme produced by this strain will be explained in detail. 1. Action and Substrate Specificity This enzyme cleaves the α-1.6 glucoside bond of pullulan and ultimately produces maltotriose. Although no increase in iodine color reaction is observed when acting on amylopectin or glycogen, maltose production increases when used in combination with β-amylase. It has no effect on isomaltose, panose, and isomaltotriose. From these results, it appears that pullulan acts on amylopectin and glycogen, which have shortened side chains, and
It is thought to be a pullulanase that cleaves the α-1.6 glucosidic bond. (ii) Action PH PH4.5-8.0 (0.05M sodium acetate-acetate buffer (PH4-6) or disodium phosphate-phosphate 1
React at 60°C for 15 minutes in 0.5% pullulan with potassium buffer (PH6-8). The reducing sugar produced is DNS
Measured by method. 3. Optimal pH for action: Approximately PH5.5 under the conditions of 2 above. 4. Temperature of action When reacted for 15 minutes at various temperatures in 0.1M phosphate buffer (PH6.0) and 0.5% pullulan, the reaction reached 75°C. (5) Optimum operating temperature: 65°C under the conditions of (4) above. 6. Thermal stability When the residual activity was measured by heating in 0.2M acetate buffer (PH6.0) at various temperatures for 60 minutes, more than 90% of the activity remained even at 6.5°C. 7. PH stability: Stable at approximately pH 6.0 to 9.0, relatively stable on the alkaline side than on the acidic side (at 60°C and 60°C using various buffer solutions)
After standing for a minute, the pH was adjusted to 7.0 and the residual activity was measured). 8. Purification method After ammonium sulfate fractionation (35-55% saturation) of the culture supernatant, dissolve the precipitate in a small amount of water. After dialysis against pure water, an enzyme showing a single band on SDS-PAGE was obtained by DEAE-cellulose, gel filtration, and affinity chromatography. 9. Molecular weight 83000 (according to SDS-PAGE). 10. Products Maltotriose was ultimately obtained from pullulan. 11. Potency measurement method The titer was measured using the following method and conditions using pullulan as a substrate. 1% pullulan (0.2M acetate buffer PH5.6) 0.25ml
Add 0.25ml of enzyme solution to and react at 60℃ for 15 minutes.
The resulting increase in reducing power was quantified by the DNS method. The amount of enzyme that produced a reducing power equivalent to 1 μmol of maltotriose per minute in the above reaction was defined as 1 unit. Based on the above physicochemical properties, this enzyme is considered to be a novel pullulanase with previously unknown heat resistance. In the present invention, the gene for such a highly thermostable pullulanase was extracted from Bacillus stearothermophilus.
Especially Bacillus stearothermophilus TRS128
It is prepared by cleaving the chromosomal DNA of using the restriction enzyme Hind. To use Hind,
This is because a gene fragment can be obtained that effectively retains the molecular weight of the enzyme and the genetic information corresponding to the carrier protein necessary for secreting the produced protein to the outside of the cell. The method of cutting is a conventional method. The cut chromosomal DNA fragments are converted into vector plasmids such as pTB522 (Journal of General Microbiology, Vol. 131) using the shotgun method.
1757, (1985)) to create a recombinant plasmid that can maintain replication using Bacillus subtilis as a host. The Hind DNA fragment in the target plasmid, which has the ability to produce heat-stable pullulanase, has a molecular weight of approximately 2.7 MDa, and the cleavage site for various restriction enzymes and the molecular weight of the DNA fragment produced by the cleavage are (a) BamHI I (BamHI ), 2 locations with fragments of 0.40, 0.85, and 1.45 MDa, respectively (b) EcoRI, 2 locations, with fragments of 0.20, 1.10, and 1.40 MDa, respectively (c) 1 location, Pvu, with fragments of 0.90 MDa each , 1.80MDa. More specifically, the DNA fragment was integrated into the above-mentioned pTB522, and the present inventors constructed pTP1.
The recombinant plasmid named
cleavage sites for various restriction enzymes, etc.). The restriction enzyme map of this plasmid pTP1 is shown in the attached Figure 1. In the present invention, pTB522 was used as a vector, but commercially available vectors pUB110, J.
Described in Bact.1981Vol.146p1091
Described in pTB53, J.Bact.1982Vol.149p824
A plasmid named pTB90 can also be used similarly. The plasmid used in the present invention is
It is not limited to pTB522. The second invention of the present application (the item described in the claims is referred to as the second invention, and the item described therein is referred to as the third invention. The same applies hereinafter) is a novel microorganism transformed with the above-mentioned recombinant plasmid. . in this case,
As the host Bacillus subtilis, any strain of normal Bacillus subtilis that does not have pullulanase-producing ability can be used, but preferably Bacillus subtilis NA-1, which is an amylase- and neutral protease-deficient strain.
(Journal of Bacteriology No. 170
Vol., p. 1554, 1988) is preferred because it greatly facilitates the production and purification of thermostable pullulanase. B.subtilisNA-1 is a commonly available B.subtilisNA-1.
This strain originates from the I. subtilis Marburg strain and has lost its amylase and protease activities through standard mutation treatment. The deletion of amylase was done to facilitate the determination when pullulanase was introduced.
The purpose of protease is to prevent the decomposition of accumulated pullulanase. B. subtilis NA-1 strain has amylase,
B. subtilis, except that it does not exhibit protease activity.
It retains the mycological properties of the Marburg strain. The third invention relates to a method for producing heat-resistant pullulanase using the Bacillus subtilis of the second invention. That is, inoculating the host bacteria of the second invention into a nutrient medium,
Thermostable pullulanase is produced and accumulated by a conventional method such as aeration and agitation culture at 37° C. for 24 to 72 hours at pH 6.5 to 7.3. Furthermore, thermostable pullulanase is recovered and purified from this culture using conventional methods such as ammonium sulfate fractionation, precipitation, alcohol precipitation, and membrane concentration. Examples Example 1 (Creation of recombinant plasmid, transformation of Bacillus subtilis, and selection of clone strains) First, Bacillus stearothermophilus
Chromosomal DNA of TRS128 is prepared as follows. Bacillus stearothermophilus TRS128
overnight in a 500 ml flask containing 100 ml L medium.
Solvent was carried out at °C. The bacteria were collected by centrifugation, washed with 20ml of TE buffer (10mM Tris, 1mM EDTA, PH8.5), and 3ml of 15% sucrose-50mM Tris (PH8.5).
8.5) It was suspended in -50M EDTA-1 mg/ml lysozyme and left standing on ice for 30 minutes. Add to this 3 ml of 1% Sarkosyl-50mM Tris (PH8.5)-50mM.
Added EDTA and mixed. Next, add 5.4g CsCl and add 0.3ml ethidium bromide solution (10mg/ml).
was added and separated in an ultracentrifugal field using a RP65T rotor (manufactured by Hitachi, Ltd.). After the ultracentrifugation, the DNA section was extracted with a syringe needle and extracted three times with n-butanol to remove ethidium bromide. This DNA sample was mixed with 10mM Tris (PH7.5) - 0.1mM
Dialyzed in EDTA and stored at 4°C. Then, a recombinant plasmid is prepared by treating with restriction enzymes and ligase as follows. That is, on the one hand, a vector plasmid pTB522 (tetracycline resistant) that can be replicated and maintained using Bacillus subtilis as a host was prepared by a conventional method, and then the chromosomal DNA of Bacillus stearothermophilus TRS128 and pTB522 were prepared by a conventional method.
is cut with the restriction enzyme Hind. The reaction conditions are as follows. (A) TRS128DNA 30 μl 10× Hind buffer 10 μl Bovine serum albumin (5 mg/ml) 2 μl Water 56 μl Hind solution 2 μl (B) pTB522 10 μl 10× Hind buffer 10 μl Bovine serum albumin (5 mg/ml) 2 μl Water 76 μl Hind solution 2 μl In the table, 10× Hind buffer means 100mM Tris (PH7.4), 100mMgCl 2 , 500mMNaCl, 10mM
Contains dithiothreitol. React with the above solution at 37°C for 1.5 to 2 hours. Mix the two types of DNA obtained above, A and B, and use 3M
Add 20 μl of potassium acetate solution, then ethanol
0.45 ml was added, centrifuged, and the supernatant was removed. The precipitate was washed with ethanol, dehydrated and desalted, and dried in a desiccator. Add 2x ligase buffer (132mM Tris (PH7.6) - 13.2mM MgCl 2 ) to this dried product.
100μl, 100mM dithiostreitol 20μl,
After adding and mixing 20μl of 5mM ATP and 60μl of water,
Add 1μl of DNA ligase and keep at 8℃ for 16 hours.
It was made into a DNA solution. The third step is the step of introducing the above-mentioned recombinant plasmid into Bacillus subtilis and cloning it. Bacillus subtilis NA-1 is one of the amylase/neutral protease-deficient mutant strains obtained by NTG mutation treatment of ordinary pullulanase-nonproducing Bacillus subtilis. Inoculate 1 ml into 20 ml of TFI medium in a 100 ml flask. This was cultured at 37°C, and one hour after the logarithmic growth phase had passed, 4 ml was inoculated into 36 ml of TF medium in a 500 ml flask, and cultured for 1.5 hours until it became competent.
Get a cell. The TFI and TF media are as follows.
【表】【table】
【表】【table】
【表】
このコンピテント セル1mlに前述により得ら
れたDNA溶液を混合し、37℃・30分間激しく振
盪培養後、遠心集菌し、L培地1mlを加えて37
℃・1.5時間振盪培養する。その培養液を100μlづ
つテトラサイクリン25μl/mlを含む寒天平板に塗
抹し、37℃1夜培養し、形質転換体を得た。
この形質転換体をPLL寒天平板(1%プルラ
ン、0.2%トリプトン、0.2%イーストエキス、0.2
%NaCl,1.5%寒天(PH7.3))にレプリカし、37
℃1夜培養後、平板上にエタノールを注ぎ、数時
間放置し、ハローを形成するコロニーを取得し
た。この耐熱性プルラナーゼのクローン株の保持
する組換えプラスミドをpTP1と命名した。
実施例2 (耐熱性プルラナーゼの製造)
実施例1により得られたpTP1を保持するバチ
ルス ズブチリスNA−1を3%可溶性でん粉を
含むL培地(25μg/mlテトラサイクリン含有)
にて37℃,24時間培養した。培養液を遠心分離し
て上澄を採り、60℃・15分間加熱処理をした。こ
の段階で耐熱性プルラナーゼ以外の蛋白質は殆ど
変性・沈でんし、非常に純度の高い耐熱性プルラ
ナーゼが容易に得られた。
本発明の効果
本発明では、安全性が高く、かつ酵素を菌体外
に分泌するシステムを持つ枯草菌を宿主として用
いたから、工業的観点から応用価値が高い。
一般に自然界よりスクリーニングした菌株は、
アミラーゼその他の糖質関連酵素に較べプルラナ
ーゼの生産量が低く、精製が困難である。また、
プルラナーゼのうちでも耐熱性の高いものは一層
その傾向が強い。本発明では、中温菌であり、か
つアミラーゼを生産しない枯草菌に耐熱性プルラ
ナーゼ遺伝子を組込みクローン化することによ
り、たとえば培養上澄を60℃・15分間加熱処理を
する程度のことで簡単に耐熱性プルラナーゼを精
製することを可能としたものである。因みに、耐
熱性プルラナーゼ遺伝子をクローン化できたこと
により遺伝子増幅効果やプロモーター活性の増強
等を利用して本酵素の大量生産化も可能ならしめ
ることとなる。[Table] Mix the DNA solution obtained above with 1 ml of these competent cells, culture with vigorous shaking at 37°C for 30 minutes, collect the cells by centrifugation, add 1 ml of L medium, and add 1 ml of L medium.
Incubate with shaking at ℃ for 1.5 hours. 100 μl of the culture solution was spread on agar plates containing 25 μl/ml of tetracycline and cultured overnight at 37° C. to obtain transformants. This transformant was plated on a PLL agar plate (1% pullulan, 0.2% tryptone, 0.2% yeast extract, 0.2%
% NaCl, 1.5% agar (PH7.3)), 37
After culturing overnight at °C, ethanol was poured onto the plate and left for several hours to obtain colonies forming a halo. The recombinant plasmid carried by this thermostable pullulanase clone was named pTP1. Example 2 (Production of thermostable pullulanase) Bacillus subtilis NA-1 retaining pTP1 obtained in Example 1 was placed in L medium containing 3% soluble starch (containing 25 μg/ml tetracycline)
The cells were cultured at 37°C for 24 hours. The culture solution was centrifuged, the supernatant was collected, and the supernatant was heated at 60°C for 15 minutes. At this stage, most of the proteins other than the heat-stable pullulanase were denatured and precipitated, and extremely pure heat-stable pullulanase was easily obtained. Effects of the Present Invention In the present invention, Bacillus subtilis, which is highly safe and has a system for secreting enzymes outside the bacterial body, is used as a host, so it has high application value from an industrial standpoint. Generally, bacterial strains screened from nature are
Compared to amylase and other carbohydrate-related enzymes, pullulanase is produced in lower amounts and is difficult to purify. Also,
Among pullulanases, those with high heat resistance exhibit this tendency even more strongly. In the present invention, Bacillus subtilis, which is a mesophilic bacterium and does not produce amylase, is cloned by incorporating a heat-resistant pullulanase gene, thereby making it easily heat-resistant by simply heating the culture supernatant at 60°C for 15 minutes. This method made it possible to purify commercial pullulanase. Incidentally, the cloning of the thermostable pullulanase gene has made it possible to mass-produce this enzyme by utilizing gene amplification effects, enhancement of promoter activity, etc.
第1図……ベクタープラスミドpTB522を用い
て調製した組換えプラスミドtTP1の制限酵素地
図、図中太線で示した2.7MDaのHind断片に相
当する部分は、バチルス ステアロサーモフイル
スTRS128染色体由来の耐熱性プルラナーゼ遺伝
子を含む部分である。ただし、円内の数字は分子
サイズをMDaで表わしたものである。
E……EcoRI,Pv……Pva,H……Hind,
B……BamI,Ps……PstI。
Figure 1: Restriction enzyme map of recombinant plasmid tTP1 prepared using vector plasmid pTB522. The portion corresponding to the 2.7 MDa Hind fragment indicated by the thick line in the figure is a thermostable enzyme derived from the Bacillus stearothermophilus TRS128 chromosome. This is the part that contains the pullulanase gene. However, the numbers inside the circles represent the molecular size in MDa. E...EcoRI, Pv...Pva, H...Hind,
B...BamI, Ps...PstI.
Claims (1)
(Bacillus stearothermophilus)の染色体DNA
を制限酵素ヒンド(Hind )により処理し
て得られる耐熱性プルラナーゼ生産能をもつ
DNA断片とヒンドで処理して得られたベクタ
ー断片とを結合させたことを特徴とする組換えプ
ラスミド。 2 バチルス ステアロサーモフイルス菌がバチ
ルス ステアロサーモフイルスTRS128(微工研
菌寄託第9610号)であることを特徴とする特許請
求の範囲の1記載の組換えプラスミド。 3 バチルス ステアロサーモフイルス又はバチ
ルス ステアロサーモフイルスTRS128をHind
を処理して得られるDNA断片が分子量約
2.7MDaであり、かつ各種制限酵素による切断地
図が第1図に示すものであることを特徴とする特
許請求の範囲の1記載の組換えプラスミド。 4 バチルス ステアロサーモフイルスの染色体
DNAを制限酵素Hindにより処理して得られる
耐熱性プルラナーゼ生産能をもつDNA断片を有
するプラスミドを複製保持した宿主であることを
特徴とする形質転換された枯草菌。 5 バチルス ステアロサーモフイルス菌がバチ
ルス ステアロサーモフイルスTRS128であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲の4記載の形質転
換された枯草菌。 6 バチルス ステアロサーモフイルスの染色体
DNAを制限酵素Hindにより処理して得られる
耐熱性プルラナーゼ生産能をもつDNA断片を有
するプラスミドを複製保持した枯草菌を栄養培地
で培養し、その培養物から耐熱性プルラナーゼを
回収することを特徴とする形質転換された枯草菌
による耐熱性プルラナーゼの製造法。 7 バチルス ステアロサーモフイルス菌がバチ
ルス ステアロサーモフイルスTRS128であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲の6記載の形質転
換された枯草菌による耐熱性プルラナーゼの製造
法。[Claims] 1. Chromosomal DNA of Bacillus stearothermophilus
heat-stable pullulanase-producing ability obtained by treating with the restriction enzyme Hind.
A recombinant plasmid characterized by ligating a DNA fragment and a vector fragment obtained by treatment with Hind. 2. The recombinant plasmid according to claim 1, wherein the Bacillus stearothermophilus is Bacillus stearothermophilus TRS128 (Feikoken Deposit No. 9610). 3 Hind Bacillus stearothermophilus or Bacillus stearothermophilus TRS128
The DNA fragment obtained by processing has a molecular weight of approx.
1. The recombinant plasmid according to claim 1, which has a molecular weight of 2.7 MDa and a cleavage map with various restriction enzymes as shown in FIG. 4 Chromosome of Bacillus stearothermophilus
1. A transformed Bacillus subtilis, which is a host replicating a plasmid containing a DNA fragment capable of producing heat-stable pullulanase obtained by treating DNA with the restriction enzyme Hind. 5. The transformed Bacillus subtilis according to claim 4, wherein the Bacillus stearothermophilus is Bacillus stearothermophilus TRS128. 6 Chromosome of Bacillus stearothermophilus
The method is characterized in that Bacillus subtilis carrying a replica of a plasmid containing a DNA fragment capable of producing heat-stable pullulanase obtained by treating DNA with the restriction enzyme Hind is cultured in a nutrient medium, and heat-stable pullulanase is recovered from the culture. A method for producing thermostable pullulanase using transformed Bacillus subtilis. 7. The method for producing heat-stable pullulanase using transformed Bacillus subtilis according to claim 6, wherein the Bacillus stearothermophilus is Bacillus stearothermophilus TRS128.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17403788A JPH0223872A (en) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | Recombinant plasmid, bacillus subtilis transformed with said plasmid and production of heat-resistant pullulanase using same |
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JPH0223872A JPH0223872A (en) | 1990-01-26 |
JPH0565157B2 true JPH0565157B2 (en) | 1993-09-17 |
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---|---|---|---|---|
JPH0499489A (en) * | 1990-03-27 | 1992-03-31 | Ezaki Glico Co Ltd | Heat-resistant pullulanase gene, recombinant plasmid containing the same gene and heat-resistant pullulanase |
DK47291D0 (en) * | 1991-03-15 | 1991-03-15 | Novo Nordisk As | PULLULANASE |
ES2137222T3 (en) * | 1992-12-28 | 1999-12-16 | Genencor Int | POLULANASE, MICROORGANISMS THAT PRODUCE IT, PROCEDURES FOR THE PREPARATION OF THE SAME AND UTILIZATIONS. |
CN108998403B (en) * | 2018-09-19 | 2021-12-07 | 长春大学 | Bacillus subtilis recombinant strain and application thereof |
-
1988
- 1988-07-12 JP JP17403788A patent/JPH0223872A/en active Granted
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